Reine Solardrohne fliegt über fünf Stunden lang am Stück

Der südafrikanische Ingenieur Luke Maximo Bell hat seinen viermotorigen Solar-Quadrokopter, der ohne Pufferbatterie fliegen kann, neu konstruiert und ihn einem Ausdauertest unterzogen. An einem sonnigen, windstillen Tag flog die Drohne ununterbrochen mehr als fünf Stunden mit reiner Solarenergie im Schwebeflug. Die Drohne hätte noch länger in der Luft bleiben können, musste allerdings aufgrund problematischer Windverhältnisse nach genau 5 Stunden, 2 Minuten und 21 Sekunden gelandet werden.

Zum Redesign der ersten Solardrohne analysierte Bell die Schwachstellen des Quadrokopters. Eine Schwierigkeit ergab sich vor allem aus den bruchanfälligen Solarzellen, die auf einer Gitterkonstruktion aus dünnen Karbonstäben aufgebracht waren. Bei der neuen Konstruktion verstärkte der Bastler das Gitter und stellte außerdem sicher, dass die dünnen Maxeon Sunpower C60 Silizium-Solarpanels zu je 5 W so angebracht wurden, dass sie nicht mehr so schnell brechen können. Verwendet wird nun ein Array von 8 × 4 Panels. Bei voller Sonneneinstrahlung liefern die Solarzellen insgesamt etwa 100 W bei rund 18 V, in der Spitze bis zu 110 W. Die Solarpanels sind oberhalb der Drohne angebracht, um die Sonne optimal einfangen zu können.

Zudem reduzierte Bell die Länge der Ausleger, an denen die vier Motoren angebracht sind. Bei der ersten Version der Solardrohne waren die Ausleger länger und die Drohne größer. Dadurch kam es zu einer unerwünschten Rotation des Fluggeräts, die ständig ausgeglichen werden musste, was Strom kostete. Die zweite Version der Solardrohne weist durch die Verkleinerung dieses Rotationsbestreben nicht mehr so stark auf und benötigt daher weniger Strom für Korrekturen. Zudem reduziert dies das Gewicht um rund 70 g, was den Strombedarf zusätzlich verringert.

Die Motoren des Typs T-Motor Antigravity MN4005 300 KV, die vier NS-18×6-Rotoren aus Karbon sowie die Steuerungselektronik und den Electronic Speed Controller (ESC) übernahm Bell von der Vorgängerversion.

Flugversuche und Fehlerbehebungen

Ein erster Flugversuch der Solardrohne an einem Tag mit geringem Wind und starker Sonneneinstrahlung scheiterte jedoch. Die Drohne musste bereits nach etwas mehr als 2 Minuten aufgrund von Instabilität gelandet werden. Als ursächlich erwies sich, dass die Solarzellen keine kontinuierlich ausreichende Stromversorgung bieten können. Bell entschloss sich, eine kleine Pufferbatterie mit 720 mAh zu installieren, die von den Solarzellen geladen wird und bei kurzzeitigen Stromschwankungen einspringen kann. Zudem stabilisierte Bell die wackelige Solarzellenkonstruktion durch eine Verstärkung und legte die Zellen tiefer. Der Ingenieur reduzierte auch die Anzahl der Panels auf 28, was nach zuvor durchgeführten Simulationen keine großen Auswirkungen auf die Flugfähigkeit versprach.

Der zweite Flugversuch, ebenfalls an einem Platz mit geringem Wind und großer Sonneneinstrahlung, scheiterte zunächst an einem losen Motor. Nach der Reparatur flog die Solardrohne im Schwebeflug ausreichend stabil, bis das GPS aufgrund von Strommangel wegen kurzzeitiger Bewölkung ausfiel. Bell übernahm die Steuerung dann manuell, um den Windeinfluss kontinuierlich auszugleichen, was sich als mental anstrengend erwies. Das GPS setzte dann aber wieder ein und die Drohne konnte die Position erneut selbstständig halten. Nach 3 Stunden, 31 Minuten und 6 Sekunden knackte die Drohne den bestehenden inoffiziellen Rekord für ununterbrochene Flüge für eine elektrische Multirotor-Drohne (mit Akku). Nach insgesamt 5 Stunden, 2 Minuten und 21 Sekunden musste Bell die Drohne aufgrund schlechter werdender Windverhältnisse und geringerer Sonneneinstrahlung sicherheitshalber landen.

(olb)