Wie Drohnen funktionieren

In dieser schönen neuen digitalen Welt hat das Wort „Drohne“ einige ernsthaft bedrohliche Obertöne angenommen. Die Massenmedien stellen Drohnen als kaltblütige Mechanisierungen dar, die auf der Suche nach ahnungslosen menschlichen Zielen lautlos durch die Lüfte schweben. Die breite Öffentlichkeit sieht Überwachungsdrohnen als gruselige Erinnerungen daran, dass irgendjemand irgendwo alles beobachtet, was Sie tun. Drohnen sind in der Tat mächtige Waffen und Spionagewerkzeuge . Aber sie sind noch viel mehr.

Obwohl „Drohne“ der gebräuchlichste Begriff ist, werden diese Fluggeräte oft auch als UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) bezeichnet. Obwohl Regierungs- und Militärbehörden zu den ersten gehörten, die Drohnen auf ihre Kriegsfähigkeiten untersuchten, werden diese geflügelten Geräte jetzt auch an Kinder, Teenager, RC-Flugzeug-Bastler, Fotografen, Videografen, Landwirte und so ziemlich jeden vermarktet, der von einem Standpunkt in der Drohne profitieren kann Himmel um sie herum.

Drohnen in Militärqualität können in einen Rucksack passen oder fast so groß wie ein Flugzeug in voller Größe und mit todbringenden Waffen beladen sein. Diese Drohnen können mehrere zehn Millionen Dollar kosten und Flügelspannweiten von mehr als 30 Metern haben.

Obwohl Militärdrohnen in der Öffentlichkeit als unblutige und präzise Arten von Kriegsmaschinen angepriesen werden, können sie beunruhigend tödlich sein. Das Bureau of Investigative Journalism schätzt , dass die Vereinigten Staaten allein in Pakistan mehr als 400 Drohnenangriffe durchgeführt haben, bei denen bis zu 4.000 Menschen getötet wurden, darunter vielleicht 1.000 Zivilisten und 200 Kinder.

Verbraucher- und kommerzielle Drohnen bieten eine glücklichere Drehung beim automatisierten Flug. Sie können tatsächlich in Ihre Handfläche passen und Ihnen weniger als 100 US-Dollar einbringen. Robustere, fortschrittlichere Modelle können Tausende kosten und hoch in den Himmel schreien (und möglicherweise auf lokales Radar), was Sie sehr gut in Schwierigkeiten mit der Federal Aviation Administration (FAA) bringen kann.

Kleine Drohnen, die von kommerziellen Unternehmen betrieben werden, nehmen zu. Diese Unternehmen werden auf erstaunliche und bisher unvorhergesehene Weise profitieren, indem sie Drohnen einsetzen, um ihre Einnahmen zu steigern und Volkswirtschaften auf der ganzen Welt zu helfen.

Feuerwehren, Polizeieinheiten und Katastrophenhelfer setzen Drohnen bis zu einem gewissen Grad ein, um erschütternde Situationen einzuschätzen, vermisste Personen zu finden und Mitmenschen zu helfen. Drohnen sind praktisch für den Bau, die Kartierung, den Schutz von Wildtieren, die Inspektion von Pipelines und vieles mehr.

Drohnen machen auch einfach nur Spaß. Wir Menschen können keine Flügel wachsen und fliegen, aber wir können ein wenig stellvertretend durch unsere geflügelten Freunde leben, Kameras für erstaunliche Bilder in die Luft heben oder einfach aus Freude am Himmel herumzoomen.

Inhalt

1. Die Drohnen-Hintergrundgeschichte
2. Mehr militärische Macht
3. Drohnen in Ihren Häusern
4. Die gängigsten UAVs
5. Luftakrobatik
6. Drohnen: Dystopie oder Traum?

Es gab keinen geschichtsträchtigen Moment, als die erste Drohne in die Luft ging. Das liegt zum großen Teil daran, dass es eine Frage der Semantik ist, wenn man versucht, genau zu bestimmen, welches historische Gerät als Drohne qualifiziert ist. War es einer der mit Sprengstoff beladenen Ballons, die im 18. Jahrhundert verwendet wurden? Waren es die ersten V-1-Raketen, die die Deutschen im Zweiten Weltkrieg eingesetzt haben?

In den frühen 1900er Jahren verwendeten Militärgruppen Drohnen, einschließlich funkgesteuerter Versionen, für Zielübungen. Ingenieure entwickelten auch mit Munition beladene unbemannte Flugzeuge. Das waren nicht wirklich Drohnen. Sie waren die ersten Marschflugkörper , manchmal auch fliegende Torpedos genannt, und nicht dazu bestimmt, zur Basis zurückzukehren.

Während des Kalten Krieges verstärkten die USA die Forschung an Drohnen in der Hoffnung, sie als Ersatz für bemannte Spionageflugzeuge einsetzen zu können. Während sich der Vietnamkrieg hinzog, flogen Drohnen Tausende von hochriskanten Aufklärungsmissionen und wurden durch feindliches Feuer zerstört, retteten dabei aber das Leben von Piloten, die sonst umgekommen wären.

Etwa zur gleichen Zeit begannen Ingenieure, Drohnen mit Echtzeit-Überwachungsfunktionen auszustatten. Mit ihren Bordkameras und unbegrenztem Mut könnten sich Drohnen feindlichen Linien nähern und Truppenbewegungen und -strategien dokumentieren, ohne Menschenleben zu riskieren.

Im Jahr 2002 setzte die CIA erstmals eine Predator-Drohne ein, um einen feindlichen Kombattanten in Afghanistan zu töten. Der Predator (genauer gesagt der MQ-1 Predator) mit seinem gruseligen Namen war eine der ersten Militärdrohnen, die weit verbreitet eingesetzt wurden. Es wurde 1995 vorgestellt und hat seitdem auf der ganzen Welt gezoomt – aber es wird hauptsächlich im Nahen Osten verwendet. Es kann mehr als 500 Meilen (805 Kilometer) auf einer einzigen Mission fliegen und Ziele stundenlang umkreisen; bewaffnete Versionen können ausgeklügelte Raketen abfeuern.

Der Predator ist eine der bekanntesten Militärdrohnen, aber jetzt ist er nur noch eine von vielen. Diese ersten Schläge in Afghanistan waren, wie man so schön sagt, nur der Anfang.

As the digital revolution has unfolded with its tiny microprocessors and long-distance communications abilities, drones have become more and more useful for military operations. By one estimate, the U.S. military has roughly 11,000 manned airplanes and perhaps 8,000 drones, meaning that a third of the air force is unmanned. For anyone who feared the coming age of automated, sci-fi-type warfare ... well, those days are already here.

The U.S. military has three categories for drones: mini, tactical and strategic. Mini drones are small and mostly used for short-range surveillance. Tactical drones can fly for several hours and as far as 200 miles (322 kilometers) and are used to assess enemy targets. Strategic drones can fly for days and carry weapons.

Some drones use battery power to turn propellers. Newer and pricier versions have full-blown jet engines and can fly more than 500 miles (805 kilometers) per hour, soaring to 50,000 feet (15,240 meters) or even higher.

Some drones are autonomous, following preprogrammed routines. Many others require pilots. Those pilots may be on the ground near the operation, or they may sit in control rooms, thousands of miles away, guiding their minions by high-speed wireless networking links.

In part because there's a delay of a couple of seconds from the control room to the drone, crashes do happen. Sometimes pilots push the wrong buttons. Sometimes they misread the flight data they see on their workstation monitors; cameras on the drones simply aren't a substitute for a pilot's real vision and other senses. More than 400 large drones have crashed since 2001, but many disasters have been averted, too. If a communications link is cut, advanced drones are programmed to fly in circles or even to return to the nearest base without human guidance.

Like air traffic controllers, drone pilots have high-stress yet often dull and repetitive jobs, mostly surveilling areas for intelligence and potential targets. Because of burnout, they quit three times as often as regular pilots, and the U.S. military recently doubled drone pilot salaries to stop them from running for the exits.

Those who stay receive extensive training in a traditional classroom setting, as well as hands-on training at their computers. They execute endless practice runs and then review their in-flight decisions, attempting to hone their minds to select the best approach to any given scenario, particularly those that involve the use of deadly force.

When they score an important victory, these pilots receive medals just like any others, and in spite of the geographical disconnect from their targets, many suffer emotional trauma from the damage their strikes cause.

Not all drones inflict suffering and mayhem. There is an entire range of drones for commercial and private use.

In many places, including the U.S., civilian and commercial drone use is severely restricted by aviation administration regulations, primarily in the name of safety. That does not, however, stop thousands of people from using drones for a plethora of purposes, including videography, sheep herding, product delivery and crop surveying.

If you perform a quick search through your favorite online megastore you'll see that dozens of drones are available. Some are less than $100. Other costs thousands. There are two broad drone categories: fixed wing and rotary. Each type has its strengths and weaknesses.

Fixed-wing drones can be hand-launched, but often they require a runway or even an unwieldy catapult . But they're generally faster and can fly much longer than their rotary brethren.

One option is the eBee senseFly, a fixed-wing drone designed specifically for mapping purposes. Toss it into the air and it follows a preprogrammed route, snapping high-resolution images that are then integrated into maps and 3-D models. It can cover more than 4 square miles (10.4 square kilometers) on a single flight. Farmers are the primary customers, as they can use the drone to optimize their agricultural practices and increase their yields. The eBee retails for more than $10,000.

The Agribotix Hornet LR is another fixed-wing drone, and like the eBee, it's intended largely for agricultural use. It has a 6.4-foot (2-meter) wingspan and a cruising speed of more than 30 miles (48 kilometers) per hour. It can fly for nearly an hour and a half before it must descend for recharging. Rather than only offering purchase options, Agribotix leases units to customers for less than $2,000.

Fixed-wing drones are just a teensy sliver of the commercial and hobbyist drone market.

Fixed-wing drones are fast and fly far, but rotary models are much more common, in part because they're easier to fly and more stable for purposes like photography. If you want a rotary drone, you'll have dozens of options from which to choose.

On the cheap side, for instance, there's the Hubsan Mini RTF quadcopter, which sells for less than $60. It's so tiny that it will fit in the palm of your hand. After a 40-minute charging session, you'll get about seven minutes of flight time during which you can make the drone do four-way flips and other stunts. You can also capture pictures on a miniscule 0.3-megapixel camera.

The Parrot AR.Drone 2.0 Power Edition is a quadcopter that sells for around $400 online. This drone features upgraded batteries that offer about 36 minutes of flight time. It comes with a free flight control app that you can load to your WiFi-enabled device, such as a tablet or smartphone , letting you control the drone to range of 165 feet (50 meters). It also has a 720p HD video camera that streams video live to your device, giving you a bird's-eye view literally on the fly.

One of the better-known drone manufacturers is DJI, which makes the DJ Phantom series. These drones aren't just for fun — they're intended to give blossoming cinematographers a way to catch amazing high angles without the need for more expensive gear. Some models come with GoPro camera mounts, while others are equipped with onboard cameras of their own.

The FC40 Phantom 2 Vision+ quadcopter weighs in at just under $1,000. It can fly to more than 2,600 feet (792 meters), with a flight time of roughly 25 minutes. A controller helps you manage the drone's flight, while the app that you load on your phone or tablet manipulates the video and camera capabilities.

With all of these flying contraptions zipping around, it's hard to deny that they seem awfully reminiscent of regular old remote-control helicopters and planes. So what's the difference between those traditional radio-controlled machines and new-age drones?

It has a lot to do with automation and advanced digital features. Whereas traditional remote-controlled devices require constant attention, drones can do amazing things on their own. Program in a GPS location, for example, and a drone can automatically fly itself to that point and then hold its position. Or you can run a so-called "follow me" mode, and the drone will follow you around, tracking you by sensing the signals from your phone.

Modern drones are equipped with a whole slate of similar fun and useful features. Of course, none of those capabilities are worth much if the thing can't get off of the ground.

Even casual observers realize one striking thing about drones — they often have four propellers (but can have anywhere from three to eight) unlike traditional RC helicopters, which have only one main rotor. Drones need extra rotors because they need more stability to pull off their automated functions.

More rotors also means more lift. Lift, of course, is the push that spinning propellers create beneath a flying machine. The more lift a device has, the higher and faster it can go, and the more weight it can carry. That last part is vital for anyone who wants to attach a camera to a drone. Too little lift means a drone will moan and groan and crash, or maybe never get airborne at all.

There's a reason that most consumer drones don't get much more than 15 to 20 minutes of flight time, and that reason is related to power. Drones need batteries to power their props. A couple of lightweight rechargeable batteries suffice for a short amount of time in the air. Adding more (or more powerful) batteries is a great idea ... until you realize the extra weight they add actually reduces overall flight time.

As power flows from the batteries to the rotor motors, the propellers begin to spin, and it's the spin of each prop relative to the others that changes altitude and direction. Rev up the rotors and they'll generate enough lift to overcome the force of gravity , zipping the drone higher and higher.

If you want the drone to tilt on one side, two of the rotors will begin spinning faster on one side, creating more lift. In doing so, some of the upward lift becomes more of a sideways force, causing the drone to move forward or backwards. In the same manner, different prop speeds will spin the drone.

Obviously, you don't have to think through these processes as you're flying your drone, otherwise you'd probably crash it every 10 seconds. Drones are loaded with accelerometers and gyroscopes that help them maintain their orientation in space. These instruments detect linear acceleration, tilt and other directional cues to keep them from dive-bombing the ground or, worse, unsuspecting bystanders.

Many drones also have integrated GPS so the machine "knows" where it is. Command the drone to hover in one small space and it will do so, fighting a breeze if necessary.

To input your commands, you need a controller, typically one that uses 2.4 gigahertz radio waves. Many drone controllers look just like RC controllers of yore; that is, a boxy unit with two thumb joysticks and a collapsible antenna. Others rely on a combination of 2.4 gigahertz signals and WiFi, and they may pass on an old-school controller for one that looks more like a gamepad, or they may rely on a control app on your smartphone or tablet.

The act of flying consumer drones ranges from pretty easy to fiendishly difficult. Cheaper drones are budget friendly but may be so difficult to fly (and so delicate) that they're broken before you can figure out how to make them travel in a straight line. Pricier drones often have some automatic functions, like landing assistance, that help simplify some of the harder and riskier portions of flights, easing you into your new role as pilot.

Drones are the stuff of dystopian nightmares. They're used for surveillance at home and abroad, raising privacy issues everywhere. They can carry weapons and can kill people from thousands of miles away while the operator sips coffee in a temperature-controlled office.

Yet drones are a dream come true for many commercial enterprises. Farmers can better monitor fields and livestock. Construction engineers can much more easily see their projects from every angle. Drones can offer new perspectives on real estate, move cargo and deliver packages.

By one estimate, drone technology could create more than 100,000 jobs in the next decade. And they could boost the economy by billions and billions of dollars as they spill into sectors of engineering, computer science, commercial contracting, videography, forestry and, of course, the military [source: Whitlock]. All of these disciplines will require experts in fabricating and flying drones — and commercial drone pilots could start with an annual salary of $50,000 to more than $100,000, working for manufacturers, surveyors, law enforcement or any number of other organizations.

Colleges, such as the University of North Dakota, are increasingly offering degrees for piloting drones in anticipation of the drone explosion. Students train on simulators as they build up their flight hours, but in many cases they can't fly actual drones as part of their coursework. That's because before drones can truly take flight, they'll have to surmount legal and regulatory hurdles. At present, the FAA limits what drones can do in American airspace, even if you're practicing through a college program.

Hobbyisten müssen ihre Maschinen niedriger als 400 Fuß (122 Meter) und mindestens 5 Meilen (8 Kilometer) von Flughäfen fliegen lassen , um Konflikte mit bemannten Flugzeugen zu vermeiden. Trotz dieser Regeln hat die FAA Dutzende von Beinaheunfällen von Personen dokumentiert, die gegen Vorschriften verstoßen, und jeder dieser Fälle hätte möglicherweise ernsthafte Schäden an einem Flugzeug verursachen und Leben gefährden können. Diese Art von Problemen erschweren die Fähigkeit der Regierung, die kommerzielle Drohnennutzung in größerem Umfang zu integrieren.

Dennoch hat der Kongress die FAA angewiesen, Wege zu finden, um Drohnen, insbesondere kommerzielle Drohnen, so zu regulieren, dass sie dazu beitragen, diese Technologien für die Wirtschaft nutzbar zu machen. Aufgrund des großen Ausmaßes der wahrscheinlichen Auswirkungen von Drohnen auf unsere Gesellschaft (und weil wir von einer föderalen Bürokratie sprechen) können Sie darauf wetten, dass es einige Jahre dauern wird, bis Drohnen landesweit wirklich kommerziell durchstarten.

In der Zwischenzeit entwickelt sich die Drohnentechnologie viel schneller weiter, als eine einzelne Organisation nachvollziehen kann. Hobby-Drohnen werden von Monat zu Monat billiger und leistungsfähiger, und immer mehr bemannte Militärfahrzeuge werden durch riesige, mächtige und tödliche Drohnen ersetzt, die den Himmel viel länger absuchen können als jedes traditionelle Fahrzeug.

Wenn Sie auf den Tag der Drohnen gewartet haben, machen Sie sich Folgendes klar – dieser Tag ist bereits gekommen. Drohnen werden im Guten wie im Schlechten noch viele Jahre Teil unserer Kultur sein.

Anmerkung des Autors: Wie Drohnen funktionieren

Die Drohnen sind einfach so überall. Ich lief vor ein paar Wochen einen abgelegenen ländlichen Weg entlang, als ich einen Radfahrer traf, der in die entgegengesetzte Richtung fuhr. Er hatte einen Controller an seinen Lenker geschnallt und steuerte einen Quadrocopter 20 Fuß (6 Meter) über und vor ihm. Ich weiß nicht, ob er ein Video aufgenommen hat oder nur zum Spaß geflogen ist, aber es war der Beweis, dass diese kleinen Flugmaschinen uns auch begleiten, egal wohin wir gehen. Hoffen wir, dass das auf lange Sicht eine gute Sache ist.

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