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Autonome Drohne mit Solarantrieb

Antriebstechnik
Autonome Drohne mit Solarantrieb

Das Start-up X-Sun entwickelt und fertigt eine Drohne, die sowohl energetisch autark als auch fliegerisch autonom ist. Sie kann zwölf Stunden in der Luft bleiben und legt dabei 600 km geräuschlos zurück. Für die Entwicklung benötigte der Anbieter leistungsfähige Komponenten und wandte sich zur Entwicklung des Antriebssystems an Maxon Motor.

» Madeline Vassaux, Marketing & Communication Manager bei Maxon France

Benjamin David, der auf ein Jahrzehnt an Erfahrung bei Airbus Defence and Space zurückblicken kann, gründete das Unternehmen X-Sun auf Grundlage einer einfachen Idee: Anpassung der Raumfahrttechnik für den Einsatz in geringeren Höhen.

Aus diesem Ansatz entstand die SolarXOne: Das ist eine autonome Drohne mit Solarantrieb und Tandemflügeln. Die Flügel der SolarXOne erinnern an eine Libelle und verleihen ihr laut Anbieter ein ausgezeichnetes Flugverhalten. Die Oberfläche der Solarpanels wurde groß gewählt, um möglichst viel Sonnenenergie tanken zu können und die Drohne zu einem leistungsfähigen, voll elektrischen System zu machen.

Breites Anwendungsspektrum für die autonome Drohne

„Wir sind der festen Überzeugung, dass die aktuellen umweltbezogenen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen am besten durch eine Kombination neuer Technologien mit der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen zu meistern sind“, erklärt Firmengründer David. Dank des Solarantriebs werden die Lebensdauer der Bordbatterie um den Faktor drei verlängert.

Das unbemannte Luftfahrzeug ist eine Mischform aus Flugzeug und Drohne, es wiegt 25 kg bei einer Spannweite von 4,5 m. Mit ihrer Einsatzreichweite von 600 km kann die Drohne hunderte Hektar überfliegen und dabei Bilder in zentimetergenauer Auflösung produzieren. Die Drohne ist für verschiedene Bereiche interessant, etwa das Kartografieren und Vermessen grosser Gebiete, das Fotografische Übersichten großer Infrastrukturelemente oder auch für Überwachungs- und Prüfungseinsätze. Der Hersteller vermarktet zwar seine Drohne SolarXOne, bietet sie aber auch als Charterservice mit Bedienungsteam an. Das Team fliegt die Drohne dann im Auftrag von Kunden, die nur Daten sammeln möchten.

Entwicklung der Drohne: Einsatz der besten Komponenten

„Durch die voll elektrische Auslegung mussten wir bei jeder Baugruppe auf geringe Kosten und hohe Energieeffizienz achten“, erklärt der Gründer weiter. Für den Antrieb musste eine überaus zuverlässige und leistungsfähige, dabei aber auch möglichst kleine Lösung gefunden werden: „In diesen Bereichen bietet der Antriebsspezialist Maxon das Beste vom Besten. Wir haben uns sehr gefreut, als Maxon im Bereich Drohnen aktiv wurde, und bauten schnell eine Kooperation auf“, betont David.

Damit die Drohne mehr als zwölf Stunden komplett autonom fliegen kann, mussten bei allen Aspekten der Technologie die Grenzen ausgelotet werden. X-Sun machte sich die Expertise von Maxon in drei Bereichen zunutze: Steuerung, Motor und Antrieb.

„Vom energetischen Standpunkt aus betrachtet, bestand das Ziel darin, bei möglichst geringem Gewicht den Verbrauch so niedrig zu halten wie nur irgendwie machbar: technologisch eine harte Nuss“, erinnert sich Michael Niemaz, Projektingenieur im Bereich Aerospace bei Maxon. 2019 hatte Maxon gerade seine ersten Motoren für Drohnen präsentiert. Einen dieser bürstenlosen Drohnenmotoren, den ECX 87 Flat, passten die Maxon-Ingenieure speziell an die Anforderungen des Start-ups an.

Optimierte Motorenwicklung

Luise Löskow, Projektleiterin im Bereich Luft- und Raumfahrt bei Maxon, sagt: „Zu Beginn unserer Kooperation war dieser Motortyp nur als grundlegendes Konzept vorhanden. Daher mussten wir ein Produkt kundenspezifisch anpassen, das sich noch im Entwicklungsstadium befand, und in das wir neue Funktionen wie Sensoren integrieren mussten.“

„Unser erfahrenes Team (Konstrukteure, Prüfingenieure, Qualitätsingenieure, Einkäufer und Produktionsarbeiter) tauschte sich ausführlich zu den verschiedenen technischen Anforderungen und Problemen aus, um die passenden Lösungen zu finden“, so Löskow weiter.

Maxon erhöhte schließlich die Leistung des Flachmotors und optimierte die Wicklung, um den bestmöglichen Antrieb zu erhalten. Die Drohne ist jetzt mit zwei modifizierten Flachmotoren ausgerüstet, die in deren Nase montiert sind.

Fachwissen von Maxon für Zertifizierung der Drohne wichtig

„Damit die SolarXOne auch Städte sicher überfliegen kann, wollte X-Sun für die Drohne eine möglichst weitgehende Zertifizierung erreichen. Das Fachwissen von Maxon spielte hierbei eine wichtige Rolle, da unsere Fertigungsqualität dem Motor eine solche Zuverlässigkeit verleiht, dass er auch zukünftig zertifizierungsfähig ist“, erläutert Niemaz. Der Gründer von X-Sun stimmt dem zu und ergänzt: „Mit einem anderen Partner als Maxon wäre es schwierig, die gleiche Qualitätsstufe zu erreichen. Nur sehr wenige Unternehmen sind in der Lage, einen hoch detaillierten 25-seitigen Prüfbericht zu liefern.“

Seit dem ersten Treffen auf dem Pariser Aérosalon 2019 arbeiten die Teams von Maxon und X-Sun eng zusammen. Im Juli 2020 meisterte die Drohne auf ihrem ersten Langstreckenflug mit Solarantrieb einen zwölfstündigen Flug, geräuschlos, ohne jegliche CO2-Emissionen und vollkommen autonom.

Seitdem hat sie im Auftrag zahlreicher Kunden aus Frankreich und anderen Teilen Europas weitere erfolgreiche Einsätze absolviert.

Kontakt:
Maxon Motor GmbH
Truderinger Str. 210
81825 München
www.maxongroup.de

Mehr Infos zum Beitrag unter:
www.drive.tech/xsun-a-self-contained-solar-powered-drone


Seit 2019 entwickelt Maxon Motoren für Drohnen. Die bürstenlosen Flachmotoren kommen auch in der autonomen Drohne von X-Sun zum Einsatz.
Bild: Maxon

Technische Daten zur Drohne

  • Flugfertig in 30 Minuten
  • Reichweite: zwölf Stunden Nonstop-Flug
  • Der voll elektrische Antrieb der Drohne ermöglicht einen geräuschlosen Flug
  • Der aerodynamische Aufbau in Verbindung mit der eingesetzten Technologie verschafft der Drohne laut Anbieter ausgezeichnete Flugeigenschaften
  • Durch redundante Systeme kann sich der Anwender auf eine hohe Ausfallsicherheit verlassen
  • Durch die elektrische Auslegung der Geräte ist nur ein geringer Wartungsaufwand erforderlich
  • Die Bordbatterien des Luftfahrzeugs werden durch Solarenergie aufgeladen
  • Gyroskope, Hochleistungskameras, Wärmebildkameras, Lidar: Die SolarXOne kann einschließlich der aktuellen Kommunikations- und Sicherheitstechnik bis zu 5 kg Nutzlast transportieren
  • System nach Aeronautik-Standard: Das bedeutet, dass die Drohne auch nach strengsten Vorgaben zertifiziert werden kann und bei Behörden weltweit die Flugzulassung erhält

Weitere Informationen zu den UAV-Antriebssystemen von Maxon finden Sie online unter: uav.maxongroup.com



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