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ロボットクワッドコプターは、格安でゼロGフライトを提供できます
航空工学のコミカルな名前の勝利の1つは、嘔吐彗星です。これは、放物線軌道を飛行してゼロgの状態をシミュレートする航空機です。これらの飛行機は、宇宙飛行士が約25秒の間隔で無重力状態で訓練するために、そして単にゼロgを体験したい人々によって使用されます。飛行機には他のユーザーもいました—映画の無重力シーン アポロ13号 すべてゼロgで嘔吐彗星の中で撮影されました。
嘔吐彗星は、科学者が微小重力条件で実験を行うために利用できるオプションの1つでもあります。しかし、嘔吐彗星は安くはなく、1キログラムあたり最大3,000ドルかかります。また、数か月または数年前に予約する必要があるため、何らかの理由で失敗した実験を繰り返すのは難しい場合があります。
別のオプションはドロップタワーです。これらは迅速なターンアラウンドがあり、予約するのは簡単です。しかし、そもそもそれらは法外に高価です。
そして最後の選択肢である国際宇宙ステーションまたは特注の宇宙船での飛行は、ほとんどすべての人にとって法外な費用がかかります。
したがって、科学者は、少なくとも、より高価なオプションに着手する前に、原理実証の設計をテストするために、より安価でより迅速な代替案を望んでいます。
この図は、可変ピッチローターを備えたゼロgクワッドコプターが生成できる力を示しています
今日、彼らはアトランタのジョージア工科大学のフアン・パブロ・アフマンと仲間たちの仕事のおかげで、彼らの願いを持っているか、それに近いものです。これらの人々は、自律型クワッドコプターを使用して、短期間にゼロg条件を作成するというアイデアを思いつきました。彼らのソリューションは柔軟性が高く、再現性が高く、とりわけ低コストです。
彼らの目標は簡単に述べることができます。彼らは、規制上の制約の範囲内で動作し、25,000ドル未満のシステムでこれらすべてを実行するために、少なくとも5秒間の自由落下を望んでいます。
それは思ったほど簡単ではありません。 Afmanと共同研究者は、クワッドコプターを高い高さまで飛ばしてモーターをオフにしても、落下中の空気抵抗のためにゼロgが生成されないことをすぐに発見しました。
さらに悪いことに、ローターに作用する力は深刻な不安定性を生み出し、モーターが再びオンになった場合でも、車両の回復を困難にします。推力がほぼゼロであるため、車両は操縦中に適切な姿勢を維持することができず、結果は壊滅的であると彼らは言います。
問題は、ほとんどのクワッドコプターに標準装備されている種類の固定平面ローターでは、ゼロgを維持したり、自由落下中に航空機を安定させるために必要な力を生成できないことです。そのため、チームは独自の可変ピッチローター設計を考案して、常に6自由度で航空機を制御できるようにする必要がありました。
もちろん、規制上の制約があります。最も重要なことの1つは、クワッドコプターがヨーロッパや米国で約120メートルを超えて飛行できないことです。また、クワッドコプターの重量が約25キログラムを超えることもできないため、実行できる実験が制限されます。
しかし、それでもチームは、車両の完全な制御を維持しながら、最大5秒間ゼロgを生成する軌道を設計することができます。
安全のために、チームはクワッドコプターが常に滞在しなければならない地理的な空間のボリュームも定義します。これは、車両がいつでも動力を失った場合に、車両が弾道的に移動する距離によって定義されます。彼らはこれをジオフェンスと呼び、それは比較的安全を保証します。
チームはまた、ユーザーが特定の実験のために異なるゼロg時間プロファイルで軌道を設計できるようにするソフトウェアを作成しました。
地上での準備作業は非常に多かったものの、主にローターの設計が遅れたため、チームはまだゼロgの飛行を行っていません。デバイスのパフォーマンスを確認する必要があります。2016年の終わりにゼロgのフライトを実行することが約束されています。
その間、この作業はゼログラム研究の有望な前進です。このシステムの値札により、さまざまな機関、そしておそらく学校にもアクセスできるようになります。それは、体重のない実験への新たな関心と、ほとんどまたはまったく嘔吐なしで達成できるものへの新たな関心を告げるはずです。
参照： arxiv.org/abs/1611.07650 ：自律微小重力を可能にする空中ロボットの設計と最適化について