Lösung der drei Hauptprobleme des Mount Everest: Welche geheimen Technologien nutzten DJI-Drohnen, um den höchsten Transportrekord aufzustellen?

Tuchong Creative

Der Mount Everest war einst für Menschen und auch für viele technische Produkte ein Sperrgebiet. Schließlich sind extreme Höhen, raues Wetter und komplexes Gelände weder für Menschen noch für Objekte geeignet. Doch erst kürzlich durchbrach etwas anderes diesen Sperrbereich – es war eine Drohne, und zwar eine zivile Drohne, die überhaupt nicht speziell modifiziert worden war. Was beweist das? Es beweist, dass es stark geboren ist. Es überrascht nicht, dass die Leute, die dieses Kunststück vollbracht haben, wieder aus China kommen. DJI gab bekannt, dass das Unternehmen vor Kurzem seinen ersten Drohnentransporttest in großer Höhe am Südhang des Mount Everest erfolgreich abgeschlossen hat. Dabei wurde eine Hin- und Rücktransportmission auf einer Strecke zwischen 5.300 und 6.000 Metern über dem Meeresspiegel erfolgreich abgeschlossen und damit ein Rekord für den Transport ziviler Drohnen in der größten Höhe aufgestellt. Während dieser Zeit wurde die UAV im Schwebeflug sowie im Leerflug und im Frachtflug verifiziert und legte damit eine solide Grundlage für spätere praktische Anwendungen.

DJIs Drohne testet den Materialtransport auf der nepalesischen Seite des Mount Everest (Quelle: Video-Screenshot)

Ich glaube, Sie haben diesen Namen wahrscheinlich schon einmal gehört: Green Boots. Es ist möglicherweise das berühmteste Wahrzeichen des Mount Everest. Tatsächlich handelte es sich jedoch um einen Kletterer, der beim Klettern leider ums Leben kam. Auf dem Mount Everest gibt es viele solcher Wahrzeichen. Der Grund, warum sie nach ihrem Tod nicht rechtzeitig gerettet wurden und nicht in ihre Heimatstadt zurückkehren konnten, liegt darin, dass die raue Umgebung des Mount Everest Rettung, Transfer und Transport von Hilfsgütern extrem schwierig und kostspielig macht. Werden inländische Drohnen mit ihrer immer besseren Leistung Bergsteigern zuverlässigere und günstigere Transportgarantien für ihre Materialien bieten, einen größeren Beitrag zur Müllbeseitigung leisten, die durch Bergsteigeraktivitäten verursachten Umweltschäden verringern und den Mount Everest und die natürliche Umwelt schützen können? Die Antwort ist definitiv ja!

Allerdings ist es äußerst schwierig, mit einer Drohne zum Mount Everest zu fliegen. Dabei stehen drei Hauptpunkte im Vordergrund: die Herausforderung der dünnen Luft, die Bewährungsprobe durch extreme Klimabedingungen und die Anforderung hochpräziser Navigation und Steuerung.

Als Dach der Welt liegt die Everest-Region in extrem großer Höhe und hat eine geringe Luftdichte; der Luftgehalt beträgt nur ein Drittel des Luftgehalts auf Meereshöhe. Für den Flug von Drohnen ist der Auftrieb durch die Luftströmung erforderlich. Wie die Flügel eines Flugzeugs weisen auch die Rotoren einer Drohne eine besondere Konstruktion auf – die Form des Rotors ist in der Regel auf der Oberseite gewölbt und auf der Unterseite flach. Wenn Luft über die Tragfläche strömt, ist die Luftgeschwindigkeit auf der Oberseite höher und der Druck niedriger; Die Luftgeschwindigkeit auf der Unterseite ist langsamer und der Druck höher. Dieser Druckunterschied erzeugt Auftrieb. Obwohl die Querschnittsform und der Anstellwinkel der Rotorblätter die Stärke des Auftriebs bestimmen, wirken sich auch die Rotordrehzahl, die Geschwindigkeit des durch den Rotor strömenden Windes und die Dichte der Luft um den Rotor herum während des Betriebs auf die Stärke des Auftriebs aus. Dichtere Luft enthält mehr Luftmoleküle und kann mehr Halt bieten, während weniger dichte Luft den gegenteiligen Effekt hat. Es sind nicht so viele Luftmoleküle vorhanden, die Halt bieten, sodass der Auftrieb geringer wird. Dies bedeutet, dass der Propeller mit einer höheren Geschwindigkeit rotieren muss, um genügend Auftrieb zu erzeugen. Nur durch die Entwicklung effizienterer Motoren und optimierter Propeller können wir sicherstellen, dass die Drohne in Luft mit geringer Dichte einen stabilen Flug aufrechterhalten kann. Gleichzeitig muss der Rumpf leicht und stabil genug sein. Durch die Verwendung von leichten Verbundwerkstoffen wird das Gewicht des gesamten Flugzeugs effektiv reduziert, sodass mehr Vorräte transportiert und längere Strecken zurückgelegt werden können.

Auch der Test extrem niedriger Temperaturen ist für Drohnen tödlich. Dies beeinträchtigt die Batterieleistung, verringert die chemische Reaktionsrate von Lithiumbatterien, reduziert die Batteriekapazität und verkürzt die Flugzeit des Flugzeugs. Außerdem erhöht sich dadurch der Innenwiderstand der Batterie, was zu einem Spannungsabfall führt und möglicherweise dazu, dass der Motor und die elektronische Ausrüstung der Drohne nicht genügend Strom erhalten, was sich auf die Flugleistung auswirkt. Niedrige Temperaturen können auch die mechanischen Eigenschaften von Drohnen beeinträchtigen. Beispielsweise kann es dazu führen, dass das Schmieröl zähflüssig wird oder sogar verfestigt, was die normale Funktion der beweglichen Teile beeinträchtigt. Außerdem können einige Materialien dadurch spröde werden und leichter brechen oder beschädigt werden. Darüber hinaus stellen niedrige Temperaturen große Herausforderungen an die Genauigkeit und Geschwindigkeit von Sensoren sowie an die Stabilität und Empfindlichkeit von Flugsteuerungssystemen dar. Die Temperatur auf dem Mount Everest kann unter -40 Grad Celsius fallen. Drohnen müssen über mehrere Eigenschaften verfügen, beispielsweise Kältebeständigkeit und Wasserdichtigkeit. Hier kommen leichte Verbundwerkstoffe ins Spiel, und gut konzipierte Isolierungsmaßnahmen erfüllen diese wichtige Aufgabe. Es gibt auch starke Winde und Schneestürme. Starker Wind beeinträchtigt die Stabilität der Drohne, erhöht die mechanische Belastung des Drohnenkörpers und der Rotoren und kann auch die Genauigkeit und Bildqualität des Sensors beeinträchtigen. Schneestürme bringen zusätzliche Auswirkungen mit sich, beispielsweise eine erhöhte Belastung und Sichtbehinderungen. Daher müssen Drohnen über eine ausgezeichnete Windbeständigkeit verfügen, um einen stabilen Flug auch bei rauen Wetterbedingungen zu gewährleisten. Jeder, der schon einmal ein wenig mit Drohnen gespielt hat, weiß, wie schwierig das ist. DJI ist dies wirklich gelungen, indem es gelungen ist, die Drohne bei Windstärke 7 felsenfest zu halten.

Schließlich gibt es noch die Navigation. Das Gelände in der Gegend des Mount Everest ist komplex und herkömmliche GPS-Signale können gestört werden. Dazu müssen Drohnen mit einem multimodalen kombinierten Navigationssystem ausgestattet sein, das mehrere Technologien wie GPS, Beidou und Trägheitsnavigation integriert, um eine hochpräzise Positionierung und einen stabilen Flug zu gewährleisten.

Aus dieser Perspektive ist es keine Übertreibung zu sagen, dass es weltweit weit vorne liegt. Obwohl es auf der Welt einige ähnliche Produkte gibt, wie etwa Ziplines Zips, Drohnen von Amazon und UPS und Chaparral von Elroy Air usw., haben sie jeweils unterschiedliche Eigenschaften und Vorteile. Aber die herausragende Leistung des FlyCart 30 von DJI in großen Höhen und komplexen Umgebungen wird von anderen Drohnen nicht erreicht.

Nun haben einige Freunde sicherlich etwas zu sagen: Was ist mit der von der NASA zum Mars gestarteten Ingenuity? Die Atmosphäre des Mars ist dünn genug, das Klima des Mars ist speziell genug und das Terrain des Mars ist komplex genug. Ist unser Modell also damit vergleichbar?

Das ist eine gute Frage. Lassen Sie uns kurz darauf eingehen. Die Atmosphäre des Mars ist tatsächlich dünner und hat eine Dichte von nur 1 % der Erdatmosphäre. Um fliegen zu können, sind daher eine höhere Rotordrehzahl und eine leichtere Rumpfkonstruktion erforderlich, um genügend Auftrieb zu erzeugen. Das Jizhi-UAV verfügt über ein ultralanges und sich mit hoher Geschwindigkeit drehendes Doppelrotor-Design und wiegt lediglich 1,8 Kilogramm. Der Temperaturunterschied auf der Marsoberfläche kann 100 Grad Celsius erreichen, was sich auf Materialien, Batterieleistung, elektronische Geräte, mechanische Schmierung und Flugleistung auswirkt. Drohnen müssen eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen. Das Jizhi-UAV besteht aus hochfesten und leichten Materialien und sein Design konzentriert sich auf Wärmespeicherung und Temperaturbeständigkeit. Darüber hinaus muss das Ingenuity-UAV aufgrund der Kommunikationsverzögerung zwischen Mars und Erde über hochautomatisierte und autonome Flugfähigkeiten verfügen. Es ist mit einer Vielzahl von Sensoren und fortschrittlichen Flugsteuerungsalgorithmen ausgestattet und kann Flugmissionen auch bei Kommunikationsverzögerungen selbstständig abschließen. Im Grunde genommen sind auch das technische Niveau und die Innovationskraft von Ingenuity sehr beeindruckend – es optimiert nicht nur Rumpf und Rotor, sondern verfügt auch über ein leistungsstarkes intelligentes Steuerungs- und Energieversorgungssystem. Man kann sagen, dass diese beiden Drohnen in ihren spezifischen Umgebungen jeweils ein hervorragendes technisches Niveau bewiesen haben. Die Drohnen auf dem Mount Everest sind vor allem darauf ausgelegt, mit den extremen Bedingungen in großen Höhen auf der Erde zurechtzukommen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf effizienten Antriebssystemen, Kälte- und Windresistenz sowie komplexer Geländenavigation. Die Ingenuity-Drohne fliegt in der dünnen Atmosphäre des Mars und zeichnet sich durch ihr Rotordesign, ihre Leichtbauweise und ihre autonomen Flugfähigkeiten aus. Beide verfügen über einzigartige Vorteile, repräsentieren technologische Innovationen und Durchbrüche der Menschheit in unterschiedlichen Bereichen und extremen Umgebungen, demonstrieren die Vielfalt und den Fortschritt der Drohnentechnologie in unterschiedlichen Anwendungsszenarien und verdienen Lob für ihren großen Vorsprung.

Zurück zu uns selbst: Dieser Durchbruch wird nicht nur dazu beitragen, die Effizienz und Sicherheit im wirtschaftlichen Bereich niedriger Höhen zu verbessern, sondern auch die Entwicklung der Drohnentechnologie fördern und unsere wissenschaftlichen und technologischen Fähigkeiten stärken. Wir freuen uns darauf, dass die Drohnentechnologie in Zukunft in noch mehr Bereichen glänzen und noch mehr Wunder bewirken wird.

Dieser Artikel ist eine Arbeit, die vom Science Popularization China Creation Cultivation Program unterstützt wird

Autor: Science Rocket Uncle Populärer Wissenschaftsvideo-Ersteller

Gutachter: Dai Yuting, Professor der Universität für Luft- und Raumfahrt in Peking

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung. Produziert von: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.