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Präzise Winddaten für die Zukunft der autonomen Luftfahrt

Das NASA Langley Research Center nutzt Revolution Pi für die Steuerung verteilter Wetterstationen, die hochauflösende Winddaten nahezu in Echtzeit erfassen. Diese Daten unterstützen die Forschung an Navigationssystemen für unbemannte Flugzeuge und die Entwicklung fortschrittlicher computergestützter Windmodelle.

Herausforderung

Die NASA-Forscher benötigten präzise Winddaten aus dem gesamten Testgebiet, um ihre computergestützten Windmodelle zu validieren und Drohnen-Navigationssysteme zu testen. Erste Prototypen, die von Studierenden mit handelsüblicher Raspberry Pi Hardware entwickelt wurden, fielen im Feldbetrieb schnell aus. Hohe Luftfeuchtigkeit und die dünne Beschichtung des Micro-SD-Kartenanschlusses führten zu häufigen Ausfällen. Es wurde daher eine robustere Lösung benötigt – eine, die für den dauerhaften Außeneinsatz ausgelegt ist und mit möglichst wenigen internen Steckverbindungen auskommt.

Das 1917 gegründete NASA Langley Research Center in Virginia ist das älteste nationale Luftfahrtlabor der USA. Es betreibt führende Forschung in den Bereichen Luftfahrt, Weltraumforschung und Atmosphärenwissenschaften. Langley spielt eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Technologien, die die Flugsicherheit erhöhen und den autonomen Flugbetrieb ermöglichen.

Zwei industrielle Wetterstationen mit Sensoren unter freiem Himmel. — Zwei Wetterstationen: Links befindet sich eine Wärmestrahlungsschutz-Station mit flacher Scheibe und rötlicher Halterung. Rechts steht eine Messstelle mit mehreren übereinander angeordneten Sensorelementen für Wind- und Feuchtemessungen.

Lösung

Das Projektteam implementierte den RevPi Connect als industrietaugliche Alternative. Im Gegensatz zu Consumer-Hardware ist Revolution Pi darauf ausgelegt, typischen Feldbedingungen standzuhalten. Die solide Bauweise mit weniger internen Steckverbindungen reduziert die Anzahl möglicher Ausfallpunkte deutlich. Da der RevPi Connect mit dem Standard-Image läuft, konnte die bestehende Python-Software der Raspberry Pi Prototypen ohne Änderungen übernommen werden. Der Übergang verlief nahtlos.

RevPi Connect im Wetterstationsgehäuse — Das Innere eines Wetterstationsgehäuses mit installiertem RevPi Connect.

Implementierung

Über das Testgelände verteilt arbeiten 30 Wetterstationen, die jeweils mit Sensoren und einem RevPi-Gerät ausgestattet sind. Die Sensoren für Wind, Temperatur und Luftfeuchtigkeit übertragen ihre Messwerte via RS-485, sobald neue Daten verfügbar sind. Der Server greift über TCP direkt auf die ASCII-Daten der RevPi-Geräte zu. Die serverseitige Python-Implementierung läuft seit der ersten Version zuverlässig und bleibt unverändert in Betrieb.

Einige Stationen messen zusätzlich die Wolkenhöhe mithilfe eines Ceilometers, das über dieselbe RS-485-Schnittstelle angeschlossen ist. Zusätzlich zur Wetterdatenerfassung nutzt das Team die RevPi-Module für verschiedene Steuerungsaufgaben im Feld, wie etwa die Kontrolle von Funkbaken.

Verwendete Technologien:

RevPi Connect mit Standard-Image
Verteiltes Sensornetzwerk mit ca. 30 Windsensoren
RS-485 Kommunikation für alle Sensoren
TCP/IP-Verbindung für Serverkommunikation
Python-basierte Serversoftware
Zentrale Serverinfrastruktur zur Datenaggregation

Ergebnis & Ausblick

Die NASA betreibt mit Revolution Pi ein zuverlässiges und skalierbares Netzwerk von Wetterstationen. Das System liefert hochauflösende Winddaten, die Forschende zur Prüfung und Validierung ihrer Navigationssysteme und Windmodelle verwenden. Dabei erweist es sich als äußerst zuverlässig.

Die gesammelten Daten tragen zur sicheren Integration autonomer Flugzeuge in den Luftraum bei. Da sich Revolution Pi in rauen Umgebungen so gut bewährt, setzt das Team die Geräte auch für weitere Automatisierungsaufgaben ein.