Gasdriven drönare håller sig uppe i fem dagar

En grupp MIT-ingenjörer har utvecklat och testat en drönare som kan sväva och stanna kvar på stationen eller cirkla runt ett mål för att ge omfattande kommunikationsstöd i upp till fem dagar, vilket är längre än någon annan gasdriven drönare. Den liknar ett segelflygplan och har tunna vingar som sträcker sig 24 ft. Flygplanet bär upp till 20 lb utrustning medan det flyger på upp till 15 000 ft. Det väger strax under 150 lb och drivs av en gasmotor på 5 hk.

I händelse av en naturkatastrof som stör telefon- och internetsystem över ett stort område skulle drönaren kunna flyga över drabbade områden och ge tillfällig telekommunikationstäckning till behövande samt till räddningsstyrkor.

De nuvarande versionerna av ostyrda luftfarkoster är ofta dyra i drift och kan bara vara i luften i en dag eller två, vilket är fallet med de flesta autonoma övervakningsflygplan som drivs av militären. För att tillhandahålla adekvat och ihållande täckning skulle det krävas en relä av flera flygplan, som landar och tankas dygnet runt, med driftskostnader på tusentals dollar per timme för varje UAV.

Dronen började som ett studentprojekt som föreslogs av det amerikanska flygvapnet. Man ville ha en drönare som drevs av solen och som potentiellt skulle kunna flyga på obestämd tid. Andra, däribland Google, har experimenterat med detta koncept och konstruerat soldrivna flygplan på hög höjd som skulle kunna ge kontinuerlig tillgång till internet på landsbygden och i avlägsna delar av världen.

Men när MIT:s studentteam undersökte idén och analyserade problemet ur en rad olika tekniska perspektiv beslutade de att solenergi – åtminstone för långvariga nödinsatser – inte var rätt väg att gå.

”Ett fordon som drivs med solenergi kan fungera bra på sommaren, men på vintern, särskilt om man befinner sig långt från ekvatorn, är nätterna längre och det finns inte lika mycket solljus under dagen. Därför måste man ha med sig fler batterier, vilket ökar vikten och gör planet större”, säger R. Joh Hansman, professor i flyg- och rymdteknik vid MIT och gruppledare. ”När det gäller katastrofhjälp kan detta bara användas vid katastrofer som inträffar på sommaren, på låg latitud. Det fungerar helt enkelt inte.”

Forskarna kom fram till sina slutsatser efter att ha modellerat problemet med hjälp av GPkit, ett programvaruverktyg som utvecklats av Warren Hoburg, en annan MIT-instruktör. Det låter ingenjörer bestämma de bästa konstruktionsbesluten eller dimensionerna för ett fordon, givet vissa begränsningar eller uppdragskrav.

Denna metod är inte unik bland verktygen för flygplanskonstruktion, men till skillnad från andra verktyg som bara tar hänsyn till några viktiga faktorer lät GPkit teamet ta hänsyn till omkring 200 begränsningar och fysiska modeller samtidigt, och passa in dem i en optimal flygplanskonstruktion.

”Det ger dig all information du behöver för att rita upp flygplanet”, säger Hansman. ”Den talar också om för var och en av dessa hundratals parametrar hur mycket det skulle påverka planets prestanda om du ändrade en av dem.”

Efter att ha fastställt att en solcellsdriven UAV inte skulle vara genomförbar, tittade teamet på bensindrivna flygplan. De kom fram till en konstruktion som förutspåddes kunna hålla sig i luften i mer än fem dagar, på höjder på 15 000 fot, i vindar på upp till 94:e percentilen, på vilken breddgrad som helst.

Förra hösten byggde teamet en prototyp som följde de dimensioner som bestämdes av programvaruverktyget. För att hålla fordonet lätt använde de kolfiber för vingarna och skrovet och Kevlar för svansen och noskonen, som rymmer nyttolasten. De utformade UAV:n så att den lätt kan plockas isär och förvaras i en FedEx-box, så att den kan skickas till ett katastrofområde och snabbt sättas ihop igen.

Under våren förfinade studenterna prototypen och utvecklade ett uppskjutningssystem genom att skapa en enkel metallram som kan monteras på ett typiskt takräcke i en bil. UAV:n sitter ovanpå ramen när en förare accelererar uppskjutningsfordonet

”Dessa fordon skulle kunna användas inte bara för katastrofhjälp utan även för andra uppdrag, t.ex. miljöövervakning. Man kanske vill hålla koll på skogsbränder eller utflödet från en flod”, säger Hansman. ”Jag tror att det är ganska klart att någon inom några år kommer att tillverka ett fordon som kommer att vara en kopia av detta.”