Ilmaa kevyemmät lentolaitteet: aerostaatit ja niiden käyttösoveltuvuus tutkimustyössä sekä energiantuotannossa

Abstract

Ilmailu on logistiikan ja matkustamisen kannalta yksi tärkeimmistä aloista. Tässä työssä käsitellään ilmaa kevyempiä lentolaitteita eli aerostaatteja ja niiden soveltuvuutta erilaisessa tutkimustyössä sekä energiantuotannossa. Lisäksi työssä tutustutaan aerostaattien historiaan, nykypäivän tilanteeseen sekä syihin, miksi niiden kehitys hidastui merkittävästi 1900-luvulla.

Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena. Työssä käydään läpi aerodynamiikan perusteita sekä yksinkertaisen aerostaatin toimintaperiaatteet, jonka jälkeen käsitellään aerostaattien historia 1700–1900-luvuilla sekä niiden nykyaikainen tilanne. Tämän jälkeen työssä on tutkittu aerostaattien sovelluksia tutkimustyössä, johon lukeutuu erilaiset ilmakehän tutkimusta varten laukaistavat pallot ja ilmalaivat sekä ilmailurobotiikka, jossa simuloidun dynaamisen mallin avulla saadut ohjausparametrit siirretään fyysiseen ilmalaivaan saavuttaen autonomisen ohjattavuuden. Lopuksi työssä tutustutaan mahdollisiin energiantuotannon aerostaattisiin sovelluskohteisiin aurinkoenergiaa hyödyntäen.

Työstä ilmenee aerostaattien kehityksen pysähtyminen 1900-luvulla, nykypäivän ilmaston lämpenemis- ja energianlähdeongelmien aiheuttama kehityksen jatkuminen sekä aerostaattien tehokkaampi resurssikäyttö verrattuna ilmaa raskaampiin lentolaitteisiin. Aerostaatit mahdollista vat ekologisempia lentolaitteita käytettäväksi alueille ja korkeuksille, joille muilla lentolaitteilla ei pääse.

Työssä havaitaan, että aerostaattiset sovellukset kärsivät vielä toistaiseksi fyysisistä ja taloudellisista rajoitteista, joihin kuuluu rakenteellisia ja resurssipohjaisia ongelmia. Suurimmat rajoittavat tekijät kehityksen kannalta ovat aerostaattien kyky toimia pitkällä aikavälillä rajoitetun resurssisen kuormamäärän takia, itse lentolaitteiden koko ja aerostaattisten sovellusten kehittämiseen sekä tutkimukseen kohdistuvan rahoituksen vähäisyys. Työssä havaitaan rahoitusongelmien ratkeavan osittain jatkuvasti kehittyvän simuloinnin avulla, jolla suurten tutkimuslaitosten, kuten tuulitunnelien, välttämättömyys vähenee.