Sie haben Lebensmittel geliefert und Lichtshows bei den Olympischen Spielen aufgeführt. Aber im unbarmherzigen arktischen Klima haben Drohnen über längere Zeiträume zu fliegen gekämpft – die Art, die es Forschern ermöglichen würde, wissenschaftliche Instrumente sicher zu fliegen, um die Region im Auge zu behalten.
Jetzt zeigt ein Team unter der Leitung von NASA-Wissenschaftlern, wie eine Starrflügler-Drohne namens Vanilla mehrere Tage lang über dem Arktischen Ozean fliegen könnte und dabei ein Instrument trägt, das mit Radar die Tiefe des Schnees misst, der sich auf dem Meereis ansammelt.
Durch das gemeinsame Testen der Drohne und des Schneeradarinstruments möchte das Team Schlüsseldaten liefern, um genauer zu verfolgen und zu prognostizieren, wie sich die Polarregionen der Erde verändern und den Meeresspiegel beeinflussen.
Da der Schneefall eine zusätzliche Schneeschicht über das Meereis legt, haben selbst einige der leistungsstärksten Höhenmessersysteme der NASA im Weltraum Schwierigkeiten, die Dicke des Eises zu messen. Daten von Drohnen, die in geringer Höhe fliegen, können Wissenschaftlern helfen, diese sich ändernde Dicke genauer zu messen, wenn das arktische Meereis mit den Jahreszeiten zunimmt und abnimmt.
„Die gleiche Technik könnte schließlich verwendet werden, um zu bewerten, wie das Schmelzen von Süßwasser aus Grönland und der Antarktis zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt“, sagt Brooke Medley, eine Forschungswissenschaftlerin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, die das Projekt leitet.
Mit anderen Worten, Medley sieht in Drohnen einen Weg zu immer genaueren Prognosen darüber, wie der Anstieg des Meeresspiegels die Küsten weltweit umgestalten könnte, und für gemäßigtere Klimazonen ein vielversprechendes neues Instrument zur Überwachung von Waldbränden, Algenblüten und anderen wichtigen Signalen für Veränderungen Erde.
Im November 2021 flog Vanilla 6 Stunden lang über den offenen Ozean und Meereis mehr als 222 km von einem Flughafen in Deadhorse, Alaska, entfernt, wo ein Pilot das Flugzeug und ein Wissenschaftler das Radarinstrument steuerten.
Indem Vanilla im Jahr 2021 acht Tage lang bei gemäßigterem Wetter geflogen ist, hat sie den Weltrekord für kontinuierlichen Flug ohne Auftanken mit einem ferngesteuerten Flugzeug mit Verbrennungsmotor aufgestellt. In Alaska verhinderten ungewöhnliche Niederschläge mehrtägige Flüge, aber erste Einschätzungen zeigen, dass Vanilla fast fünf Tage lang über arktischem Meereis fliegen könnte.
Um sich seine „arktischen Flügel“ zu verdienen, flog Vanilla mit Eiserkennungssensoren, Heizsystemen und einer speziellen Anti-Eis-Beschichtung zum Schutz vor Nebel und Feuchtigkeit, die schnell auf Flügeln und Propeller vereisen können. Das Flugzeug wird auch mit einem Dieselmotor betrieben, der im Gegensatz zu batteriebetriebenen Drohnen zur Wärmeregulierung beiträgt.
„Drohnen haben einen langen Weg zurückgelegt, genug, dass sie mehr sein können als nur Quadcopter, die lokal fliegen und Ihre Nachbarschaft beobachten“, sagt Medley. „Das Fliegen von Drohnen ist letztendlich umweltfreundlicher und sicherer als das Fliegen großer Flugzeuge, also werden hier viele Kästchen angekreuzt.“
Medley, der das Projekt leitet, will mit der Drohne Meereis in der Arktis und im Südpolarmeer vermessen. Letztendlich geht es darum, Grönland und die Antarktis, die beiden Eisschilde der Erde, zu überfliegen. Im Gegensatz zu teuren und arbeitsintensiven Luftlandekampagnen, die auf Flugzeuge und Besatzung angewiesen sind, könnten mehrere Drohnen gleichzeitig, regelmäßig und in mehrtägigen Untersuchungen einer gesamten Eisdecke fliegen, sagt Medley.
NASA-Satelliten haben eine Schlüsselrolle bei der Feststellung gespielt, wie Eisschilde in den letzten Jahrzehnten an Masse verloren haben. Aber sie hatten Mühe, feine Details darüber zu messen, wie sich Schwankungen der Schneehöhe auf der Eisoberfläche auf die Dicke dieser kontinentalen Gletscher auswirken.
Wissenschaftler bestimmen normalerweise den Zustand einer Eisdecke, indem sie Änderungen in der Oberflächenhöhe messen, die helfen zu beurteilen, ob das Eis dünner oder dicker wird. Aber Schnee weht ständig rund um eine Eisdecke und häuft sich über mehrere Jahre auf ihrer Oberfläche wie ein mehrschichtiger Kuchen, den Satelliten nur schwer verfolgen können.
„Wir müssen sicherstellen, dass die Dickenänderungen, die wir sehen, nicht nur ein einzelnes Schneefallereignis oder das Fehlen eines einzelnen Schneefallereignisses sind“, sagt Medley. „Dann können wir die Veränderungen, die wir aus dem All sehen, besser interpretieren, wenn wir wissen, wie viel Schnee fällt.“
Da Meereis bereits auf dem Ozean schwimmt, steigt der Meeresspiegel nicht wesentlich an, wenn dieses Eis schmilzt. Aber Schneefall, der sich auf den Eisschilden absetzt, schmilzt schließlich und lagert Süßwasser im Ozean ab. Als gefrorenes Wasser auf der Oberfläche einer Eisdecke gespeichert, kann dieser Schnee auch den Beitrag einer Eisdecke zum Anstieg des Meeresspiegels aufhalten, sagt Medley.
Wie genau dieser angesammelte Schnee den Meeresspiegel beeinflusst, ist ein kaum verstandener Prozess in Studien zum Anstieg des Meeresspiegels.
„Wir müssen diese Schneeanhäufung überwachen“, sagt Medley, „denn kleine Änderungen können tatsächlich eine sehr große Rolle bei der Änderung des Meeresspiegels spielen.“