エベレストの3大課題を解決: DJIドローンが最高輸送記録を樹立するために使用したブラックテクノロジーとは?

トゥチョンクリエイティブ

エベレスト山はかつて人間にとって立ち入り禁止の地域であり、多くの技術製品にとっても立ち入り禁止の地域でもありました。結局のところ、極端に高い高度、厳しい天候、複雑な地形は、人や物にとって決して優しいものではありません。しかしつい最近、別の何かがこの制限区域を突破しました。それはドローンであり、特別に改造されていない民間のドローンでした。これは何を証明するのでしょうか?それは強く生まれたことを証明します。驚くことではないが、この偉業を成し遂げたのもやはり中国出身の人々だ。 DJIは最近、エベレスト南斜面で初の高高度ドローン輸送テストを完了し、海抜5,300メートルから6,000メートルのルートでの往復輸送ミッションを成功させ、民間ドローンの最高高度輸送の記録を樹立したと発表した。この期間中、無人機はホバリング、空飛ぶ飛行、貨物飛行の検証を完了し、その後の実用化に向けた強固な基盤を築きました。

DJI のドローンがエベレストのネパール側で資材輸送のテスト中 (出典: ビデオのスクリーンショット)

おそらく、この「グリーンブーツ」という名前を聞いたことがあると思います。おそらくエベレスト山で最も有名なランドマークでしょう。しかし実際には、「それ」は登山中に不幸にも亡くなった登山家でした。エベレスト山にはそのようなランドマークが数多くあります。彼らが殺害された後、適時に救助を受けられず、死後故郷に戻ることができなかった理由は、エベレストの過酷な環境により、救助、移送、物資輸送が極めて困難で費用もかかるためである。国産ドローンの性能がさらに向上すれば、登山者にとってより確実で安価な資材輸送の保証、ゴミ除去へのさらなる貢献、登山活動による環境へのダメージの軽減、エベレストと自然環境の保護などが可能になるのだろうか。答えは間違いなくイエスです!

しかし、エベレスト山までドローンを飛ばすのは極めて困難です。主なポイントは、薄い空気への挑戦、極限の気候へのテスト、高精度のナビゲーションと制御の必要性の 3 つです。

世界の屋根であるエベレスト地域は、標高が極めて高く、空気密度が低く、大気の含有量は海面のわずか 3 分の 1 しかありません。ドローンの飛行には、気流によって得られる揚力が必要です。飛行機の翼と同様に、ドローンのローターも特殊な設計になっています。ローターの形状は通常、上面が湾曲し、下面が平らになっています。空気が翼の上を流れるとき、上面の空気速度は速くなり、圧力は低くなります。下面の空気速度は遅くなり、圧力は高くなります。この圧力差によって揚力が生じます。ローターブレードの断面形状と迎え角によって揚力の大きさが決まりますが、ローター速度、ローターを流れる風速、ローター作動時のローター周囲の空気の密度も揚力の大きさに影響します。密度の高い空気にはより多くの空気分子が含まれており、より多くのサポートを提供できますが、密度の低い空気では逆の効果があります。支えとなる空気分子が少ないため、揚力は小さくなります。つまり、十分な揚力を生成するには、プロペラをより高速で回転させる必要があるということです。より効率的なモーターと最適化されたプロペラを設計することによってのみ、ドローンが低密度の空気中で安定した飛行を維持できることを保証できます。同時に、胴体は十分に軽くて強度も高くなければなりません。軽量複合材料の使用により、航空機全体の重量が効果的に軽減され、より多くの物資を運搬し、より長い距離を飛行することが可能になります。

極低温でのテストもドローンにとって致命的です。バッテリーの性能に影響を与え、リチウムバッテリーの化学反応速度が低下し、バッテリー容量が減少し、航空機の飛行時間が短くなります。また、バッテリーの内部抵抗が増加して電圧が低下し、ドローンのモーターや電子機器に十分な電力が供給されなくなり、飛行性能に影響する可能性があります。低温はドローンの機械的特性にも影響を与える可能性があります。たとえば、潤滑油が粘性を持ったり、固まったりして、可動部品の正常な動作に影響を与える可能性があります。また、一部の材料が脆くなり、破損したり損傷したりする可能性が高くなります。さらに、低温はセンサーの精度と速度、飛行制御システムの安定性と感度に大きな課題をもたらします。エベレスト山の気温は摂氏マイナス40度以下に下がることがあります。ドローンには耐寒性や防水性など複数の特性が必要です。ここで軽量複合材料が役立ち、適切に設計された断熱対策が相まって、この重要なタスクが達成されます。強風や吹雪も発生しています。強風はドローンの安定性を妨げ、ドローン本体とローターへの機械的ストレスを増加させ、センサーの精度と画質にも影響を与える可能性があります。吹雪は、荷重の増加や視界の遮りなど、さらなる影響をもたらします。そのため、ドローンは厳しい気象条件でも安定した飛行を確保するために、優れた耐風性を備えている必要があります。ドローンを少しでも扱ったことがある人なら、これがどれほど難しいか分かるでしょう。 DJI は、風力 7 の風の中でもドローンを岩のように安定させることで、これを本当に実現しました。

最後にナビゲーションです。エベレスト地域の地形は複雑で、従来の GPS 信号が干渉される可能性があります。そのためには、高精度の測位と安定した飛行を確保するために、ドローンにGPS、北斗、慣性航法などの複数の技術を統合したマルチモーダル複合ナビゲーションシステムを搭載する必要があります。

この観点から見ると、世界の中ではるかに進んでいると言っても過言ではありません。世の中にはZiplineのZips、AmazonとUPSのドローン、Elroy AirのChaparralなど類似の製品がいくつかありますが、それぞれ特徴や利点が異なります。しかし、DJI の FlyCart 30 の高高度や複雑な環境における優れたパフォーマンスは、他のドローンの追随を許しません。

さて、何人かの友人は何か言いたいことがあるに違いありません。NASA が火星に打ち上げたインジェニュイティについてはどう思いますか?火星の大気は十分に薄く、火星の気候は十分に特殊であり、火星の地形は十分に複雑です。それで、私たちのモデルはそれと比較できるのでしょうか?

これは良い質問です。簡単に詳しく説明しましょう。火星の大気は実際、地球のわずか1%の密度とより薄いため、飛行するには十分な揚力を生み出すために、より高いローター速度とより軽い機体設計が必要となる。 Jizhi UAV は超長大かつ高速回転するダブルローター設計を採用しており、機体の重量はわずか 1.8 キログラムです。火星の表面の温度差は100度に達することもあり、材料、バッテリー性能、電子機器、機械潤滑、飛行性能に影響を与えます。ドローンには高い耐熱性が必要です。 Jizhi UAV は高強度かつ軽量な素材で作られており、保温性と耐熱性を重視した設計となっています。さらに、火星と地球間の通信遅延のため、Ingenuity UAV は高度に自動化された自律飛行機能を備えている必要があります。さまざまなセンサーと高度な飛行制御アルゴリズムを搭載しており、通信遅延下でも飛行ミッションを自立して完了することができます。つまり、本質的には、Ingenuity の技術レベルと革新性も非常に印象的です。機体とローターを最適化するだけでなく、強力なインテリジェント制御およびエネルギー供給システムも備えています。これら 2 つのドローンは、それぞれ特定の環境において優れた技術レベルを発揮したと言えます。エベレストのドローンは主に地球上の高高度の過酷な環境に対応するように設計されており、効率的な電力システム、耐寒性、耐風性、複雑な地形でのナビゲーションに重点を置いています。インジェニュイティドローンは火星の薄い大気圏を飛行し、そのローター設計、軽量構造、自律飛行能力を際立たせています。どちらも独自の利点を持ち、さまざまな分野や極限環境における人類の技術革新とブレークスルーを代表し、さまざまな応用シナリオにおけるドローン技術の多様性と進歩を示しており、どちらもはるかに先を進んでいると称賛されるに値します。

我々自身にとって、この画期的な進歩は、低高度経済分野の効率と安全性の向上に役立つだけでなく、ドローン技術の発展を促進し、我々の科学技術力を強化することにもつながります。今後、ドローン技術がより多くの分野で活躍し、さらなる奇跡を起こすことを期待しています。

この記事は科学普及中国創造育成プログラムの支援を受けた作品です。

著者: サイエンスロケットおじさん ポピュラーサイエンスビデオクリエイター

査読者: 北京航空航天大学教授 戴玉亭

制作：中国科学技術協会科学普及部 制作：中国科学技術出版社、北京中科星河文化メディア株式会社