TEIL C

Elektro- und SolarfluggerÄte

2019 (E)

Technologische Entwicklungen (Fortsetzung)

Die 2015 gegründete kanadische Firma Coriolis g Corp. mit Sitz in Toronto, die sich auf unbemannte VTOL-Luftfahrzeuge spezialisiert hat, stellt auf der ICRA mit der Vogi 1 Drohne einen besonderen Quadrokopter-Prototypen aus, der für die Auf- und Abwärtsbewegung sowie für die Vorwärtsbewegung im effizienteren Starrflügelflug die gleichen vier Propeller verwendet (während die üblichen Modelle in der Regel vier horizontale Propeller sowie einen vertikalen Schubpropeller am Heck haben).

Bei Start und Landung sitzen die vier Hauptpropeller der Drohne wie bei einem normalen Quadrokopter horizontal. Sobald dessen Bediener oder das autonome Flugsystem sie jedoch in den Vorwärtsflugmodus versetzt, erkennt ein Bordsensor die Schubveränderung und löst einen Mechanismus am Fahrwerk der Drohne aus. Durch diesen schwenken die hinteren beiden Propeller relativ zum Drohnenkörper nach oben und die vorderen beiden nach unten, so daß alle vier Vorwärtsschub für den energieeffizienteren Starrflügelflug liefern.

Zur Landung bewegen sich die Propeller wieder in ihre horizontale Ausrichtung zurück. Wichtig ist auch, daß der Mechanismus zum Schwenken der Propeller passiv ist, so daß für seine Aktivierung weder ein Servomotor noch eine komplizierte Programmierung erforderlich sind. Darüber hinaus verbraucht der Vogi laut seinem Konstrukteur Romain Chiappinelli weniger Strom als herkömmliche VTOLs, da vier Propeller für die Vorwärtsfahrt effizienter sind als nur einer.

Der auf der ICRA gezeigte Prototyp hat allerdings einen fünften, fest montierten horizontalen Propeller im hinteren Bereich des Rumpfes, der dazu dient, dessen Winkel zu regulieren und flach zu halten, wenn die vier Arme mit den Schubpropellern ihre Position ändern. Wie man in einem Video mit Flügen eines weiteren Prototypen gut erkennen kann, hat dieser am Heck auch ein Höhenruder.

Da die Technologie des passiv gekoppelten VTOL-Kipprotors für jede Anwendung skalierbar ist und sich auch für menschliche Passagiere eignet, da der Rumpf jederzeit horizontal bleibt, ist das Unternehmens daran interessiert, das Design auch an andere Drohnenhersteller zu lizenzieren. Technische Details oder Preisangaben lassen sich bislang keine finden.

Hierzu paßt auch eine Meldung vom Juni. Demzufolge bietet die polnischen Firma FlyTech UAV Ltd., die mit einer leichten Starrflügel-Kameradrohne namens Birdie (o. Birdie Geo) bekannt wurde, nun ein Erweiterungsmodul an, das der Drohne zu VTOL-Eigenschaften verhilft.

Das Upgrade, das jederzeit angebracht und wieder abgenommen werden kann, erhöht zwar das Gewicht, den Energieverbrauch und die Komplexität der Drohne, ermöglicht dem Benutzer dafür aber eine flexible Nutzung, indem er  je nach Geländebedingungen frei zwischen Starrflügeln und VTOL wählen kann.

Das Modul besteht aus zwei Komponenten, die beide zwei Arme mit jeweils einem horizontalen Propeller am Ende aufweisen. Sie lassen sich innerhalb weniger Sekunden an der Unterseite der Drohne angebracht werden, wo die abnehmbaren Flügel mit dem Körper verbunden werden. Dies bewirkt auch, daß die Handfernsteuerung automatisch in den VTOL-Flugmodus umstellt.

Damit startet das Flugzeug völlig autonom vertikal, geht dann in den Horizontalflug über, folgt dem Missionsmuster und landet schließlich, wiederum vertikal, am gewünschten Ort.

Der Set für den Standard-Birdie, der eine vollständige Kartierungslösung darstellt und zu einem Preis ab 15.000 € angeboten wird, besteht aus der Starrflügel-Plattform einem eigenen Flugcontroller, PPK-Geopositionierung, einer Vollbildkamera und GSM-Konnektivität für unbegrenzte Flugreichweite. Das Unternehmen nimmt jetzt Vorbestellungen für das zusätzliche VTOL-Modul entgegen, dessen Preis aber nirgendwo genannt wird. Und bald darauf ist die in Krakau beheimatete Firma überhaupt nicht mehr aufzufinden.

Noch radikaler als die vorangegangenen Systeme wirkt das Konzept der ROTORwing Drohne, die als der erste Vertreter einer völlig neuen Flugzeugart bezeichnet wird. Normalerweise haben VTOLs sowohl feste Flügel als auch Horizontalpropeller im Kopterstil, die es ihnen ermöglichen, vertikal zu starten und zu landen. Die Konstrukteure des US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtunternehmen DZYNE Technologies Inc. mit Sitzen in Fairfax, Irvine und Tucson finden jedoch eine andere Lösung, die ebenfalls im Juni 2019 veröffentlicht wird.

Unter Verwendung seines patentierten Gelenk- und Drehflügeldesigns optimiert die ROTORwing sowohl den Schwebeflug als auch den Vorwärtsflug, indem sie den gesamten Flügel als hocheffizienten Rotor für den Vertikal- und Schwebeflug nutzt. Hierzu lassen sich die beiden oben montierten Flügel relativ zueinander um 180° drehen.

Zum Start ist ein Flügel nach vorne gerichtet und der andere in die entgegengesetzte Richtung, so daß sein Elektromotor/Propeller relativ zu dem des ersten Flügels nach hinten zeigt. Dadurch kann sich der Flügel – als eine zusammenhängende Einheit – von den Motoren an den Flügeln angetrieben selbst wie der Rotor eines Hubschraubers drehen und das Flugzeug vom Boden abheben. Für die Ausrichtung des Flugzeugrumpfes gibt es zwei kleine Heckrotoren.

Sobald es an der Zeit ist, in den Vorwärtsflugmodus zu gehen, schwenken beide Flügel kurz neutral nach oben und dann nach vorn, so daß jetzt beide Propeller nach vorne zeigen. Die Tragflächeneinheit wird nun und die Propeller ziehen die ROTORwing nach vorne, wobei die Flügel wie bei einem normalen Starrflügelflugzeug für Auftrieb sorgen. Soll die Drohne auf der Stelle schweben oder landen, wird der Vorgang einfach umgekehrt.

Die Firma führt bereits Flugtests mit einem funktionierenden Prototyp durch und hofft, eine operationelle Version des Serienmodells bis Oktober in der Luft zu haben, um es Anfang 2020 kommerziell verfügbar zu machen. Die Pläne sehen vor, daß diese erste Version 9 kg wiegt, Nutzlasten von mindestens 3 kg befördert und die Fähigkeit besitzt, pro Ladung bis zu vier Stunden zu fliegen.

Zur Erinnerung: Ein ähnliches Konzept hatte die Firma BAE Systems bereits unter dem Namen Adaptable UAV vorgestellt, während Studenten der Singapore University of Technology and Design (SUTD) sogar eine funktionierende Prototyp-Drohne namens THOR zeigten (beides 2017).

Bislang bietet die DZYNE Technologies nur einen Hexakopter namens DELTAsix mit einer Flugdauer von 45 Minuten und einer maximalen Nutzlast von 5 kg an, sowie eine EHL genannte Starrflügeldrohne, die vier Stunden lang fliegen kann und wetterfest ist, so daß die Mission auch bei Niederschlägen fortgesetzt werden kann. Wenn man die Liste der entsprechenden Bescheide ansieht, hat man aber den Eindruck, daß das eng mit dem Militär und anderen staatlichen Behörden zusammenarbeitende Unternehmen seit 2013 in erster Linie ein kräftiger ‚Fördergeld-Verheizer‘ ist.

Im Juni 2019 berichten die Fachblogs erstmals über das im Januar von Samir Bouabdallah und Alexandre Cherpillod gegründete Schweizer Startup Flybotix SA mit Sitz in Lausanne, das aus dem Forschungsinstitut EPFL ausgegliedert wurde. Die Firma hatte zum Jahresanfang eine Seed-Finanzierungsrunde gestartet, deren Ertrag aber nicht genannt wird. Außerdem bekommt sie in diesem Jahr 40.000 CHF aus dem Schweizer Venture-Kick-Programm.

Der  Bikopter-Prototyp von Bouabdallah, der über 20 Jahre lang am EPFL und an der ETH Zürich Drohnen entwickelt hat, basiert auf einem Maglev-ähnliches Prinzip und zeichnet sich durch die doppelte Flugzeit und den halbem Lärm im Vergleich zur Konkurrenz aus, da die Drohne mit den aerodynamischen Vorteilen eines Helikopters konstruiert wurde – denn je kürzer die Propeller einer Drohne sind, desto weniger effizient halten sie sie in der Luft.

Die etwa 30 cm durchmessende, ringförmige Drohne hat hingegen zwei gegenläufige, horizontale Propeller, die in ihrem Schaumstoffkörper übereinander gestapelt sind. Da diese Propeller länger sind als diejenigen, die in einem Quadrokopter gleicher Größe verwendet werden, bieten sie mehr Auftrieb. Und da die Batterie nur zwei statt vier Motoren antreibt, hält sie auch länger.

Zur Stabilisierung und Steuerung der Drohne werden speziell entwickelte Algorithmen verwendet, welche die Drehzahl und die Neigung der Propeller überwachen und anpassen. Falls das kollisionstolerante Fluggerät versehentlich gegen Dinge stößt, läßt sie ihr Schaumstoffkörper harmlos abprallen. Vor diesem Hintergrund ist eine ihrer wichtigsten geplanten Anwendungen die Inspektion schwer zugänglicher Bereiche innerhalb von Industrieanlagen.

Vom Aussehen her ähnelt die Flybotix-Drohne den Ausführungen, die im Jahr 2014 bei einer Aufführung des Cirque Du Soleil als leuchtenden Lampenschirme in der Luft tanzten und damals von der Firma Verity Studios konstruiert worden waren – ebenfalls mit Hilfe der ETH Zürich.

Flybotix hofft nun, schon bald ein kommerzielles Produkt auf den Markt bringen zu können, zunächst auf dem chinesischen Markt. Im Vorfeld wird daher im Oktober 2019 ein Video mit dem Prototyp P1 veröffentlicht, der für industrielle Anwendungen gedacht ist. Im April 2020 kann Flybotix eine Finanzierungsrunde abschließen, an der sich mehrere wichtige Investoren mit insgesamt 1,5 Mio. CHF beteiligen.

Die Mittel sollen dazu verwendet werden, die Technologie zu einem marktreifen Produkt weiterzuentwickeln, denn Flybotix strebt an, bis 2021 insgesamt 300 Einheiten und im Jahr 2022 über 500 Einheiten auszuliefern.

Wie im Juli 2019 berichtet wird, hat ein Forscherteam mit Partnern aus sechs EU-Ländern, an dem auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) beteiligt ist, im Rahmen des Projekts FLEXOP seit 2015 neuartige aeroelastische Flügel entwickelt, die das Fliegen in Zukunft umweltfreundlicher machen könnten. Sie sind leichter, deutlich länger und elastisch.

Heutige Flugzeuge haben steife Flügel, die bei starken Luftböen, oder wenn das Flugzeug eine Kurve fliegt, hohem Druck ausgesetzt sind. Dabei entstehen starke Spannungen, die sich auf den Rumpf des Flugzeugs übertragen. Lange Flügel bieten zwar weniger Luftwiderstand und machen das Fliegen dadurch effizienter, dafür steigen aber auch die Spannungen. Um zu verhindern, daß die Flügel zerreißen, müssen sie sehr stabil gebaut werden, was sie entsprechend schwer macht.

Die Forscher um Wolf-Reiner Krüger haben nun Flügel entwickelt, die sich unter hohem Druck verdrehen können und somit Spannung abbauen. Wenn es bei Böen und oder starken Manövern mehr Auftrieb gibt und der Druck auf den Flügel steigt, dreht er sich im Außenbereich, so daß dort kein zusätzlicher Auftrieb entsteht. Möglich wird die Drehung durch speziell angeordnete Kohlefasern, die die Flügel elastisch machen. Dabei gibt der Flügel nur in die Richtung nach, in die die Kohlefasern angeordnet sind, sonst bleibt er steif und ermöglicht einen sicheren Flug.

Ein 3,5 m langes Modell mit eine Flügelspannweite von 7 m, der FLEXOP-Flugdemonstrator, wird im November während eines rund 25-minütigen Fluges am Sonderflughafen Oberpfaffenhofen nahe München getestet. Nach einem Abschlußtreffen der Forschungspartner im Januar 2020 scheint das Projekt aber nicht weiterverfolgt worden zu sein.

Die französische Firma Drone Volt aus Villepinte, die uns in der Jahresübersicht 2016 schon mit der Zehn-Kamera-Drohne Janus 360 sowie der Anti-Hornissen-Sprühdrohne Drone Spray Hornet begegnet ist, stellt im August ebenfalls einen besonderen VTOL-Starrflügler vor.

Das filigrane, aber keineswegs kleine Heliplane besitzt einen Zugpropeller und bietet eine Nutzlastkapazität von 1,6 kg und eine Flugdauer von 60 Minuten. Der Übergang zwischen den beiden Flugmodi läuft vollautomatisch ab. Die Drohne ist in zwei Maßen erhältlich: groß, mit einer Spannweite von 230 cm, und extra groß, mit einer Spannweite von 270 cm.

Da das Heliplane modular aufgebaut ist, kann man die Flügel und das Leitwerk abnehmen und das Fluggerät bei Bedarf als reinen Quadrokopter betreiben. Die maximale Flugdauer läßt sich ohne Flügel allerdings nicht erreichen. Standardmäßig überträgt die Drohne Daten in einer Entfernung von etwa 500 m, es ist aber möglich, auf ein System aufzurüsten, das eine etwa 20-fache Reichweite bietet.

Obwohl zu diesem Zeitpunkt keine Preise genannt werden, bietet die Firma drei Konfigurationen an: Die Sicherheitsversion wird mit einer Kamera mit 20-fachem Zoom und einem Wärmesensor geliefert; die LiDAR-Version ist ideal für hochauflösende 3D-Kartierungen; und die Photogrammetrie-Version bietet eine RGB-Kamera und kinematische Echtzeit-Positionierung (RTK) für eine Genauigkeit im Zentimeterbereich.

Die anderen erwähnenswerten Produkte von Drone Volt sind dem aktuellen Stand nach einen kleinen, 90 km/h schnellen Kamera-Quadrokopter namens Hercules 2, der Inspektionen durchführt; einen mittleren Hercules 10, mit einer Tragkraft von 7,5 kg; sowie die große Ausführung Hercules 20, die bis zu 15 kg heben und bis zu 40 Minuten fliegen kann.

Die beiden ‚Arbeitsdrohnen‘ werden explizit als entsprechend ausgestattete Spraydrohnen beworben, die für das präzise Sprühen von flüssigen Produkten zur Behandlung von Oberflächen, Dächern und Fassaden konzipiert sind. Dies kann auch autonom von einer mit einem Tank ausgestatteten Version getan werden. Bei dem abgebildeten Beispiel wird ein Hercules 10 zum Reinigen eines Metallfalzdaches eingesetzt, wobei eine Schlauchverbindung besteht. Der Durchsatz beträgt 3 Liter pro Minute.

Im eher dünn besiedelten Harzvorland in Sachsen-Anhalt baut das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Mitte 2019 ein Nationales Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme auf. Genutzt wird dafür der frühere Verkehrsflughafen Cochstedt mit seiner 2,6 km langen Start- und Landebahn, der in den kommenden Monaten umgebaut werden wird, da Labore und Werkstätten für die Forscher und Techniker fehlen. Von Cochstedt aus, so hofft man beim DLR, könnten eines Tages Flugkorridore zum Test unbemannter Fluggeräte in verschiedene Teile Deutschlands führen.

Eine weitere Drohne, die die Vorteile beider Bauweisen nutzen kann, ist die im Juni präsentierte und in erster Linie für den militärischen Gebrauch bestimmte Vector der im Januar 2015 gegründeten, in Oberpfaffenhofen beheimateten deutschen Firma Quantum-Systems GmbH (o. Quantum Systems Inc.), die uns weiter oben bereits mit ihrem autonomen Agrar-Kleinflugzeug Tron begegnet ist.

In der Vector-Konfiguration hat das VTOL-Flugzeug zwei feste Flügel mit 3 m Spannweite und ein Leitwerk, das an seinem Glasfaser/Kevlar-Körper befestigt ist. Zwei Propeller an den Flügeln sowie einer am Heck sitzen bei Start und Landung horizontal, so daß die Drohne wie ein Hubschrauber steigen und sinken kann. Für den Reiseflug drehen sich diese Propeller nach unten, um vertikal zu sitzen, wodurch die Drohne nach vorne gezogen wird und die Flügel für den Auftrieb sorgen.

Soll sich die Drohne in den Scorpion-Trikopter verwandeln, werden die Flügel und das Heck abgezogen und durch drei Arme mit fest montierten horizontalen Propellern ersetzt. Das Fluggerät wird dann wie ein traditioneller Multikopter geflogen – d.h nicht so schnell oder effizient im Vorwärtsflug, aber ohne das zusätzliche Gewicht der Flügel oder die Komplexität der Kippropeller.

Beim Vorwärtsflug als Vector erreicht das Flugzeug eine Höchstgeschwindigkeit von 90 km/h  und eine Flugzeit von bis zu zwei Stunden pro Ladung seiner vier Lithium-Ionen-Batterien. Als Scorpion sinken diese Werte auf eine Höchstgeschwindigkeit von 54 km/h und eine maximale Flugzeit von 45 Minuten. Da die Batterien extra erwärmt werden, arbeiten sie auch bei Umgebungstemperaturen von bis zu -20ºC.

In beiden Konfigurationen kann die Drohne autonom oder ferngesteuert fliegen, wobei Videoaufnahmen von einer abnehmbaren, kardanisch aufgehängten Bugkamera über eine verschlüsselte Verbindung bis zu einer Entfernung von gut 15 km übertragen werden. Die Verbindung ermöglicht auch eine Echtzeit-Fernsteuerung über dieselbe Entfernung. Außerdem kann die Drohne in einen extrem geräuscharmen Gleitflug übergehen.

Zum Hintergrund der Firma Quantum-Systems ist anzumerken, daß deren Kernteam im Vorfeld schon 2011 das Konzept einer Transformations-Drohne erdachte und 2012 das erste Patent beantragte (DE-Nr. 10 2012 104 783.9, erteilt 2019). Ebenfalls 2012 absolviert der VTOL-Prototyp seinen Jungfernflug. Bis 2015 wird dann aber das primär landwirtschaftliche Oktokoptersystem GeoX-8000 entwickelt und hergestellt, das der Vertriebspartner geo-konzept GmbH erfolgreich vermarktet.

In Zusammenarbeit mit der TU München entsteht bis Ende 2014 zudem ein lukratives Entwicklungsprojekt im Bereich der Transformations-Technologie, das die Basis der im Januar 2015 erfolgten Firmengründung bildet. Bereits im Februar belegt die VTOL-Drohne den 2. Platz bei dem in Dubai stattfindenden Wettbewerb Drones for Good, wobei der  Jungfernflug erst im Mai erfolgt. Noch im Dezember geht auch die Starrflügel-Drohne Tron mit einer Spannweite von 3,5 m, einem Startgewicht von 13,5 kg und einer Höchstgeschwindigkeit von 160 km/h zum ersten mal in die Luft.

Im Jahr 2016 werden hauptsächlich Flugtests und Demonstrationen durchgeführt, darunter auch Starts und Landungen auf einem fahrenden Schiff. Zudem macht im Dezember die eue Starrflügler-Hybriddrohne Trinity ihren Jungfernflug, die dann auf der InterGeo2017 im September Berlin offiziell auf den Markt gebracht wird. Die High-End-Lösung mit einer Flugzeit von bis zu 60 Minuten ist auf industrielle professionelle Anwender zugeschnitten. 2018 folgt das weiterentwickelte Modell Trinity F90+, das bis zu 90 Minuten fliegen kann, eine Reichweite von 100 km hat und zu einem Preis ab 14.900 € angeboten wird.

Nach eineinhalb Jahren Vorbereitungsarbeit führt die Quantum-Systems im Februar 2018 in Zusammenarbeit mit bavAIRia e.V., dem bayerischen Cluster für Luftfahrt, Raumfahrt und Raumfahrtanwendungen, auf dem Gelände der Wehrtechnischen Dienststelle für Luftfahrzeuge (WTD 61) der Luftwaffe in Manching mit der VTOL-Drohne Tron den ersten vom Luftamt Süd genehmigten Testflug jenseits der Sichtlinie durch. Im September wird eine Tron zur Überwachung des Oktoberfestes in München eingesetzt.

Im Januar 2019 liefert die Firma ihre Drohnen für das von der EU-Kommission geförderte Modellprojekt Urbane Luftmobilität (Urban Air Mobility, UAM) in Ingolstadt, bei dem die Fluggeräte zur Inspektion der Infrastruktur der Deutschen Bahn (DB) außerhalb der Sichtlinie eingesetzt werden.

Die weiteren Meldungen betreffen den Einsatz der Tron als Lieferdrohne für Blutkonserven des South African National Blood Service (SANBS) und des Western Cape Blood Service (WCBS) an bis zu 100 km entfernte Krankenhäuser in entlegenen Gebieten, der im Mai beginnt. Im Gegensatz zu verschiedenen ähnlichen Projekten, die unter den Transport- und Lieferdrohnen aufgeführt worden sind, bietet das weltweit einzigartige SANBS-Konzept eine Zwei-Wege-Logistik.

Patienten können Notfallblut (O negativ) von einer der Blutbanken per Drohne erhalten. Dieselbe Drohne kann anschließend die Blutprobe des Patienten für eine umfassende Kreuzprobe zur Blutbank bringen und dann sicher und schnell kompatibles Blut an den Patienten zurückliefern. Der Frachtraum der Tron ist in der Lage, selbst die zerbrechlichste Nutzlast von bis zu 2 kg sicher aufzunehmen und aktiv zu kühlen. Dabei wird die Drohne in einer Höhe von 100 m fliegen und bis zu vier Einheiten lebensrettendes Blut tragen.

Im Juni folgt die Einführung der eingangs erwähnten Vector/Scorpion, während im September das mit 2,82 Mio. € geförderte Verbundprojekt FreeRail anläuft, bei dem es um die Instandhaltung der Infrastruktur der Deutschen Bahn geht. An dem von Quantum-Systems koordinierten Projekt sind die DB Fahrwegdienste GmbH, die geo-konzept GmbH, die TU Ingolstadt und der Stadt Ingolstadt beteiligt.

Die Kontrolle und Pflege der ständig wachsenden Vegetation entlang des 33.440 km langen Schienennetzes der DB ist eine zeitaufwendige und anspruchsvolle Aufgabe. Um der vorgeschriebenen Verkehrssicherungspflicht nachzukommen, muß die Vegetation auf dem gesamten Streckennetz mindestens einmal jährlich von qualifiziertem Personal kontrolliert, dokumentiert und ausgewertet werden. Dabei darf der Schienenverkehr während dieser Kontrollarbeiten nicht gestört werden.

In dem neuen Projekt sollen bis Februar 2022 die wissenschaftlich-technischen Grundlagen für ein zukünftiges, vollautomatisches, drohnenbasiertes System zur digitalisierten Vegetationskontrolle und Registrierung von Schäden nach Unwettern entlang des Streckennetzes erarbeitet werden. Ziel ist es zum einen, die dafür erforderlichen Technologien und Betriebsprozesse zu entwerfen und zu untersuchen. Zum anderen soll ein funktionsfähiger Demonstrator entwickelt und auf einem ausgewählten Streckenabschnitt getestet werden.

In die Presse kommt die Firma wieder im April, als die 180.000 € teuren Hightechdrohnen vom Typ Vector in der Ukraine auftauchen. Den Kaufpreis hätten ukrainische Multimillionäre aus eigener Tasche beglichen. Mit den Fluggeräten soll das Artilleriefeuer aus der Luft gesteuert werden. Darüber hinaus registriert das Unternehmen eine wachsende Nachfrage innerhalb der Nato-Staaten. Die Bundeswehr bestellt aktuell acht Exemplare, und amerikanische Spezialeinheiten ordern Vector-Drohnen im Wert von 7 Mio. €, weitere Bestellungen dürften folgen.

Im Juni 2019 kursiert eine recht eigenwillige Drohnenversion in den Blogs, die mit mechanischen Händen ausgestattet ist. Wobei man sich fragt, warum noch niemand sonst auf diese Idee gekommen ist.

Die italienische, von Federico Ciccarese gegründete Firma Youbionics verkauft seit 2014 hauptsächlich STL-Dateien, die für den 3D-Druck jener Teile benötigt werden, mit denen sich bionische Hände zusammenbauen lassen – sei es, um eine fehlende Hand zu ersetzen oder um zusätzliche bereitzustellen. Gesteuert werden diese mittels eines ebenfalls selbst ausdruckbaren Sensor-Handschuhs.

Das nun vorgestellte Modell Drone for Handy bringt ein Paar voll funktionsfähige, flexible bionische Hände in die Luft, mit denen sich aus der Ferne tatsächlich Dingen greifen, heben und manipulieren lassen. Neben den kostenlosen 3D-Druckdateien, die auch den Drohnenkörper selbst umfassen, wird neben den vier Propellermotoren nur noch ein entsprechender Satz von Servomotoren vom Typ SG90 oder Arduino Nano nebst verschiedenen Kleinteilen benötigt, um mit der Arbeit beginnen zu können.

Leider gibt es keine Angaben über das Gewicht, das mit den Maschinenhänden bzw. der Greifer-Drohne gehoben werden kann.

Eine andere Form von Arbeitsdrohne, die für die Reparatur und Wartung von Wolkenkratzern gedacht ist, wird Anfang November auf der 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) in Macao, China, vorgestellt. Traditionell wurde die regelmäßigen Inspektion von Hochhäusern mit Glasvorhangfassaden von Menschen mit Gondelsystemen durchgeführt, was sehr gefährlich, kostspielig und ineffizient sein kann.

Die Forscher des Shenyang Institute of Automation (SIA) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben eine vielversprechende Alternative entworfen: Ein fliegendes ‚Kontakt-Manipulatorsystem‘, das sich durch hohe Flexibilität und starke Anpassungsfähigkeit auszeichnet.

Der Prototyp besteht aus einem autonomen Hexakopter, der an einer Seite einen vertikal schwenkbaren Arm besitzt, an dessen Ende sich eine quadratische Anordnung von Drucksensoren befindet. Indem sie diesen Sensorarm systematisch gegen jede Scheibe drückt, um zu sehen, ob sie nachgibt, soll die Drohne beurteilen, wie gut das Glas an dem Gebäude befestigt ist.

Gemäß Meng Xiangdong, dem Konstrukteur des Roboters, gilt als das schwierigste Problem, wie die Kraft kontrolliert werden kann, da Flugroboter in der Regel empfindlich auf äußere Kräfte reagieren und einfach anhalten, wenn sie während des Fluges mit einer unnachgiebigen Oberfläche in Berührung kommen, anstatt weiter gegen diese Oberfläche zu drücken.

Im vorliegenden Fall besteht die Lösung darin, die Drohne mit einem speziellen geschlossenen Regelkreis auszustatten, der sie dazu bringt, sich wie ein normales Federsystem zu verhalten. Der Elastizitätskoeffizient, mit dem der Kontaktprozeß sicher genug abläuft, kann dann einfach durch Änderung der Steuerungsparameter geändert werden. Im Vergleich zu wandkletternden Robotern ist die Drohne in der Lage, Hindernissen auszuweichen und sogar über Rillen an Wandflächen zu springen. Sie kann auch während des Fluges interaktive Operationen durchführen, wobei die Kontaktkraft des gesamten Systems auch ohne Kraftsensoren präzise gesteuert werden kann.

Um das System zu testen, befestigen die Forscher einen Lichtschalter an einer Wand und lassen den Roboter den Schalter drücken, um das Licht ein- und auszuschalten. Tatsächlich ist der Roboter ist in der Lage, den Schalter über eine präzise Kraftsteuerung sicher und reibungslos zu bedienen. In einem anderen Experiment bewegt sich der Roboter sanft an einer Glaswand entlang und übt dabei einen festen Druck aus. Mit einen Stift, der am Ende des Manipulators befestigt ist, schreibt er ‚SIA‘ auf die Glaswand.

Die Forscher erwarten, einen umfassenden Einsatz dieses neuen Systems bei der Wartung großer Infrastrukturen und bei anderen Spezialanwendungen, wie z.B. wissenschaftlichen Probenahmen, schon in naher Zukunft zu erleben.

Auf der gleichen IEEE-Konferenz präsentiert eine Arbeitsgruppe des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein Modell, mit dem Drohnen ihre Flugbahn mit deutlich geringerer Verzögerung berechnen und sich damit schneller fortbewegen können. Die neue Software simuliert verschiedene Flugbahnen und bewertet sie anhand der Sicherheit, was Zeit spart.

Das Programmpaket FASTER schätzt den schnellstmöglichen Weg von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt ein, ohne Berücksichtigung der Sicherheit. Während sich die Drohne fortbewegt, zeichnet sie kontinuierlich kollisionsfreie Backup-Pfade, also Rückzugsmöglichkeiten auf, die von ihrer optimalen Flugbahn abweichen. Sollte die Software Unsicherheiten bei der Fortbewegung detektieren, weicht die Drohne von ihrer schnellsten Route ab, fliegt einen Umweg über den Sicherungspfad und gleicht die weitere Strecke neu ab. Ihre Bewegung verlangsamt sich zu diesem Zeitpunkt.

Als sich in einer Simulation eine virtuelle Drohne um Zylinder bewegen soll, die Bäume darstellen, gelingt diese Aufgabe mit FASTER doppelt so schnell, verglichen mit kommerziellen Lösungen. Und in Praxistests erreichen Drohnen mit der neuen Navigationssoftware, die in einem großen Raum um Pappkartons manövrierten, Geschwindigkeiten von 7,8 m pro Sekunde. Eine mögliche Anwendung für FASTER könnte darin bestehen, Such- und Rettungseinsätze in Waldgebieten zu verbessern, die für autonome Drohnen bislang große Herausforderungen darstellen.

Einem Bericht vom August zufolge wurden seit Anfang des Vorjahres vom Institut für Flugzeugbau (IFB) und dem Institut für Flugmechanik und Flugregelung (IFR) der Universität Stuttgart elektrische Flächenendantriebe (wingtip propeller, wtp) entwickelt, die zukünftig die Steuerung von Flugzeugen vereinfachen sollen. Zudem können dadurch Leitwerke verkleinert, das Gewicht reduziert, die Reichweite erhöht und Flugzeuge wendiger werden. Außerdem bieten sie kleineren Sportflugzeugen ein zusätzlicher Sicherheitsaspekt, indem sie als Zusatzantriebe den Hauptantrieb unterstützen.

Um die mit dem technischen Support der SFL GmbH konstruierten Flächenendantriebe zu testen, die mit eigenen Akkus und Meß-Sensorik ausgestattet sind, werden sie an abnehmbaren und verschieden konfigurierbaren, je 9 kg schweren Pods an den beiden Tragflügelspitzen des Solarflugzeugs icaré wtp angebracht, das seit über 20 Jahren von der Universität als Versuchsträger betrieben wird.

Zur Erinnerung: Die Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik der Universität Stuttgart hatte sich im Jahr 1996 mit dem Projekt Icaré am weltweit ausgeschriebenen Berblinger Preis der Stadt Ulm beteiligt.

Die in Relation zum Antrieb eher leistungsschwachen elektrischen Propellerantriebe an den Tragflächenspitzen bieten die Möglichkeit einer aktiven Giersteuerung zusätzlich zur Seitenruderfunktion. Dabei können die Motoren wahlweise automatisch oder manuell angesteuert werden. Denkbar ist auch, daß die Propeller die Regelung bezüglich der Bewegung um die Flugzeug-Hochachse übernehmen, während sie und in der kommerziellen Luftfahrt genutzt werden könnten, um den Luftwiderstand bzw. den Randwirbel an den Flügelenden zu verringern.

Äußerst kreativ ist eine im September veröffentlichte Innovation von Forschern des High Performance Robotics Labors (HiPeR-Lab) der University of California, Berkeley (UC Berkeley) um Karan P. Jain und Prof. Mark W. Mueller, der erst im Mai eine faltbare Drohne präsentiert hatte (s.o.), mit der sich die Flugzeit einer Drohne massiv verlängern läßt. Die neue Lösung basiert auf Ersatzbatterien, die nicht nur fliegen, sondern sich auch während des Fluges mit größeren Drohnen verbinden können.

Das Andock- und Aufladesystem für den Betrieb während des Fluges nutzt zwei Drohnen, einen größeren Hauptquadrokopter und einen kleineren, der im Wesentlichen eine fliegende Batterie darstellt. An der Oberseite des großen Quadrokopters ist eine Andockplattform angebracht, die es der kleineren Drohne ermöglicht, sich mit ihren speziellen Andockbeinen zu verbinden.

Federbelastete Kontaktpunkte und Kupferplatten erlauben dann den elektrischen Kontakt, über den die kleinere Drohne Strom aus ihrer Bordbatterie in den Stromkreis der Hauptdrohne einspeisen kann, bis die Bordbatterie vollständig entladen ist. Sobald dies geschehen ist, fliegt sie los, und ein weiterer, voll aufgeladener kleinerer Quadrokopter kann heranfliegen und den Ladeprozeß fortführen.

Der aktuelle Hauptquadrokopter wird von einer 2,2 Ah Lithium-Polymer-Batterie angetrieben, die ihn etwa 12 Minuten lang in der Luft halten kann. Die fliegenden Ersatzbatterien haben jeweils eine Kapazität von 1,5 Ah (zusätzlich zu einer kleineren Batterie, die zum Antrieb der kleineren Drohne verwendet wird). Sie treiben nach dem Kontakt die gesamte Elektronik und die Motoren der Hauptdrohne an, laden aber deren Primärbatterie nicht wieder auf.

In Zeiten, in denen der Landeplatz der Drohne nicht benutzt wird, entlädt sich die Primärbatterie der Drohne also langsam. Indem das Team den Vorgang mit den fliegenden Ersatzbatterien mehrfach wiederholt, kann die Flugzeit des Hauptquadrokopters auf 57 Minuten (andere Quellen: weit über eine Stunde) verlängert werden. Dies Technologie könnte sich damit besonders bei Drohnenanwendungen wie Vermessung oder Überwachung als nützlich erweisen, wo Multikopter idealerweise über längere Zeiträume in einer Position schweben.

Im Oktober 2019 stellen Forscher um Prof. Dzmitry Tsetserukou am Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech) in Moskau eine neue Strategie zur Verbesserung der Interaktion zwischen Menschen und Roboterschwärmen vor. Die Strategie ermöglicht es einem menschlichen Bediener, per Hand mit einem Schwarm von Nano-Quadrokopter-Drohnen zu kommunizieren und deren Formation direkt zu steuern, während er gleichzeitig ein taktiles Feedback in Form von Vibrationen erhält.

Die taktile Mensch-Schwarm-Interaktion namens SwarmTouch erkennt die Position der Hand des Benutzers mithilfe eines hochpräzisen Bewegungserfassungssystems namens Vicon Vantage V5. Es berücksichtigt die Geschwindigkeit der Hand des Benutzers und verändert entsprechend die Form oder Dynamik des Schwarms, wobei simulierte Verbindungen zwischen den Robotern verwendet werden, um ein Verhalten zu erzeugen, das dem von Schwärmen in der Natur ähnelt.

Das an der Hand zu tragende taktile Display überträgt ein Vibrationsmuster auf die Finger des Benutzers, um ihn über die aktuelle Schwarmdynamik zu informieren, d.h. ob der Schwarm expandiert oder schrumpft. Mit diesen Vibrationsmustern kann der Benutzer auch die Schwarmdynamik ändern, so daß dieser Hindernissen ausweichen kann, indem er einfach seine Hände mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder in unterschiedliche Richtungen bewegt.

Erste Tests zur Bewertung dieser neuen taktilen Interaktionsstrategie zeigen, daß die Benutzer in den meisten Fällen verstehen, was die Vibrationen ihrer Fingerspitzen bedeuten. Die meisten Testteilnehmer sind zudem der Meinung, daß das taktile Gefühl ihre Fähigkeit, die Drohnen zu steuern, verbessert und ihre Kommunikation mit dem Schwarm interaktiver macht. Weitere Ansätze, an denen das Skoltech-Institut arbeitet, tragen die Namen CloakSwarm, SlingDrone und WiredSwarm.

Im September 2020 folgt die Meldung, daß das Skolkovo-Institut zwischenzeitlich ein handschuhbasiertes System namens DroneLight entwickelt hat, mit dem man Buchstaben in der Luft schreiben kann – natürlich mit einer Drohne. Auf dem Foto ist die Langzeitbelichtung eines Quadrokopters zu sehen, der von dem Handschuh gesteuert die Buchstaben S und K in die Luft schreibt.

Der Prototyp besteht derzeit aus drei Komponenten: einem kleinen Crazyflie 2.0-Quadrokopter, der mit einer Reihe programmierbarer RGB-LEDs ausgestattet ist, einem Handschuh, der mit einer Trägheitsmeßeinheit (einer Kombination aus Beschleunigungsmesser und Gyroskop) versehen ist, und einem Computer in der Basisstation, auf dem ein auf maschinellem Lernen basierender Algorithmus läuft.

Wenn der Benutzer seine Hand bewegt, als würde er einen Buchstaben des Alphabets in die Luft zeichnen, überträgt der Handschuh die Daten drahtlos an die Basisstation, wo der Algorithmus diese Handbewegungen mit der Form der Buchstabens abgleicht, die er zuvor zu erkennen gelernt hat. Anschließend übernimmt der Computer die Kontrolle über die beleuchtete Drohne und bringt sie dazu, in einem Muster zu fliegen, das die Form des Buchstabens nachbildet. Dabei bewegt sich der Kopter so schnell, daß die Zuschauer erkennen können, welchen Buchstaben er in die Luft ‚malt‘.

Eine offensichtliche Anwendung des Systems ist die Suche und Rettung, wobei gestrandete Nutzer den Quadrokopter dazu bringen könnten, nacheinander die leuchtenden Buchstaben S-O-S hoch in die Luft zu schreiben. Eine andere Anwendung ist eine Drohnenshow, bei der ein Operator dynamische Lichtmuster am Himmel in Echtzeit erzeugen kann. Tsetserukou kann sich auch ein System namens SwarmCanvas vorstellen, bei dem Benutzer an entfernten Orten ein gemeinsames Bild auf die Leinwand des Nachthimmels zeichnen. Gegenwärtig reproduzieren Drohnen-Show-Systeme lediglich vorgefertigte Flugbahnen und Lichtmuster.

Ebenfalls im Oktober 2019 wird über Forscher der Carnegie Mellon University berichtet, die Kameradrohnen beibringen, nicht nur sicher zu fliegen, sondern auch wie ein Hollywood-Regisseur zu filmen. Bislang waren Drohnen, die autonom das Geschehen verfolgen und aufnehmen können, wie z.B. die letztjährige Skydio, mehr darauf bedacht, nicht abzustürzen als sich auf die Ästhetik zu konzentrieren.

Die neue Software, die die Drohne der Forscher steuert und mit Upgrades wie einem LiDAR-Scanner zur 3D-Kartierung des Geländes ausgestattet ist, wird mit einer Technik trainiert, die als ‚Deep Reinforcement Learning‘ bezeichnet wird. Anhand einer Studie, bei der Testpersonen verschiedene Szenen daraufhin bewerten, ob sie visuell ansprechend sind, werden Richtlinien für das autonome Kamerasystem erstellt, auf deren Grundlage sich die Kamera intelligent positioniert, den Bildausschnitt der Aufnahme anpaßt und sogar schwungvolle Kamerabewegungen nachbildet.

Im November informiert eine Pressemitteilung der University at Buffalo über ein Forscherteam des CRASH-Labors (Crashworthiness for Aerospace Structures and Hybrids), das an einem Konzeptentwurf arbeitet, der vorsieht, daß ein morphendes Flugzeug den Himmel über der Venus erkundet.

Der Bio-inspired Ray for Extreme Environments and Zonal Explorations (BREEZE) sieht aus wie ein Stachelrochen, der sich mit seinen Brustflossen durch das Wasser treibt. Wie jener schlägt auch diese Bio-inspirierte, morphende Sonde während des Fluges mit den Flügeln und hält sich in Höhen von bis zu 50 km in der Luft.

Ausgerüstet mit einer Reihe von Instrumenten und angetrieben von den starken Winden des Planeten, soll die solarbetriebene Drohne atmosphärische Gase aufspüren, nach vulkanischer Aktivität suchen und sogar die sogenannte dunkle Seite der Venus erforschen. Das Konzept sieht vor, daß er Flugkörper alle 4 bis 6 Tage die Venus umrundet. Alle 2 bis 3 Tage ist sie dabei auf der Sonnenseite des Planeten, um mit den Solarzellen die Akkus aufzuladen.

BREEZE ist einer von 18 Vorschlägen, die von der NASA im Rahmen ihres Programms NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) geprüft werden, und das des CRASH-Labor bekam Anfang dieses Jahres eine mit 125.000 $ dotierte Förderung, um die Idee weiterzuentwickeln. Zum Hintergrund: Das im Februar 1998 gegründete NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) war im August 2007 geschlossen – und 2011 als Programm unter dem o.e. Namen NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) wieder aufgenommen worden. Mehr über die NIAC-Aktivitäten findet sich im Kapitelteil Alternative Antriebe in der Raumfahrt.

In diesem Zusammenhang soll auf das Design Remote Operations Vehicle and Observatory (ROVO) von Lee Rosari Jr. aus Orlando, Florida, hingewiesen werden, das ebenfalls für die NASA konzipiert wird – allerdings nicht für die Venus, sondern den Mars.

Das Konzept, das bereits im September in den Fachblogs erscheint, ist ein futuristisches Vehikel, das von einem Mikro-Nuklearreaktor angetrieben wird. Seine Erwähnung an dieser Stelle verdankt es dem Umstand, daß das ROVO eine unterstützende Forschungsdrohne besitzt, die im hinteren Heckbereich eingebaut ist und zur zusätzlichen Hilfestellung und Datenerhebung bei Einsätzen auf der Marsoberfläche eingesetzt werden kann.

Ebenfalls im November stellt das erst in diesem Jahr von Derek Hughes und Paul Ausley gegründete Startup TerraView Pte. Ltd. mit Sitz im kalifornischen Valencia eine Arbeitsdrohne RangePro X8 vor, die sich durch eine beeindruckende Flugzeit von über 70 Minuten auszeichnet.

Der hauptsächlich aus Kohlefaser bestehende X8, der hauptsächlich für industrielle Anwendungen wie Kartierung und Inspektion entwickelt wurde, sieht zwar aus wie ein Quadrokopter, verfügt aber tatsächlich über acht Sätze Propeller und Motoren – zwei an jedem seiner vier Arme. Mit seinem 24.000 mAh/532,8 Wh Lithium-Polymer-Akku bringt er ein Gewicht von 4,4 kg auf die Waage. Wenn er nicht in Gebrauch ist, kann er zusammengefaltet und in einem Rucksack transportiert werden.

Einmal in der Luft erreicht er eine Höchstgeschwindigkeit von 65 km/h und weicht dank einer 360°-Anordnung von Anti-Kollisionsbaken automatisch allen Hindernissen aus. Zudem ist er relativ regendicht. Der X8 verfügt über eine integrierte Videokamera, die ein Echtzeitvideo an den Benutzer zurück überträgt. Er kann aber auch mit einer Vielzahl von Geräten von Drittanbietern ausgestattet werden, z.B. mit kardanisch aufgehängten optischen und Wärmebildkameras sowie LiDAR-Einheiten.

Mit Hilfe einer App läßt sich die Drohne so programmieren, daß sie autonom einer vorgegebenen Flugbahn folgt. Ansonsten wird sie in Echtzeit über eine mitgelieferte Funkfernsteuerung bis zu einer Reichweite von 4,8 km gesteuert. Informationen bezüglich Preis und Verfügbarkeit gibt es bislang keine.

Im April 2020 folgt das Modell RangePro X8P – Pixhawk, das vor allem in den Bereichen Ersthelfer und staatliche Unternehmen eingesetzt werden soll.

Zum Abschluß der technologischen Entwicklungen sollen auch in diesem Jahr die Neuigkeiten im Bereich der solarbetriebenen Langzeit- und Höhenflugzeuge dokumentiert werden, wobei der aktuelle Stand der bisherigen Modelle den jeweiligen Jahresübersichten angefügt wurde.

Die britische Firma Astigan Ltd. (davor kurzzeitig: Solar 90 Ltd.) stellt im Februar 2019 ein unbemanntes solarbetriebenes Flugzeug mit einem Gewicht von 149 kg, einschließlich einer Nutzlast von bis zu 25 kg, vor, das mit einer Spannweite von 38 m bis zu 90 Tage lang in einer Höhe von 20.000 m fliegen soll. Bei einer erwarteten Geschwindigkeit über Grund von 90 km/h könnte der Flieger rund 2.000 km pro Tag zurücklegen.

Der A3 High Altitude Pseudo Satellite (HAPS) soll die Lücke zwischen Luft- und Satellitenmessungen für eine genauere und höher auflösende Kartenerstellung und andere Anwendungen schließen. Topographische Karten, die eine große Anzahl von Details mit hoher Genauigkeit enthalten, sind nicht nur für den Wochenendwanderer, sondern auch für das Militär, Bauingenieure, Stadtplaner, Archäologen und viele andere wichtig. Darüber hinaus verändert sich die Erdoberfläche ständig, da Wälder abgeholzt oder neu gepflanzt werden, Städte sich ausdehnen, Straßen gebaut werden usw.

Um sicherzustellen, daß stets die zuverlässigsten und aktuellsten Informationen zur Verfügung stehen, gründet Großbritanniens Kartierungsdienst, der Ordnance Survey (OS), zusammen mit privaten Investoren im Jahr 2014 die Astigan. Der OS hatte schon immer den Ruf, die Kartographie bis an ihre Grenzen zu treiben, und war bereits während des Ersten Weltkriegs ein Pionier in der Luftvermessung. Jetzt wird daran gearbeitet, das erste kommerzielle HAPS-System des Landes zu entwickeln und zu vermarkten.

Die Idee hinter dem A3 ist, daß er schnell und kostengünstig sehr große Gebiete abdeckt oder ein Gebiet wochenlang ständig überwacht. Damit kann er nicht nur helfen, bestehende Karten zu aktualisieren, sondern auch Geo-Datenbanken für Gebiete in Entwicklungsländern bereitzustellen, die sich konventionelle Vermessungen nicht leisten können. Ebenso lassen sich vorübergehende Ereignisse wie Verschiebungen der Eiskappe oder Ölverschmutzungen überwachen, und dies in Echtzeit.

Nach Angaben des OS hat der A3 in Zusammenarbeit mit britischen Unternehmen, Branchenexperten und Universitäten bereits acht vollständige Flüge durchgeführt. Die letzte Flugerprobung wird für 2020 erwartet, danach wird das Flugzeug voll einsatzfähig sein. Dabei kann es eine Reihe austauschbarer Erdbeobachtungsinstrumente wie Hochpräzisionskameras, Atmosphären-Überwachungssysteme und Multispektralsensoren aufnehmen.

Im April 2019 bringt die Firma Alta Devices aus Kalifornien, deren Solarzellen beispielsweise dem unbemannten Prototyp Puma AE von AeroVironment im Jahr 2013 ermöglichten, mehr als neun Stunden lang in der Luft zu bleiben, ein neues Produkt namens Anylight Solar for HALE auf den Markt, das den HALE-UAVs die Fähigkeit verleiht, noch sehr viel länger in der Luft zu bleiben – sogar über Jahre hinweg.

Auch Anylight Solar basiert auf den Single-Junction Gallium-Arsenid-Solarzellen von Alta Devices, die einen Weltrekord-Wirkungsgrad von 29,1 % aufweisen, kombiniert mit einer speziellen Verkapselung, um den Bedingungen in Höhen von 20 km für längere Zeit zu widerstehen. Die Verkapselung ist leicht, verfügt über eine glatte, aerodynamische Oberfläche und bietet gleichzeitig Schutz vor extremer UV-Strahlung, Ozon und den Temperaturen, die in großen Höhen vorkommen.

Nach Angaben des Unternehmens ist das Produkt in Zusammenarbeit mit potentiellen Kunden so konzipiert wurde, daß es sich mechanisch und elektrisch leicht in verschiedene Flugzeuge, Luftschiffe und/oder Ballons integrieren läßt, die in solchen Höhen fliegen und gleichzeitig eine maximale Oberfläche für die flexiblen Solarzellen bieten, die unter den Bedingungen in großer Höhe eine Leistung von 300 W/m² erzielen sollen.

Im Mai 2019 präsentiert das Naval Research Laboratory (NRL), das gemeinsame Forschungslabor der United States Navy und des United States Marine Corps., auf der Drohnenmesse Xponential in Chicago eine experimentelle unbemannte Motorsegeldrohne, die  mit der Kraft der Sonne den ganzen Tag fliegen kann. Neben dem mit Strom aus Solarzellen angetriebenen Propeller werden hierzu aber auch vom Bordcomputer erkannte Aufwinde genutzt.

Dem NRL-Luftfahrtingenieur Dan Edwards zufolge, der das System entwickelt hat, ist die Solardrohne bereits an zwei Tagen jeweils elf Stunden geflogen, von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang, und hatte am Ende noch Strom im Akku. Besonders interessant ist die Aussage, daß der Marathoneinsatz auch mit günstigen Solarzellen klappt. Als das Team nämlich fünf verschiedene Solarzellentypen probiert, von den billigen bis zu den extrem teuren der Raumfahrt, stellt sich heraus, daß schon 14 % Sonnenlicht-Ausbeute ausreichend sind.

Ermöglicht wird dies durch ein System zur autonomen Erkennung und Nutzung von Aufwinden, das den Namen Autonomous Locator of Thermals (ALOFT) trägt und schon 2016 in Zusammenarbeit zwischen dem NRL und dem Air Vehicle Intelligence and Autonomy (AVIA) Lab der Pennsylvania State University (PSU) entwickelt und erprobt worden war, um unbemannte Segelflugzeuge für längere Flugzeiten in der Luft zu halten.

Das seit 2015 laufende Forschungsprojekt soll dieses Jahr mit einem Flug abgeschlossen werden, bei dem eine militärische Mission simuliert wird. In Frage kommen etwa Überwachungs- oder Aufklärungsflüge, Wettererhebungen oder der Einsatz als fliegendes Funk-Relais. Die US-Marineinfanterie möchte jedenfalls bald über unbemannte Drohnen verfügen, die insbesondere über dem offenen Meer zum Einsatz kommen und wochenlang rund um die Uhr autonom unterwegs sein können.

Eine periphere Information in diesem Zusammenhang stammt ebenfalls vom Mai 2019, als der britische Leiterplattenhersteller Trackwise den längsten mehrschichtigen gedruckten Schaltkreis der Welt ausliefert.

Der 26 m lange Flexible Printed Circuit (FPC), der vermutlich längste jemals hergestellte, dient dazu, Energie und Steuersignale über die Flügel eines solarbetriebenen, unbemannten Luftfahrzeugs zu verteilen, das in den USA gebaut wird. Leider wird nicht erwähnt, um welchen Kunden es sich handelt.

Dabei ist der Schaltkreis einer von über fünfzig, die von Trackwise in das Fluggerät eingebaut werden. Dadurch, daß das gesamte Verbindungssystem (Strom und Signale) aus FPCs besteht, bedeutet dies eine eine geschätzte Gewichtsersparnis von 60 % gegenüber herkömmlichen Kabelbäumen. Womit das UAV eine höhere Nutzlast tragen und/oder eine verbesserte Geschwindigkeit und Reichweite erreichen kann.

Die FPCs werden unter Verwendung einer patentierten, Rolle-zu-Rolle-Fertigungstechnik namens Improved Harness Technology (IHT) hergestellt (GB-Nr. 2498994). Die planare Struktur der auf einem Polyimidsubstrat basierenden Schaltung leitet die Wärme besser ab als eine herkömmliche Verdrahtung, wodurch eine höhere Strombelastbarkeit ermöglicht wird.

Die gedruckte Fertigung gewährleistet zudem die Konsistenz der Schaltung, es werden weniger Anschlußpunkte benötigt, so daß die Zuverlässigkeit erhöht wird. Zudem sind FPCs einfacher zu installieren als Kabelbäume, was die Montagezeit und -kosten verringert.

 

Weiter mit den Elektro- und Solarfluggeräten 2019 ...