211service.com
Robotiske Quadcopters kan tilby null G-flyvninger på en billig penge
En av de komisk navngitte triumfene innen luftfartsteknikk er oppkastkometen - et fly som flyr en parabolsk bane for å simulere forholdene på null g. Disse flyene brukes av astronauter til å trene under vektløse forhold i intervaller på rundt 25 sekunder og av folk som rett og slett ønsker å oppleve null g. Flyene har også hatt andre brukere - de vektløse scenene i filmen Apollo 13 ble alle filmet inne i en oppkastkomet ved null g.
Oppkast-kometer er også et av alternativene tilgjengelig for forskere for å utføre eksperimenter under mikrogravitasjonsforhold. Men oppkastkometer er ikke billige, de koster opptil $3000/kilo; og de må bestilles måneder eller år i forveien, så det kan ofte være vanskelig å gjenta et eksperiment som på en eller annen måte har gått galt.
Et annet alternativ er et falltårn. Disse har en rask behandlingstid og er enkle å bestille. Men de er uoverkommelig dyre i utgangspunktet.
Og det siste alternativet - en flytur på den internasjonale romstasjonen eller et skreddersydd romfartøy - er uoverkommelig dyrt for nesten alle.
Så forskere ville veldig gjerne ha et billigere og raskere alternativ, i det minste for å teste proof-of-princip-design før de tar fatt på dyrere alternativer.
Dette diagrammet viser kreftene et null-g quadcopter med rotorer med variabel stigning kunne produsere
I dag har de ønsket sitt, eller nær det, takket være arbeidet til Juan-Pablo Afman og venner ved Georgia Institute of Technology i Atlanta. Disse gutta har kommet på ideen om å bruke et autonomt quadcopter for å skape null g-forhold i korte perioder. Løsningen deres er svært fleksibel, enkel repeterbarhet og fremfor alt lavkostnad.
Målene deres er enkle å angi. De vil ha minst fem sekunders fritt fall, å operere innenfor regulatoriske begrensninger og å gjøre alt dette med et system som koster mindre enn $25 000.
Det er ikke fullt så lett som det høres ut. Afman og co fant raskt ut at det å fly et quadcopter til stor høyde og slå av motorene ikke genererer null g på grunn av luftmotstanden under fallet.
Enda verre, kreftene som virker på rotorene genererer alvorlige ustabiliteter som gjør det vanskelig for kjøretøyet å komme seg, selv når motorene slås på igjen. Siden skyvekreftene er nesten null, er kjøretøyet ikke i stand til å beholde riktig holdning under manøveren, og resultatene er katastrofale, sier de.
Problemet er at den typen fastplansrotorer som er standard på de fleste quadcoptere ikke kan produsere de kreftene som er nødvendige for å opprettholde null g eller for å stabilisere fartøyet under fritt fall. Så teamet måtte komme opp med sin egen rotordesign med variabel stigning for å gi den kontroll over fartøyet i seks frihetsgrader til enhver tid.
Det er regulatoriske begrensninger, selvfølgelig. En av de mest betydningsfulle er at quadcoptere ikke kan flys over omtrent 120 meter i Europa eller USA. De kan heller ikke veie mer enn omtrent 25 kilo, noe som begrenser eksperimentene de kan bære.
Men det lar fortsatt teamet designe baner som produserer null g i opptil fem sekunder mens de beholder full kontroll over kjøretøyet.
For sikkerhets skyld definerer teamet også et geografisk volum av plass der quadcopteren må oppholde seg til enhver tid. Dette er definert av hvor langt kjøretøyet vil reise ballistisk hvis det til enhver tid mistet strømmen. De kaller dette et geofence, og det garanterer relativ sikkerhet.
Teamet har også laget programvaren som lar brukere designe baner med forskjellige null g-tidsprofiler for spesifikke eksperimenter.
Til tross for en imponerende mengde forberedelsesarbeid på bakken, har teamet ennå ikke utført noen null g-flyvninger, hovedsakelig på grunn av forsinkelser med rotordesign. Vi må bare se hvor godt enheten yter – de lover å gjennomføre noen null g-flyvninger på slutten av 2016.
I mellomtiden er arbeidet et lovende skritt fremover for null g forskning. Systemets prislapp gjør det tilgjengelig for et bredt spekter av institutter og kanskje til og med for skoler. Det burde varsle en ny interesse for eksperimenter uten vekt og en som kan oppnås med lite eller ingen oppkast i det hele tatt.
Ref: arxiv.org/abs/1611.07650 : Om design og optimalisering av en autonom mikrogravitasjonsaktiverende luftrobot