Når soldrevne droner møder arktiske gletsjere

Solcelledrevne flyvende platforme har endnu ikke bevist deres anvendelighed i den virkelige verden uden for målrettede demonstrationer. Overvågning af gletsjere i polarområder er i polposition til at blive en primær applikation, da midnatssolen byder på ideelle forhold for evige flyvninger.

Hvilket bedre sted end Arktis til at teste den nye generation af solcelledrevne fly? Autonomous Systems Laboratory ASL har udviklet et banebrydende solcelledrevet ubemandet luftfartøj (UAV), AtlantikSolar, i stand til at flyve i flere dage. Glaciologer fra ETH Zürich – der bruger UAV'er til at overvåge gletsjere i Grønland – har brug for yderligere udholdenhed for at håndtere gletsjernes enorme landskab. Kontinuerlige dagslysforhold i den arktiske sommer giver potentielt ideelle forhold for et solcelledrevet fly, hvilket ville forlænge flyvetiden for opmåling af UAV'er drastisk.

Teoretisk ja, men virker det i praksis? For at besvare dette spørgsmål, vi – videnskabsmænd og glaciologer i autonome systemer – designede et samarbejdsprojekt kaldet "Sun2Ice" for at flyve AtlantikSolar langt mod nord under midnatssolen.

At flyve en skrøbelig drone i barske omgivelser

Qaanaaq, nordvest Grønland (77◦N, 600 faste indbyggere), er omgivet af snesevis af kælvende gletsjere, nås med fly, og har alle faciliteter (butik, leje hus, internet, ...). Det er derfor et ideelt sted at være vært for dette projekt!

Kort efter ankomsten i begyndelsen af ​​juni, vi skulle stå over for vores første store problem:Sandet fra det landingssted, der blev identificeret sidste år, blev blæst væk af kraftig vind om vinteren. Uden nogen glat, ikke-stenet landingsplads, AtlantikSolar kan potentielt gå i stykker, når den rører jorden, eller som minimum beskadige den nedadvendte kameraets nyttelast. Efter næsten en uges manuelt arbejde med at improvisere en sikker landingsbane over Qaanaaqs stenede terræn, endnu en uventet hindring viste sig:tågen begyndte at dække Qaanaaqs himmel på en vedvarende måde, med den konsekvens at jordforbindelsen til AtlantikSolar i flere dage.

Den første solcelledrevne flyvning nogensinde i Arktis

Himlen klarede endelig op den 20. juni om morgenen. Ved middagstid, AtlantikSolar var i luften, planlagt til at cirkle og udføre den første 24-timers flyvning nogensinde med et solcelledrevet fly i polarområderne. Tilfældigvis, landingen skulle derfor finde sted den 21. juni omkring kl. som ikke kun er solhverv - det bedste, vi kunne håbe på med et solcelledrevet fly! – men også Grønlands nationaldag. Det betyder, at AtlantikSolar ville etablere rekord under og ved siden af ​​fejringer foran Qaanaaq-folket, som allerede er fascineret af os og vores mærkelige fly.

Alle planeter var bedst tilpasset til en unik begivenhed, spændingen steg efter hver time, og kaffemaskinen arbejdede hårdt for at holde holdet varmt og vågent i 24 timer ... indtil tågen kom tilbage omkring kl. tvinger holdet til at afbryde missionen efter 13 timers flyvning.

Det er lige meget! På trods af 6 timers overskyet og blæsende forhold under hele flyvningen, forårsager et større strømforbrug end normalt, batterirekorden viser, at de forblev over 60 % af deres kapacitet, hvilket indikerer, at selv med vedvarende dårlige forhold, ~20 timers flyvning ville have været muligt, og under mindre alvorlige forhold sikkert mere end 24! Nu, AtlantikSolar er klar til at flyve mod en gletsjer.

På vej til Bowdoin Glacier

Den næste ikke-tåge, skyfri himmel, og en minimal blæsende dag fandt sted den 3. juli. AltantikSolar nåede gletsjeren inden for 1 time og 15 minutter efter take-off og startede en fotogrammetrisk scanning af kælvningsfronten. Konstant sporet af satellit, alt så godt ud, indtil uforudsete dalvinde begyndte at komme ind i fjorden. På trods af de stærkeste vinde, AtlantikSolar nogensinde har fløjet i – op til 6 m/s lodret vindstød og en vedvarende medvind på 15 m/s, i betragtning af, at dens krydshastighed kun er omkring 10 m/s! – AltantikSolar vendte med succes tilbage til Qaanaaq, efter 5 timer og 230 km – stadig næsten fuldt opladet. Denne sidste flyvning demonstrerede potentialet af denne platform til at overvåge kryosfæren, en mission, der kræver kombinationen af ​​langtidsholdbar ydeevne og nyttelastkapacitet.

Mest interessant, AltantikSolars kortlægning afslørede en stor sprække opstrøms ved fronten. Et par dage senere, nogle glaciologkolleger tog til Bowdoin og blev ved med at overvåge spredningen af ​​sprækken, indtil den pludselig faldt sammen. Allesammen, vi har nu et unikt sæt data – der beskriver alle fraktureringsfaserne – til forbedring af den numeriske modellering af kælvning, en kompleks og stadig ikke fuldt forstået mekanisme, som spiller en stor rolle i havniveaustigningen.