Les quadricoptères robotiques pourraient offrir des vols Zero G à bas prix

L'un des triomphes de l'ingénierie aéronautique aux noms comiques est la comète vomi, un avion qui suit une trajectoire parabolique pour simuler les conditions de zéro g. Ces avions sont utilisés par les astronautes pour s'entraîner dans des conditions d'apesanteur pendant des intervalles d'environ 25 secondes et par des personnes qui veulent simplement faire l'expérience du zéro g. Les avions ont également eu d'autres utilisateurs - les scènes en apesanteur du film Apollo 13 ont tous été filmés à l'intérieur d'une comète vomi à zéro g.

Les comètes vomi sont également l'une des options qui s'offrent aux scientifiques pour mener des expériences dans des conditions de microgravité. Mais les comètes vomi ne sont pas bon marché, coûtant jusqu'à 3 000 $/kilogramme ; et ils doivent être réservés des mois ou des années à l'avance, il peut donc souvent être difficile de répéter une expérience qui a mal tourné.

Une autre option est une tour de chute. Ceux-ci ont un délai d'exécution rapide et sont simples à réserver. Mais ils sont d'abord d'un coût prohibitif.

Et la dernière option - un vol sur la Station spatiale internationale ou un vaisseau spatial sur mesure - est d'un coût prohibitif pour presque tout le monde.

Les scientifiques aimeraient donc beaucoup avoir une alternative moins chère et plus rapide, au moins pour tester des conceptions de preuve de principe avant de se lancer dans des options plus coûteuses.

Ce diagramme montre les forces qu'un quadricoptère zéro g avec des rotors à pas variable pourrait produire

Aujourd'hui, ils ont leur souhait, ou presque, grâce au travail de Juan-Pablo Afman et des copains du Georgia Institute of Technology d'Atlanta. Ces gars-là ont eu l'idée d'utiliser un quadcoptère autonome pour créer des conditions de zéro g pendant de courtes périodes. Leur solution est très flexible, facilement répétable et surtout peu coûteuse.

Leurs objectifs sont faciles à énoncer. Ils veulent au moins cinq secondes de chute libre, fonctionner dans les limites réglementaires et faire tout cela avec un système coûtant moins de 25 000 $.

Ce n'est pas aussi facile qu'il y paraît. Afman et co ont rapidement découvert que faire voler un quadricoptère à une grande hauteur et éteindre ses moteurs ne génère pas de zéro g en raison de la résistance de l'air lors de la chute.

Pire encore, les efforts à l'œuvre sur les rotors génèrent de fortes instabilités qui rendent difficile la récupération du véhicule, même lorsque les moteurs sont rallumés. Comme les forces de poussée sont presque nulles, le véhicule est incapable de conserver une bonne attitude pendant la manœuvre et les résultats sont catastrophiques, disent-ils.

Le problème est que le type de rotors à plan fixe qui sont standard sur la plupart des quadricoptères ne peut pas produire les forces nécessaires pour maintenir zéro g ou pour stabiliser l'engin pendant la chute libre. L'équipe a donc dû concevoir sa propre conception de rotor à pas variable pour lui donner le contrôle de l'engin à six degrés de liberté à tout moment.

Il y a bien sûr des contraintes réglementaires. L'un des plus importants est que les quadricoptères ne peuvent pas voler au-dessus d'environ 120 mètres en Europe ou aux États-Unis. Ils ne peuvent pas non plus peser plus d'environ 25 kilogrammes, ce qui limite les expériences qu'ils peuvent transporter.

Mais cela permet toujours à l'équipe de concevoir des trajectoires qui produisent zéro g pendant jusqu'à cinq secondes tout en gardant le contrôle total du véhicule.

Pour la sécurité, l'équipe définit également un volume géographique d'espace à l'intérieur duquel le quadricoptère doit rester à tout moment. Ceci est défini par la distance parcourue balistiquement par le véhicule s'il perdait de la puissance à tout moment. Ils appellent cela une clôture géographique, et cela garantit une sécurité relative.

L'équipe a également créé le logiciel qui permet aux utilisateurs de concevoir des trajectoires avec différents profils de temps zéro g pour des expériences spécifiques.

Malgré une quantité impressionnante de travail de préparation au sol, l'équipe n'a encore effectué aucun vol en zéro g, principalement en raison de retards dans la conception du rotor. Nous devrons juste voir à quel point l'appareil fonctionne - ils promettent d'effectuer des vols zéro g à la fin de 2016.

En attendant, le travail est une avancée prometteuse pour la recherche zéro g. Le prix du système le rend accessible à un large éventail d'instituts et peut-être même aux écoles. Cela devrait annoncer un nouvel intérêt pour les expériences sans poids et qui peuvent être réalisées avec peu ou pas de vomi du tout.

Réf : arxiv.org/abs/1611.07650 : Sur la conception et l'optimisation d'un robot aérien permettant la microgravité autonome

cacher