Robotiniai keturkopteriai gali pasiūlyti pigius „Zero G“ skrydžius

Vienas iš komiškai pavadintų aeronautikos inžinerijos triumfų yra vėmalų kometa – orlaivis, skrendantis paraboline trajektorija, kad imituotų nulio g sąlygas. Šiuos lėktuvus naudoja astronautai treniruodamiesi nesvarumo sąlygomis maždaug 25 sekundžių intervalais ir žmonės, kurie tiesiog nori patirti nulį g. Lėktuvai turėjo ir kitų naudotojų – nesvarios filmo scenos Apollo 13 visi buvo nufilmuoti vėmalų kometos viduje esant nuliui g.

Vėmimo kometos taip pat yra viena iš galimybių, kurias mokslininkai gali atlikti eksperimentams mikrogravitacijos sąlygomis. Tačiau vėmalų kometos nėra pigios, kainuoja iki 3000 USD už kilogramą; ir juos reikia užsisakyti prieš kelis mėnesius ar metus, todėl dažnai gali būti sunku pakartoti eksperimentą, kuris kažkaip nepavyko.

Kitas variantas yra nuleidžiamas bokštas. Jie greitai apdorojami ir juos lengva užsisakyti. Bet pirmiausia jie yra pernelyg brangūs.

Ir paskutinis variantas – skrydis Tarptautinėje kosminėje stotyje arba pagal užsakymą pritaikytas erdvėlaivis – yra nepaprastai brangus beveik visiems.

Taigi mokslininkai labai norėtų turėti pigesnę ir greitesnę alternatyvą, bent jau išbandyti principus pagrįstus dizainus prieš pradėdami rinktis brangesnius variantus.

Šioje diagramoje parodytos jėgos, kurias gali sukurti nulinio gramo keturkopteris su kintamo žingsnio rotoriais

Šiandien jie turi savo norą arba beveik jį įgyvendina dėka Juano-Pablo Afmano ir draugų Džordžijos technologijos institute Atlantoje. Šie vaikinai sugalvojo naudoti autonominį kvadrokopterį, kad trumpam laikui būtų sukurtos nulinės sąlygos. Jų sprendimas yra labai lankstus, lengvai pakartojamas ir, svarbiausia, pigus.

Jų tikslus lengva nusakyti. Jie nori bent penkių sekundžių laisvo kritimo, veikti pagal reguliavimo apribojimus ir visa tai daryti su sistema, kainuojančia mažiau nei 25 000 USD.

Tai nėra taip paprasta, kaip atrodo. Afmanas ir bendradarbiai greitai išsiaiškino, kad skrendant keturkopteriu į didelį aukštį ir išjungus jo variklius, nesukuriama nulio g dėl oro pasipriešinimo kritimo metu.

Dar blogiau, kad rotorius veikiančios jėgos sukelia didelį nestabilumą, dėl kurio transporto priemonei sunku atsigauti, net kai varikliai vėl įjungiami. Kadangi traukos jėgos yra beveik nulinės, transporto priemonė negali išlaikyti tinkamos padėties manevro metu, o rezultatai yra katastrofiški.

Problema ta, kad fiksuoto plokštumo rotoriai, kurie yra standartiniai daugumoje keturkopių, negali sukurti jėgų, reikalingų nuliui g palaikyti arba plaukiojančios priemonės stabilizavimui laisvo kritimo metu. Taigi komanda turėjo sugalvoti savo kintamo žingsnio rotoriaus konstrukciją, kad ji visą laiką galėtų valdyti aparatą šešiais laisvės laipsniais.

Žinoma, yra reguliavimo apribojimų. Vienas reikšmingiausių yra tai, kad keturkoperiai negali būti skraidinami aukščiau apie 120 metrų Europoje ar JAV, taip pat jie negali sverti daugiau nei apie 25 kilogramus, o tai riboja jų atliekamų eksperimentų skaičių.

Tačiau tai vis tiek leidžia komandai sukurti tokias trajektorijas, kurios sukuria nulį g iki penkių sekundžių, išlaikant visišką transporto priemonės kontrolę.

Saugumo sumetimais komanda taip pat apibrėžia geografinį erdvės, kurioje keturkopteris turi būti visą laiką, tūrį. Tai apibrėžiama pagal tai, kokį atstumą transporto priemonė nuvažiuotų balistiškai, jei bet kuriuo metu dingtų galia. Jie tai vadina geotvora ir tai garantuoja santykinį saugumą.

Komanda taip pat sukūrė programinę įrangą, kuri leidžia vartotojams kurti trajektorijas su skirtingais nulio g laiko profiliais konkretiems eksperimentams.

Nepaisant įspūdingo pasirengimo darbų kiekio žemėje, komanda dar neatliko nė vieno nulio g skrydžio, daugiausia dėl vėlavimo su rotoriaus konstrukcija. Turėsime tik pamatyti, kaip gerai veikia įrenginys – 2016 m. pabaigoje jie žada atlikti keletą nulio g skrydžių.

Tuo tarpu šis darbas yra daug žadantis žingsnis į priekį siekiant nulinio tyrimo. Dėl sistemos kainos ji prieinama įvairiems institutams ir galbūt net mokykloms. Tai turėtų reikšti naują susidomėjimą eksperimentais be svorio ir tokiu, kurį galima pasiekti mažai vemiant arba visai nevėmant.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1611.07650 : Apie autonominį mikrogravitaciją įgalinančio oro roboto projektavimą ir optimizavimą

paslėpti