Programmierter Multikopter fliegt ohne Sichtkontakt durch die Arktis

Autonome Navigation

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Erfolgreicher Test: Sascha Lehmenhecker mit dem Multikopter in der Arktis.

Bremerhaven - Wie bringt man ein Fluggerät in den Weiten des Arktischen Ozeans ans Ziel, wenn der Kompass keine zuverlässigen Positionsdaten liefert? Ingenieure an Bord des Forschungseisbrechers „Polarstern“ des Alfred-Wegener-Instituts programmierten einen Multikopter so, dass er trotz Missweisung des Erdmagnetfeldes nahe dem Nordpol navigieren kann. Ein erster autonomer Testflug nebst Landung war erfolgreich.

„Die autonome Navigation stellt in hohen Breiten eine große Herausforderung dar“, sagt Sascha Lehmenhecker, Ingenieur am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Die Navigation erfolgt mittels Magnetsensoren. Die Feldlinien des Erdmagnetfelds zeigen jedoch in Pol-Nähe nahezu senkrecht zum Erdboden, so dass eine exakte Navigation schwierig ist.“ Kommerzielle Multikopter-Steuerungen sind daher für Einsätze in polaren Regionen ungeeignet.

Gemeinsam mit den beiden Doktoranden Michael Strohmeier und Tobias Mikschl von der Universität Würzburg entwickelt Lehmenhecker die Steuerung sogenannter Multikopter weiter. Diese durch mehrere Propeller angetriebenen, etwa einen halben Meter großen Fluggeräte sollen zukünftig auf Eisschollen abgesetzt werden und nach mehreren Stunden von dort selbstständig zurück zu einem Forschungsschiff fliegen. Die besondere Aufgabe: Die Eisscholle verdriftet, das Schiff ist währenddessen unterwegs, um weitere Forschungsaufgaben wahrzunehmen.

Das Entwickler-Team verfolgt zwei Ansätze, damit die Steuerung des Multikopters die Missweisung in die Positionsbestimmung mit einbezieht. „Zum einen hat der Multikopter über Funk permanenten Kontakt zu einer Bodenstation, die mittels der GPS-Daten des Multikopters die Missweisung berechnet“, erklärt Sascha Lehmenhecker. „Der zweite Ansatz: Wir berechnen mittels zweier angebrachter GPS-Empfänger die tatsächliche Veränderung der Position des Fluggerätes. Das ist der bessere, aber auch viel komplexere Ansatz, mit dem wir noch am Anfang stehen“, ordnet der AWI-Ingenieur ein.

Ein erster Test auf einer Eisscholle in der arktischen Framstraße hat reibungslos funktioniert: Das Multikopter-Team ließ sich mitsamt Fluggerät auf einer Scholle absetzen. Abseits magnetischer Störungen durch Elektromotoren an Bord der Polarstern flogen sie das Fluggerät manuell etwa drei Kilometer bis zur Sichtgrenze. Dort starteten sie das autonome Rückflugprogramm, der Multikopter kehrte zu den programmierten Koordinaten zurück und landete selbständig.

Die Idee für diese Entwicklung kam Sascha Lehmenhecker und seinen Kollegen aus der AWI-Tiefseegruppe beim Einsatz sensibler Geräte unter dem Eis. Statt eines aufwendigen „Ice Trackers“ wurde sodann für die Navigation des torpedoförmigen autonomen Unterwasserfahrzeugs (AUV) „Paul“ ein Multikopter eingesetzt.

„Die aktuelle Weiterentwicklung vergrößert den Aktionsradius unserer Flugroboter von Sichtweite auf bis zu zehn Kilometer“, freut sich Sascha Lehmenhecker über den erfolgreichen Test, der Teil der Helmholtz-Allianz „Robotische Exploration unter Extrembedingungen“ (Robex) ist.

sk

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