ETH-Rekordversuch: Solarflugzeug 27 Stunden in der Luft


Der Rekordversuch ist geglückt: Das unbemannte Solarsegelflugzeug „Sky Sailor“ des Laboratoriums für Autonome Systeme der ETH Zürich flog ohne Unterbruch 27 Stunden auf einer konstanten Höhe und legte dabei gegen 900 Kilometer zurück. Dies ist unter anderem einer verbesserten Batterie zu verdanken, die den Segler in der Nacht antreibt. Dieser Erfolg krönt die Doktorarbeit des Projektleiters André Noth. Bereits im vergangenen Jahr strebte er den Nonstop-Flug an, scheiterte jedoch an ungünstigen Windverhältnissen und musste seinen Rekordversuch abbrechen. Diesmal ging die Rechnung auf. „Sky Sailor“ habe auch während der Nacht seine Runden gedreht, obwohl es ziemlich windig sei, berichtet der Forscher.“Sky Sailor“ startete am Freitag um 12:33 Uhr vom Modellflugplatz Niederwil bei Cham (ZG) und landete am Samstag nach über 27 Stunden Nonstop-Flug. In dieser Zeit legte der Solarsegler über 870 Kilometer zurück – das ist mehr als die Strecke von Zürich nach London – und kreiste auf einer konstanten Flugbahn zwischen 200 und 400 Meter über Boden.Für diesen zweiten Rekordversuch verwendete Noth eine neue Lithium-Ionen-Batterie, die gegenüber dem Vorläufermodell nicht nur leichter, sondern auch um 20 Prozent leistungsfähiger ist. Das hat sich nun bezahlt gemacht. Die Batterie wiegt ein Kilo und macht 40 Prozent des Gesamtgewichts des Flugzeugs aus. Bereits am Freitagnachmittag war die Batterie voll geladen und konnte den Nachtflug sicherstellen. Am frühen Samstagmorgen lag deren Kapazität noch immer bei 5,8 Prozent. Um 6 Uhr 10 begannen die Solarzellen Strom zu liefern, der Akku konnte sich wieder aufladen. „Bei der Landung war die Batterie zu hundert Prozent geladen“, sagt André Noth. „Das ist der Beweis, dass Sky Sailor kontinuierlich mit Solarenergie fliegen kann.“ Insgesamt wiegt „Sky Sailor“ 2,5 Kilo und besitzt eine Spannweite von 3,2 Meter. Die 216 Silicium-Solarzellen auf der Oberseite der Tragflächen bedecken eine Fläche von einem halben Quadratmeter. Sie müssen einen hohen Wirkungsgrad aufweisen und biegsam sein, um sich optimal der Flügelform anzupassen. Die Solarzellen produzieren 90 Watt Leistung und versorgen den Motor, die Bordelektronik sowie die Batterie mit Strom.

Tagsüber nutzt „Sky Sailor“ Energie aus den Solarzellen. Nachts aber versorgt nur die Batterie, die während des Tages mit überschüssigem Solarstrom aufgeladen wird, Motor und Bordelektronik mit Energie. Das Solarsegelflugzeug braucht im Streckenflug maximal 15 Watt. Trotz Einsatz von Lithium-Polymer-Akkus ist die Batterieleistung ein limitierender Faktor für Solarflugzeuge. Die Akkus sind noch nicht so leicht und leistungsfähig, wie es die Flugzeugbauer gerne hätten. Im Cockpit von „Sky Sailor“ ist ein vollständig an der ETH entwickelter Autopilot eingebaut, der eine programmierte Flugbahn einhält. Sensoren überwachen Geschwindigkeit, Höhe und Flugwinkel. Ein GPS hält die genaue Position von „Sky Sailor“ fest. Zur elektronischen Ausstattung gehört ein Kommunikationsgerät, um Daten an die Bodenstation zu senden respektive von dort zu empfangen. Um das Solarflugzeug sicher zu landen, kann das Bodenpersonal eine Fernsteuerung zuschalten.

Streng genommen ist „Sky Sailor“ ist nicht das erste unbemannte Solarflugzeug, das mehr als 24 Stunden am Stück fliegen kann. Es ist aber der erste Versuch, das Flugzeug nachts mit Batteriebetrieb auf konstanter Höhe zu halten. Andere Modelle nutzten thermische Aufwinde oder flogen vor der Dunkelheit in grosse Höhen und glitten im Laufe der Nacht zur Erde zurück. Sie überbrückten die dunklen Stunden mit so genannt potenzieller Energie.

Als Mars-Segler konzipiert

Das Projekt „Sky Sailor“ wurde vor vier Jahren lanciert. 2004 gab die ESA der ETH Lausanne eine Machbarkeitsstudie in Auftrag um abzuklären, ob sich unbemannte Solarflugzeuge für Erkundungsflüge über dem Mars eignen würden. Die ESA wollte ein kleines, leichtes Flugzeug, das sich mit Solarenergie fast endlos in der Luft halten kann. Obwohl die Lausanner Forscher die Machbarkeit aufgezeigt hatten, verzichtete die ESA wegen Geldmangels auf das Projekt. Die beteiligten Wissenschaftler, darunter André Noth, heute am Laboratorium für Autonome Systeme von Professor Roland Siegwart an der ETH Zürich tätig, beschlossen dennoch an „Sky Sailor“ weiterzuarbeiten. Mögliche Anwendungen sieht Noth weniger im All als vielmehr auf der Erde, zum Beispiel als unbemannte Drohne zur Überwachung des Verkehrs, von Hochspannungsleitungen, Pipelines oder Waldbrandgebieten. (Quelle: Text: P. Rüegg / ETH Zürich und Bild: Y. Fournier / EPFL)


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