Wenn solarbetriebene Drohnen arktische Gletscher erkunden
Selbstfliegende Solarflugzeuge müssen ihre Tauglichkeit für ?reale? Anwendungen erst noch beweisen. Bei der ?berwachung von Gletschern in Polarregionen k?nnten sie wichtige Dienste leisten, denn die Mitternachtssonne bietet ideale Voraussetzungen für Langzeit-Solarflüge.
Welcher Ort eignet sich besser als die Arktis, um eine neue Generation von autonomen, solarbetriebenen Flugger?ten zu testen? Das Autonomous Systems Laboratory (ASL) der ETH Zürich entwickelte mit AtlantikSolar eine solche solare Drohne (Unmanned Aerial Vehicle (UAV)), die mehrere Tage lang ununterbrochen fliegen kann. Glaziologen der ETH Zürich wiederum, die mithilfe von UAVs Gletscher in Gr?nland überwachen, sind auf ein langes Flugverm?gen angewiesen, um die unermessliche Weite der arktischen Gletscherlandschaft zu erfassen. Schliesslich ist der arktische Sommer mit seinem konstanten Tageslicht bestens geeignet für Solardrohnen. Die Flugdauer verl?ngert sich dadurch enorm.
Soweit die Theorie. Aber funktioniert das auch in der Praxis? Um das herauszufinden, haben wir – eine Gruppe von Forschenden, die sich mit autonomen Systemen besch?ftigen, und von Glaziologen – gemeinsam das Projekt ?Sun2Ice? lanciert. Das Ziel: die AtlantikSolar hoch im Norden unter der Mitternachtssonne auf Herz und Niere zu prüfen.
Fragiles Flugger?t in rauer Region
Qaanaaq, Nordwest-Gr?nland, 77 Grad Nord, rund 600 permanente Einwohner. Der Ort bildet die ideale Basis für unser Projekt: Er ist von zehn kalbenden Gletschern umgeben, gut mit dem Flugzeug erreichbar und bietet alles, was wir brauchen (Shop, Unterkünfte, Internet).
Kurz nach unserer Ankunft Anfang Juni stellt sich uns die erste grosse Herausforderung: Der Sand des Landeplatzes, den wir im Vorjahr ausgew?hlt hatten, wurde von starken Winterwinden verweht. Ohne ebene Landestelle k?nnte AtlantikSolar beim Aufsetzen zerbrechen oder die nach unten gerichtete Kamera kaputtgehen. Kaum haben wir auf dem holprigen Terrain die improvisierte Landebahn in fast einer Woche Handarbeit fertig gebaut, gibt es wieder Schwierigkeiten: ?ber Qaanaaq zieht dichter Nebel auf. Er h?lt AtlantikSolar nochmals für mehrere Tage am Boden.
Premiere im Polargebiet
Endlich. Am Morgen des 20. Juni klart der Himmel auf. Schon am Mittag hebt AtlantikSolar ab. Der Plan ist, sie kreisen zu lassen und so den ersten 24-Stunden-Flug einer solarbetriebenen Drohne im Polargebiet zu absolvieren. Der Zufall will es, dass das Datum der Landung, der 21. Juni, nicht nur mit der Sonnenwende zusammenf?llt – das Beste, was wir uns für einen Solardrohnenflug wünschen k?nnen – sondern auch mit dem Nationalfeiertag Gr?nlands. Dies heisst: AtlantikSolar fliegt w?hrend den Feierlichkeiten und vor den Augen der Einwohner Qaanaaqs, die ohnehin bereits fasziniert von unserem seltsamen Flugobjekt sind.
Die Sterne stehen also gut für einen besonderen Event: Die Spannung steigt stündlich, und die Kaffeemaschine l?uft auf Hochtouren, um das Team w?hrend 24 Stunden warm und wach zu halten ... – bis um ein Uhr morgens erneut Nebel aufkommt. Schweren Herzens muss das Team die Mission nach dreizehn Flugstunden abbrechen.
Doch halb so schlimm! Trotz sechs Stunden Flug unter schwierigen Bedingungen mit Wolken und Wind, was den Energieverbrauch erh?ht, betr?gt die Batteriekapazit?t noch über 60 Prozent. Das deutet darauf hin, dass selbst unter anhaltend schlechten Bedingungen rund 20 Flugstunden m?glich sind – und unter besseren Bedingungen sicherlich mehr als 24! AtlantikSolar ist bereit für die Feldarbeit.
Forschungsflug zum Bowdoin-Gletscher
Der n?chste Tag mit klarem Himmel, ohne Nebel und minimalem Wind ist der 3. Juli. AtlantikSolar erreicht den Bowdoin-Gletscher innerhalb von 1 Stunde 15 Minuten und beginnt, permanent überwacht durch einen Satelliten, die kalbende Vorderseite photogrammetrisch zu scannen. Alles verl?uft problemlos, doch pl?tzlich ziehen im Fjord unvorhergesehene Tal-Winde auf. Es sind die st?rksten Winde, denen AtlantikSolar jemals ausgesetzt war: vertikale B?en von bis zu 6 m/s und anhaltender Rückenwind von 15 m/s bei einer Fluggeschwindigkeit von gerade mal knapp 10 m/s. Doch die Drohne findet nach fünf Stunden und 230 km unbeschadet nach Qaanaaq zurück – mit beinahe voll geladenen Batterien. Das zeigt uns das Potenzial dieser Plattform für den unterbrechungsfreien Einsatz in der Kryosph?re.
Entdeckung an der kalbenden Gletscherfront
Hochinteressant: AtlantikSolar sichtet eine breite Spalte an der Vorderseite des Gletschers. Wenige Tage sp?ter machen sich einige Glaziologen zum Bowdoin-Gletscher auf, um die Spalte weiter zu beobachten, bis diese schliesslich abbricht. Die Bilanz: wir haben einen einzigartigen Datensatz, der das gesamte Bruchereignis abdeckt. Damit k?nnen wir solche Vorg?nge künftig besser modellieren. Das Kalben ist ein komplexer Prozess, der auch eine wichtige Rolle beim Anstieg des Meeresspiegels spielt, aber nach wie vor nicht vollst?ndig verstanden wird.
Guillaume Jouvet hat diesen Blogeintrag mit Thomas Stastny verfasst.
