Drones: de oren, ogen en neus van de wetenschap

Drones zijn op veel plaatsen de ogen, oren en neus van de wetenschap. Vier voorbeelden.

Storm voorspellen

'Wat gebeurt er in het binnenste van een tornado? Welke krachten spelen er? En hoe ontstaan ze? Als we dat begrijpen, kunnen we ze nauwkeuriger voorspellen en weten we beter hoe we de omgeving tegen hun verwoestende kracht kunnen beschermen.

'Maar tornado's zijn extreem gevaarlijk en dus moeilijk te onderzoeken. Daarom sturen wij drones de storm in.

'Of ze dat overleven? Nee. We gebruiken ze enkel om meetapparatuur vanaf een veilige afstand de storm in te vliegen. Die meet onder meer de druk en de luchtvochtigheid, maar ook met welke kracht en in welke richting de drone wordt meegesleurd. De sensoren zitten al die tijd veilig opgeborgen in het binnenste van het voertuig, beschermd tegen de storm. Achteraf zijn ze via een gps-tracker gemakkelijk terug te vinden voor hergebruik.

'Wáár tornado's ontstaan, is slecht te voorspellen. De grootste uitdaging is daarom ook om op de juiste plek op de juiste tijd te zijn. Soms jagen we wekenlang op stormen zonder een enkele tornado te vinden. Dat is doorzetten.

'Maar het is het wachten waard. En elke keer als we tegen iets aanlopen, leren we ervan. Zo realiseerden we ons dat de windstromen per tornado verschillen. Dat heeft invloed op de hoek waaronder we de drone moeten lanceren. Laat je hem te scherp stijgen, dan verlies je er al snel de controle over. Te vlak, en hij maakt al gauw een duikvlucht.

'Het lukt ons steeds beter om de juiste hoek te kiezen. En elke vlucht, succesvol of niet, levert nieuwe data op.

'Hopelijk ontwikkelen we ooit een drone die helemaal zelf tornado's kan detecteren en binnenvliegen. Drones die zonder menselijke tussenkomst klaarstaan om de storm te trotseren voor de wetenschap.'

Warren Causey, technicus bij The Sirens Project

AgEagle RAPID

Missie tornado's doorgronden
Afmetingen spanwijdte 1,37 meter
Gewicht 5 kg
Pluspunt zeer stabiel bij sterke zijwind

Beeld AFP

Klimaatmodel aanscherpen

'Er is veel bekend over klimaatverandering, maar zeker één ding weten we nog niet: welke rol spelen aërosolen?

'Dat zijn minuscule deeltjes in de lucht, tot ongeveer 100 micrometer in doorsnede. Groter dan gasmoleculen, kleiner dan grof zand. Denk bijvoorbeeld aan woestijnstof, opgewaaid zeeschuim en roetdeeltjes uit fabrieken. Vormen ze, net als broeikasgassen, een warme deken rondom de aarde? Of koelen ze juist af, bijvoorbeeld doordat er regendruppels omheen ontstaan die het zonlicht weerkaatsen? Dat is de grote vraag.

'Om dat uit te zoeken vliegen we drones tjokvol meetapparatuur door de atmosfeer van Cyprus, waar luchtmassa's vanaf drie continenten komen aanwaaien. Drones zijn een stuk goedkoper dan bemande vliegtuigen. Ze meten het formaat en de concentratie van de deeltjes, en vangen die op voor chemische analyse in het lab. Ook meten ze de temperatuur, luchtdruk en luchtvochtigheid. Met die gegevens kunnen we klimaatmodellen aanscherpen.

'De drones worden vanaf de grond bestuurd door professionele piloten. Maar een op afstand bestuurd vliegtuigje is niet te vergelijken met een Boeing, dus het gaat weleens mis. Bij harde wind vliegen ze niet altijd zoals we willen. Eens is het zo mis gegaan, dat de drone te ruig landde en er een vleugel van af brak. Om zo'n ongeluk in de toekomst te voorkomen, hebben we een asfalt landingsbaan aangelegd en blijven de drones bij harde wind voortaan veilig aan de grond.

'In de toekomst kunnen we de atmosfeer hopelijk aan satellietbeelden aflezen. Dan kun je die in een handomdraai overal op aarde bestuderen. Maar die satellietbeelden zul je hoe dan ook eerst moeten leren interpreteren - wat zie je en wat zegt dat over de aërosolen? Onze drones leggen daarvoor het fundament.'

George Biskos, hoogleraar geoscience & remote sensing, TU Delft

CYI-UAV-001

Missie de atmosfeer bestuderen
Afmetingen spanwijdte 4 meter
Gewicht 18 kg
Pluspunt kan tot 5 kilometer hoogte vliegen

Beeld EPA

Brandstof vinden op Mars

'Ruimtevaart is duur. Elke kilo die je lanceert kost 10 duizend dollar. De gigantische hoeveelheid brandstof waarmee we de raketten volpompen - circa 90 procent van het totale gewicht - is de belangrijkste hindernis. Als het aan ons ligt, tanken we in de toekomst gewoon bij in de ruimte.

'Stap één is het vinden van juiste grondstoffen in de kosmos. Op zoek naar water dus, want dat toveren we met zonne-energie zo om tot stuwstof voor rakketen: een mengsel van waterstof en zuurstof.

'Op Mars is vermoedelijk bevroren water te vinden in diepe, donkere kraters en lavatunnels. Om het zeker te weten moet je monsters nemen. Het is gevaarlijk terrein met steile afgronden, waar traditionele robotwagentjes zoals de Rover moeilijk kunnen manoeuvreren. Daarom werken wij aan een vliegende verkenner.

'Het idee is als volgt. Vanuit een moederschip op Mars vliegen de drones uit. De ijle lucht vormt geen probleem, want ze vliegen niet met propellers, maar met een raketmotor op waterstof. De drones tasten het landschap af op kansrijke gebieden en nemen daar bodemmonsters. Tussendoor keren ze terug naar het moederschip voor nieuwe stuwstof. Dan wordt ook de buit geanalyseerd.

'Stuwstof voor de drones kan nu ook al ter plekke worden gemaakt met kleine beetjes water die in het steengruis zitten. Het zoeken is vooral naar grotere bronnen.

'Het is een ambitieus project met de nodige obstakels. Probeer hier op aarde bijvoorbeeld maar eens te testen hoe goed een drone op Mars presteert. De verminderde zwaartekracht bootsen we na met ventilatoren die de drones wat optillen. Ook testen we met computersimulaties.

'Als onze missie slaagt, kunnen we straks ons zonnestelsel voorzien van een soort snelweg, met hier en daar een tankstation. Dat legt het zonnestelsel open voor de mensheid.'

Robert Mueller, ingenieur NASA

Extreme Access Free Flyer

Missie Mars afspeuren naar brandstof
Afmetingen doorsnede 1 meter
Gewicht 25 kg
Pluspunt kan vliegen in ijle atmosfeer

Beeld AFP

Vulkaan beoordelen

'Lavastromen en giftige aswolken zijn niet de enige gevaren van een vulkaanuitbarsting. Bijzonder des-tructief zijn ook zogeheten lahars, modderstromen van water en vulkanisch puin. Een beetje forse lahar raast met een snelheid tot wel 100 kilometer per uur naar beneden en vernietigt alles wat zijn pad kruist.

'Voorspellen van deze gevaren laat nog veel te wensen over. Terwijl een nauwkeurige voorspelling juist ontzettend belangrijk is - wanneer je een stad evacueert en het achteraf niet nodig blijkt te zijn geweest, verliezen de inwoners het vertrouwen in die maatregelen en zijn ze voortaan minder bereid hun huis te verlaten wanneer hun leven er wel degelijk van af hangt.

'Daar komt mijn project in het spel. Ik sleutel al jaren aan uiteenlopende drones die wetenschappers kunnen gebruiken om vulkanen te bestuderen.

'Een van de dingen die mijn drones doen, is het nemen van vulkaanmonsters. De drone vliegt dan naar de rand van de krater van de actieve vulkaan, een plek waar je als mens niet zomaar kunt komen, en laat daar aan een touw een soort robotje naar beneden. De robot pakt vervolgens as en kleine steentjes op. Het monster wordt met robot en al weer teruggehesen en dan op naar het lab voor analyse.

'Zo kunnen wetenschappers bij een uitbarsting snel zien om wat voor type eruptie het gaat. Wat ook belangrijk is: of het uitgespuwde spul water absorbeert en dus kans geeft op een modderstroom. Met die informatie kunnen we het risico op een lahar veel beter schatten.'

Keiji Nagatani, technicus aan de Tohoku University

ZionCH940

Missie vulkaanstof verzamelen
Afmetingen doorsnede 1,40 meter
Gewicht 6 kg
Pluspunt kan zware lading dragen

Beeld EPA
Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden