Robotiske Quadcopters kunne tilbyde Zero G-flyvninger billigt

En af de komisk navngivne triumfer inden for luftfartsteknik er opkastkometen - et fly, der flyver en parabolsk bane for at simulere forholdene på nul g. Disse fly bruges af astronauter til at træne under vægtløse forhold i intervaller på omkring 25 sekunder og af folk, der blot ønsker at opleve nul g. Flyene har også haft andre brugere - de vægtløse scener i filmen Apollo 13 blev alle filmet inde i en opkastkomet ved nul g.

Opkastkometer er også en af ​​mulighederne for forskere til at udføre eksperimenter under mikrotyngdekraftsforhold. Men brækkometer er ikke billige, de koster op til $3.000/kilogram; og de skal bestilles måneder eller år i forvejen, så det kan ofte være svært at gentage et eksperiment, der på en eller anden måde er gået galt.

En anden mulighed er et faldtårn. Disse har en hurtig ekspedition og er ligetil at bestille. Men de er uoverkommeligt dyre i første omgang.



Og den sidste mulighed - en flyvning på den internationale rumstation eller et skræddersyet rumfartøj - er uoverkommeligt dyrt for næsten alle.

Så videnskabsmænd ville elske at have et billigere og hurtigere alternativ, i det mindste for at teste proof-of-principle-design, før de går i gang med dyrere muligheder.

Dette diagram viser de kræfter en nul-g quadcopter med rotorer med variabel stigning kunne frembringe

I dag har de deres ønske, eller tæt på det, takket være arbejdet fra Juan-Pablo Afman og venner på Georgia Institute of Technology i Atlanta. Disse fyre har fundet på ideen om at bruge en autonom quadcopter til at skabe nul g-betingelser i korte perioder. Deres løsning er meget fleksibel, let gentagelighed og frem for alt lavpris.

Deres mål er nemme at angive. De ønsker mindst fem sekunders frit fald, at operere inden for regulatoriske begrænsninger og at gøre alt dette med et system, der koster mindre end $25.000.

Det er ikke helt så nemt, som det lyder. Afman og co fandt hurtigt ud af, at det at flyve en quadcopter til en stor højde og slukke dens motorer ikke genererer nul g på grund af luftmodstand under faldet.

Endnu værre, kræfterne på rotorerne genererer alvorlige ustabiliteter, der gør det svært for køretøjet at komme sig, selv når motorerne tændes igen. Da trykkræfterne er næsten nul, er køretøjet ude af stand til at bevare den rette holdning under manøvren, og resultaterne er katastrofale, siger de.

Problemet er, at den slags rotorer med fast plan, som er standard på de fleste quadcoptere, ikke kan producere de kræfter, der er nødvendige for at holde nul g eller for at stabilisere fartøjet under frit fald. Så holdet måtte finde på sit eget rotordesign med variabel stigning for at give det kontrol over fartøjet i seks frihedsgrader til enhver tid.

Der er selvfølgelig reguleringsmæssige begrænsninger. En af de mest betydningsfulde er, at quadcoptere ikke kan flyves over omkring 120 meter i Europa eller USA. De kan heller ikke veje mere end omkring 25 kg, hvilket begrænser de eksperimenter, de kan bære.

Men det giver stadig holdet mulighed for at designe baner, der producerer nul g i op til fem sekunder, mens de bevarer fuld kontrol over køretøjet.

For en sikkerheds skyld definerer holdet også et geografisk rumfang, hvori quadcopteren skal opholde sig hele tiden. Dette er defineret af, hvor langt køretøjet ville rejse ballistisk, hvis det på noget tidspunkt mistede strømmen. De kalder dette et geofence, og det garanterer relativ sikkerhed.

Holdet har også skabt softwaren, der giver brugerne mulighed for at designe baner med forskellige nul g-tidsprofiler til specifikke eksperimenter.

På trods af en imponerende mængde forberedelsesarbejde på jorden, har holdet endnu ikke udført nogen nul g-flyvninger, primært på grund af forsinkelser med rotordesign. Vi skal bare se, hvor godt enheden yder - de lover at udføre nogle nul g-flyvninger i slutningen af ​​2016.

I mellemtiden er arbejdet et lovende skridt fremad for nul g forskning. Systemets prismærke gør det tilgængeligt for en lang række institutter og måske endda for skoler. Det skulle varsle en ny interesse for eksperimenter uden vægt og en, der kan opnås med lidt eller slet ingen opkast.

Ref: arxiv.org/abs/1611.07650 : Om design og optimering af en autonom mikrogravitationsaktiverende luftrobot

skjule