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  5. › Volocopter VC-200: Crowdfunding…

Warum mehrere kleine Propeller?

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  1. Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: BiGfReAk 23.11.13 - 00:56

    Und nicht wie beim Helikopter ein großer Propeller? Braucht man für mehrere kleine weniger Energie um die gleiche Masse zu bewegen?
    Ich hätte in Physik besser aufpassen sollen :)

  2. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Ach 23.11.13 - 05:10

    Zumindest 2 Dinge fallen mir dazu ein:

    - mit nur einem Rotor ist die Kabine einem mächtigen Gegendremoment ausgesetzt, das bei einem üblichen Helikopter mit dem kleinem liegendem Steuerungsrotor am Hubschrauberleitwerk ausgeglichen wird, welches aber beim Volocotpter durch die vielen in gegenläufige Richtungen drehenden senkrechten Rotoren aufgehoben wird. Das spart schon mal Energie und teure Mechanik.

    - Das Driften zur Seite wie die Neigung nach vorne und hinten wird bei einem üblichen Heli durch die Verstellung der Rotorblätterneigung während ihrer Drehung erzeugt=> sehr kompliziert, sehr teuer. Beim Volocopter geschieht das, wie überhaupt jede Bewegung, einfach durch die Verstellung der Drehzahlen verschiedener Rotoren=> billig, zuverlässig, sehr einfach auch von einer Elektronik ansteuerbar. Im Grunde ist das die selber Art der Steuerung wie man sie von kleinen und billigen (Quadcopter-)Kaufdrohne kennt.

    Man könnte also sagen: die mechanische Komplexität wird durch Software ersetzt und das Ausfallrisiko und der Wartungsaufwand, der sich sonst in großen Bauteilen bündelt, wird auf viele kleine und primitive Einheiten verteilt.

  3. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Ed Ryan 23.11.13 - 10:22

    ... was wiederrum mit mit Ottomotoren dank Wellen oder gar Komplexität vieler kleiner Motoren absolut unmöglich wäre.
    Extrem gute, kurze Zusammenfassung, warum die Technik eigentlich nen viel größeren Hype mit ihrem enormen Zukunftspotential verdienen würde. Danke dafür^^

  4. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Anonymer Nutzer 23.11.13 - 11:08

    ich schließe mich an :)

    selber hatte ich bei der Frage an Materialbelastung etc. gedacht, ich stell mir halt vor, bei so nem großen Rotor inkl. Motor braucht es davon mehr/schwerer als viele kleine Motoren. Soll ja und muss so leicht wie möglich werden, noch viel mehr als üblich bei Fluggeräten.

    60 Minuten halte ich noch für sehr wenig, oder? Wobei solange sind Jets ja auch nicht in der Luft. Ich mein, viel Spielraum ist da nicht, um vom Start und nahem Landepunkt was machen zu können.

    Hab ich evtl. überlesen, aber in so einem Fall solle man sicherlich auch mit Akku-Austausch-Systemen arbeiten.

  5. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Ach 23.11.13 - 15:38

    YMMD, gerne geschehen :]. Mir gefällt das Ding übrigens auch ziemlich gut.

  6. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: tornado64 23.11.13 - 22:53

    Und kleine Rotoren sind deutlich leiser als ein Riesenrotor und erzeugen weniger Wind.

  7. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: violator 24.11.13 - 00:08

    Aber auch weniger Auftrieb. Und ich weiss nicht ob viele kleine soviel Power haben wie ein großer mit 4 Blättern, das ist ja keine lineare Funktion.

    Aber für ein kleines Dingen wo 1-2 Leute reinpassen wirds wohl reichen.

  8. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Eheran 24.11.13 - 15:09

    Ein noch nicht genannter Vorteil sind geringere Reibungsverluste.
    Die vielen kleinen haben eine deutlich geringere Umfangsgeschwindigkeit, mit der die Blätter die Luft schneiden müssen. Dafür aber viel mehr Fläche, um Luft nach unten drücken zu können.

    Beim Fahrradbetriebenen Helikopter, der bei Golem neulich war, waren es einige SEHR große Rotoren, die sich nur sehr langsam gedreht haben, weil das ebenfalls effizienter ist. Und das, obwohl man viel Technik (und Gewicht) braucht um die Antriebskraft zu verteilen.

  9. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: TC 24.11.13 - 23:27

    Wäre es nicht auch möglich, statt Akuus einen Generator einzubauen
    zB Miktroturbine? die erzeugt dann effizient Strom für die Rotoren

  10. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: frontloop 25.11.13 - 09:22

    TC schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Wäre es nicht auch möglich, statt Akuus einen Generator einzubauen
    > zB Miktroturbine? die erzeugt dann effizient Strom für die Rotoren

    Da steht was von "wartungsarm" und "geringe Betriebskosten". Das passt nicht mit einer Turbine zusammen. Und dann noch die Lautstärke.

  11. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: johnsonmonsen 25.11.13 - 10:36

    Hallo zusammen,

    was mir noch eingefallen ist, ist der starke Sicherheitsvorteil im Lande- und Startbereich, der durch einen fehlenden großen Hauptrotor gegeben ist. Immerhin besteht sonst eher die Gefahr, in die sich noch drehenden Rotorblätter hineinzugreifen etc. Kommt leider immer wieder vor.

    In den anderen Punkten hat Ach die Sache, wie ich finde, gut erklärt. Es geht bei der Aufteilung auf viele kleine Rotoren nicht um den möglichst hohen Wirkungsgrad, sondern um Einfachheit, Wartungsaufwand und Sicherheit. Gerade die sog. Blattverstellung (zyklisch und kollektiv) ist eines der Dinge, die einen konventionellen Hubschrauber so teuer machen (Stichwort: Taumelscheibe). Die Rotoren eines Multicopters müssen dabei nur die Drehzahl ändern, um zu steuern und die Höhe zu wechseln! Außerdem neigt ein Helikopter dazu, "abzuhauen" (Pilot muss permanent gegensteuern) - er ist nicht eigenstabil - während ein Multikopter-System gewissermaßen selbstzentrierend ist - für den Schwebeflug, die Anwenderfreundlichkeit und eine elektronische Steuerung optimal. Die Geschwindigkeiten, bei denen ein normaler "Schrauber" durch das Leitwerk nennenswert stabilisiert wird, werden vom Volocopter ohnehin nicht erreicht.

    Die Rotoren können weitaus günstiger konstruiert sein. Bei großen Blättern muss die Schlagbewegung ausgeglichen werden. Ohne einen Gelenkkopf ging das erst mit der Einführung von GFK als entsprechendes Material (1967, beim Bo 105). Außerdem war die Schlagbewegung eines der charakteristischen Gerräuschquellen eines Helis. Beim Bell UH-1 (Huey), welcher manchmal noch im Rettungsdienst vorzufinden ist, fällt der Unterschied sofort auf. Große Blätter sind also eine Herausforderung und verursachen hohe Kosten.

    Die beim Fliegen auftretenden Kräfte verteilen sich darüber hinaus auf mehrer kleine Flächen. Eines der anderen Sachen, die bei Hubschraubern eine Schwierigkeit darstellen (besonders bei Nicht-Turbinen-Helikoptern, wie dem günstigsten aktuellen Heli, dem Robinson R22), ist die Notwendigkeit einer konstanten Drehzahl - bei variabler Last. Schon geringe Einbrüche in der Umlaufgeschwindigkeit können fatale Folgen haben. Deshalb braucht ein "echter" Heli immer ausreichend Leistungsreserven, während ein Multikopter hierbei weniger anfällig ist und "schmaler" ausgelegt sein kann.

    Es ist echt beeindruckend, welch technischer Aufwand hinter Hubschraubern steckt. Das macht es verständlich, warum z.B. ein EC135 mehrer Millionen Euro (glaube rund sechs!) kostet (ohne die Wartungskosten). Die deutsche Luftrettung investiert pro Rettungsheli hier Gelder, die dem Normalbürger kaum nachvollziehbar sind, aber tagtäglich Leben retten. Ich glaube zwar nicht, dass ein Multikoptersystem, wie das des Volocopters, hierfür zeitnah eine Alternative bieten kann - aber es macht den Sinn eines preiswerten "Schraubers" durchaus deutlich. Die Anwendungsgebiete kann sich jeder selbst ausmalen.

    Wenig Lärm, niedrige Anschaffungs-, Betriebs- und Wartungskosten machen den VC-200 für mich zu einem sehr interessanten Konzept.

    Viele Grüße :-)

  12. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Der Spatz 25.11.13 - 11:01

    So eine Turbine dürfte recht Pflegebedürftig sein.

    Meine Idee wäre ein kleiner "Range Extender" a la 200er Roller-Einzylinder mit Generator.
    Dürfte noch kompakt und leicht genug sein um mitgeschleppt zu werden und die Reichweite zumindest um ein paar Flugminuten erhöhen (am Boden kann der ja dann die Akkus wieder aufladen).
    Wobei ich jetzt absolut keine ahnung habe, wieviel Watt so ein "Hubschrauber" zum halten der Höhe braucht.

  13. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: johnsonmonsen 25.11.13 - 12:03

    Hallo "Der Spatz",

    also, bisher sind noch keine Details zur Leistungsaufnahme bekannt - aber man kann gröbst schätzen. Die Betriebszeit von einer Stunde ist ja angegeben worden.

    Bei einem maximalen Startgewicht von 450kg gehe ich (großzügig) von einem Akku mit einer Masse von 100kg aus. Aber er wiegt vermutlich weniger - die 18 (!) Elektromotoren machen ja auch einiges an Masse.

    In 100kg Akku kann man durchaus eine Kapazität von 20kWh quetschen (Li-Poly-Akku). Das wäre dann (ohne Verluste und Entladeschlussgeschichten) eine konstante Leistung von 20kW, für diese Stunde. Das entspricht ungefähren 27 PS. Zum Vergleich: Der kleinste erhältliche "normale" Hubschrauber, der Robinson R22, hat eine Leistung von ca. 130PS bei einem max. Abfluggewicht von knapp über 600kg.

    http://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator#Energiedichte_und_Wirkungsgrad
    http://de.wikipedia.org/wiki/Robinson_R22

    Klingt für mich ein bisschen wenig "Dampf" - oder eben Dampfplauderei. Vielleicht weiß ja jemand mehr.

    Viele Grüße :-)!



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 25.11.13 12:03 durch johnsonmonsen.

  14. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Ach 25.11.13 - 17:33

    Hallo,

    Also ich find´s mal wieder interessant, wie viel spannendes Fachwissen über innovative Technik aller Art man mal wieder auf dieser Seite für IT-Profis die Runde macht :]. Danke für die vielen interessanten Details!

    Was ich bei Volocopter nicht unbedingt als Vorteil sehe, das die Sicherheit vor Verletzungen. Diese Rotoren müssen ja schließlich ganz schöne Drehzahlen und viel Kraft abgeben um die min 400 Kg in die Höhe zu heben, und so klein sind auch nicht. Die zu berühren, das muss weh tun. Aufpassen muss man auch dann wenn sich so ein Rotor löst oder einer bricht und dann wie ein Geschgoss durch den Raum jagt, ok, ganz so verheerend wie der Bruch eines Hauptrotors wird das nicht sein, aber trotzdem.

    Was mich dagegen beeindruckt ist, wenn die Flugzeit tatsächlich eine Stunde erreicht. Aus dem Bauch hätte ich 20 bis 25 min geschätzt. Eine Stunde wäre für so ein Teil ja richtig gut. Und noch was, es sind ja nicht nur die Wartungskosten die zusammenschrumpfen, es sind auch die Wartungszeiten. Das Ding wird sehr, sehr viel pflegeleichter sein als jeder Hubkolbenmotorantrieb, und erst recht pflegeleichter als jede Turbine. Bin mal gespannt wie das weiter geht mit dem Projekt.

  15. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: johnsonmonsen 25.11.13 - 18:51

    Hallo Ach,

    als Fachwissen würde ich meine zusammengelesenen Basisinformationen nun nicht bezeichnen, aber Spaß macht das Kommentieren bei so einem interessanten Thema trotzdem sehr :-).

    Der Finger (oder mehr) sind sicherlich schnell ab, wenn man in so ein Rotörchen greift. Allerdings könnte man die äußere Reihe mit einer Art Zusatzkäfig versehen, ähnlich wie bei manchen Drohnen. Ich frage mich, in wie weit die 18 Rotoren redundant ausgelegt sind, d.h. dass ein evtl. Ausfall kompensiert werden könnte. Stichwort: Vogelschwarmkollision. Kommt es zu einem Bruch, müssten die Splitter eigentlich vornehmlich tangential wegfliegen - die Neigungsachse ist ja fix. Da sehe ich weniger Probleme.

    Ein weiterer Vorteil der Konstruktion dürfte die schnelle Startbereitschaft sein. Ein großer Heli braucht dafür Minuten - alleine bis der Rotor auf Touren gebracht wurde. Beim Velocopter müsste das in wenigen Sekunden geschehen. Außerdem sind Elektromotoren nicht vom Luftdruck abhängig, wie ein Kolbenmotor oder eine Turbine. Klar, der VC-200 wird sicher nicht in solchen Höhen operieren, aber die Möglichkeit besteht zumindest. Denn bevor die Luftdichte ein weiteres Steigen verhindert, ist es meist der Verbrennungsantrieb, der die Höhe begrenzt. Siehe dazu diesen interessanten Artikel bzw. die aufgestellten Rekorde:

    http://de.wikipedia.org/wiki/Eurocopter_AS_350

    Dafür fällt die Autorotation bei einem Multicopter als Notfalllandemanöver weg - aber es ist ja ein Fallschirm vorhanden.

    Bin auch sehr gespannt, wie es weitergeht...

    Viele Grüße... :-)

  16. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Ach 25.11.13 - 20:57

    >Allerdings könnte man die äußere Reihe mit einer Art Zusatzkäfig versehen, ähnlich wie bei manchen Drohnen.

    Das wäre naheliegend, könnte mir auch gut vorstellen, dass das zu einer Sicherheitsbedingten Auflage würde. Sieht bei einer Präsentation natürlich nicht so schick und puristisch aus :], und ist da ja auch nicht nötig.

    >Ich frage mich, in wie weit die 18 Rotoren redundant ausgelegt sind, d.h. dass ein evtl. Ausfall kompensiert werden könnte.

    Ja sind sie, bis zu vier können ausfallen glaube ich, steht im Bericht.

    >Dafür fällt die Autorotation bei einem Multicopter als Notfalllandemanöver weg - aber es ist ja ein Fallschirm vorhanden.

    Oh ja, dieses Gyrocoptermäßige Rotationsgleitdingens :], daran habe ich noch gar nicht gedacht! Und danke für den Link, den werde ich mir jetzt mal verinnerlichen,

    Grüße

  17. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Auric 26.11.13 - 21:37

    johnsonmonsen schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    >
    > Der Finger (oder mehr) sind sicherlich schnell ab, wenn man in so ein
    > Rotörchen greift.

    Die Rotoren sind in ein Höhe in die keiner so einfach hineinlangen kann, die Rotorspitzen eines Bell UH1 haben Schallgeschwindigkeit, da willst du auch nicht in die Nähe kommen, das gefährlichste an einem Heli ist übrigens der Heckrotor der hat vermutlich 100 mal so viele Menschen gekillt wie der Hauptrotor.

    Unter einem startenden oder schwebenden Heli willst du auch nicht freiwillig sein obwohl war damals ganz lustig bei der Helimontage das Hebegut an das Seil des Helis einzuklinken...

    > Ich frage mich, in
    > wie weit die 18 Rotoren redundant ausgelegt sind, d.h. dass ein evtl.
    > Ausfall kompensiert werden könnte.

    Da wir wohl ganz einfach der gegenüberliegende Rotor (die Anordnung ist ja punktsymetrisch) abgeschaltet werden, sollte ein Rotor teilweise oder ganz abfliegen spielt das fehlende Gewicht keine Rolle so klein ist das und die Lageelektronik wird das problemlos ausgleichen können (im Gegensatz zu einem Verkehrsflugzeug bei dem ein Triebwerk (wie im Amsterdam) abfällt, bei dem ist da Schicht im Schacht)

  18. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: johnsonmonsen 27.11.13 - 13:05

    Hallo Auric,

    danke für Deinen Beitrag.

    "...die Rotorspitzen eines Bell UH1 haben Schallgeschwindigkeit..."

    Das stimmt nicht. Sie drehen sich an den Blattspitzen mit rund 250m/s. Jedenfalls wenn der Heli "steht", das heißt in dem Bereich, in dem ein Hineingreifen möglich wäre. Es wäre mehr als ein Nachteil, würden sich die Spitzen im Überschallbereich drehen - schon alleine wegen der Lärmbelastung (die Stoßwellenentwicklung außen vor gelassen). Die "schlagenden" Geräusche des Huey stammen von den Schlaggelenken und dem induzierten Luftwiderstand aufgrund der dicken Blattenden, nicht vom Überschall. Da lassen sich viele Leute schnell täuschen. So oder so ist die Rübe ab (siehe nächster Abschnitt), 250m/s sind ja doch recht schnell.

    Die meisten Hubschrauber kippen übrigens im Vorwärtsflig auf die Seite, bevor die vorwärtsdrehenden Rotoren Überschallgeschwindigkeit erreichen. Ob der Huey überhaupt in diese Bereiche kommt, kann ich gar nicht sicher sagen. Er fliegt ja eher gemächlich vor sich hin.

    http://www.webrotor.de/uh-1d.htm (Blattspitzengeschwindigkeit)
    http://de.wikipedia.org/wiki/Bell_UH-1 (Stichwort "Teppichklopfer")
    http://de.wikipedia.org/wiki/Hubschrauber (wegen dem Wegkippen)

    "...das gefährlichste an einem Heli ist übrigens der Heckrotor der hat vermutlich 100 mal so viele Menschen gekillt wie der Hauptrotor."

    Wenn ich mir die ganzen Absturzvideos auf Youtube ansehe, dann ist es wirklich meistens der Heckrotor, dessen Kollision die Absturzursache darstellt. Zu direkten Personenschäden habe ich jedoch keine Statistik gefunden. Den Faktor 100 hast du leider unbelegt im Raum stehen lassen. Aber in Zusammenhang mit einem populären Hubschraubermodell, der Bell 222, gab es mit dem Hauptrotor sogar im Rettungsdienst Probleme. Zu unterschätzen ist die Sache in keinem Fall. Unfälle findet man per Suche schnell.

    http://www.rth.info/typen/typen.php?show=bell222

    Entschuldige bitte die Nichtbeherrschung der Zitierfunktion. Irgendwie löscht es mir den gesamten Beitrag, wenn ich auf "zitieren" klicke nachdem ich eine Textstelle markiert habe.

    Viele Grüße :-)!

  19. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: Ach 27.11.13 - 18:41

    OT:

    Zum Zitieren einfach das ">" Symbol an den Anfang des zu zitierenden Satzes, bzw. Absatzes stellen :]. Viele andere Tricks habe ich hier gefunden:

    http://4642.forumromanum.com/member/forum/forum.php?action=bb_code_help&USER=user_4642&threadid=2



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 27.11.13 18:42 durch Ach.

  20. Re: Warum mehrere kleine Propeller?

    Autor: johnsonmonsen 27.11.13 - 18:55

    >Zum Zitieren einfach das ">" Symbol an den Anfang des zu zitierenden Satzes, bzw. Absatzes stellen :]

    Vielen Dank :-)!

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