Robotiskie kvadrokopteri var piedāvāt nulles G lidojumus par lētu

Viens no komiski nosauktajiem aeronautikas inženierijas triumfiem ir vemšanas komēta — lidmašīna, kas lido pa parabolisku trajektoriju, lai simulētu nulles g apstākļus. Šīs lidmašīnas izmanto astronauti, lai trenētos bezsvara apstākļos aptuveni 25 sekunžu intervālos, un cilvēki, kuri vienkārši vēlas izjust nulles g. Lidmašīnām ir bijuši arī citi lietotāji — filmas bezsvara ainas Apollo 13 visi tika filmēti vemšanas komētas iekšpusē pie nulles g.

Vemšanas komētas ir arī viena no iespējām, kas pieejama zinātniekiem, lai veiktu eksperimentus mikrogravitācijas apstākļos. Bet vemšanas komētas nav lētas, maksā līdz 3000 USD/kg; un tie ir jārezervē mēnešus vai gadus iepriekš, tāpēc bieži vien var būt grūti atkārtot eksperimentu, kas kaut kā ir nonācis nepareizi.

Vēl viena iespēja ir nolaižams tornis. Tie ir ātri apstrādājami, un tos ir viegli rezervēt. Bet tie, pirmkārt, ir pārmērīgi dārgi.

Un pēdējais variants — lidojums Starptautiskajā kosmosa stacijā vai ekskluzīvs kosmosa kuģis — ir pārmērīgi dārgs gandrīz ikvienam.

Tāpēc zinātnieki ļoti vēlētos, ja viņiem būtu lētāka un ātrāka alternatīva, vismaz lai pārbaudītu principiālas konstrukcijas, pirms uzsākt dārgākas iespējas.

Šī diagramma parāda spēkus, ko varētu radīt nulles gramu kvadrokopteris ar maināma soļa rotoriem

Šodien viņiem ir sava vēlme vai tuvu tai, pateicoties Huana Pablo Afmana un viņa draugu darbam Džordžijas Tehnoloģiju institūtā Atlantā. Šie puiši ir nākuši klajā ar ideju izmantot autonomu kvadrokopteru, lai īslaicīgi radītu nulles apstākļus. Viņu risinājums ir ļoti elastīgs, viegli atkārtojams un galvenokārt zemas izmaksas.

Viņu mērķus ir viegli noteikt. Viņi vēlas vismaz piecas sekundes brīvā kritiena, darboties saskaņā ar normatīvajiem ierobežojumiem un darīt to visu ar sistēmu, kas maksā mazāk nekā USD 25 000.

Tas nav tik vienkārši, kā izklausās. Afmans un kolēģi ātri atklāja, ka, lidojot ar kvadrokopteru lielā augstumā un izslēdzot tā dzinējus, gaisa pretestības dēļ kritiena laikā netiek radīta nulles g.

Vēl ļaunāk, spēki, kas darbojas uz rotoriem, rada nopietnu nestabilitāti, kas apgrūtina transportlīdzekļa atveseļošanos pat tad, ja motori tiek atkal ieslēgti. Tā kā vilces spēki ir gandrīz nulle, transportlīdzeklis nespēj saglabāt pareizu stāvokli manevra laikā, un rezultāti ir katastrofāli, viņi saka.

Problēma ir tāda, ka fiksētas plaknes rotori, kas ir standarta vairumam kvadrokopteru, nevar radīt spēkus, kas nepieciešami nulles g uzturēšanai vai kuģa stabilizēšanai brīvā kritiena laikā. Tāpēc komandai bija jānāk klajā ar savu mainīga soļa rotora dizainu, lai nodrošinātu tai visu laiku kontroli pār kuģi sešās brīvības pakāpēs.

Protams, pastāv normatīvie ierobežojumi. Viens no nozīmīgākajiem ir tas, ka kvadrokopteri nevar lidot augstāk par aptuveni 120 metriem Eiropā vai ASV, kā arī tie nevar svērt vairāk par aptuveni 25 kilogramiem, kas ierobežo eksperimentus, ko tie var veikt.

Bet tas joprojām ļauj komandai izstrādāt trajektorijas, kas rada nulles g līdz piecām sekundēm, vienlaikus saglabājot pilnīgu kontroli pār transportlīdzekli.

Drošības nolūkos komanda nosaka arī ģeogrāfisko telpas apjomu, kurā kvadrokopterim visu laiku jāatrodas. To nosaka, cik tālu transportlīdzeklis nobrauktu ballistiski, ja tas jebkurā brīdī zaudētu jaudu. Viņi to sauc par ģeožogu, un tas garantē relatīvu drošību.

Komanda ir arī izveidojusi programmatūru, kas ļauj lietotājiem izstrādāt trajektorijas ar dažādiem nulles laika profiliem konkrētiem eksperimentiem.

Neskatoties uz iespaidīgo sagatavošanās darbu apjomu uz zemes, komandai vēl nav jāveic nulles lidojumi, galvenokārt rotora konstrukcijas kavēšanās dēļ. Mums būs tikai jāredz, cik labi ierīce darbojas — viņi sola veikt dažus nulles g lidojumus 2016. gada beigās.

Tikmēr darbs ir daudzsološs solis uz priekšu nulles pētījumiem. Sistēmas cenu zīme padara to pieejamu daudziem institūtiem un, iespējams, pat skolām. Tam vajadzētu vēstīt par jaunu interesi par eksperimentiem bez svara un tādu, ko var sasniegt ar nelielu vemšanu vai vispār bez vemšanas.

Atsauce: arxiv.org/abs/1611.07650 : Par autonoma mikrogravitācijas gaisa robota projektēšanu un optimizāciju

paslēpties