211service.com
Robotic Quadcopters kan erbjuda Zero G-flyg till ett billigt pris
En av flygteknikens komiskt namngivna triumfer är kräkkometen - ett flygplan som flyger en parabolisk bana för att simulera förhållandena noll g. Dessa plan används av astronauter för att träna under viktlösa förhållanden i intervaller på cirka 25 sekunder och av människor som helt enkelt vill uppleva noll g. Planen har också haft andra användare - de viktlösa scenerna i filmen Apollo 13 var alla filmade inuti en kräkkomet vid noll g.
Kräkningskometer är också ett av alternativen för forskare att utföra experiment i mikrogravitationsförhållanden. Men kräkkometer är inte billiga, de kostar upp till $3 000/kilo; och de måste bokas månader eller år i förväg, så att upprepa ett experiment som på något sätt har gått fel kan ofta vara svårt.
Ett annat alternativ är ett falltorn. Dessa har en snabb handläggning och är enkla att boka. Men de är oöverkomligt dyra i första hand.
Och det sista alternativet - en flygning på den internationella rymdstationen eller en skräddarsydd rymdfarkost - är oöverkomligt dyrt för nästan alla.
Så forskare skulle verkligen älska att ha ett billigare och snabbare alternativ, åtminstone för att testa proof-of-principe-designer innan de börjar med dyrare alternativ.
Det här diagrammet visar krafterna en noll-g quadcopter med rotorer med variabel stigning kan producera
Idag har de sin önskan, eller nära den, tack vare Juan-Pablo Afmans och kompisars arbete vid Georgia Institute of Technology i Atlanta. Dessa killar har kommit på idén att använda en autonom quadcopter för att skapa noll g-förhållanden under korta perioder. Deras lösning är mycket flexibel, enkel repeterbarhet och framför allt låg kostnad.
Deras mål är lätta att ange. De vill ha minst fem sekunders fritt fall, att verka inom regulatoriska begränsningar och att göra allt detta med ett system som kostar mindre än $25 000.
Det är inte riktigt så lätt som det låter. Afman och co fann snabbt att flygning av en quadcopter till en stor höjd och stänga av dess motorer inte genererar noll g på grund av luftmotståndet under fallet.
Ännu värre är att krafterna som verkar på rotorerna genererar allvarliga instabiliteter som gör det svårt för fordonet att återhämta sig, även när motorerna slås på igen. Eftersom dragkrafterna är nästan noll, är fordonet oförmöget att behålla rätt attityd under manövern och resultaten är katastrofala, säger de.
Problemet är att den typ av rotorer med fast plan som är standard på de flesta quadcoptrar inte kan producera de krafter som krävs för att bibehålla noll g eller för att stabilisera farkosten under fritt fall. Så teamet var tvunget att komma på sin egen rotordesign med variabel stigning för att ge det kontroll över farkosten i sex frihetsgrader hela tiden.
Det finns regelbundna begränsningar, naturligtvis. En av de viktigaste är att quadcoptrar inte kan flygas över cirka 120 meter i Europa eller USA. De kan inte heller väga mer än cirka 25 kilo, vilket begränsar de experiment de kan bära.
Men det gör det fortfarande möjligt för teamet att designa banor som producerar noll g i upp till fem sekunder samtidigt som de har full kontroll över fordonet.
För säkerhets skull definierar teamet också en geografisk volym av utrymme där quadcoptern måste vistas hela tiden. Detta definieras av hur långt fordonet skulle färdas ballistiskt om det tappade ström när som helst. De kallar detta ett geofence, och det garanterar relativ säkerhet.
Teamet har också skapat programvaran som låter användare designa banor med olika noll g-tidsprofiler för specifika experiment.
Trots en imponerande mängd förberedelsearbete på marken har teamet ännu inte utfört några noll g-flygningar, främst på grund av förseningar med rotordesign. Vi måste bara se hur bra enheten presterar - de lovar att genomföra några noll g-flygningar i slutet av 2016.
Under tiden är arbetet ett lovande steg framåt för noll-forskning. Systemets prislapp gör det tillgängligt för ett brett utbud av institut och kanske även för skolor. Det borde förebåda ett nytt intresse för experiment utan vikt och ett som kan uppnås med lite eller inga kräks alls.
Ref: arxiv.org/abs/1611.07650 : Om design och optimering av en autonom mikrogravitationsaktiverande luftrobot