Technische Drohnen E-Book

Wolfgang Weller

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch

Seitenzahl: 38

Veröffentlichungsjahr: 2022

Beschreibung

Kurzfassung Wer an diesem Thema interessiert ist und dieses Buch zur Hand nimmt, dem steht eine weite Reise bevor. Der Bogen spannt sich hier vom einfachen Modellfluggerät für den Hobbygebrauch bis zu vollautonom verkehrenden Luftfahrzeugen. Zunächst wird die Linie der Drohnentechnologie nachgezeichnet, die aus der technischen Entwicklung resultiert und fortlaufend neuartige Anwendungen ermöglicht. Danach wird der Entwicklung nachgegangen, welche der fortlaufend gesteigerten funktionellen Entwicklung folgt und zunehmend Merkmale der KI aufweist. Nach einem knappen Eingehen auf militärische Anwendungen werden die Möglichkeiten des Drohneneinsatzes zur Entlastung des automobilen Straßenverkehrs behandelt. Einen besonderen Aspekt der Behandlung bildet die in jüngster Zeit erstmalige Realisierung von Drohnen mit integrierter Wasserstofftechnologie mit Ausblick auf die Potenzen dieser neuenArt der Ernergiespeicherung auf viele Bereiche.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Prolog

Herkunft der Drohnen

Einsatzmöglichkeiten der Drohnen durch Integration zusätzlicher Geräte

2.1 Drohnen mit integrierter Kamera

2.2 Drohnen als Gepäcktransporter

2.3 Drohnen als luftbasiertes Rettungsmittel

2.4 Drohneneinsatz als Flugtaxis

Informationelle Aufrüstung der Drohnentechnologie

3.1 Kollisionsvermeidung

3.2 Navigation

3.3 Anwendungen mit flächenhafter Bahnbewegung

Autonome Drohnen

Militärische Drohnen

Einsatzmöglichkeiten der Drohnen zur Entlastung des Straßenverkehrs

6.1 Besondere Eignungsmerkmale

6.2 Infrage kommende Einsatzmöglichkeiten von Drohnen im Verkehrswesen

6.3 Ladungsübergabe

6.4 Verwahrungen der Drohnen

6.5 Nutzung des Luftraums durch die Drohnen

6.6 Bereitstellung der Stromversorgung

Drohnen mit Wasserstoffantrieb

Epilog

Literaturverzeichnis

Prolog

Es mag befremdlich erscheinen, warum ein flugfähiges technisches Gebilde ausgerechnet die von einem Insekt aus dem Reich der Wildbienen stammende Bezeichnung „Drohne“ trägt.

Geht man dieser Frage nach, so ist von Wikipedia zu erfahren, dass die Zuweisung dieses Namens wohl auf den britischen Flugzeugkonstrukteur G. de Havilland zurückgeht, der es liebte, seine Konstruktionen nach Insekten zu benennen. Der britische Name „drone“ soll zunächst vom Militär benutzt worden sein, ehe er später auch für den zivilen Bereich übernommen wurde.

Die Drohnen bilden eine neuartige Kategorie der im Luftraum agierenden Verkehrsträger, die innerhalb einer vergleichsweise kurzen Zeit enorm an Bedeutung gewonnen haben. Somit ist es an der Zeit, möglichst breiten Kreisen nähere Auskünfte über diese faszinierenden Luftfahrzeuge zu vermitteln. Dieser Aufgabe wollen wir uns nachfolgend unterziehen.

1. Herkunft der Drohnen

Der Ursprung der Drohnentechnologie ist wohl in der Modellfliegerei zu suchen. Aus diesen zumeist kleineren Fluggeräten wurden bestimmte Funktionseinheiten übernommen. Dazu gehören die von den Modellfliegern stammenden Auftriebseinheiten, bestehend aus schlanken Elektromotoren gekoppelt mit Propellern, die typischerweise in einer Anzahl von 2, 4 oder 8 Einheiten benutzt werden, deren Anzahl aber in Sonderfällen auch weit höher liegen kann. Ein weiterer Bestandteil ist ein bordeigener Akku zur Bereitstellung der Antriebsenergie. Als dritte Komponente ist eine ebenfalls aus der Modellfliegerei übernommene funkbasierte Steuereinheit zu nennen, mittels der – zumindest in der Anfangszeit der Drohnenfliegerei – die Flugbahn der Modelle von einem „Drohnenpilot“ vom Boden aus unter Sichtkontrolle bestimmt werden konnte.

Aus diesen Komponenten entstand zunächst eine Art Grundtyp von Drohnen, den wir als Prototyp bezeichnen. Die aus der Kombination von Elektromotoren und flügelartigen Rotoren erhaltenen Antriebseinheiten werden zur Erzeugung des Auf- und Vortriebs benutzt und werden dementsprechend in senkrechter Lage verwendet, wozu sie entweder an sich kreuzenden Auslegern oder auch einer ringartigen Anordnung montiert werden. Auf diese Weise entsteht eine Grundstruktur im Sinne einer Plattform, an der später im Rahmen der Tragkraft der Drohne verschiedenartige Zusatzmodule befestigt werden können. Die für die Stromerzeugung benötigte Batterie wird vorwiegend in Lithium-Ionen-Technologie verwendet, um deren hohe Speicherkapazität zu nutzen. Die als dritte Komponente genannte Steuereinheit kann ggfs. durch ein funkbasiertes Empfangsgerät für Drohnensignale ersetzt werden oder bei autonomem Betrieb ganz entfallen.

Die so entstandenen Minidrohnen erfreuten sich bei den Jugendlichen und Hobbyisten bald großen Interesses und wurden von Internethändlern, wie beispielsweise amazon, bereits für wenig Geld auf den Markt gebracht [1], [2].

Am Rande sei auf eine andere Form noch kleinerer Flugkörper hingewiesen, die ebenfalls den Drohnen zugerechnet werden. Dieser Typ wurde von einer britischen Forschergruppe entwickelt und von einem Wirtschaftsjournalisten vorgestellt [3]. Das herausragende Merkmal besteht darin, dass anstelle der Motor-und-Propellereinheiten ein sog. Flatterantrieb verwendet wird. Darunter wird die Verwendung kleiner beweglicher Flügel verstanden, die als negativ geladene Elektrode dient und unter einer Drehbewegung im Takt einer Wechselspannung niedriger Frequenz angetrieben werden. Damit wird in gewisser Weise die Antriebsart von Insekten imitiert. Der Chef dieses Entwicklungsteams, Laza, sieht darin einen wesentlichen Schritt hin zu Insektenkleinen autonomen Flugrobotern, die beispielsweise die Bestäubung von Pflanzen übernehmen könnten. Wir werden uns hier, auch mangels näherer Informationen über die zuletzt erwähnte Drohnenvariante, nicht weiter mit dieser Entwicklungslinie befassen.

Unser Anliegen wird im Weiteren dem eingangs beschriebenen Prototyp der Drohnentechnologie gewidmet sein, deren rasche Weiterentwicklung wir in ihren wesentlichen Zügen nachverfolgen werden. Diesem rapiden Fortschritt liegt wohl die frühzeitige Erkenntnis zugrunde, dass diese innovative Flugtechnologie ein erhebliches Einsatzpotenzial besitzt, welches für eine ganze Reihe besonderer Aufgaben neuartige Lösungen verspricht. Grundlage dafür war eine beständige Steigerung der Tragkraft, der möglichen Aufenthaltsdauer dieses Verkehrsmittels in der Luft, um die Bewältigung zunehmend größerer Einsatzentfernungen zu bewältigen sowie eine fortschreitende Ausweitung einer immer intelligenteren Funktionalität. Doch dazu der Reihe nach.

Bei der folgenden Darlegung der Entwicklung der Drohnentechnologie wurde schnell klar, dass es sich hier um eine hochkomplexe Aufgabe handelt. Um hier zu einer übersichtlichen Beschreibung zu gelangen, besteht unser Ansatz darin, die Stoffbehandlung in verschiedene Komplexe aufzugliedern. Dazu wird vorgesehen, nacheinander jeweils eine Entwicklungslinie auf der Grundlage eines herausragenden Merkmals in groben Zügen zu verfolgen.