Am 5. Oktober präsentierte Dr. Martin Fengler, CEO von Meteomatics, auf der AUVSI Xponential 2020, wie Meteomatics die Auswirkungen der Vereisung auf die eigenen Wetterdrohnen (Meteodrones) überwunden hat.

Meteomatics Meteodrones

Meteomatics Meteodrone

Meteomatics war hoch erfreut am Montag, 05. Oktober 2020, beim AUVSI Xponential Unmanned Systems Industry Event teilzunehmen. Zusammen mit anderen Vordenkern der Branche, darunter die Federal Aviation Administration und die University Corporation for Atmospheric Research (UCAR), war Meteomatics vom National Center for Atmospheric Research (NCAR) eingeladen zu präsentieren.

Dr. Martin Fengler, CEO von Meteomatics, freute sich, Einzelheiten über die hochmoderne Konstruktion und Technik der Meteodrones zu präsentieren. Vor allem zur Überwindung der Herausforderungen durch Vereisung und anderer meteorologischer Phänomene, die beim Fliegen durch Unwetter auftreten können.

Überall auf der Welt beeinträchtigen Unwetter die Wirtschaft und die Sicherheit der Bevölkerung, wie z.B. Gewitter und Hagel, die große Schäden verursachen können.

Globale Wettervorhersagezentren, wie das ECMWF, der National Weather Service der Vereinigten Staaten und das Met Office des Vereinigten Königreichs, probieren ein besseres Verständnis der Atmosphäre zu erlangen, um die Grundbedingungen ihrer Wettermodelle zu bestimmen.

Die globale Wettergemeinschaft hat jedoch erkannt, dass den derzeitigen operationellen Beobachtungssystemen Daten in der planetarischen Grenzschicht fehlen, die die Vorhersage von Unwettern beeinflussen können.

Inconsistency in observational data coverage

Inconsistency in observational data coverage

Dr. Martin Fengler, CEO von Meteomatics, sagte dazu: "Die derzeitigen atmosphärischen Beobachtungssysteme liefern trotz ihres potentiell positiven Einflusses auf die numerische Wettervorhersage (NWP) keine befriedigende Menge an räumlich und zeitlich aufgelösten Beobachtungen atmosphärischer Parameter in der planetarischen Grenzschicht (PBL). Dies ist besonders kritisch für die Luftfeuchtigkeit, die eine sehr hohe Variabilität in Raum und Zeit aufweist oder für die vertikale Temperaturverteilung, die die Stabilität der Atmosphäre bestimmt".

Einige Wettervorhersagezentren erhöhen die Menge der von ihnen verwendeten Satellitendaten. Zudem gibt es Forderungen, die Anzahl der Radiosonden Flüge (mit Heliumgas gefüllte Ballons mit Wetterinstrumenten) zu erhöhen – doch beide Verfahren haben ihre Grenzen.

Während Satellitendaten viele Informationen über Temperatur- und Feuchtigkeitsfelder liefern, liefern sie weniger Daten über Windfelder. Darüber hinaus zeigt ein genauerer Blick auf die Satellitendaten eine Lücke in der planetarischen Grenzschicht (PBL), d.h. den ersten 1 bis 2 km über dem Boden (AGL). Dies ist entscheidend, weil sich in dieser Höhe Wetterphänomene wie Nebel, niedrige Wolken und Stürme bilden.

Eine Alternative bieten Radiosonden. Allerdings ist es für nationale Wetterzentren schwierig, die Anzahl der Radiosonden Flüge zu erhöhen, da die Ausrüstung, die sie mit sich führen, teuer in der Herstellung sein kann. Zudem sind die gemessenen Daten nicht lokalisiert, da der Ballon über Gebiete driftet, die möglicherweise nicht von Interesse sind. Darüber hinaus sind Radiosonden mit Heliumgas gefüllt, das zu einer knappen natürlichen Ressource wird und sie gehen nach dem Einsatz häufig verloren, da sie vom Wind weggetragen werden.

Meteomatics weather drones fill the observation gap in the PBL

Meteomatics’ weather drones fill the observation gap in the PBL

Die Meteodrones von Meteomatic bieten globalen Wettervorhersagern und anderen interessierten Parteien eine zuverlässige und wissenschaftlich robuste Methode zur Sammlung von Wetterbeobachtungen. Meteodrones wurden speziell für die Sammlung von Wetterdaten entwickelt und können unter einigen der schwierigsten Wetterbedingungen eingesetzt werden (z.B. bei schweren Gewittern - Testflug mit dem National Severe Storms Laboratory der NOAA in den USA). Außerdem sind sie für Flüge jenseits der Sichtlinie (BVLOS) zugelassen und können bis zu 6 km in die Atmosphäre fliegen und während des gesamten Fluges Wetterbeobachtungen sammeln.

Meteomatics Meteodrone

Meteodrone severe storm edition (SSE)

Zur Bewältigung der Anforderungen, die der Betrieb einer Drohne in einer Vielzahl von Wettersituationen, Höhenlagen und BVLOS-Flügen mit sich bringt, müssen sich die Meteodrones auf ihre Bordinstrumente verlassen können, um das Vorhandensein von Vereisungsbedingungen oder Vereisungsablagerungen auf ihrer Flugzeugzelle zu erkennen. Dies führte dazu, dass Meteomatics das Design von UAVs neu erfand, um das Problem der Blattvereisung zu lösen, ohne die Fluglänge der Meteodrones zu beeinträchtigen.

Dr. Martin Fengler betonte das Risiko der Vereisung für die Meteodrones, indem er erklärte: "dass die Propeller der Drohnenplattformen bei Temperaturen unter 0°C (32°F) und hoher Luftfeuchtigkeit sehr schnell einfrieren können, wodurch sich die Strömung an den Rotoren so stark verschlechtern kann, dass es zum Absturz der Drohne führt".

Das Meteomatics-Drohnenteam hat nun ein zum Patent angemeldetes Anti-Vereisungssystem entwickelt, das ausgelöst wird, wenn ein Vereisungsereignis erkannt wird. Dabei werden die Rotorblätter erhitzt, um die Meteodrone sicher zu ihrer Bodenstation zurückzubringen und das Risiko eines katastrophalen Ausfalls zu minimieren.

Junfraujoch Altitude Research Station

Flight testing at Junfraujoch High Altitude Research Station, Switzerland, 3884 meters ASL.

Meteodrone ice buildup after 180 seconds without heating system activated, at temperature of -14 °C

Meteodrone ice buildup after 180 seconds without heating system activated, at temperature of -14 °C

Dr. Martin Fengler erläuterte auch, wie das Heizsystem unter extremen Bedingungen getestet und entwickelt wurde. Er zeigte, dass die Rotorblätter bereits 2018 auf dem Säntis in der Schweiz getestet wurden; mit 2.502 m über dem Meeresspiegel der höchste Berg in der Alpstein-Region. Unter eisigen Bedingungen (Lufttemperatur -9,2 °C, relative Luftfeuchtigkeit 95 %, 20 km/h Wind) wurde die Effizienz verschiedener Heizsysteme mit unterschiedlichen Leistungsklassen untersucht.

Ende März 2018 wurden weitere Tests im Klima-Wind-Kanal von Rail Tech Arsenal in Wien durchgeführt. Wobei noch extremere Wetterbedingungen geschaffen wurden (von -4°C, 100 % relative Luftfeuchtigkeit [dichter Nebel] und Windgeschwindigkeiten um 95 km/h [59 mph]), um die Leistung der Meteodrones zu testen. Unter diesen Bedingungen friert der gesamte Versuchsaufbau in sehr kurzer Zeit im Wind ein. Durch den Einsatz eines neu entwickelten Heizsystems mit erhöhter Heizleistung konnten die Rotorblätter jedoch fast vollständig eisfrei gehalten werden. Damit konnte Meteomatics einen Meilenstein in der Entwicklung eines Drohnen-Vereisungsschutzsystems verzeichnen.

Thermal image of Meteodrone anti-icing system in action, keeping the rotor blades ice free

Thermal image of Meteodrone anti-icing system in action, keeping the rotor blades ice free

Die Meteodrones werden nun operationell geflogen, liefern wertvolle Wetterbeobachtungen und ermöglichen es Meteomatics, diese Beobachtungen in Modelle (wie WRF) zu übernehmen, ohne zusätzliche vorausschauende Beobachtungsoperatoren zu implementieren. Die Daten können wie alle Radiosonden-Daten direkt assimiliert werden.

Globale Vorhersagezentren kaufen bereits Wetterdrohnen, wobei Meteomatics die NOAA (United States National Oceanic and Atmospheric Administration) direkt beliefert. Zudem bekunden anderen öffentliche und kommerzielle Institutionen bereits Interesse an den Meteodrones, da immer mehr Organisationen sich ihrer einzigartigen Fähigkeiten und Daten bewusst werden.

Meteomatics hat eine Studie veröffentlicht, die weitere Einzelheiten über die Fähigkeiten der Meteodrones und eine Reihe von Fallstudien enthält, hier zugänglich.

Für weitere Informationen über die Meteodrones wenden Sie sich bitte an sales@meteomatics.com