SolarXOne: Drohne mit Solarantrieb Autonom und energieautark

Von Silvano Böni

Das Start-up XSun entwickelt und fertigt eine Drohne, die sowohl energetisch autark als auch fliegerisch autonom ist: SolarXOne. Sie kann 12 Stunden in der Luft bleiben und legt dabei 600 km absolut geräuschlos zurück. Für einen sicheren Flug benötigt XSun zuverlässige und hochleistungsfähige Komponenten – für das Antriebssystem setzt das Start-up auf Technik von Maxon.

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Die SolarXOne kann zwölf Stunden in der Luft bleiben und 600 km absolut geräuschlos zurücklegen.
Die SolarXOne kann zwölf Stunden in der Luft bleiben und 600 km absolut geräuschlos zurücklegen.
(Bild: Maxon)

Benjamin David, der auf ein Jahrzehnt an Erfahrung bei Airbus Defence and Space zurückblicken kann, gründete das Unternehmen XSun auf Grundlage einer einfachen Idee: Anpassung der Raumfahrttechnik für den Einsatz in geringeren Höhen. Aus diesem Ansatz entstand die SolarXOne: eine autonome Drohne mit Solarantrieb und Tandemflügeln. Die Flügel erinnern an eine Libelle und verleihen ihr ein ausgezeichnetes Flugverhalten. Die Oberfläche der Solarpanels wurde gross gewählt, um möglichst viel Sonnenenergie tanken zu können und die SolarX­One zu einem hochleistungsfähigen, voll elektrischen System zu machen. «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 Benjamin David. Er weist ausserdem darauf hin, dass dank des Solarantriebs die Lebensdauer der Bordbatterie um den Faktor 3 verlängert wird.

Genau wie ein Satellit ist die SolarXOne mit Technik vollgestopft. Dieses unbemannte Luftfahrzeug ist eine Mischform aus Flugzeug und Drohne, es wiegt 25 kg bei einer Spannweite von 4,5 m und ist auf verschiedene Weise innovativ:

Bildergalerie
  • Benutzerfreundlich: Die SolarXOne ist so leicht zu fliegen wie eine Drohne, aber so leistungsfähig wie ein Flugzeug.
  • Schnell einsatzbereit: flugfertig in 30 Minuten.
  • Reichweite: 12 Stunden Nonstop-Flug.
  • Geräuschlos: Der voll elektrische Antrieb der Drohne ermöglicht einen geräuschlosen Flug.
  • Ausgezeichnete Flugeigenschaften: Der aero­dynamische Aufbau in Verbindung mit der eingesetzten Technologie verschafft der Drohne ausgezeichnete Flugeigenschaften.
  • Zuverlässig: Durch redundante Systeme kann sich der Anwender auf eine hohe Ausfallsicherheit verlassen.
  • Wartungsarm: Durch die voll elektrische Auslegung der Geräte ist nur ein geringer Wartungsaufwand erforderlich.
  • Tag- und Nachteinsatz möglich: Die Bordbatterien werden durch Solarenergie aufgeladen.
  • Aussergewöhnliche Nutzlast: Gyroskope, Hochleistungskameras, Wärmebildkameras, LIDAR: Die SolarXOne kann einschliesslich der neuesten 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 problemlos bei Behörden weltweit die Flugzulassung erhält.

Breites Anwendungsspektrum

Mit ihrer Einsatzreichweite von 600 km kann die SolarXOne Hunderte Hektar überfliegen und dabei Bilder in zentimetergenauer Auflösung produzieren. Die Drohne ist für verschiedenste Bereiche interessant, etwa das Kartografieren und Vermessen grosser Gebiete, das fotografische Übersichten grosser Infrastrukturelemente oder auch für Überwachungs- und Prüfungseinsätze.

XSun vermarktet zwar seine Drohne SolarXOne, bietet sie aber auch als Charterservice mit Bedienungsteam an. Das Team fliegt die Drohne im Auftrag von Kunden, die nur Daten sammeln möchten.

Nur die besten Komponenten

Effizienz, Qualität, Ausfallsicherheit und Langlebigkeit. Das waren die Leitlinien bei der Entwicklung der SolarXOne. «Durch die voll elektrische Auslegung mussten wir bei jeder Baugruppe auf geringe Kosten und hohe Energieeffizienz achten. Deshalb war es auch so wichtig, nur die Besten ins Boot zu holen, und beim Antrieb ist das Maxon», erklärt der Gründer von XSun. Für den Antrieb musste eine überaus zuverlässige und leistungsfähige, dabei aber auch möglichst kleine Lösung gefunden werden. Wobei die Anforderungen praktisch die gleichen wie in der Luft- und Raumfahrtbranche waren. «In diesen Bereichen bietet Maxon das Beste vom Besten. Es gibt gute Gründe, warum sie Robotermotoren an die NASA liefern! Wir haben uns sehr gefreut, als Maxon im Bereich Drohnen aktiv wurde, und bauten schnell eine Kooperation auf», fügt Benjamin David hinzu.

Damit die Drohne mehr als 12 Stunden komplett autonom fliegen kann, mussten wir bei allen Aspekten der Technologie die Grenzen ausloten. XSun 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, der seit 2019 mit XSun zusammenarbeitet. Damals hatte Maxon gerade seine ersten Motoren für Drohnen präsentiert. Einen dieser bürstenlosen Drohnenmotoren, den ECX 87 Flat, passten die Ingenieure von Maxon speziell an die Anforderungen von XSun 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.» Schliesslich erhöhte Maxon die Leistung des Flachmotors ECX 87 und optimierte die Wicklung, um den bestmöglichen Antrieb zu erhalten. Die SolarXOne ist jetzt mit zwei modifizierten Flachmotoren ECX 87 ausgerüstet, die in der Nase der Drohne montiert sind.

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«Damit die SolarXOne auch Städte sicher überfliegen kann, wollte XSun 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 Michael Niemaz. Der Gründer von XSun 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 XSun eng zusammen. Im Juli 2020 meisterte die SolarXOne 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. SMM

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