Obsah fóra AirSpotter.eu AirSpotter.eu
European Plane Spotting and LKTB/ BRQ Spotting Forum
 
 FAQFAQ   HledatHledat   Seznam uživatelůSeznam uživatelů   Uživatelské skupinyUživatelské skupiny   RegistraceRegistrace 
 ProfilProfil   Soukromé zprávySoukromé zprávy   PřihlášeníPřihlášení 

Druhých 100 let aneb letectví 2003-2103 – seriál
Jdi na stránku Předchozí  1, 2, 3, 4, 5, 6  Další
 
Přidat nové téma   Zaslat odpověď    Obsah fóra AirSpotter.eu -> Druhých 100 let aneb letectví 2003-2103
Zobrazit předchozí téma :: Zobrazit následující téma  
Autor Zpráva
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út červenec 15, 2014 9:25 am    Předmět: Citovat



16. díl – BAE Systems Demon aneb labutí píseň křidélek?

Existují věci, nad nimiž se v podstatě vůbec nezamýšlíme, bereme je jako dané, takže nás ani nenapadne, že by za ně mohla existovat alternativa. V případě letectví lze takto uvažovat třeba o ovládání letadel pomocí křidélek. Rotace podle podélné osy letounu se provádí prostřednictvím klapek na koncích křídel, jak by to taky mohlo být jinak? Alternativu k tomuto přístupu nabídl demonstrátor nazvaný Demon, který v rámci programu FLAVIIR (Flapless Air Vehicle Integrated Industrial Research, tedy Integrovaný průmyslový výzkum bezklapkového vzdušného prostředku) sestrojili pod patronací koncernu BAE Systems studenti deseti britských univerzit. Řešení použité u tohoto letounu spočívá, jednoduše řečeno, na využití proudů vzduchu, které jsou aktivně vyfukovány z otvorů v křídlech tak, aby nahrazovaly funkci křidélek.

Myšlenka, která stála na počátku celého tohoto úsilí, vzešla z britského zbrojařského koncernu BAE Systems. Ten zadal skupině deseti britských univerzit, do jejíhož čela byla postavena Cranfieldská univerzita, úkol vyvinout a ověřit možné nové technologie pro budoucí bezposádkové prostředky. Hlavním požadavkem bylo vyvinout takový stroj, který by nevyužíval konvenčních ovládacích ploch, a zároveň by vykazoval přinejmenším stejné schopnosti a výkonnost, jako letadla s běžnými ovládacími plochami. Do projektu se tedy zapojilo deset pečlivě vybraných univerzit, přičemž na základě jejich silných stránek bylo mezi ně rozděleno sedm větších výzkumných programů, které vyústily v letounu Demon. Účastnící se instituce čítají Cranfieldskou univerzitu, která má s leteckým průmyslem bohaté zkušenosti, neboť byla založena už s tím, že půjde o instituci zabývající se letectvím, k dispozici má dokonce i letiště, a dále se programu účastnily univerzity v Manchesteru, Liverpoolu, Leicesteru, Nottinghamu, Southamptonu, Warwicku, Yorku, velšském Swansea a londýnská Imperial College. V případě zmíněných sedmi výzkumných témat jde jmenovitě o tyto oblasti: aerodynamika (tj. návrh a vývoj samotného ovládání letadla řízenými proudy vzduchu), řídicí systémy (tj. zařízení a algoritmy pro ovládání stroje využívajícího řízených proudů vzduchu), elektromagnetismus (tj. vývoj nových způsobů, jak snížit možnosti elektronického rušení a eliminovat důsledky zásahu bleskem), výroba (tj. vývoj nových výrobních metod za účelem snížení výrobních nákladů i nákladů spojených s údržbou výrobních zařízení), materiály a struktury (tj. vývoj nových metod pro určování chování kompozitních materiálů), numerické modelování (tj. vypracování účinnějších modelovacích metod v programech určených pro počítačové modelování) a konečně integrace (tj. spojení všech předchozích výzkumů do jediného výstupu v podobě letového demonstrátoru). Projekt byl oficiálně zahájen v červnu roku 2004, přičemž se počítalo s délkou trvání pět let. Nakonec byl program ještě o rok prodloužen. Celkové náklady činily 6,5 milionu britských liber (přibližně 225 milionů korun). O financování se staral koncern BAE Systems, který hradil dvě třetiny nákladů, a EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council, tedy Výzkumná rada pro strojírenství a přírodní vědy), která hradila jednu třetinu nákladů.

První tři roky programu byly vyhrazeny na teoretičtěji laděný výzkum, kdy jednotlivé výzkumné týmy zpracovávaly svá zadání a vymýšlely jejich řešení. Kromě toho v této části probíhaly i první testy v aerodynamickém tunelu. V druhé části programu, který nakonec trval taktéž tři roky, se již pokročilo k výrobě samotného letového exempláře a jeho pozemním testům. Vyvrcholením pak samozřejmě byl samotný let. Vývoj letadla od samého začátku se jevil v kontextu tohoto výzkumu jako časově i finančně příliš nákladný, proto studenti Cranfieldské univerzity sáhli k letadlu, které navrhli již dříve, k bezposádkovému stroji Eclipse. Jde o bezocasý dolnoplošník s trojúhelníkovým křídlem. Ten následně zvětšili, takže Demon je oproti svému předchůdci zvětšen o patnáct procent. To znamená, že stroj má rozpětí 2,5 metru, délku 2,8 metru, výšku 0,9 metru a prázdný má hmotnost 80 kilogramů, maximální vzletová hmotnost je 90 kg. Do nádrží pojme 15 litrů paliva. Poháněn je motorem AMT Titan o tahu 392 N. Podvozek je nezatahovatelný, příďového typu. Demon je vyroben převážně z uhlíkových kompozitů, vana v přední části trupu, kde se nachází pomocná energetická jednotka (APU), baterie, část elektroniky, a kde je uchycena přední podvozková noha, je vyrobena z hliníkových slitin. Pod přídí se nachází vstup vzduchu k pomocné energetické jednotce, vstup vzduchu k motoru je umístěn na hřbetu trupu, v kapce, která evokuje překryt kabiny. V přídí samotné je umístěna pomocná energetická jednotka, která vhání stlačený vzduch do rozvodného systému trysek v křídlech. Tento rozvod vzduchu řídí palubní počítač, který se nachází ve střední části trupu. Nejzajímavější částí stroje je zajisté odtoková hrana křídla. Ta je zaoblená a na horní i spodní části je škvíra, kterou ven z křídla proudí stlačený vzduch. Nachází se tu také konvenční klapky a výškové kormidlo. Ačkoli je stroj schopný letu zcela bez nich, konstruktéři se pro ně rozhodli jednak proto, kdyby ověřovaný „bezklapkový“ systém vykázal nějakou anomálii, a taktéž byly využity při prvním záletu, kdy nový systém ještě nebyl aktivní. Obdobně zajímavou částí je výstupní tryska motoru, která pracuje na stejném „bezklapkovém“ principu, který je zde využíván k vektorování tahu, čímž je nahrazeno výškové kormidlo.

Systém ovládání letadla, který je využit u stroje Demon, využívá takzvaného Coandova jevu. Coandův jev popisuje chování tekutiny (tj. jak kapalin, tak plynů, tedy i vzduchu), která má při obtékání vypouklého tělesa tendenci přilnout k jeho povrchu. Tento jev se často demonstruje na proudu tekoucí vody, do kterého se vloží lžíce. Proud vody při vložení lžíce přilne k jejímu vypouklému povrchu a podle tohoto tvaru se stočí (viz video v odkazech dole). Takže vytéká-li voda z kohoutku kolmo dolů, po vložení vypouklé strany lžíce se stočí podle jejího tvaru, tudíž následně kopíruje tvar lžíce a pokračuje dále vyoseně. A přesně tohoto využívá i „bezklapkový“ systém ovládání letadla. Ten si lze představit tak, že pod horním i spodním povrchem křídla jsou dutiny, které ústí ven na odtokové hraně křídla. Mezi oběma dutinami je dělicí příčka, jež má vypouklý tvar (podobně jako je tvarovaná lžíce), takže proud vzduchu, který je vháněn do dutin, má tendenci při výstupu z otvorů ústících ven přilnout k povrchu přepážky, a tedy kopírovat jeji zakřivení. To potom vypadá tak, že proud vzduchu vytékající z horního ústí se stáčí směrem dolů a proud vzduchu vytékající ze spodního ústí se stáčí směrem nahoru. Řídicí počítač na základě pokynů, které získává z ovládání pilota, adekvátně vhání vzduch do horních či spodních dutin. A protože zde jde o funkci křidélek, která zajišťují rotaci podle podélné osy, děje se aktivace horních a spodních trysek na obou křídlech „do kříže“, tedy pokud je na levém křídle vzduch vháněn do horní dutiny, na pravém křídle musí být vháněn do dutiny spodní.

Na stejném principu, tedy využitím Coandova jevu, bylo uskutečněno i vektorování tahu, které bývá v současnosti řešeno opět čistě mechanicky, kdy se k vychýlení výstupních plynů z motoru používá naklápění výstupní trysky. U Demonu bylo vektorování tahu použito jakožto náhrada výškového kormidla, a Coandova jevu využili konstruktéři tak, že kromě primární výstupní trysky, která je nepohyblivá, vytvořili na její horní i spodní straně sekundární trysky, u nichž jsou odtokové hrany tvarovány do podoby, aby stáčely proud vzduchu. Zde tedy platí, že sekundární tryska nad tryskou primární má vypouklý tvar směrem vzhůru, takže proud stáčí vzhůru, a sekundární tryska pod primární tryskou má tentýž tvar, ale směrem dolů, tedy i proud vzduchu stáčí dolů. Podle potřeby se otevírá horní či spodní tryska, čímž dochází k potřebnému vektorování tahu, a tedy ke stoupání nebo klesání.

První let Demonu, i když zatím s využitím konvenčních ovládacích ploch, se uskutečnil 30. listopadu 2009 na skotském letišti West Freugh (kód letiště EGOY). Vzletu předcházely důkladné zkoušky pojíždění a ověřování chování všech systémů. Ke stěžejnímu „bezklapkovému“ letu pak došlo 17. září 2010, a to na letišti Barrow (EGNL/BWF), které vlastní BAE Systems, a které se nachází na ostrově Walney. Demon uskutečnil vzlet, lety po okruhu, manévrování, průlety a přistání, a to vše zcela za použití bezklapkového systému ovládání. Nejvyšší výška, které během tohoto letu dosáhl, činila 120 metrů a nejvyšší rychlost 215 km/h. Tím bylo završeno šest let intenzivních výzkumů na řešení, které může do budoucna přinést radikálně nové konstrukce letadel. Bez přehánění lze tuto událost prohlásit za dosažení dalšího mílníku létání.

Řešení, které přináší v rámci projektu FLAVIIR demonstrátor Demon, má oproti konvenčnímu přístupu několik výhod. První z nich je snížení počtu pohyblivých částí, díky čemuž je snazší údržba křídel. Druhou z výhod, kterou ocení spíše vojáci, je zlepšení vlastností stealth, tedy nižší radarové zachytitelnosti. Pakliže by se totiž namísto klasických ovládacích ploch používalo systému, který byl využit u Demonu, eliminací pohyblivých částí, které jsou u „neviditelných“ letadel poměrně velkým zdrojem odrazů radarových paprsků, by se výrazně snížilo riziko takového odrazu zpět k vysílači. Z tohoto úhlu pohledu je vcelku pochopitelné, proč výzkum financoval zbrojařský koncern BAE Systems. Z hlediska civilního letectví by výhodou tohoto řešení mělo být například zmenšení rozpětí křídel dopravních letadel, protože systém použitý u demonstrátoru Demon by měl být při menším rozpětí křídel stejně účinný jako konvenční ovládání při rozpětí větším. To by bylo přínosné z toho důvodu, že v současné době je rozpětí obřích dopravních letadel (příkladem za všechny je Airbus 380) limitováno rozměry letištní infrastruktury (pojezdové dráhy apod.), takže s touto technologií by se konstruktérům otevřely nové dveře pro další vývoj na poli vekých letadel.

Na celém tomto projektu jsou mimořádně pozoruhodné přinejmenším dvě věci. První z nich je samozřejmě samotný koncept ovládání stroje prostřednictvím řízeného využívání proudu vzduchu namísto klasických řídicích ploch. Druhou je pak zapojení univerzit a jejich studentů do vývojových prací. Přednosti toho prvního jsem načrtnul v předešlém odstavci. Proto bych se ještě rád zastavil u předností toho druhého. Univerzity se velice často potýkají s potížemi, že jejich studenti pracují na zadáních, která jsou uměle vymyšlena, nereagují na nějaké reálné požadavky a výsledky jejich práce tak obvykle končí v zásuvkách stolů u vyučujících, namísto toho, aby se v podobě opravdového zařízení dostaly do světa. To vede k jisté demotivaci a především izoluje studenty od dění v oblastech, ve kterých by se v budoucnu měli pohybovat, což zbytečně utváří překážku při jejich následném zapojování do takového světa. Tento stav proto příliš nenahrává nějakým excelentním výstupům a výsledkům studentů. I když výjimky se jistě najdou, nejsou však pravidlem. Další pozitivní efekt mělo i zapojení tolika vývojových týmů, což kladlo vysoké nároky na schopnost vzájemné koordinace a spolupráce. Přístup, kdy dochází k propojení akademického světa s průmyslem, jak je tomu u projektu FLAVIIR, má skutečně značný potenciál, protože dává studentům příležitost poznat opravdové výzvy svého oboru, a vynaložená práce se zúročí ve skutečném výsledku. Studenti si proto mohli na vlastní kůži vyzkoušet práci na aktuálních zadáních, měli možnost pracovat s těmi nejnovějšími technologiemi a pod vedením odborníků z praxe. To jsou všechno přínosy, jejichž význam lze jen stěží přecenit. Nelze si proto než přát, aby se podobným směrem vydávalo čím dál více univerzit. Nás jistě potěší, že tento trend je přítomen i v případě Leteckého ústavu na Fakultě strojního inženýrství Vysokého učení technického v Brně, kde se aktivně podílejí na řešení zadání vzešlých z reálných potřeb. K tomu se ostatně vrátím v některém z budoucích dílů.

Výsledek práce britských studentů je tedy opravdu revolučním počinem. Přesto, nebo spíše právě proto, zbývá v souvisosti s tímto řešením vyřešit a objasnit nemálo otázek. Otevřeno tak například zůstává to, jak se bude toto ovládání chovat při velkých úhlech náběhu, kdy je obtékání křídla vzduchem sníženo. Otázky tohoto typu jsou velice plodné, protože navzdory své obtížnosti slouží jako silné motory inovací, takže lze očekávat, že výzkumy za účelem jejich zodpovězení přinesou další vzrušující novinky do světa letectví. Jak je vidět, v posledních letech se objevují a realizují vysoce novátorská řešení, která do letectví přinášejí nové pohledy a rozšiřují potenciál toho, co lze využít a s čím lze pracovat.

Kam dál?
Oficiální stránky projektu FLAVIIR: http://www.flaviir.com/
Video zachycující bezklapkový let letounu Demon: http://youtu.be/ZxI_s89qZuI
Video názorně demonstrující Coandův jev: http://youtu.be/AvLwqRCbGKY

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/Demon.pdf

Marek Vanžura
(Photo © BAE Systems)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út srpen 05, 2014 6:46 am    Předmět: Citovat



17. díl – Projekt Perlan aneb větroněm do výšky 15 kilometrů a více


Bezmotorové létání se už z podstaty liší od létání na motorových letadlech. Povaha letu je výrazně více závislá na podmínkách podnebí, takže pilot se musí podřizovat aktuálním možnostem, které mu poskytují stoupavé proudy, a také musí kalkulovat s klouzavostí stroje, aby byl případně schopný doletět na nějaké letiště v okolí. Nezřídka se ale stává, že se to ne úplně zdaří, takže pilot nakonec se svým větroněm skončí v poli, odkud letadlo na letiště cestuje po zemi. Z toho lze nabýt dojmu, že větroně jsou pouze pro zábavu a pro radost, a že pro nějaké serióznější úkoly a výkony se nehodí. Že tomu tak není nám v roce 2006 dokázali piloti Einar Enevoldson a Steve Fossett, kteří ve větroni dosáhli rekordní výšky 15 460 metrů.

Vzhledem k absenci motoru jsou pro piloty větroňů zcela zásadní znalosti meteorologie. A tak každý takový pilot zná termiku neboli stoupavé vzdušné proudy, kdy od země ohřátý vzduch stoupá vzhůru. Podaří-li se do takového vzdušného proudu vlétnout, může větroň nabírat výšku. S trochou zkušeností a štěstí dokáže pilot vyhledat stoupavý proud, tím získat výšku potřebnou ke zvýšení doletu daného klouzavostí stroje a nadále vyhledávat další stoupavé proudy. Tímto přeskakováním z jednoho „stoupáku“ na druhý je možné uskutečňovat bezmotorové lety o délce trvání několika hodin a urazit při tom vzdálenosti i několika stovek kilometrů. Dále lze využít stoupavého proudu vzduchu, který vzniká na návětrných stranách kopců, kde proud vzduchu naráží na kopec, a tato překážka jej stáčí směrem vzdůru. A konečně v okolí větších hor a pohoří mohou plachtaři využívat třetího meteorologického jevu. Tím jsou takzvané horské vlny (případně dlouhé vlny). Jde o velice zajímavý jev vznikající v závětří hor, kdy proud vzduchu naráží na masu hory či pohoří, přičemž kopíruje tvar této velké překážky, čímž dochází k oscilaci vzdušného proudění a za pohořími tak vzniká několik dalších vln stoupavých proudů vzduchu s postupně se zmenšující amplitudou. Všechny tyto jevy jsou pilotům nejen větroňů známy již poměrně dlouhou dobu. Jak se ale ukázalo, v případě horských vln toho stále zbývá mnoho k prozkoumání. Až v posledních přibližně dvou desetiletích se totiž dostává meteorologům do rukou nová evidence naznačující, že horské vlny nabývají až enormně velkých rozměrů.

Zatímco létání v termice a na návětrných stranách kopců umožňuje větroňům dostup v jednotkách kilometrů, horské vlny dovolují dostup v desítkách kilometrů. Budeme-li se držet dělení zemské atmosféry na jednotlivé vrstvy z hlediska změn teplot v závislosti na rostoucí nadmořské výšce, můžeme v prvních dvou případech hovořit o létání omezujícím se na sféru troposféry, což je oblast nejbližší povrchu Země a jejíž horní hranice se na různých místech planety nachází v různých výškách, u rovníku dosahuje do výšky přes 15 000 metrů, směrem k pólům potom klesá ke zhruba 9 až 10 tisícům metrů, ve třetím případě pak můžeme hovořit o létání stratosférickém. Stratosféra začíná těsně nad troposférou, od které ji odděluje tenká vrstva nazvaná tropopauza, a její horní hranice sahá až do výšky kolem 50 km nad zemským povrchem. Horské vlny mohou v některých případech zasahovat až do stratosféry, a to zásluhou dalšího meteorologického jevu, který se vyskytuje v oblasti zemských pólů. Kolem severního a jižního pólu totiž vznikají v době zimy dané polokoule takzvané polární víry. Jde o proudy vzduchu, které cirkulují v oblastech pólů, v případě severní polokoule se polární vír objevuje od listopadu do dubna, nejvyšší intenzitu je možné sledovat v lednu, zatímco na jižní polokouli se polární vír objevuje v období od května do začátku října, vrcholu pak dosahuje v červenci a začátkem srpna. Tyto víry jsou značně proměnlivé, takže se liší a proměňují nejen rok od roku, ale dokonce i den ode dne. Mohou nabývat různých tvarů, a to od kruhovitých, přes elipsovité, až po různě hadovitě tvarované, rovněž co do tloušťky se po obvodu liší. Z měření bylo vypozorováno, že polární vír na jižní polokouli má stabilnější charakteristiky, proto pro potenciální plachtařské využití je vhodnější. Vzájemné ovlivňování horských vln a polárních vírů má tedy za následek vznik stoupavých proudů, které dosahují až do výšek kolem 30 až 35 kilometrů.

Stoupavé proudy dosahující takto impozantních výšek piloty větroňů pochopitelně vzrušují a přitahují. Ale nebylo tomu tak vždy, neboť o stratosférických horských vlnách se prakticky až do roku 1992 nevědělo. Tehdy se totiž o tuto problematiku začal zajímat Einar Enevoldson, duchovní otec projektu Perlan. Ten na začátku devadesátých let létal coby zkušební pilot u německé firmy Grob, kde zastával pozici zkušebního pilota výškových strojů a současně spolupracoval s tehdejším Německým výzkumným ústavem pro letectví a kosmonautiku (DLR, Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt). Díky snímkům stratosféry, které pořizovaly radary výškových letadel, došlo k objevu stratosférických horských vln. Od té doby se Enevoldson touto problematikou intenzivně zabývá. Zprvu jakožto pilot, kterého zajímalo, zda by těchto proudů bylo možné využít pro let větroně, a následně jakožto vědec, který viděl ve stratosférických letech větroňů potenciál pro zkoumání těchto oblastí. To znamená, že pakliže by se prokázala využitelnost těchto proudů pro ustálený let, šlo by o vynikající platformu pro výzkum stratosféry, neboť letoun by mohl na své palubě nést množství přístrojů pro její studium. Ačkoli pro takové výzkumy lze využít a jsou využívány stratosférické balóny, letoun poskytuje podstatně lepší ovladatelnost. Vědecký přínos takovýchto výzkumů by byl opravdu významný, protože znalostí o stratosféře máme stále dost málo, což je v kontrastu s tím, jak důležitou oblastí je. A to z těch důvodů, že její nižší vrstvy mají značný vliv na formování počasí, a především se zde ve výšce kolem třiceti kilometrů nachází známá ozónová vrstva, která filtruje ultrafialové záření, čímž v zásadě dovoluje existenci života. Rozšíření vědomostí o této sféře by bylo vědecky ohromně přínosné. S úbytkem ozónu potom úzce souvisí ještě jeden jev, který se objevuje rovněž ve výškách 30 km. Tím jsou takzvaná perleťová oblaka (někdy též označovaná jako polární stratosférická oblaka), která svůj název získala tím, že hrou barev připomínají perly. A podle nich získal svůj název i zde představovaný projekt. Perlan je totiž islandské slovo pro perlu.

Na tomto místě je vhodné se zastavit u autora myšlenky statosférických letů větroněm, kterým je Einar Enevoldson. Přehled jeho letecké minulosti totiž mnohé prozradí. Svou leteckou kariéru započal ve Vzdušných silách Spojených států (USAF) jakožto stíhací pilot. Létal zejména na strojích Lockheed F-104 Starfighter, na nichž se mu i podařilo ustanovit rekord v rychlosti stoupání. Následně nějaký čas sloužil u RAF, kam byl pozván na výměnnou stáž. Zde létal například na strojích English Electric Lightning, Hawker Hunter nebo Gloster Javelin. Poté se vrátil zpět do Spojených států, kde nově nastoupil do Drydenova výzkumného střediska NASA ve funkci zkušebního pilota, a měl tak možnost létal na mnoha pozoruhodných letadlech. Paleta jím létaných typů čítá stroje Vought TF-8A/SCW Crusader (trupového čísla NASA810, registrace N810NA) a General Dynamics (TACT)F-111A Aardvark (trupového čísla 63-9778), na kterých se ověřovalo křídlo s takzvaným superkritickým profilem, dále Vought F-8C Crusader (NASA802), který sloužil ke zkouškám systému Fly-By-Wire (elektroimpulzní řízení), Ames Industrial AD-1 (N805NA) s takzvaným šikmým křídlem, tj. křídlem, které je vůči trupu asymetricky uloženo, tedy při pohledu shora má jedna polovina křídla vůči trupu kladnou šípovitost, kdežto druhá polovina zápornou šípovitost, Martin X-24B (66-13551), což bylo vztlakové těleso, či třímachový YF-12A (60-6935) neboli zkušební modifikace známého Blackbirdu do podoby záchytného stíhače. Dále ověřoval vlastnosti a chování letadel během vývrtek a pádů, a to konkrétně na stíhacím Grumman F-14(1X) Tomcat (157991, NASA991) a kluzáku Schweizer SGS 1-36 (N502NA). Rovněž „létal“ dálkově řízenou tříosminovou zmenšeninu stroje F-15A nazvanou RPRV, která sloužila k ověřování dálkového ovládání letadel. Tím seznam jím létaných letadel samozřejmě nekončí. Po odchodu z NASA v druhé polovině devadesátých let se přesunul do Německa, kde létal jako zkušební pilot u továrny Grob. Zde testoval výšková letadla tohoto výrobce, jmenovitě stroje G 520 Egrett-1 (N14ES) a G 850 Strato 2C (registrace D-CDLR), na prvním z nich ustanovil několik výškových rekordů. Jak bylo zmíněno již dříve, v této době se začala rodit idea projektu Perlan. Po návratu zpět do Spojených států oslovil v roce 1998 Barrona Hiltona, syna zakladatele známého hotelového řetězce, zda by nechtěl projekt stratosférického větroně sponzorovat. Ten sice odmítl, ale kontaktoval Steva Fossetta, kterému o projektu pověděl. Toho tato idea nadchla, a Enevoldsonovi se sám ozval, že by se projektu chtěl zúčastnit coby druhý pilot a že zajistí financování. Steve Fossett je osobou poměrně dobře známou, přesto alespoň několik jeho s letectvím spojených počinů zmíním. K letectví se dostal až v pokročilejším věku, v mládí se věnoval jiným dobrodružným aktivitám, ale i tak se mu podařilo vytvořit až nebývale mnoho rekordů. Za pozornost například stojí první sólo oblet Země bez mezipřistání v balónu (pojmenovaném Spirit of Freedom). O pár let později si oblet zeměkoule sólo zopakoval i v letadle (Virgin Atlantic GlobalFlyer, registrace N277SF), kdy bez jediného doplnění paliva obletěl celou Zemi. Je rovněž například držitelem rekordu v rychlosti letu vzducholodi a mnoha dalších. Jak je vidět, Enevoldson i Fossett za sebou mají fascinující minulost coby piloti. Proto spojením zkušeností z mnoha let zkušebního létání, nezřídka na výškových strojích, a podnikavého ducha disponujícího značným finančním obnosem, bylo možné představu letu větroně do stratosféry uvést v život.

Když byl vytvořen tým a zajištěny finance, zbývalo pořídit letadlo. Volba padla na větroň německé výroby Glaser-Dirks DG-505M. Ten byl zaregistrován jako N577SF. Tento větroň nebyl zvolen náhodou, ale pečlivým výběrem, neboť má několik předností. V prvé řadě jde o dvoumístný stroj, což byla základní podmínka, aby se letu mohli zúčastnit dva piloti. Navíc kabina je docela velká a pohodlná, takže se do ní lze vměstnat i ve skafandru, což byla další z podmínek, neboť pobyt v předpokládaných výškách by v běžném větroni nebyl možný. A v původní verzi jde o motorizovaný stroj, který má za kabinou umístěný výklopný motor, který lze použít k samostatnému vzletu. Motor byl pro potřeby projektu zbytečný, ale prostor, ve kterém se nacházel, nikoli. Pohonná jednotka byla vymontována a její místo zaujaly nádrže s kyslíkem a baterie. Dále byl upraven překryt kabiny, který byl nově dvouvrstvý, což mělo zabránit případnému zamlžování. Do zádě byl rovněž zabudován stabilizační padák, kdyby se letoun dostal do nějaké nouzové situace. NASA projevil o celý projekt značný zájem, a tak kromě několika měřicích přístrojů, které byly do stroje zabudovány, zapůjčil i dvojici skafandrů David Clark S1034, které používají piloti výškových letounů Lockheed U-2. Výbava byla kompletní, a tak se mohlo přejít k samotným letům.

Pokusy o dosažení rekordní výšky, a tedy potvrzení hypotézy, že je možné využít mimořádně vysokých horských vln a polárního víru, se započaly v roce 2002. Nejprve dvojice Enevoldson a Fossett uskutečnila začátkem roku 2002 lety nad Kalifornií, a to z letiště California City (kód L71). Létalo se nad pohořím Sierra Nevada v okolí hory Mount Whitney Již během těchto prvních pokusů se jim podařilo překonat výšku 10 000 metrů. To je na větroň opravdu impozantní výkon, uvážíme-li, že jde o výšku, ve které se pohybují běžná dopravní letadla. V červenci a první polovině srpna 2002 uskutečnili několik letů na Novém Zélandu, který je díky své poloze na jihu jižní polokoule nadějným kandidátem pro možnost natrefit na opravdu vysokou vlnu. Lety se zde uskutečňovaly z letiště Omarama (NZOA), což je oblíbené plachtařské letiště na novozélandském Jižním ostrově, které se nachází v blízkosti Jižních Alp, jež jsou domovem nejvyšší hory Nového Zélandu Mount Cook. Žádnou vyloženě silnou horskou vlnu nechytili, a tak nejvyšší dosažená výška činila 9 100 metrů. O rok později se sem ve stejné době opět vrátili, tentokrát ale dosáhli výšky ještě o pět set metrů nižší než předcházející rok. V roce 2004 si lety na Novém Zélandu zopakovali, dokonce na dobu o měsíc delší než byly výpravy předchozí, ale opět se projevila sestupná tendence výkonů a dosažená výška nečinila ani osm tisíc metrů. Po tomto zklamání padlo rozhodnutí přesunout se na jiné místo. Pozornost pilotů se proto upřela k Patagonii na jižním cípu Jižní Ameriky, která je ještě jižněji než Nový Zéland a vlastně nejjižněji, odkud lze vzlétat. Před cestou do Argentiny využili příznivých podmínek v době od února do dubna 2005, aby provedli několik letů v Kalifornii. Původně se měly lety konat opět z letiště California City, ale v průběhu let se toto letiště stalo mezi plachtaři nesmírně oblíbeným, a tak zde Enevoldson s Fossettem nenašli místo pro hangárování svého větroně. Jako náhradu proto zvolili letiště Inyokern (KIYK/IYK). Nakonec se ukázalo, že šlo o dobrý krok, neboť se povedlo dosáhnout výšky 13 tisíc metrů. Povzbuzeni tímto úspěchem, přesunuli se v době od srpna do září 2005 na mezinárodní letiště Comandante Armando Tola (SAWC/FTE) v argentinském městě El Calafate na jihu země v Patagonii. Zde uskutečnili sedm letů, během nichž se jim povedlo dosáhnout výšky 9 500 metrů, což sice nebylo úplně podle jejich představ, ale zdejší podmínky slibovaly ještě podstatně vyšší lety. Proto zde lety pokračovaly i následující rok. Hned během druhého letu, který proběhl 28. srpna 2006, natrefili na velice silnou horskou vlnu, ale stoupání museli přerušit, protože skafandr Steva Fossetta se nadměrně nafoukl a znemožňoval řízení. To byla velmi závažná a nebezpečná závada, neboť i navzdory relativní prostornosti kabiny byl plně nafouknutý skafandr příliš velký, a tak blokoval řídicí páku, což mělo zásadní vliv na bezpečnost. Po přistání vyměnili u skafandru ventil a následující den uskutečnili další pokus o rekordní let.

29. srpna 2006 odstartovali z letiště v El Calafate ve svém větroni taženi letadlem argentinské výroby Aero Boero AB-180, registrace LV-MFU. Po vypnutí lana začal Enevoldson hledat vlnu, což mu příliš dlouho netrvalo. Stoupání nebylo nijak výrazně rychlé, ale přesto plynulé. Dvě a půl hodiny proto spokojeně stoupali. Ve výšce přibližně 13 tisíc metrů se ale zopakoval včerejší problém s Fossettovým skafandrem, který se opět nadměrně nafoukl. Smůla jako by se jim přilepila na paty. Proto Enevoldson přerušil stoupání, otevřel aerodynamické brzy a začal vyklesávat k letišti na přistání. Po nějaké chvíli se ze zadní sedačky Fossett ozval, aby přestali klesat, že skafandr se opět vyfoukl a vše je v normálu. Enevoldson chvíli váhal, ale protože za ním seděl velice zkušený pilot, který věděl, co si může dovolit, rozhodl se pokračovat v misi. Zkusili to proto znovu. Enevoldson začal hledat vlnu, kterou záhy našel a začali velmi rychle stoupat. Mezi 10 a 11 tisíci metry ale stoupavý proud zeslábl až úplně ustal. Nezbývalo než opět zkusit měnit směr a doufat, že zase narazí na stoupák. Po několikeré změně směru najednou pocítili, že vlnu nalétli, protože stroj začal okamžitě rapidně stoupat. Hravě překonali hranici 15 000 metrů, když v tom se opět ozval Fossett, že jeho skafandr začal znovu zlobit. Vzhledem k tomu, že stoupavý proud neslábl a nesl je stále výše, čímž bylo riziko přefouknutí skafandru značně zvýšeno, a že ve vzduchu byli již pět hodin, ve výšce 15 460 metrů otevřel Enevoldson brzdy, sklopil příď větroně a začal klesat směrem k letišti. Ačkoli měli namířeno alespoň do výšky 19 až 20 tisíc metrů, s právě dosaženým výkonem byli spokojeni. Dosáhli světového rekordu v dostupu větroně, který si Fossett po přistání mohl nechat uznat, a Enevoldson si více než jasně ověřil, že na stratosférických horských vlnách je možné ve větroni dosáhnout mimořádně velkých výšek.

Po přistání z rekordního letu bylo oběma pilotům jasné, že pro pokusy o dosažení ještě větších výšek je třeba postavit zcela nové letadlo, které bude vybavené přetlakovou kabinou, díky čemuž by se vyvarovali použití skafandrů. Tímto byly položeny základy druhé fáze projektu Perlan. O rok později ale celý tým (a vlastně i celý svět) zaskočila zpráva o nezvěstném Stevu Fossettovi, který, jak se o více než rok později potvrdilo, se 3. září 2007 ve svém letadle Bellanca 8KCAB-180 Super Decathlon (registrace N240R) zřítil v pohoří Sierra Nevada. Celý letecký svět tímto přišel o pozoruhodného muže a skupina lidí kolem projektu Perlan navíc i o mecenáše a jednoho z pilotů, bez jehož finančních prostředků se vše rázem ocitlo na mrtvém bodě. Enevoldson proto začal intenzivně pátrat, zda by se nenašel někdo, kdo by jejich úsilí a zejména stavbu nového větroně financoval. Na takového nadšence se mu podařilo natrefit v Austrálii, kde zapálený pilot větroňů Morgan Sandercock souhlasil s poskytnutím financí. Později se k týmu přidal i miliardář a první vesmírný turista Dennis Tito. Díky této finanční podpoře mohla přerušená práce opět začít fungovat na plné obrátky.

V současné době tedy projekt Perlan pokračuje svou druhou fází. Větroň DG-505M z první fáze je možné zhlédnout v Muzeu létání v Seattlu ve státě Washington. Nový větroň pojmenovaný Perlan 2 s přetlakovou kabinou staví firma Windward Performance z města Bend ve státě Oregon. Aktuální harmonogram projektu předpokládá dokončení stavby do konce letošního roku a zahájení prvních letových testů v druhé polovině roku 2015. V průběhu roku 2016 potom převoz větroně do Argentiny, kde by mělo dojít k rekordním letům až do výšky 27 až 30 tisíc metrů, a především k výzkumům stratosféry a zejména ozónové vrstvy. Nejnovější událost spojená s projektem se udála 28. července 2014 na EAA AirVenture v Oshkoshi ve státě Wisconsin, kde členové týmu ohlásili, že partnerem projektu se stala skupina Airbus. Podílet se má jak technologicky, tak finančně. S tímto silným partnerem lze oprávněně očekávat, že se vše dočká zdárného konce. Myslim, že se máme opravdu na co těšit.

Kam dál?
Oficiální stránky projektu Perlan: http://www.perlanproject.org/
Video rekapitulující první fázi projektu Perlan a představující jeho druhou fázi: http://youtu.be/SK16tCHToks

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/Perlan.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Bertha M. Ryan)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út srpen 19, 2014 11:54 am    Předmět: Citovat



18. díl – Sikorsky X2 aneb tři roky nejrychlejším vrtulníkem světa

Honba za rychlostí doprovází letectví takřka od doby jeho zrodu. A není to nic až tak překvapivého, protože po většinu lidských dějin jsme se pohybovali nanejvýš rychlostí běhu, později pak rychlostí, kterou dokáže vyvinout běžící kůň. Takže jakmile se nám do rukou dostala technika, která tyto rychlosti znásobila, ať už to byla zpočátku auta či motocykly a posléze letadla, není divu, že jsme podlehli jakémusi opojení rychlostí a překonávání rychlostních rekordů se stalo téměř až posedlostí. Prvních sto let letectví bylo plné lámání rekordů a posouvání laťky stále dál a dál. A tato lidská touha se s příchodem druhých sta let letectví nikam nevytratila, takže i nyní se ustanovují nové rychlostní rekordy. Mimo jiné i na poli vrtulníků. Na jeden z nich se zaměříme v dnešním díle seriálu. Podíváme se na rychlostního rekordmana v podobě vrtulníku Schweizer SHM-41A známějšího pod jménem Sikorsky X2.

Samoúčelná honba za rychlostí ale není motivem v případě programu Sikorky X2. Zde je touha po vyšší rychlosti ryze pragmatická. Jak je všeobecně známo, největší výhodou vrtulníků je schopnost svislého vzletu a přistání, což je činí ohromně praktickými, neboť lze díky tomu navštívit takřka jakékoli místo. Ruku v ruce s touto nespornou výhodou jde ale i jedna podstatná nevýhoda, kterou je relativně nízká cestovní rychlost. V porovnání s vrtulovými letouny je poloviční, ve srovnání s letouny proudovými dokonce třetinová a menší. Proto není divu, že řadu let se letečtí inženýři snaží přijít se strojem, který by snoubil schopnost kolmého vzletu a přistání s vysokou cestovní rychlostí. Tímto směrem se vydala rovněž vývojová skupina firmy Sikorsky Aircraft se svým demonstrátorem Sikorsky X2.

Tradiční koncepce vrtulníku s jedním nosným rotorem a rotorem vyrovnávacím má pochopitelně svoji principiální hranici co se týče dosažitelných výkonů. Nelze sice ještě tvrdit, že v současnosti jsme jí už dosáhli, neboť zlepšení pohonných jednotek, používaných materiálů a v neposlední řadě i v samotné aerodynamice může výkony klasických vrtulníků posunout o kus dále, ale zároveň nelze očekávat nějak závratně velká zlepšení. Pro řádově vyšší výkony je třeba upnout pozornost k nekonvenčním koncepcím, neboť ty slibují podstatně větší prostor pro zlepšení. Jednou z nevýhod klasického uspořádání je totiž to, že při otáčení nosného rotoru se část rotorového listu při pohybu po směru letu vůči vzduchu v podstatě nepohybuje, čímž ani nevytváří vztlak. A tak aby byla zachována rovnováha v množství produkovaného vztlaku u rotorových listů, které se pohybují proti směru letu, a těmi, které se pohybují po směru letu, je třeba u těch druhých zvyšovat úhel náběhu, čímž ale zase narůstá odpor. Tento jev proto limituje maximální dosažitelnou rychlost běžných vrtulníků. Řešením se zdá být souosé uspořádání dvojice protiběžných rotorů, kdy se jednak alespoň částečně eliminují negativní efekty vznikající při oběhu rotorových listů a v neposlední řadě lze i lépe zužitkovat výkon motoru, který není potřeba přenášet na vyrovnávací rotor, ale plně na rotory nosné, neboť vyrovnávací rotor není v takovém případě potřeba. Pokud se k této koncepci přidá ještě další pohon určený primárně pro pohyb vpřed, lze získat nadějného adepta na rychlý vrtulník. Této koncepci, kdy se k tradičnímu vrtulníkovému uspořádání přidá ještě pohon pro pohyb vpřed, se říká hybridní či složený vrtulník, případně zcela vlastním označením gyrodyn. Pokusy v tomto směru nejsou ničím novým, v průběhu minulého století se experimentovalo s množstvím takto složených vrtulníků, které využívaly buď vrtulový pohon pro zlepšení vlastností při dopředném pohybu, anebo dokonce pohon proudový. V ústraní nezůstala ani firma Sikorsky, která na tomto poli zkoušela svůj stroj XH-59A neboli S-69, který kombinoval dvojici proudových motorů pro dopředný let a právě souosé protiběžné rotory. Toto uspořádání rotorů bylo hlavním výzkumným předmětem zkušebního programu, který nesl název Advancing Blade Concept (ABC). Jeho smyslem bylo ověřit možnost překonání výše zmíněného omezení v případě rotorových listů, které se pohybují ve směru letu, prostřednictvím nad sebou umístěných rotorů s opačným směrem otáčení. Dvojice souosých protiběžných rotorů totiž znamená, že na obou stranách vrtulníku jsou rotorové listy, které se pohybují proti směru letu, takže vytváří vztlak, čímž se významným způsobem eliminují problémy se stojícími listy rotoru. Demonstrátor X2 z něj v mnoha směrech vychází.

Oficiálně byl projekt demonstrátoru X2 představen v červnu roku 2005 na zasedání Americké vrtulníkové společnosti. Zde byl představen v podstatě hotový návrh a finální podoba stroje. X2 (v plném znění X2 Technology) je označení pro skupinu technologií (písmeno X nemá nic společného se známými experimentálními letadly X), které čítají zejména tuhé uchycení rotorových listů v souosém protiběžném uspořádání, systém aktivního řízení vibrací, systém elektroimpulzního řízení (Fly-By-Wire) a tlačnou vrtuli. Kolem nich byl postaven stroj, na kterém se měly všechny tyto technologie ověřovat. Tímto strojem se stal vrtulník, který nese název Schweizer SHM-41A. Vyroben byl jeden kus. K jeho pohonu je použit turbohřídelový motor LHTEC T800-LHT-801 o výkonu 1080 kW, jehož výrobcem je firma LHTEC, což je společný podnik firem Rolls-Royce a Honeywell. Tento motor pohání dvojici souosých protiběžných čtyřlistých rotorů o průměru 8,05 metru a šestilistou tlačnou vrtuli na zádi. Rotorové hlavy mají aerodynamické kryty. Výrobce je velice skoupý na slovo ohledně přesných rozměrů stroje, oficiálně je znám jen průměr rotoru. Takže využijeme-li jej jako měřítko, lze ostatní rozměry alespoň orientačně určit. Celková délka stroje je přibližně 9,3 metru a výška 3 metry, průměr tlačné vrtule přibližně 1,7 metru. Dolet má dle výrobce činit 1300 km. Maximální vzletová hmotnost je 3600 kg, prázdná hmotnost nebyla zveřejněna. Trup má doutníkový tvar připomínající delfína. Před tlačnou vrtulí je vodorovná ocasní plocha, na jejíchž koncích je dvojice svislých ocasních ploch, přčemž ty směřují směrem dolů. Na téže úrovni se pod trupem nachází kýlová plocha, v jejíž spodní části je umístěno ostruhové kolo. V pozdějších fázích programu byla na kýlovou plochu umístěna sekundární vodorovná plocha. Podvozek je ostruhového typu, kola hlavního podvozku jsou zatahovatelná směrem vzad. Kabina je dvoumístná, tandemového uspořádání, i když během všech letů byl na palubě přítomen jen jeden pilot. Stroj je vybaven takzvaným celoskleněným kokpitem s dvojicí velkorozměrových displejů. Zatímco probíhaly práce na stavbě tohoto vrtulníku, odděleně byl ověřován systém elektroimpulzního řízení na firemním stroji Schweizer 333 v průběhu listopadu 2005. Stavba demonstrátoru X2 probíhala poměrně rychle, a tak už v listopadu 2006 prošel prvními pozemními testy. Ty byly prováděny opravdu důkladně, tudíž první předzvěstí záletu bylo až připevnění a roztočení rotových listů v květnu 2008. K záletu potom došlo již poměrně záhy. Celý program letových testů byl pečlivě rozplánován do čtyř fází, přičemž každá z nich se zaměřovala na nějaký konkrétní cíl.

K prvnímu letu došlo 27. srpna 2008 na regionálním letišti Elmira Corning (KELM/ELM) u města Horseheads ve státě New York, které bylo sídlem firmy Schweizer, která je od roku 2004 součástí firmy Sikorsky Aircraft. Stroj nesl registraci N41AX, kde 41A odkazuje k názvu vrtulníku a písmeno X k názvu demonstrátoru. Během půlhodinového letu uskutečnil zkušební pilot celého projektu Kevin Bredenbeck pomalý dopředný let, visení, zatáčky a pohyb do stran. Během tohoto letu ještě nebyla aktivní tlačná vrtule. Stroj dosáhl největší výšky 12 metrů, dopředné rychlosti 37 km/h a rychlosti během letu bokem 28 km/h. Následovaly zde ještě další dva lety, stále bez aktivované tlačné vrtule, kdy se ověřovalo chování stroje při visení a rychlostech až do 74 km/h. Po skončení první trojice letových testů následoval pozemní desetihodinový test, kdy byl stroj ukotven a poprvé byla aktivována tlačná vrtule. Poté následoval čtvrtý letový test, který byl prvním, kdy stroj letěl s funkční tlačnou vrtulí. Tímto skončila první fáze projektu. Poté byl stroj převezen na soukromé letiště firmy Sikorsky nesoucí jméno William P. Gwinn (06FA), které se nachází poblíž města West Palm Beach na Floridě. Zde započala druhá fáze, jejímž cílem bylo nadále zvyšovat letovou obálku vrtulníku. Konkrétně se jednalo o dosažení dopředné rychlosti 240 km/h. Během osmého letu bylo poprvé vyzkoušeno zatažení podvozku. To uzavřelo druhou fázi testů a bylo možné přejít k fázi třetí. Desátý, jedenáctý a dvanáctý zkušební let patřil ověřování chování stroje při rychlostech do 335 km/h při aktivovaném systému pro snižování otáček rotoru, který zamezoval tomu, aby se rychlost rotace konců rotorových listů přiblížila rychlosti zvuku. Dvanáctý let byl zároveň prvním, kdy stroj nesl novou registraci N525SA. Šlo o symbolickou poctu zakladateli společnosti a leteckému průkopníkovi Igoru Sikorskému, neboť ten se narodil 25. května 1889, tedy číslo 525 znamená z hlediska amerického zápisu data měsíc a den jeho narození a písmena SA pak zkratku Sikorsky Aircraft. Po ukončení dvanáctého letu byla na kýlovou plochu doplněna sekundární vodorovná plocha, která měla sloužit ke zlepšení stability stroje při vysokých rychlostech. Účinnost této úpravy se ověřovala během letu s pořadovým číslem 12b (zřejmě z pověrčivosti nenesl let pořadové číslo 13). Pozitivní role nově přidané plochy se potvrdila, takže se mohlo konečně přikročit k závěrečné čtvrté fázi, během které mělo být dosaženo vytyčené rychlosti 463 km/h (250 uzlů). Té bylo dosaženo dne 15. září 2010 během letu s pořadovým číslem 17. Maximální rychlost, které během vodorovného letu demonstrátor X2 dosáhl, činila 468 km/h (253 uzlů), při následném klesání pak narostla až na hodnotu 485 km/h (262 uzlů). Poslední let se uskutečnil 14. července 2011, kdy měli pozvaní hosté možnost spatřit tento pozoruhodný vrtulník naposledy v letu. Celkem stroj uskutečnil 23 letů v celkové délce trvání téměř 21 hodin. Celý projekt byl financován pouze společností Sikorsky Aircraft, přičemž celkové náklady činily 50 milionů amerických dolarů (přibližně 1 miliarda Kč).

Na základě poznatků získaných tímto programem vypracoval Sikorsky Aircraft projekt stroje pojmenovaného S-97 Raider. Ten využívá technologie vyvinuté a ozkoušené na demonstrátoru X2 a i v tomto případě je jeho financování plně v režii firmy Sikorsky. Projekt S-97 Raider je v zásadě bitevním vrtulníkem, který je schopný kromě plnění útočných úkolů přepravit až šest osob. Výrobce předpokládá, že by mohl vzbudit zájem u speciálních jednotek. Výsadou tohoto stroje má být samozřejmě vysoká cestovní rychlost. Je-li v případě dnešních standardních vrtulníků cestovní rychlost kolem 280 km/h, Raider by měl díky novým technologiím tuto hodnotu posunout o téměř 100 km/h až k cestovní rychlosti 370 km/h. Dle dostupných informací je první letový exemplář již prakticky hotov, v červnu proběhla pozemní zkouška avioniky a s prvním vzletem se prozatím počítá koncem letošního roku. Pozoruhodné je, že nejde o jediný projekt přímo vycházející z demonstrátoru X2. Ve spolupráci s firmou Boeing vyvíjí Sikorsky Aircraft stroj nesoucí označení SB-1 Defiant. Ten byl vybrán v rámci první fáze programu Joint Multi-Role Technology Demonstrator (JMR TD) armádního programu Future Vertical Lift coby jeden z prototypů nového vojenského vrtulníku, který by měl nahradit stávající stroje Sikorsky UH-60 Black Hawk a Boeing AH-64 Apache. Bude velice zajímavé a vzrušující sledovat, jak se budou oba projekty nadále vyvíjet, neboť se zdá, že máme příležitost být u zrodu zcela nové generace vrtulníků.

Na samý závěr jsem si nechal určité popření tvrzení v názvu tohoto dílu. Striktně vzato je totiž nesprávné. V prvé řadě rekord nebyl oficiální, hodnoty pocházejí čistě jen z měření uskutečněných frmou Sikorsky, která neměla ambici se o nějaký rekord ucházet, tudíž ani nevznesla žádost o uznání rekordu u Mezinárodní letecké federace (FAI, Fédération Aéronautique Internationale). Takže v žebříčcích oficiálních rekordů bychom tento vrtulník nenašli, neboť tam i nadále setrvává stroj Westland Lynx (registrace G-LYNX), který dosáhl 11. srpna 1986 rychlosti 400,87 km/h. A druhá věc, která se s tím pojí, ani neoficiálně nejde o nejrychlejší vrtulník. Ještě o něco vyšší rychlosti dosáhl v květnu roku 1969 vrtulník Bell YH-40 Model 533 (56-6723), což byla modifikace známého UH-1 Iroquois (též Huey) vybaveného výkonnějším motorem a dvěma proudovými motory, a který dosáhl rychlosti 508 km/h. Na druhou stranu je ale třeba vzít v úvahu, že zatímco demonstrátor X2 měl jen jeden motor, Bell 533 měl motory tři, z toho dva proudové. Z tohoto úhlu pohledu jsou schopnosti Sikorského vrtulníku opravdu obdivuhodné a je na nich vidět, na jaké technologické úrovni tento stroj je. Takže ačkoli nešlo o absolutně nejrychlejší vrtulník na světě, v relativním ohledu jsou jeho výkony pravděpodobně nejlepší.

A proč je v názvu tohoto dílu řeč o tříleté pozici na vrcholu žebříčku rychlosti vrtulníků? Proto, že v roce 2013 jej o prvenství připravil jiný stroj, výtvor evropského výrobce vrtulníků Eurocopter (dnes již přejmenovaného na Airbus Helicopters), jehož demonstrátor nazvaný X3 byl nepatrně rychlejší. Ale o tom zase až někdy příště.

Kam dál?
Krátký videozáznam z posledního letu demonstrátoru X2: http://youtu.be/6-u6DZWmgeg
Video z rekordního letu, během kterého bylo dosaženo rychlosti 463 km/h (na začátku je vidět i maketa stroje S-97 Raider): http://youtu.be/d5NnCuQyOao

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/SikorskyX2.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Sikorsky Aircraft)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: st září 10, 2014 2:15 pm    Předmět: Citovat



19. díl – SmartBird a RoBird aneb ptačí let v robotickém hávu

Biologicky inspirovaná robotika zažívá v posledních deseti letech značný rozmach, neboť jak se stále názorněji ukazuje, miliony let evoluce vytvořily mnohdy nesmírně důmyslné mechanismy, které organismům umožňují přežití a efektivní manipulaci s okolním prostředím. A tak jak se rozvíjí robotika coby odvětví zabývající se vývojem a výrobou zařízení, která rovněž manipulují s okolním světem, tak se pozornost inženýrů upírá k živým tvorům, kteří fungují jako inspirace při řešení různých zadání. Jednou z velmi aktivních postav na poli biologicky inspirované robotiky je společnost Festo. Z jejího portfolia nás zde bude zajímat robotický racek nazvaný SmartBird.

V jednom z dřívějších dílů tohoto seriálu (8. díl) jsme se věnovali robotickému hmyzu a snahám reprodukovat hmyzí let v lidmi vytvořeném aparátu. Toto úsilí bylo obzvláště zajímavé, protože let hmyzu je oproti ptačímu letu podstatně komplikovanější. Přesto uměle zkonstruovaná věrná napodobenina ptáka na sebe dala čekat poměrně dlouho. I když pokusy o sestrojení letadel, která by využívala mávání křídel (těmto letadlům se říká ornitoptéry), skončily úspěšně, vždy šlo o aparáty výrazně větších rozměrů než jakými se vyznačují ptáci. Aparát, který by do nejmenších podrobností imitoval skutečného živého ptáka, a to jak funkcí, tak i velikostí, byl sestrojen teprve nedávno. Stal se jím robot nazvaný Festo SmartBird, který je tou nejdokonalejší napodobeninou živého ptáka, jakou jsme kdy měli k dispozici.

Ptačí let je specifický v tom, že křídla prostřednictvím mávání poskytují jak vztlak, který drží tvora ve vzduchu, tak i dopředný pohyb, tj. plní i funkci motoru. Za tímto účelem se křídla ptáků v jednotlivých fázích kmitu natáčejí, čímž maximalizují efektivnost mávnutí. Aby bylo možné vytvořit věrnou kopii ptáka, bylo třeba tento mechanismus duplikovat. Což se po několika měsících intenzivního vývoje povedlo firmě Festo. Ta se v roce 2011 pod vedením Markuse Fischera pustila do projektu, jehož výsledkem je zde diskutovaný robotický racek. Vývoj trval přibližně čtyři měsíce a postupně prošel třemi stádii, než autoři projektu dospěli k finální podobě, která by byla plně schopná letu, jenž by věrně napodoboval let ptáků. Aby inženýři dosáhli obou funkcí, kterými se vyznačují ptačí křídla (vytváření vztlaku a dopředný pohon), vytvořili systém, který aktivně natáčí křídla tak, aby v každé poloze v průběhu mávání zaujímaly optimální polohu. To znamená, že konce křídel mohou být natáčeny tak, aby při mávnutí směrem dolů, kdy dochází k hlavní produkci vztlaku a případně i pohybu vpřed (chce-li pták letěl vpřed), byla maximalizována efektivnost mávnutí, kdežto při pohybu křídla vzhůru se natáčí tak, aby kladlo co nejmenší odpor a snáze tak prošlo vzduchem. O chování křídel SmartBirdu si lze udělat nejlepší obrázek zhlédnutím některého z níže přiložených videí. Pro ovládání směru letu robota je využíváno hlavy a ocasu. To znamená, že nakloněním přední a zadní části robota (hlavy a ocasu) dochází ke změně směru letu daným směrem. Mávání křídel má na starost motor umístěný v trupu, o natáčení konců křídel se pak starají servomotory umístěné v křídlech. Robot je vybaven senzory, které snímají polohu křídel, a mikročipem, který tyto informace zpracovává a následně řídí a koordinuje pohon. SmartBird má délku 1,07 metru a rozpětí křídel 2 metry. Kostra je vyrobena z uhlíkových vláken, potah je z polyuretanové pěny. Díky tomu váží celý robot pouhých 450 gramů. Největší část z toho tvoří motor a baterie, trup samotný váží jen 26 gramů. Vnitřní konstrukce (pohonný systém, žebra křídel atd.) se skládá ze 130 dílů. Pohonný mechanismus robota je tvořen jedním bezkartáčovým stejnosměrným motorem o výkonu 23 W pro mávání křídel, dvěma servomotory pro natáčení křídel a další dvojicí servomotorů pro natáčení hlavy a ocasu. O napájení se stará lithium-polymerový akumulátor s kapacitou 450 mAh. Asi jedinou odlišností SmartBirdu od živých ptáků je přítomnost malé svislé ocasní plochy, která přispívá k vyšší stabilitě letu.

Robotický racek je efektním výtvorem a rozhodně zaujme. Má ale nějaké praktické využití? Jeho tvůrci otevřeně říkají, že s ním žádné plány nemají, a že všechny tři vyrobené exempláře mají sloužit k popularizaci techniky, zvýšení zájmu o strojírenství a robotiku a snad i jako povzbuzení a inspirace dalším novátorským řešením. Třebaže samotný robot přímé využití mít nemusí, poznatky získané během jeho vytváření lze uplatnit u dalších projektů. To ostatně letos společnost Festo názorně demonstrovala, když představila svůj návrh nového typu větrné elektrárny, který využívá principu mávání křídel. Projekt nese název DualWingGenerator. Jednoduše řečeno, jde o systém dvojice paralelně uchycených lopatek, které svým tvarem a funkcí napodobují ptačí křídla, přičemž jsou uchyceny nad sebou a proudící vzduch jimi pohybuje nahoru a dolů, přičemž se tento pohyb přenáší na generátor elektrické energie. Díky konstrukci vycházející z ptačích křídel se lopatky svým tvarem přizpůsobují rychlosti proudícího vzduchu, což se odráží ve vysoké účinnosti celého vynálezu.

Existuje ale i přímé praktické využití pro robotické ptáky, které více než dobře demonstruje nizozemský ornitolog a sokolník Robert Musters se svým projektem RoBird. Ten přišel s využitím robotického sokola stěhovavého k biologické ochraně letišť. Snad právě sokolnictví v něm vzbudilo nápad zkusit využívat robotické ptáky pro tento účel. Tedy namísto využití živých dravých ptáků, kteří se běžně používají k prevenci střetů letadel s ptáky, přišel s nápadem použít svého robota. Jistě si leckdo vzpomene na dnes již slavný let US 1549 z newyorského letiště LaGuardia (KLGA/LGA) do Charlotty (KCLT/CLT) v Severní Karolíně dne 15. ledna 2009, kdy krátce po vzletu vlétl Airbus 320 (registrace N106US) společnosti US Airways do hejna bernešek velkých, což vedlo k vysazení obou motorů, a kapitán Chesley „Sully“ Sullenberger musel s letadlem nouzově přistát do řeky Hudson obtékající Manhattan. Srážky s ptáky a dalšími divokými zvířaty jsou poměrně vážným problémem, neboť za loňský rok bylo jen ve Spojených státech amerických hlášeno více než 11 tisíc těchto incidentů. Proto ochrana prostorů letišť a přilehlého okolí hraje z hlediska bezpečnosti létání důležitou roli. K ochraně letišť před nadměrným pohybem ptáků v letištním vzdušném prostoru se využívá jednak dravých ptáků (sokol, raroh atd.), ale rovněž i nejrůznějších technických zařízení a pomůcek (například zvukové plašiče, pyrotechnika, „strašáci“). Dravci jsou ochranou velice účinnou, protože jde o přirozené predátory a ptáci se jich instinktivně bojí, přesto není možné zařídit, aby létali po celých dvacet čtyři hodin. Ostatní metody ochrany sice mohou pracovat nepřetržitě, ale jejich účinnost je limitována a s postupem času i klesá, protože si na ně ptáci po určitém čase zvyknou (odborně se tomu říká habituace). Dravé ptáky ale ignorovat nemohou, protože pokud by jednou na tento podnět nezareagovali únikem, stali by se jejich kořistí. A právě výhody obou řešení v sobě kombinuje robotický pták. Ten může střežit prostor letiště nepřetržitě (což je snadno řešitelný technický problém) a ptáci na něj nepřestanou reagovat, protože ztělesňuje jejich přirozeného nepřítele. Z tohoto pohledu se tedy skutečně jeví, že jde o ideální prostředek biologické ochrany letišť.

Robert Musters byl zvířaty a obzvláště ptáky fascinován v podstatě již od dětství, což se odrazilo i na jeho povolání, zároveň ale propadl i leteckému modelářství. Spojením těchto jeho dvou oblastí zájmu pak přišel na svět projekt robotického ptáka, který nese název RoBird (což je zajímavá hříčka, protože dle autora projektu předpona „Ro“ nemá být zkratka z „robotický“, ale z jeho jména Robert, a zároveň je celý název RoBird foneticky velice podobný jménu Robert). S myšlenkou na sestrojení robotického ptáka si Musters začal pohrávat v roce 2006, což nakonec vedlo k sestrojení prvního prototypu v roce 2007. Vzorem mu byl dravý pták krahujec šikra. Na něm si autor ověřil schopnosti a možnosti tohoto řešení, aby následně vyrobil další typy, kterými byli robotický jestřáb lesní (o hmotnosti 680 gramů), sokol stěhovavý (hmotnost 650 gramů) a největší z nich orel bělohlavý (hmotnost 1800 gramů). Díky této rozmanitosti „typů“ se lze přizpůsobit druhu ptáků, které se na letišti vyskytují, a na základě toho zvolit vhodný typ dravce. Každý z robotů je navíc možné vybavit například videokamerou, přičemž jestřáb a sokol mají nosnost přibližně 150 g, orel unese náklad až o hmotnosti 1,5 kg. V případě sokola je rozpětí 108 cm a délka 55 cm. RoBird není tak sofistikovaný jako SmartBird, kupříkladu křídlo mává vcelku, není dělené, jak je tomu u výrobku firmy Festo. O věrohodnosti vzhledu robotického sokola stěhovavého si můžete udělat obrázek z odkazovaného snímku níže. Co se týče konstrukce RoBirdu, tak žebra křídel jsou vyrobena z uhlíkových vláken, potah je pak z laminovaného extrudovaného polypropylenu (EPP), trup je ze sklolaminátu. K pohonu je zde využit bezkartáčový stejnosměrný motor o výkonu 120 W, což je výrazně více než u SmartBirdu, neboť mávání křídel zde není tak propracované, a tedy je méně učinné, přesto nespornou výhodou RoBirdu je výrazně větší jednoduchost a ve výsledku i jeho menší pořizovací cena. O napájení se stará lithium-polymerový akumulátor o kapacitě 1000 mAh. Při nepřetržitém chodu motoru na plný výkon má RoBird vytrvalost 8 minut. Maximální frekvence mávání je 6 Hz, tedy 6 mávnutí za sekundu, frekvenci mávání reguluje pilot podle potřeby, robot může pochopitelně i plachtit.

K praktickým zkouškám RoBirdu a ověřování efektivnosti využití robotických ptáků k ochraně letišť došlo v roce 2008 na nizozemském letišti Amsterdam Schiphol (EHAM/AMS). Pokusy dopadly k radosti autora projektu na výbornou. Letiště se oficiálně vyjádřilo, že tato forma ochrany letiště před ptáky je tím nejefektivnějším, co kdy mělo k dispozici. Naneštěstí se další vývoj neubíral právě ideálním směrem, protože společnost, kterou autor s několika dalšími lidmi založil, aby uvedli robotického ptáka na trh, skončila neslavně vinou rozdílných názorů na podobu a směřování firmy. Z praktického využití proto sešlo. V roce 2011 byl Musters pozván univerzitou v Twente ke zkouškám robota v aerodynamickém tunelu. Testy ale nic nového nepřinesly a jen prokázaly, jak kvalitně je RoBird proveden. To bylo pro vynálezce na jednu stranu potěšující, na stranu druhou šlo o jisté zklamání, protože si od testů v aerodynamickém tunelu sliboval zlepšení vlastností svého vynálezu. A aby těch zklamání nebylo málo, po krátkém čase se ukázalo, že jeden ze studentů, který se prováděných testů účastnil, zkopíroval Mustersův vynález a založil firmu, která se snaží robota uvést na trh, a to navíc pod neotřelým názvem RoBird. Firma se snaží cílit právě na využití robota k biologické ochraně zejména letišť. Z pohledu původního vynálezce jde zcela pochopitelně o velice nefér jednání a v podstatě o krádež, z obecného pohledu ale může jít, pokud bude student úspěšný a podaří-li se mu rozšířit robotické ptáky napříč letišti, o přínosný krok, který přispěje ke zvýšení bezpečnosti letecké dopravy.

Biologická ochrana letišť není jedinou praktickou aplikací robotických ptáků. Lze je samozřejmě využít k podobné ochraně například sadů a vinohradů či dalších obdobných míst. Snad každého zároveň ještě napadne jiné využití, a to pro špionážní účely, protože není méně nápadných zvědů než ptáků. Potenciál využití je opravdu pestrý.

Kam dál?
Prezentační video letu robotického racka: http://youtu.be/nnR8fDW3Ilo
Krátká přednáška o vývoji robotického racka SmartBird s ukázkovým letem (opatřeno českými titulky): http://www.ted.com/talks/a_robot_that_flies_like_a_bird
Video letu robotického sokola RoBird: http://youtu.be/pgE-mVqQjc4
Fotografie skutečného sokola stěhovavého v letu s robotickým sokolem RoBird: https://fbcdn-sphotos-e-a.akamaihd.net/hphotos-ak-xfp1/t31.0-8/333719_508195272542895_483073969_o.jpg

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/SmartBird.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Festo)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út září 30, 2014 3:08 pm    Předmět: Citovat



20. díl – SpaceShipOne aneb první soukromý raketoplán na světě

Pokud bychom měli jmenovat událost, která v průběhu druhých sta let letectví přinesla revoluci, pak bez jakýchkoli pochybností musíme zmínit vykročení na cestu za zpřístupněním vesmíru většímu počtu lidí prostřednictvím prvního soukromého raketoplánu SpaceShipOne.

V druhé polovině roku 2004 se totiž povedlo opakovaně překonat hranici vesmíru stroji, jehož kompletní vývoj a lety byly financovány výhradně ze soukromých nevládních peněz, což bylo vůbec poprvé, kdy pilotovaný vesmírný let uskutečnil někdo jiný než státem podporovaná a finacovaná organizace. To znamená, že vedle Ruska, Spojených států amerických a Číny přibyl čtvrtý hráč, který dokáže vlastními silami vyslat člověka do vesmíru. Jde o významný moment, neboť lze očekávat, že tento úspěch umožní v budoucnosti otevřít brány vesmíru i obyčejným smrtelníkům.

Idea stojící za vznikem raketoplánu SpaceShipOne je poměrně prostá. V zásadě ji lze shrnout do podoby, že pakliže chceme v masivnějším měřítku proniknout do vesmíru, je třeba radikálně snížit náklady spojené s vesmírnými lety. Z tohoto úhlu pohledu se zdá, že dosavadní cesta kosmonautiky, která jde ve šlépějích původně vojenského výzkumu, jehož duchovním otcem v západních zemích je Wernher von Braun, je patrně ne úplně vhodná, protože jednorázově použitelné rakety jsou pro smysluplné cesty do vesmíru příliš nákladné. Musí dojít ke změně úhlu pohledu a je třeba přehodnotit zažitý přístup k cestám mimo planetu Zemi. Jednou z prvních vlaštovek, která se o změnu pokusila, byl projekt raketoplánů, totiž okřídlených opakovaně použitelných vesmírných lodí. Ke své smůle se kvůli vysoké technologické složitosti ukázaly jako ekonomicky neúspěšné, což podkopalo vlastní smysl jejich zavádění, a vrhlo na ně špatné světlo. Proto po raketoplánovém intermezzu následovala opět doba jednorázově použitelných vesmírných prostředků. I navzdory tomu je ale hlavní myšlenka raketoplánů správná. Vícenásobně použitelné prostředky pro cesty do vesmíru se jeví jako jediné možné řešení, pokud chceme pomýšlet na vesmírné lety obdobným způsobem, jako nahlížíme na dnes již rutinní lety letadlem. Díky ponaučení ohledně technologické složitosti je třeba k zadání přistupovat s jasným vědomím toho, že samotná konstrukce těchto prostředků musí být již od samého začátku provedena tak, aby po každém letu nemusel být stroj odstaven z důvodu zevrubné kontroly a výměny značného množství částí. Takže máme-li formulován jasný požadavek, čeho chceme dosáhnout, je vhodný čas přikročit k jeho realizaci. To lze učinit mnoha způsoby. Jedním z těch zajímavějších a potenciálně plodnějších je vyhlášení soutěže, v jejímž rámci se nabídne vysoká finanční odměna tomu, kdo úspěšně dané zadání splní. A protože lidé jsou tvory soutěživými, na zájemce o zdolání výzvy není třeba čekat příliš dlouho. Tento scénář naplňuje i soutěž, jejímž výstupem se stal první soukromý raketoplán SpaceShipOne.

Ansari X Prize
S myšlenkou rozpoutat „druhé vesmírné závody“ vypsáním stimulační soutěže přišel americký podnikatel Peter Diamandis. Ten, inspirován úspěchy na letectví orientovaných stimulačních soutěží v dřívějších letech, navrhl soutěž vlastní, jejímž cílem bylo dobýt hranici vesmíru. Otevřeně přiznává, že vzorem mu byla asi nejznámější a nejvýznamnější soutěž tohoto typu, slavná Orteigova cena. Francouzský hoteliér Raymond Orteig žijící v New Yorku byl natolik nadšen vyprávěním pilotů, kteří se u něj v hotelu ubytovávali, že v roce 1919 vypsal cenu v hodnotě 25 tisíc dolarů pro toho, kdo bez mezipřistání přeletí Atlantský oceán z Paříže do New Yorku anebo obráceně. O její získání se pokusilo několik letců včetně mnoha tehdy slavných jmen, z nichž někteří svůj pokus zaplatili i životem, ale nikomu z nich se splnit zadání nepovedlo. Až v roce 1927 přišel Charles Lindbergh, který v letadle Ryan NYP nazvaném Spirit of St. Louis (registrace N-X-211) odstartoval 20. května 1927 z dnes již neexistujícího Roosveltova letiště v New Yorku, aby po více než 33 hodinách letu přistál následující den v Paříži na letišti Le Bourget. Tím získal nejen slíbených 25 tisíc dolarů, ale i značnou slávu, která poměrně plachého pilota příliš nepotěšila. V každém případě tento jeho čin rozpoutal mimořádně obrovský zájem o letectví a stál tak za jeho následným rapidním rozvojem. Podobně chtěl Peter Diamandis svou soutěží podnítit masový zájem o kosmonautiku a lety do vesmíru. V roce 1995 proto ve městě Rockville ve státě Maryland založil nadaci X Prize, pod jejíž hlavičkou hodlal uspořádat obdobnou stimulační soutěž nazvanou X Prize.

Podstatou stimulačních soutěží je, že za vyřešení nějakého poměrně náročného úkolu se vypíše relativně vysoká odměna, která přiláká hodně zájemců. Tento koncept je docela zajímavý. Ukazuje se totiž, že v součtu jednotlivé týmy do vývoje investují výrazně více peněz než činí odměna, přičemž odměnu získá pouze vítězný tým, ale přesto nakonec každý ze zúčastněných týmů odchází s nově nabytými poznatky, které lze využít v rámci jiných projektů. Takže vynaložené náklady v soutěži neúspěšných týmů nejsou ztraceny. Ze strany pořadatele tedy platí, že z těchto celkových nákladů na vývoj hradí jen malou část, a to právě vítěznému týmu v podobě odměny. Rovněž všechna rizika jdou na vrub soutěžících, takže pro pořadatele jde o docela bezstarostnou záležitost. A co víc, podaří-li se nakonec někomu zvítězit, na věhlasu získá nejen výherce, ale i organizátor soutěže.

Ale takhle jednoduché to v reálu samozřejmě není. Co se týče samotné X Prize, vyhlášena byla 18. května 1996, nejzazším termínem pro možnost jejího získání byl 1. leden 2005. Diamandis nabídl jako výhru 10 milionů dolarů. Problémem ale bylo, že tyto peníze v době vyhlášení neměl. Kalkuloval však s tím, že do doby, kdy se někdo o jejich získání pokusí, se mu je podaří hravě získat od štědrých sponzorů. Nakonec to se štědrými sponzory nebylo tak růžové, protože ještě v roce 2001 neměl ani polovinu ohlášené částky. Město St. Louis ve státě Missouri nabídlo, že pomůže se získáním dvou a půl milionu dolarů pod podmínkou, že se nadace přesune k nim. Další téměř jeden milion dolarů poskytl Erik Lindbergh, vnuk Charlese Lindbergha, které získal za zopakování letu svého dědečka. Diamandis přiznal, že naprostá většina potenciálních sponzorů couvla proto, že se jim celý podnik zdál příliš riskantní, neboť se obávali, že při pokusech o vesmírný let budou umírat lidé. Až konečně v roce 2002 našel pochopení u rodiny Ansáríů, která byla ochotná soutěž financovat. Anúše Ansáríová, Američanka původem z Íránu, už odmala snila o cestě do vesmíru, a tak ji možnost sponzorovat tuto soutěž velmi nadchla. Její rodina podnikající v telekomunikačním odvětví se proto zavázala uhradit většinu slíbené částky vítěznému týmu. Zajímavostí je, že Anúše se do vesmíru opravdu podívala, ale nakonec to nebylo na palubě stroje, který v soutěži zvítězil, ale letěla v ruském Sojuzu na několikadenní návštěvu Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) v září 2006. Co se týče názvu soutěže Ansari X Prize, původně hodlal Diamandis použít písmeno X jen dočasně, dokud se nenajde sponzor, jehož jménem písmeno nahradí, ale po těch několika letech bez sponzora se písmeno X natolik zažilo, že jeho odstranění nepovažoval za přínosné, a tak jméno rodiny Ansari umístil před již zažité spojení. Veřejně však bylo toto sponzorství ohlášeno až v květnu roku 2004.

Otázkou samo o sobě bylo, jak sestavit pravidla. Existují totiž dvě hranice, o nichž se prohlašuje, že za nimi začíná vesmír. Na jedné straně je to výška 80 km nad zemským povrchem, kterou zavedly Vzdušné síly Spojených států coby minimální výšku potřebnou pro získání statusu astronauta, na straně druhé pak výška 100 km nad zemským povrchem označovaná jako Kármánova hranice, kterou uznává coby začátek vesmíru Mezinárodní letecká federace (Fédération Aéronautique Internationale, FAI). Ta první se jevila jako relativně snadno zdolatelná, navíc ta druhá byla pěkné kulaté číslo, zvolena proto byla hranice 100 km. Protože záměrem bylo dát popud ke vzniku vesmírné turistiky, bylo třeba stroje koncipovat s tímto na zřeteli. Z tohoto důvodu do pravidel přibyl požadavek, aby stroj dokázal výšky 100 km dosáhnout se třemi osobami (pilot a dva potenciální platící cestující) na palubě, každou z nich o hmotnosti 90 kg. A zatřetí, smyslem ekonomicky udržitelné dopravy je znovupoužitelnost dopravního prostředku. Toho lze dosáhnout takovou konstrukcí stroje, která si vyžaduje jen minimální potřebu oprav mezi jednotlivými lety. Proto dalším z požadavků bylo, aby byl stroj schopný uskutečnit dva po sobě jdoucí lety v rozmezí 14 dnů. Konečně posledním požadavkem bylo, aby financování probíhalo ze soukromých peněz. Takže shrneme-li to, pro získání X Prize musí soutěžní tým uskutečnit během 14 dní dva lety do výšky minimálně 100 km s užitečným zatížením 270 kg (hmotnost tří osob), a to vše bez finančního příspěvku ze strany státu.

Do soutěže o získání 10 milionů dolarů se přihlásilo 25 týmů ze sedmi zemí, konkrétně 14 týmů ze Spojených států amerických, 4 z Velké Británie, 3 z Kanady, a po jednom týmu z Argentiny, Izraele, Rumunska a Ruska. Jedním z přihlášených byl tým Mojave Aerospace Ventures, za nímž stál konstruktér Burt Rutan a spoluzakladatel Microsoftu Paul Allen. Mnohými byl tento tým favorizován již od samého počátku, neboť jméno jeho konstruktéra, který bývá nezřídka označován za leteckého génia, slibovalo revoluční řešení, které s daným finančním zázemím patrně nemohlo najít sobě rovného.

Burt Rutan
Nelze se nezastavit u konstruktéra Burta Rutana. Tento génius, často přezdívaný „Kouzelník z pouště Mojave“, je nezaměnitelnou ikonou světa letectví. Znám je především díky svým skutečně neortodoxním návrhům letadel a rovněž používáním kompozitových materiálů.

Narodil se v roce 1943 a již od svého mládí byl fascinován letadly, což se projevilo v jeho aktivním zájmu o letecké modelářství. Ve svých osmi letech navrhoval vlastní konstrukce létajicích modelů letadel, zúčastňoval se s nimi modelářských soutěží a velice často je i vyhrával. Vystudoval strojírenství se zaměřením na konstrukci letadel a po škole pracoval v letech 1965 až 1972 na Edwardsově letecké základně v Kalifornii jako civilní letecký inženýr. Zde se zapojoval do výzkumů a testování mnoha letadel. Například se podílel na odstranění problému s letouny McDonnell Douglas F-4 Phantom II, které měly tendenci padat do plochých vývrtek, z nichž vedla jediná cesta, a to na vystřelovacích sedačkách. V roce 1972 přešel k výrobci letadel Bede, kde se podílel na vývoji malého proudového stroje BD-5. O dva roky později si založil vlastní společnost nazvanou Rutan Aircraft Factory (RAF). Jeho prvním postaveným strojem byl Model 27 nazvaný VariViggen, futuristicky vyhlížející malé letadlo vynikající svými letovými výkony. Následovalo velké množství dalších obdobně působivých letadel, mezi nimi například stroje VariEze, které si získaly po celém světě značnou oblibu. Mimochodem, tato letadla jsme měli možnost spatřit na leteckém dni v Brně v roce 2002, kdy na nich vystupovala francouzská akrobatická skupina Space Knights. Z doby fungování této firmy pochází i návrh stroje Ames Industrial AD-1 s tzv. šikmým křídlem, který zpracoval na žádost NASA (na tomto stroji mimo jiné létal Einar Enevoldson, jak jsme zmínili v 17. díle věnovaném projektu Perlan). Svoji novou společnost s názvem Scaled Composites založil v roce 1982. V této firmě o pár let později vznikl i raketoplán SpaceShipOne.

Na Rutanovi je pozoruhodné, jak plodným konstruktérem byl. Během třiceti let dokázal přijít s minimálně jedním novým letadlem ročně, to znamená každý rok navrhnul, vyrobil a zalétal jedno nové letadlo. Vznikla tak obdivuhodná paleta typů. Většinou šlo o jeden vyrobený kus, který sloužil k ověření chování nějakého konstrukčního prvku. Za všechny lze jmenovat neuvěřitelně půvabné asymetrické letadlo Model 202 Boomerang, které mělo sloužit jako ukázka konstrukce dvoumotorového stroje, u něhož vysazením jedné pohonné jednotky nedojde k negativnímu ovlivnění letových vlastností. Rutan je pověstný tím, že velice rád řeší staré problémy zcela novými způsoby. To byl ostatně i jeden z důvodů, proč tak podlehl kompozitovým materiálům, neboť ty mu dovolovaly realizovat mnohdy roztodivné tvary letadel. V jeho portfoliu rovněž nalezneme stroje, které ustanovily zajímavé světové rekordy. Například Model 76 Voyager. S ním Burtův bratr Dick Rutan společně s Jeanou Yeagerovou obletěl vůbec poprvé bez jediného mezipřistání zeměkouli. Anebo později Model 311 Virgin Atlantic GlobalFlyer, s nímž podnikl první sólový oblet Země bez mezipřistání známý dobrodruh Steve Fossett, vznikl rovněž na Rutanově rýsovacím prkně. Opomenout nelze ani návrhy letadel podle zadání různých zaběhnutých výrobců. Příkladem za všechny je nádherný Model 115 Starship, ze kterého vznikl obchodní letoun Beechcraft Starship.

Za vrchol Rutanovy konstruktérské kariéry lze považovat raketoplán SpaceShipOne s mateřským letounem White Knight.

SpaceShipOne a White Knight
S myšlenkou sestrojit vesmírnou loď si Burt Rutan pohrával již delší dobu. Své první návrhy si začal načrtávat už v roce 1993. S pozdější SpaceShipOne měl tento prvotní návrh totožný pouze start z podvěsu pod mateřským letounem, jinak šlo v podstatě o kapsli s raketovým pohonem, kdy by pro návrat sloužil padák, navíc mělo jít o jednomístnou loď. Když se ale o pár let později doslechl o chystané X Prize, rozhodl se svou koncepci zcela přepracovat, aby splňovala podmínky a mohl se s ní soutěže zúčastnit. Postupně se vesmírná loď začala svojí podobou stále více přibližovat raketovému letounu X-15 a raketoplánu Space Shuttle, a to především proto, že Rutan zavrhl představu o přistání padákem a nahradil ji letadlovým horizontálním přistáním. A tak se zrodil utajovaný program s krycím názvem Tier One. Pod něj spadal vývoj dvojice strojů, raketoplánu s firemním označením Model 316, později známým pod jménem SpaceShipOne (Vesmírná loď jedna), a mateřského letounu, který bude raketoplán nosit v podvěsu, s firemním označením Model 318, který byl později pojmenován White Knight (Bílý rytíř).

Toto řešení působí možná poněkud ambiciózně, ale má své opodstatnění. Výhoda vzdušného startu tkví především v tom, že pro dosažení vesmíru je potřeba výrazně méně energie oproti startu ze země. Jakmile byly hotové návrhy a vývojový tým nabyl jistotu, že by vše mělo fungovat, bylo na čase poohlédnout se po sponzorovi, který by stavbu strojů a letové testy zaplatil. Volba padla na Paula Allena, se kterým se Rutan znal již z dřívější doby, kdy spolu diskutovali možnosti výškových letadel, která by létala nad městem Los Angeles a poskytovala by bezdrátové internetové připojení. Na jaře roku 2000 proto za Allenem opět přišel a požádal jej, zda by neměl zájem se tohoto podniku účastnit. Allen bez jakéhokoli zaváhání souhlasil. Společně založili společnost Mojave Aerospace Ventures. Oba byli ale ohledně X Prize skeptičtí, protože příliš nevěřili, že se podaří Diamandisovi získat slíbenou odměnu pro vítěze, a tak zprvu svůj vesmírný program realizovali bez ohledu na soutěž. V roce 2001 si ale začali uvědomovat, že pokud chtějí získat zpět peníze vložené do vývoje, je X Prize asi jediná cesta. A to i v případě, že by jim nebyla výhra vyplacena, stále by mohli spoléhat na to, že se objeví investor, který by raketoplán chtěl dál rozvíjet, takže by si zaplatil licenci.

Raketoplán SpaceShipOne je celokompozitový hornoplošník, který z vnějšího pohledu velice evokuje okřídlenou raketu. Délka je 8,5 metru. Rozpětí křídel činí 5 metrů, přičemž na koncích křídel jsou ocasní nosníky, které plynule přecházejí do svislých ocasních ploch. Na vnější straně nosníků jsou vodorovné ocasní plochy, které jsou nejširším místem stroje, šířka činí 8,2 metru. Průměr trupu je 1,52 metru. Výška stroje je 2,7 metru. Prázdná hmotnost je 1200 kg, maximální vzletová hmotnost činí 3600 kg Podvozek je zatahovací příďového typu, přičemž na příďovém podvozku je lyže z javorového dřeva, která přispívá ke zkrácení délky dráhy potřebné k přistání, hlavní podvozek je kolový. Podvozek se vysouvá pneumaticky. Jistou jeho specifičností je, že jej nelze po vysunutí zasunout. To lze provést až na zemi manuálně poté, co se raketoplán znovu podvěsí pod mateřský letoun. V zadní části trupu je umístěn hybridní raketový motor. Navzdory tomu, že se raketoplán vrací do atmosféry z relativně malé výšky a malou rychlostí, takže tepelná ochrana povrchu stroje není vyloženě nutná, pro jistotu se vývojový tým rozhodl pokrýt nejnamáhanější části stroje ablativním nátěrem chránícím trup při vysokých teplotách. Takto ošetřeny jsou náběžné hrany křídel a vodorovných ocasních ploch a spodní část trupu.

Takže jakmile byly zajištěny peníze na stavbu stroje, mohl se tým pustit do práce. Stavba započala výrobou trupu. V jeho přední části se nachází přetlaková kabina pro tři osoby (jeden pilot a dva cestující), přičemž pilot sedí uprostřed a za ním jsou vedle sebe umístěna zbylá dvě sedadla. Aby se vyhnul nutnosti použít nepohodlné skafandry, zvolil konstruktér přetlakovou kabinu. Ta je přetlakovaná na výšku 1220 až 1830 metrů, to znamená, že i ve vesmírném prostoru si osádka užívá pohodlí, jaké panuje v nadmořské výšce menší než 2 km. Ačkoli je kabina přetlaková, z důvodu úspory hmotnosti není vybavena klimatizací. V případě nutnosti je ale možné v podvěsu přivádět teplý vzduch od motorů mateřského letounu. Protože stroj není vybaven vystřelovacími sedačkami, bylo zvoleno řešení s odhazovací čelní částí trupu, kterou může v případě nouze pilot celou odhodit a vzniklým otvorem stroj opustit. Kabina je vybavena celkem 16 kruhovými okny o průměru 23 cm. Rozmístěna jsou tak, aby poskytovala pokud možno co nejlepší výhled, přesto ten především během přistání příliš dokonalý není. Na druhou stranu má toto řešení výhodu, že kulatý tvar obnáší vyšší strukturální pevnost, což přispívá k bezpečnosti. Ke vstupu slouží kruhový otvor na levé straně trupu o průměru 66 cm. Po obou stranách trupu je ještě otevíratelný otvor o průměru 10 cm, kterým mohl do kabiny proudit vzduch v menších výškách. S ohledem na ušetření práce i nákladů byla ta samá kabina použita jak pro SpaceShipOne, tak i pro mateřský letoun White Knight. Přístrojové vybavení se samozřejmě do určité míry liší, přesto i zde je sdíleno velké množství částí. Další výhodou tohoto řešení bylo, že na lety s raketoplánem bylo možné alespoň orientačně trénovat prostřednictvím letů s nosným letounem, který byl hotov dřív. K přetlakování kabiny slouží lahve se stlačeným vzduchem, kterých je na palubě celkem 6, vždy tři hlavní a tři záložní, přičemž jedna slouží právě k přetlakování, druhá k aktivaci a deaktivaci praporování křídla a třetí pro reaktivní pohon. Elektrickou energii pro palubní systémy dodávají lithiové baterie.

O pohon se stará hybridní raketový motor. Jde o zvláštní koncepci, kdy se používá pevného i kapalného paliva. To znamená, že motor tvoří na jedné straně nádrž s okysličovadlem, to je kapalné, a na straně druhé pak vlastní motorová část, kde se nachází tuhé palivo. K zážehu dochází tak, že se okysličovadlo z nádrže nechá protékat na požadovanou teplotu zahřátou motorovou částí, kde reaguje s palivem. Jako okysličovadlo sloužil oxid dusný (N2O), též známý jako rajský plyn. V nádrži jej v kapalném stavu bylo 1360 kg. Palivem pak byl HTPB neboli hydroxylem zakončený polybutadien. Použito jej bylo 270 kg. Výhodou obou látek je, že jsou snadno skladovatelné a za normální teploty spolu vzájemně nereagují. Takový raketový motor sice nemá žádnou plynovou páku, která by regulovala tah, motor buď běží, anebo ne, ale je možné jej kdykoli vypnout. Reaktivace však možná není. Maximální tah, který motor poskytuje, činí 74 kN (přesně 74 730 N). Motor si navrhl sám vývojový tým, ale některé složitější části si nechal vyrobit u externího výrobce. O tuto pozici se ucházely dvě firmy, konkrétně eAc a SpaceDev, po sérii testů nakonec byla za dodavatele vybrána společnost SpaceDev. Ve vesmírném prostoru, kde z důvodu vakua nejsou konvenční ovládací plochy použitelné, byl stroj vybaven reaktivním pohonem. Tryskami je vyfukován stlačený vzduch, pomocí kterého je možné se strojem manévrovat.

Nejpřevratnější částí celého raketoplánu je sklápěcí křídlo, takzvaný feather, do češtiny převoditelné zhruba jako zapraporování. Přední polovina křídla je standardně pevně upevněna k trupu, ale zadní polovina společně s ocasními nosníky se sklápí vzhůru. Tento manévr slouží k návratu stroje do atmosféry, kdy má za úkol co nejrychleji snížit rychlost stroje, aby se minimalizovalo tepelné namáhání při průletu atmosférou. Raketoplán se tak v podstatě přenastaví do letu na velkém úhlu náběhu (konkrétně tento úhel činí 60 stupňů), kdy je odpor největší, a tedy je i největší s ním spojený pokles rychlosti. Zároveň jde o takzvaně bezstarostný režim, neboť tato konfigurace funguje podobně jako badmintonový míček, který se ve vzduchu sám nasměruje. Stejně tak se nasměruje i celý raketoplán. Pilot proto nemusí do řízení vůbec sáhnout.

Samotný profil letu vstříc vesmíru byl vypracován následovně. Ze země odstartuje mateřský letoun s raketoplánem v podvěsu, vystoupají do výšky mezi 14 a 15 km, zde se raketoplán od nosného letounu oddělí, zažehne raketový motor a pak strmě vystoupe do výšky nad 100 km. Let bude mít charakter paraboly, kdy v důsledku ztráty energie bude stroj zpomalovat až dosáhne vrcholu, a pak začne klesat zpět do zemské atmosféry. Zde během sestupu aktivuje konfiguraci pro bezstarostný návrat, která zajistí co nejrychlejší zpomalení, aby se minimalizovalo namáhání dané třením o houstnoucí vrstvy vzduchu. Po zpomalení na podzvukovou rychlost se překlopí do standardní polohy a klouzavým letem přistane na letišti, odkud odstartoval. Zajímavostí je, že raketoplán z vesmírného letu přistával dřív, než stihl mateřský letoun vyklesat.

A ještě pro úplnost, raketoplán je registrován jako kluzák s registrací N328KF. Ta není náhodná, ale 328KF je zkratkou za 328 tisíc stop (K jakožto tisíc a F jakožto anglická stopa – feet), což v přepočtu na kilometry dělá rovných 100, neboli jde o hranici vesmíru, kterou je třeba v rámci soutěže o získání ceny pokořit. Oficiálně byla SpaceShipOne představena 18. dubna 2003.

Neméně důležitou součástí celého programu je mateřský letoun nazvaný White Knight. Na první pohled zaujme neortodoxními tvary, které již z dálky prozrazují, kdo je konstruktérem. Přední část trupu je stejná jako u raketoplánu. Nad trupem jsou po stranách umístěny dva motory General Electric J-85-GE-5 vybavené přídavným spalováním. Celý trup je usazen na křídle o rozpětí 25 metrů, jež je tvarované přibližně do podoby W, zakončené winglety. Na nejnižších místech křídel je uchycena dvojice ocasních gondol. Ty plynule přecházejí do svislých ocasních ploch, na jejichž vrcholech jsou umístěny vodorovné ocasní plochy. V přední části gondol jsou umístěna nezatahovatelná příďová kola opatřená aerodynamickými kryty, ve střední části gondol jsou pak zatahovací kola hlavního podvozku. Stroj nese registraci N318SL, kde číslo 318 odkazuje na firemní typové označení stroje a písmena S a L pak zkracují Spaceship Launcher (Vypouštěč vesmírné lodě). K prvnímu vzletu došlo 1. srpna 2002.

Ačkoli byl hlavním konstruktérem obou strojů Burt Rutan, neobešel by se bez dalších spolupracovníků. Jedním z nejdůležitějších byl mladý aerodynamik Jim Tighe, který se staral o veškeré řešení zadání spojených s aerodynamikou strojů. Po Rutanově odchodu do důchodu v roce 2011 rozvíjí Tighe jeho myšlenkový odkaz v podobě nekonvenčních konstrukcí letadel v zájmu maximální efektivnosti. Dalším z významných členů vývojového týmu byl například Cory Bird, který se účastnil i letů jako palubní inženýr na palubě mateřského letounu. S raketoplánem měla střídavě létat trojice pilotů, jmenovitě Mike Melvill, který byl vůbec prvním Rutanovým zaměstnancem a nejzkušenějším zalétávacím pilotem, jakého měl k dispozici, Brian Binnie a Pete Siebold. Během všech letů raketoplánu bylo aktivních několik doprovodných letadel, a to v závislosti na konkrétní fázi letu. Jako doprovodná letadla sloužily stroje Beechcraft Duchess, Beechcraft Starship, Dassualt/Dornier Alpha Jet a akrobatická Extra 300, na níž zároveň piloti trénovali akrobacii při vysokých přetíženích, aby se připravili na přetížení při vesmírných letech.

SpaceShipOne a cesta do vesmíru
Protože SpaceShipOne neprošla žádným testem v aerodynamickém tunelu, návrh probíhal jen pomocí počítačových a pěnových modelů, byl první let očekáván s velkým napětím, neboť se teprve nyní měl vývojový tým skutečně dozvědět, jak raketoplán létá. První příprava na let s raketoplánem probíhala už prostřednictvím letů s letounem White Knight, neboť jak již bylo řečeno, oba stroje sdílejí téměř identický kokpit. Samotný první let SpaceShipOne proběhl 20. května 2003. Zároveň šlo již o 24. let mateřského letounu, za jehož řízením seděli Pete Siebold a Brian Binnie. Raketoplán letěl prázdný, všechny jeho systémy byly neaktivní. Cílem tohoto úvodního letu bylo ověřit chování celého systému mateřského letounu s podvěšeným raketoplánem. Měřily se vibrace a vzájemné aerodynamické ovlivňování mezi oběma stroji, a to až do rychlosti Mach 0,53 a do výšky 14 630 metrů. Celková doba letu činila 1,8 hodiny a po přistání oba členové osádky zářili nadšením, protože se ukázalo, že stroj v podvěsu nemá žádné negativní dopady na stabilitu letu či jinak negativně neovlivňuje soustavu.

Druhý let, který byl zároveň prvním, během kterého byl v kabině SpaceShipOne přítomen pilot, i když i tentokrát raketoplán absolvoval celý let pouze v podvěsu, se uskutečnil 29. července 2003. Let o délce trvání 2,1 hodiny si v raketoplánu užil Mike Melvill, který tak měl možnost poprvé pocítit, jak se stroj ve vzduchu chová. Zároveň byly aktivovány důležité systémy, jako například přenos dat z letadla do řídicího střediska na zemi. Že se Melvill do stroje opravdu vžil, se projevilo během přistávání, kdy si neuvědomil, že letí v podvěsu, a přistání tak „řídil“ pomocí ovládacích prvků raketoplánu. To sice nemělo vůbec žádný vliv, ale Melvill si pak mohl z legrace nárokovat pochvalu za povedené přistání.

Třetí let proběhl 7. srpna 2003 a jeho hlavním účelem bylo ozkoušet chování raketoplánu v samostatném klouzavém letu. Za řízením seděl opět Mike Melvill, který se o tomto letu vyjádřil, že se na něj těšil ze všech letů úplně nejméně, protože teprve teď se mělo ukázat, jestli raketoplán vůbec poletí. Tato jeho obava nebyla neopodstatněná, protože letové zkoušky se obvykle provádí v postupných krocích, kdy se začne pojížděním, ověří se chování systémů na zemi, a teprve poté se uskuteční první vzlety, ať už pouze nad drahou anebo v nejbližším okolí letiště. V případě raketoplánu se s takovými letovými testy začalo ve výšce 14 330 metrů, kde se SpaceShipOne ve vzdálenosti 19 km od mohavského letiště odpojila od mateřského letounu a absolvovala prvních 19 minut klouzavého letu. Patrně se projevily kvality Burta Rutana a jeho vývojového týmu, protože let proběhl na výbornou.

Ke čtvrtému letu došlo 27. srpna 2003. Do raketoplánu i tentokrát usedl Mike Melvill a původním záměrem bylo další rozšíření letové obálky SpaceShipOne v samostatném klouzavém letu. K tomu ale nakonec nedošlo, protože dvacet minut před plánovaným odpojením od mateřského letounu byl detekován problém s avionikou a GPS. White Knight i se svým podvěsem proto zamířil zpět na letiště, kde bezproblémově přistál.

Ještě téhož dne byla závada na avionice odstraněna, a tak mohl Melvill s raketoplánem uskutečnit pátý let. Ve výšce 14 690 metrů byl odhozen a nejprve přivedl stroj až na pádovou rychlost, aby ověřil chování v této situaci, a poté zapraporoval křídlo pro „bezstarostný návrat“. V této konfiguraci následovalo 70sekundové klesání, během kterého byla rychlost klesání 3050 metrů za minutu. Konfigurace se osvědčila jako mimořádně stabilní. Z hlediska ovládání bylo v této fázi zajímavé to, že ke změně směru, kam směřovala příď, nesloužila směrová kormidla, ale křidélka, která by za normálních okolností způsobila rotaci kolem podélné osy, avšak v letu na takto vysokém úhlu náběhu převzala funkci směrovky. Po sklesání o 4 tisíce metrů se raketoplán přestavil do standardní polohy. Přistání bylo zcela bezproblémové.

23. září 2003 se uskutečnil šestý z testovacích letů, který byl stále ještě klouzavý, ale tentokrát raketoplán nesl zátěž přibližující jej k hmotnosti, jakou bude mít s instalovaným motorem. Nic vyloženě pozoruhodného během tohoto letu nenastalo, a tak k sedmému letu mohlo dojít 17. října 2003. Tentokrát byl ocasní nosník dovybaven menšími vodorovnými plochami, před vodorovnou ocasní plochou, což zlepšilo aerodynamické vlastnosti stroje. Na toto vylepšení přišli konstruktéři díky improvizovanému „aerodynamickému tunelu“, kdy vyrobili model ocasních ploch raketoplánu, připevnili jej na střechu auta a následně při jízdě různými rychlostmi ověřovali chování a prováděli měření. Tyto plošky usměrňovaly obtékající vzduch a zlepšovaly chování stroje při zapraporovaném křídle, které Melvill ověřoval i tentokrát.

Osmý let byl zároveň prvním letem, kdy za řízení raketoplánu usedl někdo jiný než Mike Melvill. Pilotem letu dne 14. listopadu 2003 byl tentokrát Pete Siebold. Šlo o zcela bezproblémový test. Zajímavým byl ale let devátý dne 19. listopadu 2003, kdy Melvill simuloval situaci, při níž by musel být přerušen let s plnou zásobou paliva. V takové situaci by pro velkou hmotnost nemohl stroj přistát, a tak cílem tohoto letu bylo vypumpování více než tuny kapaliny z nádrže. Poté následoval 4. prosince 2003 let s pořadovým číslem 10, který měl být zároveň posledním z klouzavých letů před motorovým letem. Tentokrát za řízení raketoplánu usedl třetí z pilotů, Brian Binnie. Od mateřského letounu se odpojil ve výšce 14 750 metrů a během klouzavého letu aktivoval v motoru okysličovadlo, aby se mohlo ověřit jeho proudění motorem, ale k zážehu nedošlo, protože nebylo přítomno palivo.

Konečně jedenáctý let měl být zlomovým bodem. Poprvé mělo dojít k zažehnutí raketového motoru. Pro uskutečnění letu byl záměrně zvolen symbolický den 17. prosince 2003, přesně sto let od vzletu letadla Flyer bratří Wrightů. Za řízením seděl Brian Binnie, který doposud na raketoplánu absolvoval pouhý jeden let, ale měl zkušenosti s nadzvukovými letouny, neboť létal u U. S. NAVY. A tentokrát se očekávalo, že stroj dosáhne díky aktivovanému motoru rychlosti větší než je rychlost zvuku. Binnieho zkušenosti tedy mohly být nesmírně užitečné, protože dosud nikdo netušil, jak se raketoplán bude po zažehnutí motoru chovat, jak zvládne překonání rychlosti zvuku, a zda vůbec celý stroj bude držet pohromadě. Devátý let sliboval přinést odpovědi na množství palčivých otázek. Ve výšce 14 600 metrů se Binnie oddělil od „Bílého rytíře“ a ve výšce 13 530 metrů zažehnul raketový motor. Během 9 sekund již uháněl rychleji než zvuk. Po dalších šesti sekundách Binnie motor vypnul, to měl stroj rychlost Mach 1,2. Setrvačností vystoupal do výšky 20 670 metrů. Zde zapraporoval křídlo a o deset kilometrů níže jej vrátil do výchozí polohy a pokračoval na přistání klouzavým letem. Vše během tohoto letu fungovalo výtečně, avšak při přistání se projevila horší viditelnost z kabiny a Binnie s raketoplánem dosedl poměrně tvrdě, což vedlo ke zlomení levé nohy hlavního podvozku. SpaceShipOne se vinou toho naklopila doleva, vyjela z dráhy a skončila v rozrytém písku pár desítek metrů vedle dráhy.

Oprava stroje si vyžádala tři měsíce, takže k dvanáctému letu došlo 11. března 2004. Po opravě se chtěl vývojový tým ujistit o funkčnosti stroje, a tak šlo jen o klouzavý let. V kokpitu seděl Pete Siebold. Přestože šlo pouze o klouzavý let, pár věcí k ověření tu přeci jen bylo. Stroj dostal na nábežnou hranu křídel a na příď tepelnou ochranu pro návrat atmosférou během nadcházejících očekávaných letů do vesmíru. Nanesením vrstvy tepelné ochrany na křídla došlo k drobným aerodynamickým změnám, takže bylo třeba mírně modifikovat křídlo. K ověření funkčnosti provedených úprav proto sloužil tento let. Kromě toho se zkoušelo i chování reaktivního pohonu, který se bude používat během vesmírných letů při pohybu vakuem. Následující, třináctý let, opět kočíroval Pete Siebold, který si konečně taktéž užil raketový let. 8. dubna 2004 uskutečnil 40sekundový zážeh motoru, což jej vyneslo až do výšky 32 000 metrů. Při návratu bylo křídlo opět zapraporováno, což fungovalo i tentokrát bezchybně. Dosažená výška zatím činila necelou třetinu požadované výšky, ale celý tým si už dělal zálusk na vesmírný let.

Zbývalo ale ještě ověřit jednu věc. Chování zapraporovaného křídla během letu nadzvukovou rychlostí. K tomu sloužil zkušební let s pořadovým číslem 14. Toho se zhostil Mike Melvill dne 13. května 2004. Během raketového letu se ale objevila nepříjemnost, kdy v raketoplánu vysadily přístroje a Melvill tak přišel o veškeré informace. Přesto pokračoval v letu a orientaci stroje korigoval na základě pohledu ven z oken. Motor byl vypnut po 55 sekundách běhu a setrvačností se podařilo vystoupat do výšky 64 430 metrů. Zapraporoval křídlo a během sestupu v této konfiguraci dosáhl rychosti Mach 1,9. Ukázalo se, že při nadzvukových rychlostech je sestup ještě jemnější než při rychlostech podzvukových. Vše se zdálo být připraveno pro pokus o vesmírný let.

K prvnímu vesmírnému letu raketoplánu SpaceShipOne došlo 21. června 2004. V 6 hodin a 47 minut místního času odstartovaly oba stroje z plochy mohavského letiště (KMHV/MHV) v Kalifornii za přítomnosti 12 tisíc přihlížejících diváků. Ve výšce 14 330 metrů se Melvill s raketoplánem odpojil a zažehl motor. Ten jej během deseti sekund hnal nadzvukovou rychlostí vzhůru. Oproti minulému letu byl kvůli zlepšení aerodynamických vlastností protažen potah trupu až téměř k otvoru výstupní trysky. Jak moc pozitivně se tato úprava skutečně projevila je otázkou, ale ukázalo se, že teplota výstupní trysky je natolik vysoká, že se tato nově přidaná část trupu teplem zdeformovala. A to bylo patrně silnou ránou, kterou pilot během letu zaslechl. Zprvu si myslel, že mu upadly ocasní plochy, ale řídicí středisko jej uklidnilo, že je s nimi vše v pořádku, jak dokazoval přímý přenos z kamer na palubě. Po 76 sekundách motor vypnul a pokračoval až do výšky 100 124 metrů. Pouhých 124 metrů nad hranici vesmíru. Ale i toto bylo ohromným úspěchem. Původně se počítalo s výškou alespoň o devět kilometrů větší, ale kvůli drobnému odchýlení od plánované trajektorie stroj ztratil něco z energie. Přesto do vesmíru doletěl. Ve stavu beztíže srávil Melvill 3 a půl minuty, což pro kamery demonstroval rozhozením lentilek, které se volně vznášely po kabině. Návrat a přistání proběhly bez potíží. Tímto letem se Mike Melvill stal teprve 433. astronautem, který se od roku 1961, kdy učinil první let Jurij Gagarin, dostal do vesmíru. A co víc, stal se prvním astronautem, který se do vesmíru podíval díky iniciativě soukromých subjektů. Až do této doby totiž byl vesmírný program výhradní doménou státních agentur. Proto uskutečnění vesmírného letu plně v režii „nadšených kutilů z garáže“ velice výmluvně ukazuje, že nyní se kosmický prostor otevírá v podstatě celému lidstvu. Právě tento přínos bývá na Ansari X Prize zdůrazňován patrně nejvíce. Federální letecký úřad (FAA) během slavnostního ceremoniálu udělil Melvillovi Křídla komerčního astronauta, a mezi astronauty jej uvítal Edwin Buzz Aldrin, druhý člověk na Měsíci.

Vzhůru za získáním Ansari X Prize
První let nazvaný X1 v rámci pokusu o získání Ansari X Prize proběhl 29. září 2004. Původně měl loď pilotovat Pete Siebold, ten ale naneštěstí na poslední chvíli onemocněl, a tak za něj musel zaskočit Mike Melvill. Letoun White Knight pilotoval Brian Binnie. Protože předcházející let proběhl s pouze jedním pilotem a bez jakékoli dodatečné zátěže, muselo se pro splnění podmínek daných soutěží doplnit do stroje závaží, neboť pravidla si vyžadovala schopnost vynést tři osoby (každou o hmotnosti 90 kg). Členové týmu měli obavu, aby v takovém případě tah motoru stačil pro plánované dosažení výšky, a tak se snažili ze stroje samotného odstranit vše, co nebylo nezbytně nutné pro let, čímž by dosáhli snížení hmotnosti prázdného stroje. To se jim povedlo a snížili jeho hmotnost o 20 kg.

Z mohavského letiště odstartovaly stroje v 7 hodin 12 minut, a po 58 minutách stoupání se SpaceShipOne ve výšce 14 170 metrů oddělila. Pilot aktivoval motor a už jej přetížení tlačilo do sedadla. Během pár sekund letěl stroj již kolmo vzhůru. Vše šlo přesně podle plánu, když 60 sekund po zažehnutí motoru a při rychlosti Mach 2,7 začal stroj prudce rotovat kolem podélné osy. Mezi diváky sledující tento let zavládlo zděšení, tým monitorující let okamžitě začal řešit, co je příčinou rotace. I navzdory rotování lodě si Melvill zachovával chladnou hlavu a nadále pokračoval v letu vzhůru, aniž by vypnul motor. Ve výšce 54 860 metrů, v 77. sekundě běhu motoru, motor vypnul a setrvačností se za neustálého otáčení nechal vynášet k hranici vesmíru. Zapraporoval křídlo a čekal, jestli se mu podaří rotaci zastavit. A skutečně, po 29. otáčce se stroj ustálil a maximální výšky 102 900 metrů dosáhl klidným letem. Ve stavu beztíže strávil 3,5 minuty. Z poletové analýzy se následně podařilo určit, že příčinou rotace stroje bylo příliš strmé stoupání, což se odrazilo v pozměnění techniky stoupání, kdy se nos nezvedal tak strmě. Během návratu dosáhl maximální rychlosti Mach 3 a přetížení až 5,1 g, to vše v konfiguraci „bezstarostného“ návratu. Po návratu zapraporovaného křídla do výchozí polohy následoval 18minutový klouzavý let, během kterého si Melvill střihl i jeden výkrut, aby celkový počet otáček zaokrouhlil na rovných 30, a především aby oslavil úspěšné dosažení vesmíru a svůj status dvojnásobného astronauta. Tímto letem tedy byl splněn jeden z požadavků na získání ceny. Zbývalo tedy během následujících 14 dní let zopakovat.

K tomu došlo již za pět dní, 4. října 2004, v den 47. výročí vzletu prvního člověkem vypuštěného vesmírného objektu, družice Sputnik. Tentokrát se piloti vystřídali, a tak za řízením SpeceShipOne usedl Brian Binnie, zatímco White Knight pilotoval Mike Melvill. Start k letu s názvem X2 proběhl v 6 hodin a 49 minut a přesně po hodině stoupání se ve výšce 14 360 metrů SpaceShipOne oddělila. Vše tentokrát běželo do nejmenšího detailu podle plánu, a tak Binnie ve výšce 64 920 metrů vypnul po 84 sekundách běhu motor, kdy stoupal rychlostí Mach 3,09. Na vrcholu paraboly dosáhl výšky 112 000 metrů, čímž nejen že splnil všechny podmínky pro získání Ansari X Prize, ale mimo jiné i překonal výškový rekord raketového letadla X-15 (který činil 107 800 metrů). Po vypnutí motoru a zapraporování křídla nemusel pilot sáhnout do řízení, pouze využíval reaktivního pohonu, aby měl lepší výhled a mohl z oken pořídt vícero různých fotografií. Stav beztíže pro kamery nedemonstroval lentilkami, ale malým modelem raketoplánu SpaceShipOne. Během návratu stroj dosáhl maximální rychlosti Mach 3,25 a přetížení dosáhlo hodnoty 5,4 g. Po zbrždění na podzvukovou rychlost vrátil křídlo do standardní pozice a klouzal k mohavskému letišti na přistání. Tam Brian Binnie coby v pořadí 434. astronaut dosedl pouhých 24 minut po odhození od mateřského letounu. Společně s desítkami tisíc diváků, mezi nimiž byl například i Scott Crossfield, první člověk, který letěl dvojnásobkem rychlosti zvuku, jej bouřlivě přivítal celý tým včetně šéfkonstruktéra Burta Rutana, sponzora Paula Allena, ředitele soutěže Petera Diamandise, sponzora ceny Anúše Ansáríové a Sira Richarda Bransona, který, jak za chvíli popíši, bude vesmírnou turistiku nadále rozvíjet.

Celkem uskutečnila SpaceShipOne 17 letů, z toho 3 v podvěsu, 8 klouzavých, 3 motorové v atmosféře a 3 vesmírné suborbitální. Úhrnný letový čas činí 4 hodiny, 11 minut a 4 sekundy, celková doba běhu motoru během všech uskutečněných letů je 5 minut a 47 sekund. Nejvyšší dosažená rychlost byla Mach 3,25 a přetížení 5,4 g. Maximální dostup 112 000 metrů.

Doba po získání Ansari X Prize
Po návratu z posledního letu a získání Ansari X Prize se SpaceShipOne do vesmíru již nepodívala. Vznikl sice nápad, že by po dobu následujících pěti měsíců startoval raketoplán každé úterý, aby si mohli vesmírný let užít i Burt Rutan s Paulem Allenem a jejich přátelé, ale k tomu nedošlo kvůli žádosti Národního muzea letectví a kosmonautiky, které po prvním letu, kdy SpaceShipOne dosáhla vesmíru, požádalo, zda by po skončení programu mohla být loď umístěna do tamní expozice. Konstruktér i sponzor souhlasili, a tak se loď mohla vydat na svoji poslední cestu, i když už pouze v podvěsu pod svým mateřským letounem. Před tím ale ještě bylo třeba uvést loď do podoby, v jaké absolvovala svůj první vesmírný let. To obnášelo odstranění několika nálepek, které se na ní objevily až po onom letu, a šlo se dokonce tak daleko, že na trup byla umístěna teplem promáčknutá část trupu u výstupní trysky motoru. Cestou do muzea se ještě White Knight s Mikem Melvillem za řízením a Burtem Rutanem s manželkou ve SpaceShipOne zastavili 27. června 2005 na letišti v Oshkoshi (KOSH/OSH) ve státě Wisconsin, aby si oba stroje mohli prohlédnout lidé z EAA (Experimental Aircraft Association). Potom už následoval let na Dullesovo letiště (KIAD/IAD) ve státě Virginia, odkud odcestoval raketoplán po zemi do nedalekého muzea ve Washingtonu, D. C. Těsně před přistáním došlo k zajímavé příhodě, kdy řídící letového provozu na Dullesově letišti nechtěl povolit přistání, protože SpaceShipOne pod trupem příliš evokovala střelu, což jej vystrašilo. SpaceShipOne byla muzeu oficiálně věnována při slavnostním ceremoniálu 5. října 2005. Důstojnějšího místa se jí ani nemohlo dostat, protože skončila v nejprestižnější expozici Milníků létání v Národním muzeu letectví a kosmonautiky v hlavním městě Spojených států, Washingtonu D. C. V současnosti ji tedy lze spatřit vystavenou po boku letounu Bell X-1 Glamorous Glennis, ve kterém Chuck Yeager jako vůbec první člověk překonal v roce 1947 rychlost zvuku, letounu Ryan NYP Spirit of St. Louis, výše zmíněném stroji, se kterým Charles Lindbergh sám pokořil Atlantský oceán a získal Orteigovu cenu, a návratového modulu Apolla 11, ve kterém se zpátky na Zemi vrátili první lidé, kteří se procházeli po Měsíci. Zkrátka jeden legendární stroj vedle druhého.

Naproti tomu mateřský letoun White Knight do důchodu neodešel a i nadále byl hojně využíván. Díky své unikátní koncepci a schopnostem byl v letech 2005 a 2006 používán ke zkouškám vojenského raketoplánu X-37A, který nosil v podvěsu. Uskutečnil s ním v době od 21. června 2005 do 26. září 2006 celkem 11 letů, přičemž osm z nich bylo upoutaných, kdy s raketoplánem v podvěsu i přistál. Tři lety byly klouzavé, při nichž se raketoplán odpojil a přistál sám. Poté prakticky plynule přešel na další program, když od října do prosince roku 2006 nosil v podvěsu zařízení FlexFoil (viz 12. díl), u kterého se ověřovalo jeho chování v různých letových režimech. Kromě toho byl stroj užíván k mnoha dalším programům, v podvěsu nosil například také radarové pouzdro společnosti Northrop Grumman. K zakončení služby letounu White Knight došlo až v letošním roce, když byl v pondělí 21. července 2014 přelétnut pilotem Peterem Sieboldem na letiště Paine Field (KPAE/PAE) u města Everett ve státě Washington do sbírky Flying Heritage Collection (FHC, Sbírka leteckého dědictví), kterou v roce 2004 založil a vlastní Paul Allen, který od roku 1998 sbírá a renovuje letadla primárně z doby druhé světové války (vlastní však i například MiG-29UB registrace N29UB).

Co se týče nadace X Prize a vůbec celé koncepce stimulačních soutěží, tak ty se dočkaly pozoruhodného rozvoje. Peter Diamandis rozpoznal v nich skrytý potenciál a rozhodl se ve spolupráci s rozličnými sponzory uspořádat množství dalších, i s letectvím nesouvisejících soutěží. Mohli jsme tak sledovat klání na poli mimořádně úsporných vozidel či ve vývoji měsíčních přistávacích modulů nebo metod pro čištění oceánů po ropných haváriích. V současnosti je aktivních pět soutěží a ze 45 témat se vybírají adepti na další soutěže. Podobně i další organizace zaujal tento formát, a tak se vyrojilo mnoho soutěží i mimo nadaci X Prize.

A jako pravděpodobně nejatraktivnější výstup celého programu SpaceShipOne se stal projekt s krycím názvem Tier 1b, ze kterého vzešel raketoplán SpaceShipTwo s mateřským letounem White Knight Two, se kterými pod hlavičkou firmy Virgin Galactic hodlá britský miliardář Sir Richard Branson otevřít vesmír co možná největšímu počtu lidí a zahájit tak éru vesmírné turistiky. Toto úsilí se sice potýká se značnými zdrženími, přesto se zcela nepochybně schyluje k prvnímu komerčnímu vesmírnému letu. Všechno toto dění trpělivě sleduji, a proto věřím, že se i k němu budu moci v blízké době vrátit samostatným článkem v rámci tohoto seriálu.

První soukromý raketoplán SpaceShipOne je výtečnou ukázkou a charakteristikou toho, co můžeme od letectví v jeho druhém století očekávat. Aktivity a projekty 21. století se stále více a intenzivněji zaměřují na otevírání vesmíru, na jeho zpřístupňování širšímu okruhu lidí než doposud. SpaceShipOne tak byla prvním a mimořádně úspěšným krokem, na který se nabalují další a další. Proto pokud bylo nadšení rozpoutané vesmírnými závody v 60. letech zchlazeno jejich náhlým utlumením z důvodu skončení studené války, pak druhé století létání dává tomuto nadšení naději v podobě druhých vesmírných závodů, které díky zapojení komerčního sektoru rozšiřují možnosti a skýtají značný potenciál. Domnívám se, že v tomto směru před sebou máme opravdu mimořádně pozoruhodnou dobu.

Kam dál?
Videozáznam přímého přenosu z letu X1, při kterém Mike Melvill dosáhl výšky 102 900 metrů: http://youtu.be/LXNkUNP75-Q
Videozáznam z posledního přistání letounu White Knight: http://vimeo.com/101368230
Video představující část z Rutanových vizionářských konstrukcí: http://vimeo.com/37318941
Oficiální stránky soutěže Ansari X Prize: http://ansari.xprize.org/

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/SpaceShipOne.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Jim Campbell)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út říjen 14, 2014 8:37 pm    Předmět: Citovat



21. díl – Red Bull Stratos aneb nadzvukový muž Felix Baumgartner

„Občas se musíte dostat opravdu vysoko, abyste pochopili, jak malí jste. Vracím se domů.“ Slova, která pronesl před svým historickým skokem z výšky téměř 39 km rakouský parašutista Felix Baumgartner. Zcela bez nadsázky lze říci, že tímto svým výkonem přepsal část dějin letectví. Navzdory některým názorům, že celý podnik sloužil jen ke zviditelnění značky Red Bull, na následujících řádcích ukáži, že ve skutečnosti šlo o zcela regulérní výzkumný program, v jehož rámci bylo dosaženo ohromně pozoruhodného výkonu, díky kterému si Felix Baumgartner zaslouží své místo v dějinách letectví po boku velikánů, jakými jsou Chuck Yeager anebo Jurij Gagarin.

14. říjen 2012 je dnem, kdy se skokem z výšky 38 969 metrů podařilo vůbec poprvé překonat rychlost zvuku ve volném pádu mimo dopravní prostředek a bez jakéhokoli pohonu. Kromě dosažení několika dalších rekordů bylo získáno velké množství cenných dat a informací o chování lidského těla v extrémních podmínkách, a v neposlední řadě byly položeny základy pro novou generaci systémů umožňujících záchranu lidského života v mimořádně velkých výškách, což je oblast, která s nastupující érou vesmírné turistiky nabývá na významu.

Manhigh, Excelsior a Joe Kittinger
Protože projekt Red Bull Stratos sdílí mnoho styčných bodů s programy, kterých se v druhé polovině padesátých a na počátku šedesátých let účastnil Joseph Kittinger, jenž se stal poradcem, konzultantem a mentorem Stratosu, hodí se je hned zkraje alespoň stručně představit. První z nich byl předstupněm amerického vesmírného programu, ve druhém šlo o zkoušky systému pro záchranu pilotů tehdejších nejmodernějších stíhacích strojů, kteří by byli nuceni se katapultovat ve velkých výškách. Řeč je o projektech Manhigh a Excelsior.

V roce 1957 vypustil Sovětský svaz do vesmíru první umělou družici Sputnik, čímž zahájil kosmickou éru. Zároveň tím získal i náskok v závodech v dobývání vesmíru, kde stál proti Spojeným státům americkým. Družice ale byla bez lidské osádky. Let živého člověka do vesmíru se měl teprve uskutečnit, a rozhodně se mělo jednat o ještě prestižnější událost, která by zastínila i úspěch Sputniku, proto se Spojené státy snažily svého rivala předstihnout a napravit si tak pošramocenou reputaci. Pochopitelně se toho tehdy o účincích vesmírného prostředí na lidský organismus vědělo velice málo, proto se muselo zjistit, jakým podmínkám člověk bude během letu do vesmíru vystaven, a jak zajistit jeho ochranu. Zkoumat vlivy působící na člověka v prostředí blízkém prostředí vesmíru si proto kladl za cíl projekt s názvem Manhigh. Na základě jím získaných poznatků potom byly učiněny další kroky na cestě za pilotovaným vesmírným letem. V hliníkové hermeticky uzavřené přetlakové kapsli o průměru 0,9 m a výšce 2,4 m vystoupal pilot do výšky kolem 30 km, kde množství na palubě umístěných přístrojů sledovalo zejména vlivy záření na lidský organismus při pobytu v mimořádně velkých výškách. Projekt byl složen ze tří částí, přičemž Joe Kittinger se účastnil první z nich, kdy 2. června 1957 dosáhl uvnitř kapsle výšky 29 500 metrů. Kapsli nijak neopouštěl, po celou dobu byl uvnitř a vrátil se v ní zpět na zem. Výzkum pokračoval dalšími dvěma lety, ale již bez Kittingera, který byl převelen k dalšímu výzkumnému programu.

S pokroky v letectví a s příchodem výkonných proudových strojů, které byly schopny létat ve značných výškách, začalo být vážným problémem, jak zajistit záchranu pilotů, kteří budou nuceni uskutečnit katapultáž ve velkých výškách. Prozkoumání možností záchrany člověka, který je nucen opustit stroj při letu ve stratosféře, bylo cílem programu Excelsior. Předcházely mu pokusy se shozem figurín, z nichž vyplynulo, že při seskoku z velmi vysokých výšek má tělo tendenci začít rotovat rychlostí kolem dvou set otáček za minutu, což by pro lidský organismus mělo fatální následky. Pro předcházení takovéto situace byl vyvinut padákový systém, který bylo potřeba ozkoušet v praxi. I tento projekt se skládal ze tří částí, přičemž všech tří se Kittinger účastnil. K prvnímu seskoku došlo 16. listopadu 1959. Ve skafandru na plošině otevřené gondoly zavěšené pod balónem vystoupal do výšky 23 287 metrů, odkud se vrhnul do hlubiny pod sebou. Avšak stabilizační padák, který měl zamezit rotaci, se aktivoval předčasně, pouhé 2,5 sekundy po seskoku z plošiny, což v důsledku malé hustoty vzduchu v dané výšce vedlo k jeho nedostatečnému rozvinutí. Padák se začal točit a dokonce se omotal Kittingerovi kolem krku. Po pár sekundách Kittinger začal rotovat, což se mu zprvu dařilo vyrovnávat, ale rotace postupně dosáhla rychlosti až 120 otáček za minutu, čemuž nedokázal vzdorovat a ztratil vědomí. Probral se až pod vrchlíkem záložního padáku, který se sám díky barometrickému spouštěči otevřel ve výšce 3 tisíce metrů. Tento nepříliš uspokojivý výsledek prvního testu jej ale neodradil, a pustil se do dalšího seskoku, který se uskutečnil 11. prosince 1959, kdy plošinu pod balónem opustil ve výšce 22 768 metrů. Tentokrát všechno fungovalo maximálně precizně bez jediného zádrhelu.

Konečně ke třetímu seskoku, který byl seskokem posledním, došlo 16. srpna 1960. Během stoupání do výšky 31 333 metrů mu ale přestala těsnit pravá rukavice skafandru. V důsledku malého okolního tlaku tak začala jeho pravá ruka nabývat na objemu, až se zvětšila na přibližně dvojnásobek běžné velikosti. Bylo to bolestivé, ale Kittinger měl zároveň obavu, že když tuto svou situaci ohlásí řídicímu středisku, bude muset přerušit stoupání a nařídí mu seskok z menší výšky. Nic proto nehlásil a seskočil z plánované výšky. Šestnáct sekund po opuštění gondoly se otevřel malý stabilizační padák, který byl klíčovým prvkem testovaného systému. Po čtyřech a půl minutách volného pádu ve výšce 5 334 metrů otevřel hlavní padák. Země se dotkl po 13 minutách a 45 sekundách od opuštění gondoly. Seskok z výšky větší než 30 km byl něčím skutečně nevídaným a není se proto čemu divit, že nebyl na dlouhá desetiletí zopakován či dokonce překonán. Pokusů se samozřejmě objevilo několik, ale žádný nebyl korunován úspěchem. Navíc, a to je důležité zmínit, vždy se jednalo o „pouhou“ snahu vytvořit nový rekord. Až teprve projekt Stratos přišel s tím, že se o překonání tohoto rekordu sice pokusí, ale to bude až sekundárním cílem projektu, jehož cílem primárním bude získat cenná data o vlivu seskoků z mimořádně velkých výšek a potenciálně vlivu nadzvukové rychlosti na organismus, díky čemuž se získají podklady pro nové postupy záchrany ve vysokých výškách a novou generaci záchranných a ochranných prostředků pro vesmírné lety.

Za zmínku ještě stojí, že v druhé polovině padesátých let bylo také Československo jedním z míst, kde se v oblasti výškových seskoků děly zajímavé věci. 21. března 1957 totiž trojice výsadkářů ve složení Jaroslav Jehlička, Zdeněk Kaplan a Gustav Koubek uskutečnila skupinový seskok z výšky 12 580 metrů, do které je v pumovnici vynesl letoun Iljušin Il-28 trupového čísla TH-14. Volný pád při tomto seskoku měřil 11 660 metrů. Bezpečně přistáli na vojenském letišti Boží Dar u Milovic. O necelý týden později, 27. března, si tamtéž seskok zopakovali, tentokrát ale v noci, kdy je tentýž letoun opět v pumovnici vynesl do výšky ještě o pár stovek metrů větší. Výška seskoku byla 12 815 metrů a délka volného pádu 12 200 metrů. Šlo o světové rekordy, které nebyly překonány téměř rok.

Red Bull Stratos a Felix Baumgartner
Obdobně jako tomu bylo v případě právě popsaných výzkumných programů, kterých se účastnil Joe Kittinger, šlo i v případě programu Red Bull Stratos o získání dat a informací ohledně možností záchrany člověka z velkých výšek. Takže i zde bylo dosažení rekordů až sekundárním cílem. Význam daného výzkumu získá na váze obzvláště v kontextu dvojice havárií amerických raketoplánů Space Shuttle. K první z nich došlo 28. ledna 1986, kdy 1 minutu a 13 sekund po startu se raketoplán Challenger rozpadl, vinou čěhož zahynulo všech 7 astronautů na palubě. Ke druhé havárii došlo 1. února 2003 během návratu raketoplánu Columbia atmosférou, kdy se kvůli poškození tepelné ochrany raketoplán rozpadl a shořel, a společně s ním i všech sedm astronautů na palubě. Je evidentní, že existence nějakého systému, který by přispěl k možnosti záchrany osádky v podobných situacích, je věc žádoucí. Připočteme-li k tomu zároveň nadcházející dobu vesmírné (a stratosférické) turistiky (viz 20. díl), jde o téma zcela aktuální a vážné. Již nyní můžeme říci, že Stratos přinesl reálné výsledky, které nás směrem k vyšší bezpečnosti těchto oblastí rozhodně posouvají.

Hlavní postavou stratosférického seskoku je rakouský parašutista Felix Baumgartner. Ten již před Stratosem patřil na poli parašutismu k velmi výrazným postavám. První z oblastí, kde proslul, byl tzv. BASE parašutismus (BASE je zkratka složená z počátečních písmen slov Building – budova, Antenna – vysílač, Span – mostní oblouk, Earth – přírodní útvary jako skály apod., což jsou hlavní objekty, ze kterých tito parašutisté skáčou). Stal se 502. členem organizace sdružující parašutisty mající za sebou alespoň jeden BASE seskok. Číslo 502 mu tak bylo přiřazeno coby osobní číslo. V komunitě těchto parašutistů si ale udělal trochu kontroverzní reputaci. Na jedné straně byl uznáván, protože byl prvním člověkem, který seskočil z výškových budov Petronas Towers (452 m) v Kuala Lumpuru v Malajsii a Taipei 101 (509 m) v Tchaj-peji na ostrově Tchaj-wan, které byly svého času nejvyššími budovami světa, na straně druhé si část komunity znepřátelil svým počínáním, kdy si nárokoval prvenství v nejnižším seskoku (29 m) z ruky sochy Krista Spasitele v Rio de Janeiru v Brazílii, což ostatní parašutisté nelibě nesli, protože tento seskok před ním už uskutečnili jiní, ale nechlubili se tím, a navíc udávaná výška není pravdivá, neboť k přistání došlo až mnohem níže na svahu. Přesto Baumgartnerovi nelze upřít, že dosáhl výjimečných výkonů, poněvadž ve výčtu dalších význačných seskoků bychom mohli pokračovat. Druhou významnou částí jeho parašutistické minulosti jsou lety s křídlem připevněným na zádech (ne nepodobným tomu, jaké používá Yves Rossy, známý Tryskový muž, viz 2. díl). V roce 2003 uskutečnil hned dva takovéto podniky. Nejprve zdolal klouzavým letem lamanšský průliv, když vyskočil z letadla Shorts SC-7 Skyvan nad anglickým městem Dover ve výšce 9 144 metrů a přes 34 km široký průliv doplachtil nad francouzské město Calais, kde otevřel padák a přistál. Následně si ještě s křídlem na zádech zazávodil proti letounu Pilatus PC-6 Turbo Porter nad pouští v Arizoně, který dokázal v téměř střemhlavém letu předlétnout a závod vyhrát. Bez debat nejslavnějším počinem se ale stal seskok ze stratosféry.

Za počátek projektu Stratos lze označit rok 2005, kdy začal Baumgartner společně se svým sponzorem, rakouským výrobcem energetických nápojů Red Bull, řešit možnosti, zda a jak uskutečnit výškový seskok. Seriózních rozměrů nabral tento program až v roce 2007, kdy se k němu připojil Art Thompson, mimořádně zkušený inženýr, který se dříve podílel ve společnosti Northrop na vývoji „neviditelného“ bombardéru B-2 Spirit. Pověřen byl nejen vývojem a výrobou kapsle u své firmy Sage Cheshire Aerospace sidlící v kalifornském Lancasteru, která měla parašutistu vynést do stratosféry, ale i vedením celého projektu. V následujících dvou letech se do týmu přidala další velká jména, neboť coby konzultant a poradce se připojil Joe Kittinger. Je zajímavé, že o jeho pomoc projevily zájem už dříve skupiny, které se snažily jeho seskok překonat, ale pokaždé odmítl. Až tentokrát na nabídku kývl a připojil se, neboť na rozdíl od předchozích snah byla tato primárně zaměřená na získání vědecky přínosných poznatků a nikoli na „pouhé“ trhání rekordů. Dalším z velkých jmen byl Jonathan Clark, lékař specializující se na leteckou medicínu, který se v minulosti staral i o zdraví amerických astronautů. A co víc, jeho zájem o vývoj systému pro záchranu ve velkých výškách se stal obzvlášť osobním poté, co jeho manželka Lauren Clarková zahynula 1. února 2003 na palubě raketoplánu Columbia, který se rozpadl a shořel během návratu zpět na Zemi. O své poznatky ohledně výškových letů se podělil taktéž Einar Enevoldson, jeden z nejzkušenějších pilotů výškových letadel na světě (viz 17. díl). Svým dílem přispěli i další členové týmu, kterých bylo přibližně dvě stě. Zakázku na výrobu skafandru přijala firma David Clark, legendární výrobce skafandrů, anti-g obleků a dalšího leteckého příslušenství, čímž vůbec poprvé za svou více než 60 let trvající existenci přistoupila na výrobu skafandru pro nevládního zákazníka. Pojďme se na technickou výbavu projektu Stratos podívat blíže.

Aby bylo možné samotný seskok ze stratosféry vůbec podniknout, bylo třeba tam Baumgartnera nějak dopravit. Z důvodu poměrně dlouhého výstupu byla zvolena uzavřená přetlaková kapsle. Ta zajišťovala jak ochranu před okolním prostředím, tak i relativní pohodlí během stoupání, protože skafandr nemusel být nafouknutý celou cestu, ale nafoukl se až krátce před samotným seskokem. Protože byla kapsle během letu vystavena velkým změnám teplot během docela krátkého časového úseku (nejnižší okolní teplota činila -70,9 °C, nejvyšší 19,6 °C), byl na její výrobu zvolen sklolaminát. Ten snáší tyto teplotní výkyvy velmi dobře. A ačkoli byla venkovní teplota velice nízká, uvnitř kapsle klesla teplota nejníže k -10,5 °C. Základ kapsle tvoří vnitřní přetlakový oddíl vyrobený ze sklolaminátu a epoxydové pryskyřice o průměru 1,8 metru, který je vsazen do klece vyrobené z chrom-molybdenové oceli, která slouží jako výztuha celé kapsle, a toto vše se nachází uvnitř vnější slupky. K její výrobě bylo využito opět sklolaminátu, pod nímž je vrstva izolační pěny, která má sloužit coby tepelná izolace od vnějších nízkých teplot. Vnější průměr celé kapsle je 2,4 metru, na výšku má 3,3 metru. Ke vstupu slouží dveře o průměru 1,2 metru vyrobené z akrylátového skla (PMMA). Spodní část tvoří schránka se dvěma trojicemi lithium-iontových baterií. Ty jsou od sebe navzájem odděleny, přičemž jedna trojice slouží pro napájení všech systémů podpory života a přístrojového vybavení, druhá trojice potom pro napájení kamerového systému. Kolem této spodní části je ještě deformační zóna, která je navržena tak, aby co nejlépe absorbovala náraz při dosednutí na zem. Má odolat přetížení až 12 g. Během všech letů se přetížení pohybovalo mezi 4,5 až 8 g. Jde o pět centimetrů silný hliníkový panel složený z několika menších vrstev se strukturou včelí plástve. Povrch pak opět tvoří sklolaminátový obal. Tato spodní ochranná část je jedinou částí kapsle, která se po každém letu vyměňuje za novou. Důležitou součástí byly také videokamery a fotoaparáty. Ty sloužily hlavně pro co nejlepší prostorovou orientaci řídicího střediska a parašutisty na palubě, a následně také pro záznam události a jeho videopřenos během živého vysílání rekordního seskoku. Uvnitř kapsle byly dvě videokamery s vysokým rozlišením a jeden digitální fotoaparát, zatímco venku bylo sedm videokamer s velkým rozlišením, dvě videokamery s rozlišením 4K a dva digitální fotoaparáty. A pro úplnost, kapsle je zaregistrována jako balón a nese registraci N502FB, kde číslo 502 je, jak jsme si řekli výše, Baumgartnerovým osobním číslem v komunitě BASE parašutistů a FB jsou pak jeho iniciály.

O vynesení kapsle do stratosféry se staral héliem naplněný balón. V případě Stratosu byl balón vyroben z proužků polyethylenu, jejichž tloušťka činila 0,02 mm. Prázdný balón měl délku 180,5 m, naplněný héliem pak ve stratosféře v době seskoku měl na výšku 102 metrů a v průměru 129 metrů. Hmotnost prázdného balónu je 1 682 kg. Balón byl héliem naplněn tak, aby vystoupal do výšky přibližně 37 km, kde se měla jeho hustota vyrovnat s hustotou okolního prostředí, a tedy ustálit a již více nestoupat. Po seskoku se kapsle od padáku oddělila a snesla na padáku, zatímco oddělením kapsle došlo k prostřižení otvoru do pláště balónu, čímž se vypustilo hélium, načež prázdná slupka balónu klesla zpět na zem.

Padákové přistání kapsle si taktéž zaslouží pozornost. Navržen byl pro tento účel speciální padák. Ten se nejprve otevřel pouze na velikost 5 metrů v průměru a následně až ve výšce 6 096 metrů se automaticky rozvinul na svoji plnou velikost, která činí 30 metrů v průměru. Díky malé ploše polorozvinutého padáku je rychlost sestupu dost vysoká (až 563 km/h), což je žádoucí z toho důvodu, kdyby v kapsli z nějakého důvodu zůstal parašutista a vyžadoval si co nejrychlejší lékařskou pomoc. Čím kratší je doba sestupu, tím větší je šance na záchranu. Doba klesání kapsle na zem z nejvyšší výšky činila 20 minut. Další z výhod, kterou prvotní sestup pod menším padákem přináší, je, že nedochází k tak výraznému horizontálnímu pohybu, takže kapsle neuletí příliš daleko od místa seskoku.

Kapitolou samou o sobě je skafandr. O jeho výrobu se postarala firma David Clark, která již dlouhou řadu let dodává skafandry americkým astronautům a pilotům výškových letadel. Při návrhu skafandru pro Felixe Baumgartnera proto vycházela ze standardních běžně vyráběných skafandrů. Ty jsou ale primárně navrženy tak, aby byly maximálně funkční během sezení, pro vzpřímený postoj a pohyb jsou v nafouknutém stavu téměř nepoužitelné. Z tohoto důvodu museli pracovníci firmy skafandr dost výrazně přepracovat, neboť pro seskok z kapsle byl vzpřímený postoj zcela zásadní. Největšími změnami prošly především místa v oblasti kloubů (ramena, kolena apod.), aby se získala co největší volnost pohybu a bylo možné realizovat všechny potřebné pohyby. Při návrhu se šlo dokonce tak daleko, že skafandr byl vyroben přímo na základě Baumgartnerovy fyziologie, tedy mu byl „ušit na míru“. Běžně se skafandry vyrábí ve dvanácti standardních velikostních provedeních, piloti si z nich vybírají tu, která jim padne nejlépe. Protože šlo o velmi významně vylepšený a upravený skafandr, bylo pro něj zavedeno nové označení. Vyrobeny byly celkem tři kusy, přičemž nesou označení S01, S02 a S03. V případě S01 šlo o prototyp, který sloužil k základním testům. S02 byl používán během testů v přetlakových komorách a pro 1. a 3. seskok ze stratosféry. Skafandr S03 byl použit pro 2. seskok ze stratosféry. Po jednotlivých seskocích i testech prošly skafandry zevrubnou kontrolou u výrobce, který se snažil najít případná poškození a pochopitelně je následně odstranit. K radosti všech se ale ukázalo, že za celou dobu nedošlo k jediné závadě a skafandry se stoprocentně osvědčily.

Nedílnou součástí skafandrů byl na hrudníku nesený blok výstroje. Ten obsahoval veškeré přístrojové vybavení potřebné jak pro pilota, tak pro záznam a přenos dat. Konkrétně se v tomto balíčku nacházely tři jednotky GPS, dvojice záznamníků dat, inerciální měřicí jednotka, akcelerometr, rychloměr, nůž, radiovysílač a přijímač, lithium-iontové baterie pro napájení veškeré elektroniky a také pro pohon topení vyhřívající čelní štítek přilby, a videokamera namířená na přilbu. Protože byl tento balík výbavy poměrně dost velký a ztěžoval výhled, zejména během přistání, bylo možné jej na jedné straně odepnout, čímž sklouzl na bok a uvolníl parašutistovi výhled přímo pod sebe. Umístění bloku výstroje na hrudníku mělo své opodstatnění, neboť díky této pozici bylo parašutistovo těžiště (a tedy i střed rotace) blízko hlavy, což mělo omezit riziko překrvení hlavy, pokud by se dostal do nebezpečné rotace.

Opomenout nelze ani zcela zásadní součást výstroje parašutisty – padák. Opět bylo třeba vyvinout pro potřeby seskoku vlastní padák. Například veškeré ovládací prvky a úchyty padáku musely být upraveny tak, aby je bylo možné bezproblémově uchopit rukavicemi nafouknutého skafandru. Byl použit padák typu křídlo, avšak ten má menší plochu než jaká by odpovídala hmotnosti parašutisty a jeho výstroje, neboť cílem bylo dostat jej co nejdříve na zem, kdyby během seskoku došlo k nějaké neočekávané události, která by si vyžadovala lékařský zásah. K dalším specifikům výbavy patřilo, že bylo možné odhodit záložní padák. K této na první pohled paradoxní možnosti se rozhodli konstruktéři proto, aby maximálně zvýšili bezpečnost. Protože je padákový systém vybaven zařízením, které dokáže zcela automaticky otevřít záložní padák v předem určené výšce, jako bezpečnostní opatření před poruchou tohoto zařízení, které by například aktivovalo záložní padák v příliš velké výšce, sloužila možnost jej odhodit. V takovém případě by parašutistovi stále zůstával padák hlavní. Na základě znalostí Joe Kittingera byl Baumgartner vybaven také malým stabilizačním padákem, který mohl použít, pokud by začal velice rychle rotovat a nebyl schopný let ustálit. Tento stabilizační padák se mohl aktivovat jak manuálně, tak automaticky, a to tehdy, když by přetížení 3,5 g působilo po dobu delší než 6 sekund, ale ne dříve než 38 sekund po opuštění kapsle, protože ve výšce s nízkou hustotou vzduchu by jeho aktivace mohla být nebezpečná. Po obou stranách padákové výstroje byly uloženy dvě lahve s kyslíkem. Jedna hlavní, druhá záložní. V padákové výstroji byla umístěna ještě čtvrtá GPS jednotka, jejíž anténa se nacházela na zadní straně přilby. Celková parašutistická výbava měla hmotnost 27 kg.

Letové testy byly rozplánovaný do několika kroků, během kterých docházelo k rozšiřování letové obálky. Co se týče skafandru, ten dostal Baumgartner k dispozici v roce 2008. Protože dosud v ničem podobném neskákal, bylo třeba, aby se v něm naučil cítit „jako doma“. K tomu nejprve sloužily lety ve vertikálním větrném tunelu a také více než padesát seskoků z letounů a vrtulníků v běžných výškách, nejprve s nenafouknutým skafandrem a postupně se stále více přetlakovaným. Díky tomu si mohl zvyknout na seskoky, během kterých vůbec necítil vnější prostředí, na což rozhodně parašutisté nejsou zvyklí. Dalším typem zkoušek byly skoky na laně (bungee jumping) ve skafandru z pevné plošiny. Jejich smysl spočíval v tom, aby se Baumgartner naučil skákat maximálně stabilně bez nějakých hybných momentů. Co možná nejstabilnější seskok byl potřeba proto, aby se hned po opuštění kapsle nedostal v prostředí s nízkou hustotou vzduchu do rotace, protože tu by v takových podmínkách nemohl zastavit, neboť k tomu by byl zapotřebí reaktivní pohon, který ale pochopitelně neměl. Konečně třetím typem zkoušek před tím, než se měl vydat v kapsli do vzduchu, byly testy v přetlakových komorách. Ty dokáží simulovat podmínky atmosférického prostředí (tlak, teplota apod.), proto jsou ideálním místem, kde se co nejlépe připravit na skutečný let. Šest těchto testů proběhlo v komoře ve Wyle Facility na základně Brooks City-Base u města San Antonio v Texasu, kde byly simulovány podmínky až do výšky 37,5 km. Dalších pět testů v přetlakové komoře bylo provedeno na Bealeově letecké základně v Kalifornii, tentokrát až do výšky 39,6 km. Paralelně procházela zkouškami i kapsle. Ta byla jednak taktéž společně s parašutistou součástí testů v přetlakových komorách, a následně provedla dva skutečné lety (v prosinci 2011 a lednu 2012), ale zatím bez osádky. Program Stratos postihly dvě události, které způsobily jeho drobné zdržení. Jednak šlo o soudní při, kdy si jeden člověk nárokoval duševní vlastnictví celého programu a tvrdil, že mu byl nápad ukraden, druhým zdržením byly nenadálé projevy klaustrofobie, které postihly Baumgartnera. Ten zažíval velké pocity úzkosti, když byl uzavřen ve skafandru, načež jej zcela odmítl nosit. Problémů jej zbavila až cvičení se sportovním terapeutem.

K prvnímu seskoku došlo 15. března 2012, kdy Baumgartner skákal z výšky 21 828,3 m. Během seskoku dosáhl maximální rychlosti 586,92 km/h. Druhý seskok se uskutečnil 25. července 2012. Tentokrát byl v mnoha ohledech rekordní, protože výška seskoku byla 29 610 m, volný pád měřil 25 674 m a nejvyšší dosažená rychlost činila 869,3 km/h. Významný byl z toho důvodu, že jím byl překonán rekord délky volného pádu, který dosud držel Jevgenij Andrejev skokem v rámci programu Volga. Po seskoku byla standardně oddělena kapsle od balónu, avšak došlo k závadě na systému rozbalování padáku, v důsledku čehož se v požadované výšce nerozvinul do plného průměru a až na zem klesal pod polorozvinutým vrchlíkem. Přistávací rychlost kapsle tak činila 61 km/h, ale deformační přistávací část se osvědčila a náraz svou deformací účinně absorbovala a vše ostatní zůstalo neporušené. Přesto Sage Cheshire převezla celou kapsli do svých dílen, celou ji rozebrala a zkontrolovala, některé části byly pro jistotu nahrazeny za nové a celá znovu složená sestava prošla certifikací v přetlakové komoře. Zároveň byl otevírací mechanismus padáku přepracován, aby se závada již nemohla opakovat. Z poletové analýzy získaných dat se ukázalo, že přírůstek rychlosti mezi prvním a druhým seskokem není tak velký, jak se očekávalo, takže začalo být otázkou, zda se podaří při třetím seskoku Baumgartnerovi rychlost zvuku nakonec překonat. K prověření této pochybnosti mělo dojít 9. října 2012, ale během plnění balónu héliem se vinou poryvu větru část balónu dotkla země, což mohlo jeho tenký plášť poškodit. Z bezpečnostních důvodů bylo od seskoku tento den upuštěno a pokus o seskok odložen.

Odklad nebyl dlouhý a k poslednímu a zároveň historickému seskoku došlo o pět dní později, 14. října 2012. Toto datum bylo obzvláště symbolické, protože přesně tentýž den před 65 lety byla zvuková bariéra poprvé prolomena, když Chuck Yeager letěl v raketovém letounu Bell X-1 rychlostí Mach 1,06 (1 100 km/h). Ještě před rozedněním začaly na letišti v Roswellu (KROW/ROW) v Novém Mexiku probíhat přípravy k letu čištěním dráhy a následným rozbalením balónu. K samotnému startu byl zapotřebí co nejklidnější vítr, avšak tentokrát jeho rychlost až desetinásobně překračovala povolené limity pro bezpečný start balónu. Naštěstí se ale během krátké doby ztišil, a tak se mohl v 9.28 místního času vydat Baumgartner vstříc stratosféře. Po celou dobu s ním komunikoval z řídicího centra Kittinger, který jej tak nejen psychicky podporoval, ale zároveň jej častými dotazy na hodnoty měřicích zařízení v kapsli nutil nepolevovat v pozornosti. Během stoupání do výšky seskoku se objevila nepříjemnost s čelním štítem přilby, který se začal mlžit. To byl vážný problém, který mohl mít dopad na úspěšnost celého dnešního pokusu o seskok. Naštěstí po krátké chvíli začalo mlžení ustupovat, a tak bylo vydáno rozhodnutí o uskutečnění seskoku. Parašutista po vystoupání do výšky seskoku postupně přetlakoval skafandr, odpojil se od přívodu kyslíku z kapsle, kapsli dehermetizoval a vydal se na malou plošinu před vstupním otvorem, kde se postavil a připravil ke skoku. Zařízení snímající informace o jeho těle ukázaly, že v tento moment dosahoval tep rychlosti přes 180 úderů srdce za minutu. Před samotným krokem do hlubiny pod sebou pronesl ještě slova zmíněná v samotném úvodu, a pak skočil. Tento dechberoucí okamžik sledovalo v přímém přenosu na serveru YouTube přes osm milionů diváků, další miliony pak prostřednictvím přímého přenosu, který vysílaly televizní stanice po celém světě. V 34. sekundě volného pádu ve výšce 33 446 m dosáhl rychlosti Mach 1. Nejvyšší rychlosti Mach 1,25 dosáhl v 50. sekundě volného pádu ve výšce 27 833 m. Zpět do oblasti podzvukové rychlosti se dostal v 64. sekundě ve výšce 22 960,7 m, což znamená, že nadzvukovým letem strávil rovných 30 sekund svého volného pádu. Krátce před tím, v 63. sekundě, se dostal do vývrtky, ze které se dostal v 77. sekundě. Celková doba volného pádu činila 4 minuty a 19 sekund. Někteří diváci na zemi tvrdili, že slyšeli aerodynamický třesk způsobený prolomením zvukové bariéry. Divácky atraktivním výsledkem tohoto seskoku bylo překonání trojice rekordů. Za prvé šlo o seskok z největší výšky, která činila 38 969,4 metru. Za druhé bylo dosaženo nejvyšší rychlosti během volného pádu bez stabilizačního zařízení, a to 1 357,6 km/h neboli Mach 1,25. Konečně za třetí bylo dosaženo největší délky volného pádu bez stabilizačního zařízení, konkrétně 36 402,6 metru. Tyto tři rekordy byly uznány Mezinárodní leteckou federací (Fédération Aéronautique Internationale, FAI). Neoficiálně bylo ještě dosaženo největší výšky letu pilotovaného balónu, a to 39 068,5 m, kam balón vystoupal chvíli před výskokem, než se ustálil ve výšce o pár desítek metrů menší, a taktéž nejvyšší horizontální rychlosti pilotovaného balónu, která činila 218,3 km/h.

Seskokem se podařilo prokázat, že lze ve volném pádu překročit rychlost zvuku, a především byla získána data k dalším rozborům ohledně působení takto vysokých rychlostí (včetně rázových vln) na lidské tělo. A co více, firma David Clark rozšířila letovou obálku svých skafandrů a získala poznatky, které lze přímo aplikovat na novou generaci skafandrů. Na základě získaných informací je možné vypracovat nové postupy pro záchranu člověka z ještě větších výšek než doposud, což je v případě vesmírných letů (vzpomeňme na zmíněné raketoplány Challenger a Columbia) a vesmírné turistiky (o jejích prvopočátcích viz minulý díl) mimořádně užitečné. Firma Sage Cheshire, která vyvinula a postavila přetlakovou kapsli, vyvinula na jejím základě kapsli určenou především pro vědecké účely, takže ji nabízí zájemcům o výzkum stratosféry. Jiná společnost se inspirovala a vyvíjí kapsli vlastní, se kterou chce podnikat komerční turistické lety do stratosféry pro zájemce o téměř vesmírnou turistiku. Co se ještě týče inspirace, nelze pochybovat, že z těch osmi milionů diváků, kteří sledovali přímý přenos na internetu, byl někdo natolik nadchnut, že se rozhodne pro studium strojírenství a podobných oborů, což může v budoucnu vyústit do dalších velkých projektů. K šíření nadšení určitě přispívají i četné výstavy, kde mají návštěvníci příležitost na vlastní oči spatřit kapsli, skafandr i Felixe Baumgartnera. Českým leteckým nadšencům byla taková výstava asi nejblíže v roce 2013 během leteckého dne Airpower Zeltweg na rakouské letecké základně Zeltweg, případně během dlouhodobější výstavy v Hangáru 7 na letišti v Salzburgu, kde sídlí flotila letadel firmy Red Bull.

Z právě řečeného je myslím zcela evidentní, že program Stratos nebyl „frajerskou“ reklamou na limonádu, ale plnohodnotným výzkumným programem, během kterého bylo získáno mnoho zcela nových hodnotných informací. Nebyli bychom ale upřímní, kdybychom tvrdili, že Red Bull nechtěl těžit z popularity celého počinu, ale stejně tak bychom nebyli upřímní, kdybychom tvrdili, že o zvýšení prodejů plechovek šlo v prvé řadě. Toho bylo ostatně možné dosáhnout mnohem snazší cestou. Nelze ale nijak popřít, že z marketingového hlediska šlo o prvotřídně provedenou akci. V tomto ohledu patří Red Bull ke světové špičce a z každé akce dokáže vytěžit maximum. Přesto se zdá, že dokonale zvládnutá prezentace rekordního seskoku vrhla na celý program ne zcela adekvátní světlo, protože jeho vědecky zaměřená povaha byla zastíněna „pouhým“ rekordním sportovním výkonem. Zároveň se zdá, že přímý přenos seskoku dne 14. října 2012 byl pro dnešní mladou generaci podobně silným zážitkem, jakým byl přímý přenos přistání Apolla 11 na Měsíci pro generace předchozí. A stejně jako tomu bylo u projektu, o kterém jsme se bavili v předchozím díle, i tentokrát jsme se dotkli skutečnosti, která se zdá být charakteristickou pro letectví v jeho druhých sto letech, totiž narůstající schopností soukromých společností, které dokáží realizovat projekty, které byly dříve výhradní doménou státních agentur.

Kam dál?
Oficiální stránky projektu Red Bull Stratos: http://www.redbullstratos.com/
Video shrnující rekordní skok: http://youtu.be/FHtvDA0W34I
Video celého seskoku z kamer umístěných na skafandru včetně důležitých údajů o seskoku (výška, rychlost, přetížení, tep, atd.): http://youtu.be/raiFrxbHxV0
Fotografie Baumgartnera, kapsle i skafandru z leteckého dne v Zeltwegu v roce 2013: http://airspotter.eu/zeltweg13.html

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/RedBullStratos.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Red Bull Stratos)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út listopad 04, 2014 9:55 am    Předmět: Citovat



22. díl – Eurocopter X3 aneb evropská cesta za rychlým vrtulníkem

Rychlé vrtulníky můžeme bez nadsázky označit za jeden ze svatých grálů letectví. Praktičnost takovéhoto stroje podněcuje letecké konstruktéry k vývoji nových řešení, která by dokázala spojit vlastnosti letounů a vrtulníků do jednoho funkčního celku. Snaze vyvinout mimořádně rychlý vrtulník, který by si zachovával schopnost svislého vzletu a přistání, a zároveň by vynikal cestovní rychlostí blízkou rychlostem letounů, jsme se v rámci tohoto seriálu již věnovali. V 18. díle, na který dnes budu několikrát odkazovat, jsme si představili rychlostního rekordmana v podobě amerického stroje Schweizer SHM-41A známějšího pod označením Sikorsky X2. Tentokrát se podíváme na evropský přístup k vývoji rychlého vrtulníku, jehož výsledkem je stroj pojmenovaný Eurocopter X3, respektive přesněji „X krychlový“. Ten se může pyšnit dosažením maximální rychlosti nepatrně vyšší, než jaké dosáhl jeho americký konkurent, neboť 7. června 2013 ukázala ručička jeho rychloměru hodnotu 472 km/h (255 uzlů).

Na vrtulník je to skutečně impozantní rychlost, kterou se již velmi přibližuje klasickým letounům. U Eurocopteru X3 však stejně jako u Sikorského vrtulníku platí, že k dosažení takto vysoké rychlosti není zvoleno klasické vrtulníkové uspořádání, ale kombinované uspořádání, které má vlastní název gyrodyn. To znamená, že standardní vrtulník je vybaven nosným rotorem a rotorem vyrovnávacím, který eliminuje reakční moment vznikající otáčením nosného rotoru, kdežto u gyrodynu je nosný rotor doplněn nějakým dalším typem pohonu, a díky tomu je mnohdy zcela odstraněna potřeba rotoru vyrovnávacího. V případě X3 jsou tímto dodatečným pohonem dvě tažné vrtule umístěné v gondolách na konci krátkých křídel určené pro vytváření tahu pro dopředný pohyb. Zároveň tím, že mají různou rychlost otáček, vyrovnávají reakční moment. K dosažení vysokých rychlostí taktéž dopomáhají křídla, která jednak slouží coby nosníky gondol tažných vrtulí, ale také vytváří nezanedbatelné množství vztlaku (uvádí se až 40 %), čímž odlehčují nosný rotor. Takže tažné vrtule ve spolupráci s pevnými nosnými plochami jsou klíčem, který otevírá cestu k vysokým rychlostem, jež je v případě klasických vrtulníků principiálně zahrazena fyzikou otáčejících se rotorových listů, kdy rotorové listy pohybující se po směru letu nevytvářejí v určitých oblastech vztlak, což vede k nárustu odporu a ke snížení efektivnosti letu, vinou čehož nedokáže klasický vrtulník překonat rychlost nepatrně vyšší než 400 km/h.

Eurocopter X3 je tedy takovou „skládačkou“. A to platí dvojnásob, když se podíváme na díly, které konstruktéři využili k jeho stavbě. Vyvíjeli jen minimum zcela nových částí, neboť většinu součástek převzali z různých strojů z produkce Eurocopteru. V zásadě tak chtěli vytvořit vrtulník, který by byl výkonnostně o třídu výš než současné typy, ale zároveň by s nimi sdílel většinu částí. Za základ proto posloužil vrtulník Eurocopter AS365N3 Dauphin, pětilistý nosný rotor o průměru 12,6 metru byl přejat z jeho novější verze Eurocopter EC 155 a konečně převodovka pochází z typu Eurocopter EC 175. Zcela nově byly postaveny rozměrné ocasní plochy, které nahrazují původní vyrovnávací rotor, který už není potřeba. Na ocasním nosníku je tak uchycena vodorovná ocasní plocha, na jejichž koncích je dvojice svislých ocasních ploch. Stejně tak jsou nově vyrobena obdélníková křídla na bocích trupu, která nesou gondoly tažných pětilistých dřevěných vrtulí. Na horní části trupu je nově rozměrný kryt motorů, který dává celému vrtulníku hodně masivní vzezření. Stroj má zatahovací kolový podvozek příďového typu. O pohon se stará dvojice turbohřídelových motorů Rolls-Royce Turboméca RTM 322, každý o výkonu 1 693 kW, který je rozváděn mezi nosný rotor a dvojici tažných vrtulí. Protože stroj vychází z typu Dauphin, má kapacitu 13 osob, tj. dva piloti a 11 cestujících. Po celou dobu nesl registraci F-ZXXX.

Vývoj vrtulníku probíhal nejprve v tajnosti od ledna 2008, první informace o něm prosákly ven na konferenci výrobce motorů Rolls-Royce během výstavy Heli-Expo v kalifornském Anaheimu dne 22. února 2009. Zde zástupci motorářské firmy oznámili, že jejich motor bude součástí nového rekordního vrtulníku, na kterém pracuje Eurocopter. Ten ale odmítl se k tématu jakkoli vyjadřovat. Oficiálně byl stroj představen až v pondělí 27. září 2010 na vojenské základně Istres-Le Tubé (LFMI) poblíž Marseille. To již měl za sebou první let, ke kterému došlo 6. září 2010 na tomtéž letišti, jež bylo zvoleno záměrně kvůli utajení projektu. Osádku tvořil pilot Hervé Jammayrac a palubní inženýr Daniel Semioli. Stejně jako tomu bylo u Sikorského vrtulníku, i Eurocopter měl letové testy rozplánovány do jednotlivých etap, během nichž mělo postupně docházet k rozšiřování letové obálky. Cílem první fáze bylo dosažení rychlosti 333 km/h. K tomu došlo 29. listopadu 2010. Na základě poznatků získaných během této úvodní fáze testů dostal stroj přepracovanou převodovku rozvádějící výkon od motorů mezi rotor a vrtule a prošel zevrubnou prohlídkou, aby přešel do druhé fáze zkušebních testů, které se již uskutečnily na letišti Marseille Provence (LFML/MRS) v Marignane, kde sídlí ředitelství a vývojové středisko Eurocopteru. Cílem této druhé fáze bylo dosažení rychlosti 407 km/h. Té dosáhl a dokonce ji i překonal dne 12. května 2011, kdy Eurocopter X3 uháněl rychlostí 430 km/h. Tím byl ukončen zamýšlený program letových testů, během kterých bylo získáno obrovské množství dat pro další analýzy, například o chování nosného rotoru během vysokých rychlostí.

V roce 2012 se stroj vydal na předváděcí turné po Spojených státech amerických. Hlavním smyslem této US Demo Tour byl průzkum trhu, kdy si chtěl Eurocopter ověřit, zda mají zákazníci na severoamerickém kontinentu zájem o tento typ vrtulníku. Předváděcí lety s možností vyzkoušení pilotáže demonstrátoru X3 byly určeny pro zájemce jak z civilní, tak armádní sféry. Stroj byl nejprve 11. června 2012 dopraven v útrobách Antonovu 124 Ruslan společnosti Volga-Dnepr do texaského Dallasu (KDFW/DFW), kde byl zkompletován a připraven k prezentacím, aby 20. června zahájil předváděcí a seznamovací lety pro potenciální civilní zákazníky na letišti Grand Prairie (KGPM/GPM) v Texasu, sídle americké pobočky Eurocopteru. Poté následovala čtveřice ukázek pro vojenské zájemce proložená opět jednou civilní. Jmenovitě se X3 zastavil na vojenských základnách Redstone Army Airfield (KHUA/HUA) u města Huntsville v Alabamě, Simmons Army Airfield (KFBG/FBG) u města Fayetteville v Severní Karolíně, na civilním letišti Manassas (KHEF/HEF) ve Virginii a konečně na vojenské základně Davison Army Airfield (KDAA/DAA) ve Virginii, přičemž celé turné zakončil 27. července 2012 přistáním na heliportu před Pentagonem ve Washingtonu D. C., hlavním městě Spojených států. Během americké návštěvy si stroj za letu osahalo 47 pilotů a ve vzduchu strávili 55 hodin.

Po návratu do Evropy na stroj čekala další várka letů a rozšiřování letové obálky, neboť prozatím nebylo využito plného výkonu motorů, proto byli konstruktéři zvědaví, jaké maximální rychlosti bude X3 schopný dosáhnout. Aby byla nejvyšší dosažitelná rychlost co největší, provedli ještě několik aerodynamických úprav, zejména opatřili rotorovou hlavu aerodynamickým krytem a přepracovali horní část krytu motorů. V sestupném letu se potom povedlo dosáhnout rychlosti 487 km/h, což bylo povzbuzující, takže 7. června 2013 učinili pokus o dosažení maximální rychlosti v horizontálním letu, kdy se podařilo letět rychlostí 472 km/h (255 uzlů). Tímto výkonem překonal rychlostní rekord amerického stroje, i když na překonání opravdu nejvyšší dosažené rychlosti vrtulníku ani Eurocopter X3 nestačil (o držiteli neoficiálního rychlostního rekordu mezi vrtulníky více v 18. díle). Výkon je to přesto v každém případě velice povzbuzující a obdivuhodný.

Mezi letovými testy se Eurocopter X3 aktivně prezentoval i na leteckých dnech a aerosalonech, spatřit jej mohli návštěvníci na Paris Air Show 2011 a 2013 a ILA Berlin 2012. Po ukočení všech plánovaných testů a předváděcích letů se vrtulník 19. června 2014 přesunul do francouzského Muzea letectví a kosmonautiky (Musée de l'air et de l'espace) na letišti Le Bourget v Paříži, kde je nyní vystaven. Celkově stroj strávil ve vzduchu 140 hodin při 199 letech. Nejen tovární piloti, ale i ti, kteří měli příležitost se proletět v X3 v rámci amerického turné, si velice pochvalovali vynikající letové vlastnosti. Nejvíce si oceňovali na vrtulník neobyčejně vysoké akcelerace a decelerace a v neposlední řadě i stoupavosti.

Již samotný pohled na demonstrátor Eurocopter X3 podněcuje k mnoha představám o jeho potenciálních využitích, ke kterým by mohl z něj vycházející stroj sloužit. Jako první se nabízí role letecké záchranky. Systém letecké záchranné služby patří nejen v naší zemi k pozoruhodně rozvinutým a fungujícím službám. A přestože se současné vrtulníky, které jsou k těmto účelům využívány, vyznačují poměrně velkou cestovní rychlostí, nová generace strojů vycházejících z X3 by mohla znamenat značný kvalitativní posun a zpřístupnění nových možností v oblasti záchrany lidských životů. Druhou z rolí, kterých by se mohl rychlý vrtulník zhostit, je meziměstské taxi. Neboli rychlá přeprava menšího počtu lidí mezi středně vzdálenými městy. Zde by se naplno projevila výhoda svislého vzletu a přistání, protože by se nemuselo startovat z letišť na periferiích měst, kam je třeba mnohdy zdlouhavě cestovat, neboť by starty byly možné v podstatě z městských center, a zároveň by se těžilo z velké cestovní rychlosti, díky které by tato doprava byla konkurencí tradiční letecké přepravě. Navíc při kapacitě kolem 20 cestujících a dostatečné frekvenci letů by takovýto systém dopravy mohl být více než životaschopným řešením, které by mělo šanci nahradit dnes fungující přepravu cestujících z menších regionálních letišť na velká centrální letiště. Samozřejmě ne všude by to bylo ideálním řešením, ale bez nejmenších problémů lze nalézt nemálo míst, kde by se tento systém dokázal uchytit. Pro příklad ostatně nemusíme chodit daleko, stačí se podívat na dopravu mezi Brnem a Prahou. Vzdálenost mezi městy je přibližně 200 km, cesta po silnici trvá v ideálních podmínkách dvě hodiny, cesta vlakem zabere průměrně tři hodiny, rychlovlaky, které by trasu zdolaly nesrovnatelně rychleji, jsou utopií, a poslední z variant, totiž letecké spojení, v současnosti neexistuje. V době, kdy tato linka fungovala, trval let mezi oběma městy přibližně 35 až 40 minut. K tomu je ale třeba připočíst dobu strávenou na letišti před letem a taktéž dobu potřebnou k cestě na toto letiště. Tím z původních čtyřiceti minut získáváme přinejmenším hodinu a půl, což už není proti automobilům příliš významný rozdíl. Naproti tomu přepravní systém stojící na strojích typu X3 by mohl fungovat v podstatě z centra města, nebo ideálně z heliportů u důležitých dopravních uzlů, jakými jsou nádraží, čímž by se eliminovala doba nutná k dopravě na letiště na okraji města, navíc lze očekávat, že s menší kapacitou strojů a vyšší frekvencí letů by se doba potřebná pro odbavení a čekání před odletem výrazně snížila, takže společně s cestovní rychlostí přesahující 350 km/h by celková doba přepravy mezi městy nevzala více než jednu hodinu. V dnešní době, která tak lpí na hodnotě času, je toto řešení více než zajímavé. Mezi Prahou a Ostravou by pak výhoda spoje tohoto druhu byla ještě výraznější. Myslím, že se v nadcházející době stane pro letecké dopravce tato sféra dopravy velice atraktivním trhem. Jiným z možných využití pro stroje využívající technologii Eurocopteru X3 jsou obslužné vrtulníky ropných plošin na mořích a oceánech. Dalších možností pro uplatnění lze nalézt bezesporu celá řada, vojenská využití nevyjímaje. Tomu jsme se ostatně již věnovali u dříve diskutovaného amerického stroje.

Nelze si proto odpustit srovnání mezi oběma typy, neboť již na první pohled je patrné, že oba výrobci zvolili zcela odlišný přístup ke stavbě rychlého vrtulníku. Zatímco u Sikorského sázeli na vývoj nových a pokud možno i revolučních technologií, které by celé odvětví posunuly na novou úroveň, v Eurocopteru se vydali cestou zdokonalování současných a fungujících technologií až na jejich samou hranici. Ani o jednom z těchto přístupů nelze říci, že by byl významně horší než ten druhý. U amerického stroje je důraz kladen na vývoj něčeho zcela nového, o čemž lze oprávněně soudit, že celému leteckému odvětví otevře nové možnosti, což je věc žádoucí a vítaná. Ale platí, že jako je tomu u každého průkopnického počinu, ani zde nebude cesta k cíli přímočará a snadná, zcela určitě bude nákladná, a to se odrazí i v dostupnosti finálního produktu. Kdežto u evropského stroje byl důraz kladen na vyladění dnes fungujících technologií, jejichž cena je v porovnání s těmi novými nízká, takže i vrtulník, který by je využíval, by byl dostupný širšímu spektru zákazníků. Proto tímto vyhnáním současných možností k jejich nejzazší hranici lze získat stroj přesahující svými výkony současnou generaci vrtulníků, a to zároveň při pouze mírném zvýšení pořizovací ceny. Odlišnost v přístupu se odráží i v krocích, které následovaly po skončení zkoušek obou typů. U Sikorského se okamžitě pustili na daném základě do vývoje zcela nového vrtulníku, který, jak doufají, způsobí revoluci, zatímco v Eurocopteru se získanými poznatky nakládají v současnosti méně ambiciózně a využívají je ke zvyšovaní výkonů standardně produkovaných typů. Výhledově má ale Airbus Helicopters (což je od 1. ledna 2014 nový název Eurocopteru) s koncepcí X3 velké plány, neboť by na konci této, případně na začátku příští dekády chtěl uvést na trh dvacetimístný stroj přímo vycházející z demonstrátoru X3. Zcela určitě se máme na co těšit, avšak vzhledem k tajnůstkaření tohoto výrobce se toho v průběhu vývoje zřejmě příliš nedozvíme. Ale možná právě díky tomu budeme velice příjemně překvapeni výsledkem.

Kam dál?

Pěkná ukázka letových vlastností X3 na Paris Air Show 2011: http://youtu.be/KzRzQfv_pW4

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/EurocopterX3.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Anthony Pecchi)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út listopad 25, 2014 11:18 am    Předmět: Citovat



23. díl – Boeing X-50A Dragonfly aneb sen o rotujicím křídle

Jen zřídka se podaří dovést nějaký nápad do zdárného konce bez jediného klopýtnutí během realizace. Tato klopýtnutí mívají různou podobu, někdy jde jen o snadno odstranitelné drobnosti, ale jindy jde o takové situace, kdy se překážky jeví jako zcela nepřekonatelné. Zářným příkladem toho druhého je koncepce rotujicího křídla, kterou ztělesňuje stroj Boeing X-50A Dragonfly.

A přitom se tato koncepce zdá až geniálně prostá. Představme si letoun, jehož křídla se mohou otáčet stejným způsobem, jakým se otáčejí rotorové listy vrtulníku. Díky tomu se takový stroj vznese z místa bez potřeby rozjezdu. A po vzletu se rotující křídlo zastaví v běžné poloze, na jakou jsme zvyklí u standardního letounu, čímž bude těžit z jeho výhod, především z vysoké rychlosti letu. Ale jakkoli prostá se idea rotujicího křídla může zdát, její praktická realizace se prozatím ukazuje být mimořádně náročnou.

První pokusy realizovat myšlenku rotujicího křídla se objevily v 80. letech. Tehdy vznikl nápad vybavit experimentální stroj Sikorsky S-72 pevným rotorem ve tvaru písmene X, který by bylo možné po kolmém vzletu zastavit, takže by sloužil jako pevné křídlo. Demonstrátor byl skutečně postaven, ale nikdy v této zamýšlené konfiguraci nevzlétl. Na tuto koncepci X-50 volně navazuje. Zároveň v 50. a 60. letech probíhaly pokusy s reaktivním pohonem rotoru, kdy byly rotorové listy uváděny do pohybu prostřednictvím proudů spalin proudicích z otvorů na jejich koncích. Experimenty tehdy prováděla firma Hughes na strojích Hughes XH-17 a Hughes XV-9A. Kombinací obou těchto přístupů, totiž spojením rotujicího křídla s jeho pohonem pomocí proudového motoru, jehož výtokové plyny proudí ven otvory na koncích křídel, získáváme Boeing X-50A Dragonfly.

Od začátku byl stroj konstruován jako bezpilotní, tedy dálkově řízený, přičemž v případě úspěchu by na řadu přišly i pilotované verze. Z pochopitelných důvodů jde o hornoplošník. Na vrcholu trupu umístěné křídlo může být jednak fixováno ve standardní poloze pro dopředný let, ale také může rotovat kolem své středové osy, čímž vytváří vztlak obdobným způsobem jako rotor vrtulníku. K roztáčení a pohonu křídla slouží čtveřice malých otvorů umístěných na protilehlých koncích křídel (do kříže), do nichž jsou přiváděny výtokové plyny z malého proudového motoru v trupu. V přídi je vstupní otvor vzduchu, výtoková tryska motoru pohánějící stroj vpřed je pak umístěna nad horní částí ocasního nosníku. Na přídi dominují kachní plochy vybavené klapkami. Zároveň díky své značné velikosti přispívají k celkové produkci vztlaku při dopředném letu. Na zádi se nachází plovoucí vodorovná ocasní plocha zakončená dvojicí svislých ocasních ploch. Podvozek je nezatahovatelný kolový příďového typu. Délka stroje činí 5,39 metru, výška 1,98 metru, rozpětí křídel či chcete-li průměr rotoru je 3,66 metru. Rozpětí předních kachních ploch je 2,71 metru, rozpětí vodorovné ocasní plochy je 2,46 metru. Hmotnost prázdného stroje je 574 kg, maximální vzletová hmotnost činí 645 kg. K pohonu slouží dvouproudový motor Williams F112 o tahu 3,11 kN vyrobený firmou Williams International. Nejvyšší rychlost byla vypočítaná na 700 km/h, nicméně letadlo nikdy dopředný let neuskutečnilo.

Zrod tohoto stroje se datuje k červnu roku 1998, kdy DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, Agentura pro výzkum pokročilých obranných projektů) a divize Phantom Works společnosti Boeing zahájily spolupráci na projektu označeném Canard Rotor/Wing (znamenající zhruba stroj s křídlem měnitelným v rotor a s kachními plochami). Každá z těchto institucí hradila shodně 12 milionů amerických dolarů. Výchozí název Canard Rotor/Wing (CRW) byl později (v roce 2002) nahrazen označením X-50, což znamená, že stroj spadá do prestižní skupiny takzvaných letadel X (písmeno X je zkratkou ze slova eXperimentální). S tímto novým jménem se pojí vlastní příběh, neboť v rámci letadel X mělo tomuto stroji původně připadat pořadové číslo 49, ale firma Boeing žádala, aby demonstrátor dostal označení X-50, což odráží skutečnost, že jde z 50 % o letoun a z 50 % o vrtulník. Žádosti bylo vyhověno, stroj obdržel označení obsahující „padesátku“, a přeskočené pořadové číslo bylo později přiřazeno jinému stroji. Úplný název je pak Boeing X-50A Dragonfly (Vážka). Vyrobeny byly celkem dva zkušební exempláře, což mělo zaručit, že v případě nějaké závady na jednom kusu bude možné bez zdržení pokračovat v testech s druhým kusem. Jak se ale ukázalo, ani tento přístup úplně nestačil. Hotový první stroj podstoupil nejprve rozsáhlé pozemní zkoušky ve vrtulníkářské pobočce firmy Boeing na letišti Falcon Field (KFFZ/MSC) u města Mesa v Arizoně, aby poté přistoupil ke stěžejním letovým zkouškám.

Letové zkoušky probíhaly na střelnici Yuma v Arizoně, přičemž k prvnímu vzletu došlo 24. listopadu 2003 a stroj ve vzduchu strávil 23 sekund. Druhý let následoval 4. prosince téhož roku, kdy stroj absolvoval 80sekundový let, během kterého dosáhl výšky 3,6 metru. Třetí zkušební let se uskutečnil dne 23. března 2004, ale na rozdíl od předešlých ani zdaleka neproběhl podle plánu, neboť demonstrátor havaroval a byl zničen. Z následného vyšetřování příčin havárie vyšlo najevo, že selhalo řízení rozvodu plynů v křídlech. Druhý letový exemplář, který byl v rámci kontraktu postaven, proto prošel novými testy v aerodynamickém tunelu a celý jeho řídicí program byl zkontrolován a opraven, aby se chyba neopakovala. Před znovuzahájením letových testů absolvoval i druhý vyrobený exemplář pozemní testy na letišti Falcon Field. Do vzduchu se následně vznesl 4. listopadu 2005 opět na arizonské střelnici Yuma, kdy absolvoval zatím jen 30sekundový skok do výšky necelých 5 metrů. Druhý, tentokrát již 4minutový let do výšky 6 metrů následoval 2. prosince 2005. Tyto lety prokázaly, že změny provedené v ovládacím programu i drobné úpravy v konstrukci zřejmě odstranily chyby, které zapříčinily havárii prvního exempláře. Na první čtvrtletí roku 2006 proto bylo naplánováno celkem 11 zkušebních letů, jejichž výsledkem mělo být první uskutečnění přechodu z visu do dopředného letu a zpět. K tomu ale nakonec nikdy nedošlo, neboť se stroj během svého šestého zkušebního letu dne 12. dubna 2006 zřítil. Byl tak ztracen i druhý vyrobený exemplář „Vážky“. Za příčinu pádu byla označena značná tendence trupu podléhat klopivému efektu, který měl stroj snahu vyrovnávat zvedáním přídě, což vedlo až k takové oscilaci, kterou nedokázaly ovládací prvky kompenzovat. DARPA tento nedostatek připsala na vrub chybám v samotné koncepci, a tak se rozhodla od projektu odstoupit, tedy zastavit jeho financování, což vedlo k ukončení celého programu.

X-50 tak ukázal, že ani v dnešní době není samozřejmostí, že se povede dovést vývoj a zkoušky letadla do zdárného konce. Dnešním dílem přibyl k dříve představeným demonstrátorům Excalibur (9. díl), Sikorsky X2 (18. díl) a Eurocopter X3 (22. díl) další stroj, který přinesl jiný originální způsob vypořádání se s problémem propojení letounu s vrtulníkem. Na rozdíl od předchozích ale neuspěl. X-50 přistupuje k zadání z opačné strany než stroje z dílen Sikorského a Eurocopteru. Boeing za základ bere letoun, který vybavuje vrtulníkovými prvky, kdežto Sikorsky s Eurocopterem staví na vrtulníku, který vybavují letounovými prvky. Zatím se zdá, že to druhé řešení funguje lépe. Je ale docela dost možné, že jde o koncepci, která je natolik revoluční, že je prozatím mimo naše technologické možnosti.

Anebo nejde o žádné přelomové řešení, ale o slepou uličku, jak prokázaly havárie obou prototypů? V technice, a tedy i v letectví, platí, že je velice ošemetné o něčem prohlašovat, že jde o neřešitelné zadání. Prozatím je ale jisté, že společnost Boeing na toto řešení na nějaký čas zanevřela, což je vidět na demonstrátoru Phantom Swift, který tato firma navrhla a postavila v roce 2013. Účastní se s ním programu VTOL X-Plane, v jehož rámci si DARPA klade za cíl přijít s novými způsoby, jak sestrojit životaschopný stroj vyznačující se schopností kolmého vzletu a přistání a zároveň vysokou cestovní rychlostí. Dalším z účastníků je mimochodem společnost Aurora Flight Sciences, jejíž stroj nazvaný LightningStrike vychází z již dříve diskutovaného demonstrátoru Excalibur.

V současnosti si s koncepcí rotujicího křídla pohrává australská společnost StopRotor, jejíž stroj Hybrid RotorWing uskutečnil v srpnu loňského roku úspěšný přechod z letounové konfigurace do konfigurace vrtulníkové. To je, dalo by se říci, ta snadnější část. Složitější manévr, kterým je přechod z visení do dopředného letu se zastavením rotace křídla, je netrpělivě očekáván. Nutno dodat, že prozatím jde o zkoušky s velice jednoduchým strojem, jehož rozměry a celková složitost se ještě ani zdaleka nepřibližují těm, jakými se vyznačoval X-50. Přesto je více než dobře, že se touto koncepcí někdo aktivně zabývá a dosahuje úspěchů.

Ačkoli se to může zdát paradoxní, je dobře, že stále existují problémy, jejichž vyřešení je na hranici nebo dokonce za hranicí našich současných technologií, neboť se díky tomu můžeme těšit na průlomové objevy a vynálezy. S opravdovým nadšením a zájmem proto sleduji, jaký další vývoj této koncepce nám budoucnost přinese. Zatím tak fungující letadlo s rotujicím křídlem zůstává „pouze“ inspirativním snem.

Kam dál?
Videozáznam z pozemního testu stroje X-50: http://youtu.be/PJtFqf8CcZA
Videozáznam vzletu a visení stroje X-50: http://youtu.be/QHydOpCZOtI
Videozáznam změny konfigurace stroje Hybrid RotorWng: http://youtu.be/yYvCuY3269s

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/X-50.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Boeing)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: st prosinec 24, 2014 7:10 pm    Předmět: Citovat



24. díl – Shaped Sonic Boom Demonstrator aneb nadzvukový let bez třesku (I)

Když 26. listopadu 2003 naposledy přistál Concorde, uzavřela se krátká, leč naprosto fascinující éra nadzvukové civilní přepravy. Od té doby můžeme tyto technologické triumfy obdivovat již pouze v muzeích, zatímco oblohu s cestujícími brázdí podzvukové letouny. Do dnešních dní jsme se žádného nástupce slavného Concordu nedočkali, a na první pohled se zdá, že se ani žádnému neblížíme. To ale naštěstí platí opravdu jen na první pohled. V průběhu druhých sta let létání se totiž uskutečnilo hned několik projektů, jejichž cílem bylo vyzrát na patrně největší překážku, která je úzce spjata s nadzvukovým letem a stojí v cestě za realizací efektivní nadzvukové civilní přepravy – aerodynamický třesk.

Za hlavní důvod, který ukončil přibližně třicetiletý provoz nadzvukových Concordů na pravidelných linkách, se obecně označuje jejich neekonomičnost. Ta byla největší měrou dána omezenou skladbou destinací a tras, na kterých mohly tyto elegantní stroje létat. Kvůli aerodynamickému třesku, tj. nadměrnému hluku, který doprovází let rychlostí větší než je rychlost zvuku, byly Concordy nasazovány prakticky výhradně na lety nad vodními plochami, příkladně přes Atlantský oceán, což dost ubíralo z jejich potenciálu rychle spojovat prakticky všechna místa na planetě. Pakliže bychom chtěli smysluplně přemýšlet o ekonomicky udržitelném nadzvukovém letounu pro cestující, musí takový stroj v prvé řadě velice zásadně snížit intenzitu aerodynamického třesku, aby mohl létat nadzvukově i nad pevninou.

A přesně na tuto problematiku se v posledním desetiletí aktivně zaměřuje v rámci celé řady výzkumných programů hned několik institucí. První dva z těchto experimentů se skrývají za zkratkami SSBD a SSBE. V prvním případě jde o zkratku ze slov Shaped Sonic Boom Demonstration (zkouška tvarování aerodynamického třesku), ve druhém pak o Shaped Sonic Boom Experiment (pokus s tvarováním aerodynamického třesku). V obou případech ke zkouškám sloužil upravený stroj Northrop F-5E Tiger II, který nesl přízvisko Shaped Sonic Boom Demonstrator (demonstrátor sloužící k tvarování aerodynamického třesku). Jak již sám název napovídá, cílem bylo experimentálně ověřit, je-li možné cíleně ovlivňovat intenzitu aerodynamického třesku prostřednictvím tvarů letadla.

V letectví se pohybujeme na velice široké škále rychlostí. Od subsonických (podzvukových), což je označení pro rychlosti menší než 980 km/h (Mach 0,8 ), přes transonické, které se nacházejí v oblasti blízké rychlosti zvuku, tedy od 980 km/h do 1407 km/h (Mach 0,8 až Mach 1,15), supersonické, což jsou rychlosti od 1407 km/h po 6150 km/h (Mach 1,15 až Mach 5), až po rychlosti hypersonické, které přesahují 6150 km/h (neboli vyšší než Mach 5). Rychlost zvuku je proměnlivá a závisí především na teplotě, proto se její hodnota v různých výškách mění. Standardně se jako rychlost zvuku u hladiny moře při teplotě 20 °C uvádí hodnota 1225 km/h (340 m/s), neboli Mach 1. S klesající teplotou se pak hodnota rychlosti zvuku snižuje. Při teplotě -56 °C je rychlost zvuku 1062 km/h (295 m/s). Pohybuje-li se letadlo rychlostí větší než je rychlost zvuku v dané výšce, hovoříme o nadzvukovém letu.

Hlavním zádrhelem, který komplikuje život letadlům létajicím rychleji než zvuk, je takzvaný aerodynamický třesk (též sonický třesk). Jednoduše řečeno jde o to, že letadlo, které se pohybuje rychleji než zvuk, před sebou tlačí molekuly vzduchu, které se na sebe hromadí, neboť již nemohou kvůli své menší rychlosti uhýbat pohybujícímu se předmětu, a tím vzniká přetlak vůči okolnímu prostředí. Těmto zhuštěním vzduchu se říká rázové vlny. Hlavní zásluhu na jejich tvorbě má pochopitelně příď letounu, vstupy vzduchu k motorům a náběžné hrany křídel. Rázové vlny se šíří všemi směry a utváří kolem letadla kužel, v jehož vrcholu se stroj nachází. Za oblastí s vyšším tlakem, kterou vytváří přední část letounu, dochází k prudkému propadu tlaku hluboko pod výchozí stav, obvykle na úrovni zadní části stroje, aby se následně za letadlem tlak vrátil na svou původní hodnotu, tedy opět zvýšil. Toto dvojí zvýšení okolního tlaku se projevuje jako aerodynamický třesk. Protože je letadlo objekt poměrně velký, bývá mezi oběma výkyvy dostatečně dlouhý časový rozestup (větší než jedna desetina sekundy), díky čemuž je lze sluchově rozlišit jako dvě po sobě rychle jdoucí rány (výborně slyšitelné na přiloženém videu dole). Výkyv v tlaku okolo letounu dostal podle svého charakteru označení N-vlna, neboť je-li vizualizován, písmeno N velice připomíná. Tlaková změna se vyjadřuje v Pascalech (neboli Newton na metr čtvereční), případně v librách na čtvereční stopu (psf). Ještě se sluší poznamenat, že jako první popsal problematiku rázových vln v roce 1877 rakouský fyzik a filozof, rodák z brněnských Chrlic, Ernst Mach.

Po prolomení zvukové bariéry 14. října 1947 se nadzvukový let stal v letectví předmětem zájmu číslo jedna. Státy a jejich letectva v něm pochopitelně viděly cestu k udržení nadvlády nad zájmovým vzdušným prostorem, a proto se v tomto směru začaly vynakládat ohromné finance a na tuto problematiku se zaměřovala pozornost značného množství inženýrů a konstruktérů. Vývoj nových nadzvukových letounů šel ruku v ruce se studiem všech aspektů spojených s fyzikou nadzvukového letu. Pokrok byl v tomto směru rychlý, a tak netrvalo dlouho, aby z panujícího nadšení vznikl nápad vytvořit i nadzvukový stroj pro cestující. Jak víme, v tomto úsilí slavil úspěch pouze Sovětský svaz se svým Tupolevem Tu-144 a společný podnik Velké Británie a Francie, který dal světu Concorde. Ve Spojených státech, kolébkce nadzvukového létání, vznikl projekt označovaný jako Boeing 2707, který byl ale natolik ambiciózní, že se velmi záhy ukázal jako v dané době nerealizovatelný. V souvislosti s ním ale probíhaly velice zajímavé experimenty, například ty, jejichž cílem bylo zjistit, jak lidé na zemi snáší třesk. Patrně nejznámější je v tomto směru operace Bongo II, kdy v roce 1964 nad městem Oklahoma City ve státě Oklahoma létala letadla nadzvukovou rychlostí, která tak během půl roku „obšťastnila“ obyvatele tohoto města celkem 1253 třesky. Výsledky byly vcelku potěšující, většina obyvatel totiž odpověděla, že by dokázala s těmito rušivými zvuky žít, přinejmenším pokud by byly důsledkem letů stíhaček chránících vzdušný prostor země. Postupem času se ale začaly na Federálním leteckém úřadu (FAA, Federal Aviation Administration) hromadit stížnosti proti hluku třesků vojenských letadel, a také se začalo na testech s třímachovým bombardérem North American XB-70A Valkyrie ukazovat, že intenzita aerodynamických třesků u civilních letadel obdobné velikosti by byla velmi zásadně vyšší než u malých stíhaček, což vyústilo dne 27. dubna 1973 (s platností od 30. září 1973) v zákaz veškerých nadzvukových letů civilních strojů nad pevninou Spojených států amerických a výsostnými vodami. Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO, International Civil Aviation Organization) posléze zakázala nadzvukové lety nad pevninou, pokud aerodynamický třesk dosáhne zemského povrchu.

Takovýto krok byl nožem do zad civilní nadzvukové přepravě, v daném případě Concordu, výhledově ale jakémukoli dalšímu pokusu o zkonstruování podobného stroje. Zájem výzkumníků se proto začal zaměřovat směrem, jakým způsobem lze zmírnit aerodynamický třesk. To, zda je to vůbec možné, již zodpovězeno měli, neboť věděli, že vliv na intenzitu třesku má velikost stroje. Průkopníky v této oblasti se stali Richard Seebass a Albert George, kteří vypracovali teorii s rozsáhlým matematickým aparátem, která popisovala a předpovídala, co a jak ovlivňuje intenzitu aerodynamického třesku. A tedy i to, jak ji zmírnit. Později teorii rozvinula Christine Dardenová a vytvořila i užitečné počítačové programy a modely, které chování aerodynamického třesku předpovídaly ještě precizněji. To všechno ale zatím byly „jen“ modely a předpovědi. Jak to bude fungovat v reálném světě bylo teprve třeba ověřit. Na rozřešení jsme museli počkat až na začátek 21. století, kdy byly učiněny první kroky k praktické realizaci poznatků získaných touto trojicí výzkumníků.

V únoru roku 2000 zahájila DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, Agentura pro výzkum pokročilých obranných projektů) program, který od října onoho roku vešel ve známost pod zkratkou QSP neboli Quiet Supersonic Platform (základ pro tichý nadzvukový stroj). Jeho cílem mělo být vyvinout technologie pro nadzvukový letoun vyznačující se sníženou intenzitou aerodynamického třesku, vysokým doletem a nízkou hlučností během vzletu a přistání. O měsíc později již získaly kontrakt tři firmy, jmenovitě Integrated Systems Sector společnosti Northrop Grumman, Skunk Works společnosti Lockheed Martin a Phantom Works společnosti Boeing, aby vytvořily svůj návrh, který by splňoval výchozí požadavky. Každá z účastnících se firem si přizvala ke spolupráci další společnosti, od akademických institucí přes motorářské až po další konstruktérské. Jako první představil předběžný návrh Northrop Grumman začátkem roku 2001, načež byl vyzván k jeho dopracování, aby se mohlo rozhodnout o jeho následné realizaci. Zbývající dvě společnosti se rozhodly spolupracovat na tomto projektu. Tímto byla skončena první fáze projektu QSP a přistoupilo se k druhé, kde již návrh nabýval konkrétních obrysů. Především se ujasňovalo, jaký konkrétní stroj by byl pro testy ideální. Původně se jevil nadějně malý bezpilotní stroj Ryan BQM-34E Firebee, ale po důkladnějším zvážení vyvstala obava, že vzhledem ke své relativně malé velikosti by bylo měření N-vlny zbytečně náročné a komplikované. Jako vhodnější se proto jevil stroj Northrop F-5E Tiger II, se kterým byly jednak bohaté zkušenosti, neboť šlo o stroj „z vlastní stáje“, a jednak existovalo několik verzí daného typu, které se od sebe vzájemně odlišovaly tvarem přídě. Nabízela se tedy možnost porovnat intenzitu aerodynamických třesků těchto strojů, ale výpočty rychle ukázaly, že by rozdíl nebyl prakticky žádný. Proto je třeba vyrobit příď zcela novou na základě předpovědí vycházejících z teorie. Northrop Grumman tedy tuto druhou fázi zdárně dokončil v prosinci 2001, načež v květnu 2002 mohl přistoupit ke třetí fázi a prvním praktickým krokům, kterými měly být testy v aerodynamickém tunelu a vlastní stavba letového exempláře.

V této fázi ale začalo docházet ke zdržením a práce již nešla tak plynule, jako v předcházejících dvou etapách. Jedním z problémů bylo vlastní obstarání pokusného stroje. Ukázalo se, že ačkoli letoun F-5E pochází z dílen firmy Northrop Grumman, ta v dané době neměla ve svém vlastnictví jediný kus. Úkolem číslo jedno tedy bylo nějaký letoun získat. Největší podíl na jeho získání měl Roy Martin, zkušební pilot firmy Northrop Grumman, veterán z války ve Vietnamu a především hlavní pilot, který měl se strojem SSBD létat. Tomu se díky kontaktům podařilo oslovit klíčové osoby, které měly vliv na uvolnění stroje z flotily amerického námořního letectva (U. S. NAVY), které je s velkou oblibou využívá jako takzvané stroje agresorů k simulaci letadel protivníka při výcviku svých pilotů (známý Top gun). 10. prosince 2002 od námořního letectva přišla příjemná zpráva, neboť vyhovělo žádosti o zapůjčení jednoho ze svých strojů F-5E pro zkoušky v rámci programu SSBD. Konkrétně šlo o letoun výrobního čísla 74-1519. Stroj byl již zralý pro generální opravu, ale Navair (Naval Air Systems Command, Námořní velitelství leteckých systémů) vydalo prodloužení letové způsobilosti na dalších 50 hodin, což mělo pro plánované testy dostačovat. Po skončení zkoušek měl být stroj přestaven do původní podoby, aby mohl projít opravou a vrátil se zpět do služby.

Mezitím ale členové pracovní skupiny neotáleli a pracovali na přípravě přídě. Aby byl její tvar co nejvhodnější, potřebovali ještě získat aktuální přesná data o charakteru rázových vln a aerodynamickém třesku u běžného stroje F-5E. Obvlášť je zajímalo, jak se projevují rázové vlny vznikající na vstupních otvorech vzduchu k motorům, aby mohli zpřesnit svá data a počítačový model byl co nejblíže realitě. K tomu sloužil předstupeň programu SSBD v podobě dvoudenního výzkumu ISSM (Inlet Spillage Shock Measurement, měření rozlití rázových vln na vstupech vzduchu). Testy proběhly ve dnech 12. a 13. února 2002 v koridoru pro nadzvukové lety u Edwardsovy letecké základny (KEDW/EDW) v Kalifornii, kde při rychlosti Mach 1,4 létal F-5E námořního letectva následován strojem F-15B NASA s měřicí aparaturou na přídi. Celkem bylo získáno 56 záznamů rázových vln ze vzdáleností od 18 do 413 metrů. Získaná data byla následně začleněna do počítačových modelů určených k modelování přídě pro SSBD.

Postupně navrhli inženýři 23 různých typů tvaru přídě. Připočtou-li se k tomu drobné úpravy těchto hlavních verzí, bylo navrženo celkem 60 potenciálních tvarů. Jako nejvhodnější byla zvolena verze nesoucí označení SSBD-24b, což byla drobně modifikovaná verze 24. Tu výzkumníci podrobili testům v aerodynamickém tunelu, kdy využili malý pětiprocentní model F-5E, který našli ve skladu, na nějž připevnili nově navrženou příď. Ukázalo se ale, že nešlo o nejšťastnější volbu, protože se jednalo o model pouze přední části letadla, kde zcela chyběly ocasní plochy, což se negativně projevilo na naměřených výsledcích. Přesto část získaných dat použitelná byla, čehož využili při malých změnách tvarů přídě, takže nakonec byla vyrobena a na stroji použita verze označovaná jako SSBD-24b4. Pro finální ověření chování této úpravy v aerodynamickém tunelu si raději postavili model zcela nový, který byl větší (deset procent skutečného stroje) a především byl zcela kompletní. Tentokrát již naměřená data zcela odpovídala těm, které predikoval počítačový model. Velikost nově navržené přídě byla zvolena tak, aby její délka i šířka odpovídala rozměrům přídě stroje F-5F, aby nebylo narušeno zejména proudění vzduchu k motorům a stabilita letounu. Na první pohled viditelnou změnou tak tedy byla především výška přídě, která plynule přecházela v těleso procházející pod trupem až zhruba na úroveň začátku svislé ocasní plochy.

Přestože měly testy probíhat v Kalifornii, k přestavbě letounu došlo na Floridě, neboť pro ni zde byly nejvhodnější podmínky díky zkušeným pracovníkům v renovačních dílnách firmy Northrop Grumman. Stroj 74-1519 docestoval na Floridu necelý týden po tom, co námořní letectvo oznámilo zapůjčení stroje. Do vzduchu se s tímto zatím neupraveným letounem Roy Martin vydal na krátké lety z Regionálního letiště severovýchodní Floridy (KSGJ/UST) u města St. Augustine ve dnech 17. a 18. prosince 2002. Na tomto letišti proběhla přestavba letounu, ale první zkušební lety upraveného stroje před přeletem do Kalifornie se uskutečnily z nedalekého letiště Cecil Airport (KVQQ/VQQ) u města Jacksonville, neboť toto letiště disponuje o více než kilometr delší drahou, což bylo žádoucí z hlediska bezpečnosti, protože rozměrnější příď měla i větší odpor, a tak pilot nechtěl nic podcenit. 9. ledna 2003 byl letoun přetažen do dílen, aby prošel demilitarizací a dalšími úpravami a byl tak připraven pro instalaci nové přídě a podtrupové části. O měsíc později dorazila další dobrá zpráva, a to, že zapůjčený stroj není třeba uvádět do původní podoby, protože se námořnímu letectvu podařilo získat několik letadel z přebytku švýcarských vzdušných sil, takže tento exemplář poslouží už jen jako zdroj náhradních dílů. 17. března byla nová část trupu vyrobena v pobočce Northrop Grumman ve městě El Segundo v Kalifornii, odkud byla odeslána na Floridu. Kostra přídě i podtrupové části je vyrobena z hliníku, potah potom z uhlíkových kompozitů. Uchycení těchto nových částí k draku letounu bylo navrženo na základě výrobní dokumentace typu F-5E, ale ukázalo se, že stroj v průběhu své téměř třicetileté služby prošel mnoha opravami a úpravami, takže dost částí nesedělo tak, jak bylo zamýšleno. Nešlo ale o nic, s čím by si technici neporadili. Úpravami prošel i kokpit, kam přibyly zejména nové GPS jednotky, které byly nezbytně nutné pro přesné dodržování tras během blížících se letů nad měřicími aparaturami, a také různé záznamníky dat a několik videokamer.

Po dokončení přestavby 28. dubna byl letoun ještě opatřen celobílým nátěrem a na obě strany trupu pak obdržel dvojici barevných křivek. Jejich tvar není nahodilý a má svůj smysl. Křivky představují dvojici N-vln, přičemž spodní červená zobrazuje tradiční N-vlnu, kterou se vyznačují standardní letadla leticí rychleji než zvuk, zatímco horní modrá představuje modifikovanou N-vlnu, jakou by podle předpovědí na základě teoretických modelů měl produkovat upravený stroj SSBD. Modifikovaná příď letounu by měla vést ke zploštění první „nožičky“ v písmenu N, tedy ke zmenšení prvního výkyvu v okolním tlaku. Dále byl letoun polepen několika nálepkami, jmenovitě logy NASA, DARPA, Northrop Grumman, Navair a QSP.

Předzvěstí prvního letu Pelikána, jak bylo stroji interně, byť neoficiálně přezdíváno, byly pojížděcí zkoušky. Během jejich příprav 8. června se nicméně objevil problém s dvířky příďového podvozku, které se ukázaly být příliš volnými a nedržely na svém místě. To odložilo plánované zahájení letových zkoušek, ale na pojížděcí zkoušky to žádný dopad nemělo, takže hned následující den uskutečnil Roy Martin rozjezd po dráze až do rychlosti těsně pod vzletovou, což opakoval ještě 23. července, kdy byl problém s dvířky odstraněn a proběhl poslední z pozemních testů. Poté již bylo vše plně připraveno, aby se letoun mohl poprvé vydat do vzduchu. První let upraveného F-5E nyní nově s přídomkem SSBD proběhl 24. července 2003, kdy jej Martin přelétl z KSGJ na KVQQ. Let nesl označení QSP-1. Ve dnech 27. a 28. července proběhly lety QSP-2 a QSP-3, které sloužily k rozšíření letové obálky upraveného stroje, včetně prvního nadzvukového letu. Ještě téhož dne, 28. července, se Martin s doprovodným strojem Northrop T-38 Talon vydal na první dva úseky přeletu do Kalifornie, kde se měly uskutečnit všechny letové zkoušky programu SSBD. První mezipřistání bylo na mezinárodním letišti v Huntsville (KHSV/HSV) v Alabamě, druhé pak na Tinkerově letecké základně (KTIK/TIK) v Oklahomě, kde i přenocovali. Následující den pokračovali přes letiště v Roswellu (KROW/ROW) v Novém Mexiku a tehdejší letiště Williams Gateway (KIWA/AZA) v Arizoně na letiště Palmdale (KPMD/PMD) v Kalifornii, odkud se uskutečnily všechny lety.

Zahájení letových zkoušek se datuje k 2. srpnu 2003, kdy Martin uskutečnil lety QSP-4 a QSP-5, v obou případech šlo opět o rozšiřování letové obálky, ve druhém případě pak již létal, zatím jen podzvukově, nad vyhrazeným koridorem, kde byly umístěny měřicí přístroje, a byly prováděny první pokusy s pozemním měřením. S rozmisťováním pozemních aparatur se pojí veselá věc, neboť letový koridor vede nad oblastí, kde žijí chráněné pouštní želvy. Pohyb v této oblasti má velice striktní pravidla, mimo jiné se vozidla nesmí pohybovat mimo cesty a s želvami se nesmí jakkoli manipulovat. To přinášelo drobná úskalí, když se technici vydali k měřicím zařízením a cestou natrefili na želvu uprostřed silnice, museli počkat, dokud ona sama neuvolní průjezd. Let QSP-6 následoval 4. srpna, tentokrát ale za řízením usedl Darryl „Spike“ Long, který se s Martinem v pilotování střídal. QSP-7 se uskutečnil 15. srpna s Martinem v kabině, přičemž zatím vše probíhalo podle předchozího scénáře. K prvnímu měření provedenému během nadzvukového letu QSP-8 došlo 25. srpna, kdy pilotoval Long, nejvyšší dosažená rychlost byla Mach 1,36 a s měřicí sondou na přídi jej následoval F-15B. Jako problém se ale ukázaly nezvykle vysoké teploty, které byly překážkou v dosažení plánované rychlosti Mach 1,4 během průletů nad měřeným úsekem. Padaly i návrhy odložit testy na chladnější období roku, ale celý program byl už tak oproti původnímu plánu ve skluzu, a tak se v testech pokračovalo. K vůbec prvnímu měření tvarovaného aerodynamického třesku došlo až 27. srpna 2003 během letu QSP-9, kdy Martinův SSBD prolétal rychlostí Mach 1,36 ve výšce 9750 metrů měřeným koridorem a za ním s odstupem pětačtyřiceti sekund následoval neupravený F-5E. Díky tomu byla získána první data, která mohli výzkumníci porovnat. Měřicí aparatury zaznamenaly v případě SSBD přetlak 39,36 Pa (0,82 psf), v případě klasického F-5E pak 57,46 Pa (1,2 psf). Následná analýza dat ukázala, že průběh N-vlny byl přesně takový, jaký predikoval model, tedy zaznamenaná křivka svým zploštěním přesně odpovídala modré křivce, kterou SSBD nese namalovanou na trupu. Poprvé v historii se podařilo cíleně tvarovat rázové vlny a snížit tak intenzitu aerodynamického třesku. Technici na zemi, kteří obsluhovali měřicí zařízení, navíc uváděli, že rozdíl v intenzitě třesků byl jasně slyšitelný.

Za necelé dvě hodiny totéž během QSP-10 potvrdil Long, který vše zopakoval, tentokrát při rychlosti Mach 1,38. Kvůli získání dalších dat se uskutečnily ještě dva lety 28. srpna (QSP-11, pilotoval Martin) a 29. srpna (QSP-12, pilotoval Long). Společnost Northrop Grumman, která tyto letové zkoušky vedla, byla se získanými daty spokojená, takže již další nepotřebovala provádět. Zde ke slovu přišel NASA (National Aeronautics and Space Administration, Národní úřad pro letectví a kosmonautiku), který měl zájem tento mimořádně unikátní stroj využít co možná nejvíce a získat maximum možných dat, což dalo vzniknout programu SSBE.

SSBE byl obzvláště pozoruhodný, neboť se povedlo odlétat 21 misí během pouhých deseti dnů. Navíc ve všech případech pilotoval Martin, neboť Long pár dní předtím onemocněl. Povaha zkušebních letů během SSBE se prakticky shodovala s těmi během SSBD, hlavní novinkou bylo letové měření z paluby větroně L-23 Super Blaník, který letěl v koridoru pod F-5E SSBD a umožňoval tak díky svému tichému letu precizně měřit rázové vlny mezi letounem a zemí, stejně tak i jejich odraz od země, což přineslo další neocenitelná data. Hektické dny začaly 12. ledna 2004, když Martin nejprve prolétl nad L-23 rychlostí Mach 1,4 ve výšce 9750 metrů (QSP-13), aby provedl ještě tentýž den to stejné (QSP-14), tentokrát navíc následován F-15B s měřicí sondou na přídi. Toto měření ale muselo být předčasně přerušeno z důvodu závady na doprovodném letadle. Následující den, 13. ledna, se uskutečnily celkem tři zkušební lety (QSP-15 až 17). Ve všech třech případech letěl SSBD rychlostí Mach 1,4 ve výšce 9750 metrů a za ním v závěsu neupravený F-5E. Pod nimi zároveň prováděl měření L-23. Další den byl odpočinkový, neboť na programu byly jen dva lety (QSP-18 a 19), během nichž se opakoval včerejší scénář, jen s tím rozdílem, že nejprve byla rychlost Mach 1,35 a podruhé Mach 1,43. 15. leden byl dalším z těch dnů, kdy byly na pořadu tři lety (QSP-20 až 22). Šlo o poslední příležitost využít ke zkouškám neupravený F-5E, protože ten se musel po skončení testů tohoto dne vrátit zpět na svoji domovskou námořní leteckou základnu Fallon v Nevadě. Další den byl vyloženě rekreační, protože se konal pouze jediný let (QSP-23), kdy SSBD letěl bez jakéhokoli doprovodu nad Super Blaníkem. Zato 17. leden se nesl opět v duchu tří letů (QSP-24 až 26), přičemž při prvním z nich se Martin pokoušel vytvořit cílený třesk prostřednictvím manévru, při dalších dvou letech pak letěl sám pouze nad pozemními přístroji. Pak přišel zasloužený den volna a ve zkouškách se pokračovalo až 19. ledna (QSP-27 až 29). Nejprve letěl sám a opět se snažil o cílený třesk, poté s L-23 pod sebou, což se opakovalo i při třetím letu, kdy stihl podniknout dvojici nadzvukových průletů nad větroněm. Tímto se zkoušky již pomalu blížily ke svému konci, a tak se 21. ledna uskutečnil pouhý jeden let (QSP-30), během kterého Martin podnikl dva nadzvukové průlety koridorem a v závěsu za ním F-15B s měřicí aparaturou. Posledním dnem letových testů byl 22. leden, který se nesl v duchu tří letů (QSP-31 až 33), které měly stejný charakter jako předchozí den. Tímto se uzavřela historická etapa prvních pokusů s tvarováním rázových vln. Námořní letectvo následně naznalo, že SSBD je důležitou částí historie letectví, a tak by nebylo důstojné tento letoun rozebrat na náhradní díly, takže na jeho navrácení již více netrvalo. Díky tomu mohl být stroj zachován a věnován do muzea. Hned 23. ledna SSBD zamířil z Palmdale přes mezinárodní letiště v Albuquerque (KABQ/ABQ) v Novém Mexiku na Tinkerovu leteckou základnu v Oklahomě, kde přenocoval. Další den pokračoval na letiště v Birminghamu (KBHM/BHM) v Alabamě. Zde byl nucen kvůli počasí několik dní setrvat, aby 27. ledna přelétl na KSGJ, své pomyslné rodiště, kde byl letoun před necelým rokem modifikován.

V současné době je F-5E SSBD vystavený v muzeu Valiant Air Command Warbird v Titusville na Floridě, jen pár kilometrů od známého Kennedyho vesmírného střediska, kam byl předán v srpnu roku 2004. Vystavený je zde od června 2006.

Délka F-5E SSBD je 15,1 metru, výška 4 metry, rozpětí 8,1 metru. Maximální vzletová hmotnost činí 6800 kg. Nejvyšší schválená rychlost upraveného stroje byla certifikována na Mach 1,45.

F-5E SSBD ukázal, že je možné cíleně pracovat s rázovými vlnami a tím i ovlivnit aerodynamický třesk. Zcela odstranit jej samozřejmě nelze, ale umenšit na úroveň, kdy by byl akceptovatelný (podobně jako dnes hluk přelétávajicích podzvukových letadel) velmi pravděpodobně půjde. Otevřely se tak dveře pro zcela novou generací nadzvukových letadel, mezi nimiž by mohl být i novodobý Concorde. To je, myslím, zásluha, jejíž význam lze jen stěží přecenit.

Protože je výzkumů zabývajících se problematikou snižování intenzity aerodynamického třesku a obecně tichého nadzvukového letu velice mnoho, budeme v seznamování s nimi pokračovat a v příštím díle se podíváme na další z nich.

Kam dál?
Několik fotografií stroje F-5E SSBD z muzea v Titusville: http://airspotter.eu/titusville.html
Fotogalerie detailů neboli takzvaná „procházka okolo“ F-5E SSBD: http://www.primeportal.net/hangar/howard_mason2/ssbd_f-5e/
Videozáznam aerodynamického třesku během nadzvukového letu Concordu (v čase 0:15): http://youtu.be/annkM6z1-FE
Krásný videozáznam zachycující zážitek z letu Concordem (v angličtině): http://youtu.be/YeEB2Lxbfa4

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/SSBD.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Marek Vanžura)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út leden 13, 2015 9:15 am    Předmět: Citovat



25. díl – Quiet Spike aneb nadzvukový let bez třesku (II)

Pohled na paletu současných dopravních letadel je nejen pro letecké nadšence mnohdy docela smutným zážitkem, neboť nejen že většina z nich si je podobná jako vejce vejci, ale především mezi nimi není jediné, které by vynikalo svou rychlostí. Zkrátka chybí stroj obdobného ražení, jakým byl nadzvukový elegán Concorde. Vědomi si toho jsou i výrobci letadel, kteří se snaží nalézt způsob, jak mimořádně rychlá letadla vrátit na oblohu. Jednou z firem, která se o to pokouší, je známý americký výrobce obchodních letadel Gulfstream, který ve spolupráci s NASA otestoval svůj příspěvek k umenšení aerodynamického třesku – teleskopický nástavec pojmenovaný Quiet Spike.

Firma Gulfstream je uznávaným výrobcem proudových obchodních letadel, takzvaných bizjetů (anglicky business jet), což jsou stroje s kapacitou zpravidla do deseti míst, které nabízejí vysoký komfort cestování. Nejčastěji je využívají jakožto osobní přepravní prostředek čelní představitelé velkých firem, státní činitelé a nejrůznější velmi movití lidé. Na trhu je několik kategorií bizjetů, z nichž v každé je na výběr hned z několika typů mnoha výrobců. Jednou z kategorií je třída luxusních strojů s prostornou kabinou, velkým doletem a vysokou cestovní rychlostí, která se nachází v transonické oblasti, těsně pod rychlostí zvuku. V případě firmy Gulfstream jde o model G650, který dosahuje rychlosti až Mach 0,925. Pro zajímavost, za nejrychlejší bizjet je označován model Citation X+ firmy Cessna, který je schopný dosáhnout rychlosti až Mach 0,935. O takto rychlé letouny je značný zájem a výrobci se netají tím, že vidí na trhu prostor pro stroje ještě rychlejší, totiž nadzvukové.

Ovšem potenciální provoz nadzvukových obchodních letounů má své překážky. Analogicky jako tomu bylo u velkého dopravního Concordu, i zde je tou hlavní překážkou nadměrný hluk v podobě aerodynamického třesku. Přesto jsou v tomto směru bizjety v jisté výhodě. Jak jsme si řekli minule, intenzita třesku je závislá mimo jiné na velikosti stroje, což bizjetům do značné míry hraje do karet, protože jde o letadla výrazně menší než jsou běžné civilní stroje využívané aerolinkami. Z tohoto důvodu mají nadzvukové bizjety větší šanci dosáhnout opravdu tichého supersonického letu. Společnost Gulfstream si to plně uvědomuje, a proto se rozhodla vyjít nadzvukové revoluci mezi bizjety vstříc a vyvinula vlastní prostředek k umenšování třesku, který se v sérii letových testů ukázal jako opravdu funkční. Jde o zařízení nazvané Quiet Spike (Tichý hrot).

Podstata tohoto vynálezu spočívá v rozložení rázových vln vznikajících na přídi stroje do mnoha výrazně menších rázových vln. To znamená, že namísto jednoho velkého aerodynamického třesku se vytvoří série třesků o adekvátně slabší intenzitě. Slouží k tomu dlouhý nástavec, který se skládá z několika segmentů s různým průměrem, přičemž tvar jejich odstupňování má vliv na vytvoření a tvar rázové vlny. Pro usnadnění pohybu letadla po zemi je nástavec teleskopický, takže do své plné délky, a tedy i plné funkčnosti, se vysouvá až za letu. Konkrétně má Quite Spike délku 7,3 metru v plně vysunutém stavu a 4,2 metru v zasunutém stavu. Skládá se ze tří segmentů, první dva jsou pohyblivé, třetí je pevný. Nepohyblivý segment, který je napevno připevněný k přídi stroje, má průměr 40,64 cm. Do něj se zasouvá pohyblivý segment o průměru 25,4 cm a do něj segment první o průměru 10,1 cm. Přechody mezi nimi mají tvar kosého kužele, což slouží k takovému modelování rázových vln, aby se na horní straně utvářely vlny silnější, ty míří vzhůru a nedoléhají tak k posluchačům na zemi, a na straně spodní pak vlny slabší, které míří k zemi. Pod krytem radomu je umístěno zařízení pro vysouvání a zasouvání teleskopického nástavce. Kostra nástavce je vyrobena z hliníku a svrchní vrstva z uhlíkového kompozitu. Celý systém má hmotnost 213 kg a ovládá se ze zadní kabiny stroje, kam bylo umístěno ovládací rozhraní. K testům posloužil letoun McDonnell Douglas F-15B Eagle trupového čísla 836 (a výrobního čísla 74-0141), který provozuje NASA.

Inženýři firmy Gulfstream započali práce na Tichém hrotu v roce 2001 a již v srpnu 2002 provedli jeho testy v aerodynamickém tunelu v Langleyho výzkumném středisku NASA. Následně v roce 2004 si tento svůj vynález nechala firma Gulfstream patentovat. Zkoušky v aerodynamickém tunelu toho o letadlech i jejich částech prozradí mnoho, ale stále platí, že nejlepším způsobem, jak se dozvědět vše nejlépe, jsou letové zkoušky. Gulfstream proto opět oslovil Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, tentokrát ale Drydenovo letecké výzkumné středisko, zda by na letových zkouškách nespolupracovali. Toto partnerství ostatně bylo nutné, protože Gulfstream nedisponuje žádným nadzvukovým letounem, který by zkoušky uskutečnil, kdežto NASA pochopitelně ano. Nejprve byl vyroben model nástavce zhruba čtvrtinové velikosti, který sloužil k pevnostním zkouškám. Následoval model poloviční, na kterém se zkoušely mechanismy pro vysouvání segmentů. Zde se například zjistilo, že není vhodný pneumatický systém vysouvání a zasouvání, protože nedovoluje precizně řídit rychlost a přesnost posuvu segmentů. Byl proto upřednostněn systém využívající elektromotoru. Jakmile byly hotové tyto práce, přešlo se ke stavbě finálního Tichého hrotu. Postaveny byly dva identické exempláře, výroba prvního z nich byla dokončena v září 2005, načež nejprve nástavec sloužil k vibračním zkouškám, aby byl následně v říjnu odeslán do Drydenova střediska sídlícího na Edwardsově letecké základně (KEDW/EDW), kde posloužil i k vlastním letovým zkouškám. Na F-15B byl namontován 6. dubna 2006. Druhý exemplář byl dokončen v listopadu 2005 a posloužil k pevnostním a zátěžovým zkouškám ve středisku firmy Gulfstream na letišti Savannah (KSAV/SAV) u stejnojmenného města ve státě Georgia. Ve všech testech Quite Spike obstál, ve vertikální rovině vydržel namáhání o 200 procent větší než na jaké byl projektován, v podélné rovině pak 300 procent projektovaného namáhání. Tímto byl připraven k ostrým letovým zkouškám.

Předcházely jim samozřejmě ještě zkoušky pojížděcí, aby se ověřilo chování nástavce na letadle během pohybu po zemi a případně se odhalily faktory, které by se mohly nepříznivě projevit za letu. Prováděla se proto například měření během pojíždění se zataženým nástavcem, s plně vysunutým anebo se zkoušelo jeho vysouvání během pojíždění. K prvnímu vzletu s nástavcem došlo 10. srpna 2006. F-15B pilotoval zkušební pilot NASA James Smolka, který usedal za řízením i během všech dalších letů. Během tohoto úvodního letu nebyl teleskopický nástavec vysunut a letoun nezatahoval podvozek. Cílem bylo v reálné situaci ověřit, jak se stroj s prodlouženou přídí bude za letu chovat. Letem dne 3. října bylo završeno rozšiřování letové obálky v podzvukovém letu se zasunutým nástavcem, následně 17. října bylo totéž úspěšně dokončeno pro let s nástavcem v pracovní poloze, tedy v plně vysunuté délce. Tím byla otevřena cesta k nadzvukovým letům, které všichni napjatě očekávali, protože teprve ony měly ukázat, jak se na rázových vlnách nástavec projeví. Proto k prvnímu nadzvukovému letu došlo o tři dny později, 20. října 2006, kdy Smolka s F-15B prolomil zvukovou bariéru a dosáhl rychlosti Mach 1,2. K prvnímu měření rázových vln a aerodynamického třesku došlo 13. prosince. Eagle s nástavcem Quite Spike letěl ve výšce 13 716 metrů a o něco níže za ním ve vzdálenostech od 30 do 213 metrů jej následoval druhý Eagle (trupového čísla 837) s měřicí aparaturou na přídi. Maximální dovolené rychlosti s nástavcem, která činila Mach 1,8, dosáhl F-15B dne 19. ledna 2007. Aby bylo maximálně využito letového času, zapojil se do zkoušek i tankovací KC-135, ze kterého proběhlo doplňování paliva za letu. Celkem během tohoto výzkumného programu uskutečnil letoun v konfiguraci s nástavcem Quite Spike 32 letů. Přičíst k nim lze ještě 6 letů, které se uskutečnily před montáží nové přídě, jež sloužily ke kalibraci přístrojů a určení základních hodnot sledovaných parametrů u neupraveného stroje, aby bylo během výzkumu možné jasně určit, co má na svědomí prodloužená příď. Dohromady tak Smolka s F-15B uskutečnil v rámci projektu 38 letů.

Nejzajímavější jsou ale získané poznatky. Měření ukázala, že Tichý hrot skutečně účinně pracuje s rázovými vlnami, které dle očekávání rozložil na sérii menších. To se na záznamu N-vlny projevilo tak, že její první část měla delší náběh a byla zubatá, jak se rozložil přetlak na větší vzdálenost danou délkou nástavce. Důležitým poznatkem bylo zjištění, že se jednotlivé menší rázové vlny šíří paralelně a nespojují se do silnější rázové vlny. Ovšem již před započetím zkoušek výzkumníci věděli, že použitý letoun F-15B se sám o sobě vyznačuje natolik silným aerodynamickým třeskem, že účinek nástavce se projeví na rázových vlnách jen v blízkém okolí stroje a na zem již dorazí N-vlna v klasické podobě, protože rázové vlny vytvářené trupem letounu na cestě k zemskému povrchu „přehluší“ účinek nástavce, takže posluchači na zemi uslyší stejný aerodynamický třesk jako u jakéhokoli jiného Eaglu. To potvrdilo měření pomocí aparatury umístěné na zemi v koridoru pod letounem letícím nadzvukovou rychlostí. Proto se měření omezila na aparaturu umístěnou na doprovodném letadle, které letělo v kuželu rázových vln v blízkém okolí. Z hodnoty nástavce to ale nic neubírá, protože ten je určen pro nově projektovaná letadla (vycházející z poznatků získaných strojem SSBD), kdy v součinnosti s přesně navrženým tvarem stroje pro malou intenzitu aerodynamického třesku dokáže výsledný hluk ještě více zmírnit. Co se týče poznatků týkajících se letových vlastností stroje s nástavcem, za nejdůležitější lze označit mírné zhoršení podélné stability při rychlostech větších než Mach 1,4. Jiné nepříznivé projevy nebyly sledovány.

Po skončení výzkumu odlétl stroj 13. února 2007 z Edwardsovy letecké základny přes Kellyho leteckou základnu (KSKF/SKF) u města San Antonio v Texasu, kde nocoval, aby 14. února pokračoval na demontáž nástavce do střediska firmy Gulfstream v Georgii. Zde se naposledy předvedl několika průlety a následující den, 15. února, byl uveden do původní podoby. Na zpáteční cestu do Kalifornie se vydal 16. února, čímž se celá kapitola uzavřela.

Úspěch tohoto řešení podnítil výzkumníky z Gulfstreamu a NASA na projekt navázat a podniknout další zkoumání možností tichého nadzvukového letounu, což se odrazilo v nápadu zkonstruovat kompletně nový experimentální stroj, který by sloužil ke komplexnímu studiu problematiky a rovněž by demonstroval, že je možné sestrojit nadzvukový letoun, který bude tichý jako jeho podzvukoví bratranci. Tím měl být stroj spadající mezi prestižní letadla X, který dostal přiřazeno označení X-54A. V roce 2008 ale z důvodu značných škrtů v rozpočtu NASA došlo k prozatímnímu odložení prací a dění kolem tohoto demonstrátoru na čas utichlo. Zda se na něm alespoň v nějaké míře pracovalo, anebo byl zcela zavřen v šuplíku, se nedá v současné době zjistit, ale v roce 2011 se objevily první náznaky, že projekt ožívá. Na zasedání Drydenova výzkumného střediska 22. srpna 2011 byl stroj X-54A, který je nově označován i jako LBEV (Low Boom Experimental Vehicle, Experimentální prostředek s malým třeskem), diskutován, konkrétně se zde hovořilo o návrhu vystřelovací sedačky pro tento letoun, což dává tušit, že půjde o pilotovaný stroj (na rozdíl od jiných letadel X, například zde dříve představeného X-50, viz 23. díl). S navýšením rozpočtu pro rok 2012 se práce rozeběhly a byl zveřejněn i předpokládaný termín prvního vzletu, a to rok 2018. Užitečnost takovéhoto stroje bude nezpochybnitelná, protože jednak poskytne celistvý obrázek o možnostech tichého nadzvukového letu, a jednak bude skvělou pákou na aktualizaci omezení, která se vztahují na nadzvukovou civilní přepravu.

Quiet Spike (stejně jako Shaped Sonic Boom Demonstrator představený v předchozím díle) se zaměřoval na modelování první části N-vlny, která je ovlivněna rázovou vlnou vznikající na přídi. Jak tyto pokusy ukázaly, intenzitu aerodynamického třesku jde v tomto případě velice dobře ovlivnit, respektive snížit. Jak je to ale s druhou částí N-vlny? Na výzkum zaměřující se na tuto oblast se podíváme v příštím díle.

Kam dál?
Videozáznam ze zkušebního letu systému Quiet Spike: http://youtu.be/HGQvNYmVZBE
Videozáznam ze zkušebního letu systému Quiet Spike: http://youtu.be/EaaY_BdLHPY
Finální podoba X-54A alias LBEV bude velice pravděpodobně dost podobná tomuto konceptu: http://www.nasa.gov/sites/default/files/nasa_supersonic_concept.png
Předchozí díl (I): http://airspotter.eu/Download/SSBD.pdf

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/Quiet_Spike.pdf

Marek Vanžura
(Photo © NASA)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út leden 27, 2015 9:36 am    Předmět: Citovat



26. díl – LaNCETS aneb nadzvukový let bez třesku (III)

O tom, že je snaha vyvinout tichý nadzvukový dopravní letoun brána skutečně vážně, vypovídá opravdu značné množství výzkumů, které se v této oblasti během relativně krátké doby posledních deseti let uskutečnily. Minulé dva díly pojednávaly o prvních krocích za dosažením nadzvukového letu s co nejmenším aerodynamickým třeskem. Dnešním dílem přidáme třetí výzkum, který provedl americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, a který posunul znalosti týkající se návrhů letadel se zmenšeným aerodynamickým třeskem zase o notný kus dále.

Posledním ze stěžejního trojlístku výzkumů NASA byl program pojmenovaný LaNCETS, což je zkratka z Lift and Nozzle Change Effects on Tail Shocks (vliv změny vztlaku a trysek na rázové vlny na zádi). Zatímco předchozí projekty SSBD (24. díl) a Quiet Spike (25. díl) se zabývaly rázovými vlnami vznikajícími na přídi, projekt LaNCETS se zaměřoval na zadní část stroje, která se taktéž významnou měrou podílí na formování rázových vln, a tedy síle aerodynamického třesku, přičemž její projevy lze sledovat především na druhé části N-vlny. Měření těchto projevů je komplikovanější než tomu bylo u rázových vln na přídi, přesto s vhodným prostředem nejde o nic nerealizovatelného. I v tomto případě byl oním vhodným prostředkem náležitě upravený letoun.

Strojem, který odvedl svoji práci v programu LaNCETS, byl McDonnell Douglas F-15B Eagle trupového čísla 837. Jde o stroj, který má za sebou opravdu pozoruhodnou minulost, a který sloužil řadu let k výzkumům nejen u NASA, ale předtím i u amerického letectva. Vyroben byl v roce 1971 jako první ze dvou dvoumístných prototypů letounu Eagle označovaných jako TF-15A (výrobního čísla 71-0290). První let uskutečnil 7. července 1973. V květnu roku 1977 se zúčastnil první série zajímavých zkoušek, když létal bez překrytu kabiny (pouze s čelním štítkem), aby se zjistil vliv proudění vzduchu v případné nouzové situaci na osádku letounu, především tedy na zadního člena osádky. Nejprve byla na zadním sedadle užívána figurína, kterou posléze nahradil živý dobrovolník. K 1. prosinci 1977 byl letoun přeznačen na F-15B. Od října 1984 se stroj zapojil do programu Agile Eagle, v rámci něhož obdržel kachní plochy, které vznikly drobnou modifikací vodorovných ocasních ploch stroje McDonnell Douglas F/A-18 Hornet, což byla nejviditelnější změna, a dále získal například vylepšený radar a zesílený podvozek. Letoun byl opět přeznačen, tentokrát dostal označení NF-15B. Na přelomu let 1988 a 1989 dostal ještě zařízení pro vektorování tahu, které bylo předmětem zkoušek od 16. května 1989 až do 12. srpna 1991, kdy byl stroj uskladněn ve výrobním závodě firmy McDonnell Douglas na letišti u města St. Louis v Missouri.

Zde naštěstí nepobyl dlouho, protože o něj projevil zájem NASA v souvislosti se zahájením programu ACTIVE (Advanced Control Technology for Integrated VEhicles, Pokročilá technologie řízení pro integrované prostředky) v roce 1992, jehož předmětem bylo zkoumání vektorování tahu za nadzvukových rychlostí. Vektorování tahu znamená vychylování proudu spalin vycházejícího z výstupní trysky motoru. Tradičně se k tomu využívá mechanizace trysek, které se jsou schopny pohybovat v horizontální a vertikální ose, čímž usměrňují směr proudu plynu, což přispívá zejména k nárustu obratnosti stroje. Pro úplnost, s méně tradičním způsobem vektorování tahu za využití Coandova jevu jsme se seznámili u demonstrátoru Demon (viz 16. díl). NASA tento NF-15B obdržel 15. června 1993. Během výzkumů byl rovněž vyvíjen počítačový program schopný maximálně efektivně využívat vektorování tahu a kachních ploch, což se projevilo například ve schopnosti zvýšit rychlost až o jednu desetinu Machu jen pomocí optimálního nastavení kachních ploch bez jakékoli práce s výkonem motoru. Projekt běžel do roku 1996. Další z význačných programů, kterých se tento stroj pod taktovkou NASA zúčastnil, byl například IFCS (Intelligent Flight Control System, Inteligentní systém řízení letu), který proběhl v letech 1999 až 2008. Cílem bylo vyzkoušet užití umělých neuronových sítí jakožto systému, který se dokáže učit, a tedy i reagovat na různé letové režimy, včetně situací, kdy je stroj poškozen, a v každém letovém režimu a situaci tak vyhodnotí nejlepší konfiguraci letounu. V mezidobí, v roce 2006, si odskočil coby doprovodné letadlo nesoucí měřicí aparaturu k projektu Quite Spike. Po skončení IFCS již následoval pro nás nejzajímavější program LaNCETS.

Hlavním cílem LaNCETS bylo prozkoumat možnosti, jak ovlivnit druhou část N-vlny, k čemuž bylo využito výhod vycházejících z modifikací, kterými letoun 837 prošel v minulosti. Tedy kachních ploch a vektorování tahu. Oba tyto systémy totiž dovolují účinně manipulovat s proudem vzduchu, který letoun obtéká, což v případě letů nadzvukovou rychlostí znamená i nepřímou manipulaci s rázovými vlnami. Proto výzkumníci měřili, jak se na přetlaku, který zobrazuje N-vlna, projeví různá nastavení kachních ploch a různé režimy vektorování tahu.

Výzkum probíhal od poloviny června 2008 do konce ledna 2009, kdy se uskutečnilo celkem 16 letů. Jako v případě Tichého hrotu, i tentokrát pilotoval James Smolka. Letové zkoušky byly rozděleny do dvou fází. První z nich se uskutečnila ve dnech 17. až 19. června 2008, během nichž podnikl Smolka tři lety, kdy doprovodný Eagle (836) provedl celkem 29 měření rázových vln, a to během letu ve výšce 12 192 metrů při rychlostech Mach 1,2, Mach 1,4 a Mach 1,6. Během těchto letů prozatím nebylo nikterak využito kachních ploch či vektorování tahu, neboť šlo o měření základních hodnot, se kterými se budou porovnávat hodnoty naměřené během druhé fáze, kdy již oba systémy budou využívány naplno. Následující druhá fáze byla zahájena 24. listopadu 2008. Do 11. prosince se uskutečnilo 9 letů, poté ale musely být zkoušky přerušeny, protože se do oblasti přesunula silná sněhová bouře. Přes vánoční svátky a na přelomu roku se nelétalo, takže k obnovení létání došlo až 12. ledna 2009. Během tohoto dne a následně 15. a 30. ledna podnikl Smolka dohromady 13 letů, z nichž 11 provázelo měření rázových vln doprovodným letounem, který za vedoucím strojem ve výšce 12 192 metrů letěl ve vzdálenostech od 30 do 152 metrů. Ověřováno bylo chování rázových vln při různých kladných i záporných vychýleních kachních ploch (při rychlostech Mach 1,2, 1,4 a 1,6) i v různých fázích vektorování tahu (Mach 1,2 a 1,4).

Tímto byla získána vůbec první letová data související s vlivy působicími na rázové vlny vznikající na zádi, což společně s předcházejícími dvěma výzkumy dává již celistvý náhled na možnosti, jak zkonstruovat skutečně tichý nadzvukový letoun. Naměřená data byla proto implementována do počítačových modelů a programů, které tak poskytují mocný nástroj pro návrhy potenciálně tichých nadzvukových strojů. Let 30. ledna byl nejen posledním letem programu LaNCETS, ale také posledním letem stroje F-15B 837 vůbec. Šlo o let s pořadovým číslem 251, který pod hlavičkou NASA tento letoun uskutečnil. Program LaNCETS tak pro něj byl důstojným završením kariéry, po němž se dočkal zaslouženého odpočinku. K vidění by měl být nyní po boku dalších zkušebních strojů NASA u Armstrongova leteckého výzkumného střediska na Edwardsově letecké základně v Kalifornii.

V příštím díle se podíváme na skupinu téměř deseti dalších výzkumů, které NASA podnikl, a které samy o sobě nejsou natolik rozsáhlé, aby vydaly na samostatný díl, ale jsou nesmírně zajímavé a lze říci, že i v mnoha ohledech přelomové. Také se podíváme, s čím přišli vědci ze Země vycházejicího slunce.

Kam dál?
Videozáznam zachycující detaily stroje F-15B (837) během dne otevřených dveří na Edwardsově letecké základně v roce 2009: http://youtu.be/S_Wkj0bQ-ns
Videozáznam letové ukázky stroje F-15B (837) na leteckém dni na Edwardsově letecké základně v roce 2005: http://youtu.be/ejxstV3sPhg
Předchozí díl (I): http://airspotter.eu/Download/SSBD.pdf
Předchozí díl (II): http://airspotter.eu/Download/Quiet_Spike.pdf

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/LaNCETS.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Thomas J. Bunce)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út únor 17, 2015 9:18 am    Předmět: Citovat



27. díl – D-SEND, FaINT, WSPR a další aneb nadzvukový let bez třesku (IV)

Disponovat nadzvukovým letounem, který se vyznačuje tichým aerodynamickým třeskem, anebo přinejmenším schopností takový stroj sestrojit, je bezesporu potěšující, ale nutnou podmínkou pro jeho praktické nasazení a využití jsou změny v legislativě, která prozatím nadzvukové přepravě příliš nepřeje. Způsobem, jak podnítit potřebné změny, jsou experimenty snažící se simulovat očekávanou intenzitu hluku budoucích civilních supersoniků, k nimž se následně vyjadřují přizvaní posluchači na zemi. Na základě jejich odezvy se pak výzkumníci snaží dopídit, jaká úroveň hluku je přijatelná, a tedy jaká má být cílená hlučnost budoucích nadzvukových strojů. A pochopitelně jde také o to, aby následně přiměli kompetentní úřady k zahájení diskuse nad možnými aktualizacemi předpisů. Tímto směrem se ubíralo hned několik projektů, které v uplynulých letech uskutečnil Národní úřad pro letectví a kosmonautiku.

Konkrétně se jedná o projekty Low Boom/No Boom, v jehož rámci byl vytvořen manévr umožňující vytvářet aerodynamický třesk menší intenzity prostřednictvím zcela konvenčního stroje; dále House VIBES, který zkoumal působení rázových vln na konstrukce domů, a tedy i na vnímání třesků uvnitř budov; SonicBOBS, který volně navázal a studoval působení rázových vln na stavby velkých rozměrů; SCAMP, což bylo zkoumání přechodu z podzvukové rychlosti na nadzvukovou, který se vyznačuje zvýšenou intenzitou hluku; WSPR neboli ověřování metod pro získávání odezvy veřejnosti na třesky různé intenzity; a konečně FaINT, což byl projekt, který zkoumal rázové vlny, jenž nedolehnou až k posluchačům na zemi, protože se během šíření atmosférou rozptýlí. V tomto duchu je hodný pozornosti i simulátor třesku SASSII firmy Gulfstream, který nabízí platformu pro získávání zpětné vazby od posluchačů, aniž by muselo vzlétnout jediné letadlo.

Kromě toho se ještě podíváme na dvojicí prací na tichém nadzvukovém stroji, které jsou dílem japonských výzkumníků. Řeč bude o experimentu NEXST-1 zabývajícim se možnostmi snižování odporu supersoniků a D-SEND neboli návrh nadzvukového stroje projevujícího se tichým třeskem.

Low Boom/No Boom: Základním krokem k simulaci třesků různé intenzity bylo vyvinutí manévru, pro který se vžilo označení Low Boom/No Boom (Malý třesk, žádný třesk), během kterého dokáže i běžný neupravený nadzvukový letoun vytvářet aerodynamický třesk proměnlivé intenzity. Inspirací pro vytvoření tohoto manévru bylo pozorování letu raket, které při klesání k cíli pod velmi strmým úhlem rychlostmi lehce převyšujícími rychlost zvuku vytvářejí jen velice slabý třesk.

Tento poznatek převedl do prakticky využitelné podoby u letounu zkušební pilot NASA James Smolka. Podstata manévru, v němž spočívá trik s utlumením třesku, je ta, že letoun F/A-18 letí rychlostí jen nepatrně menší než je rychlost zvuku ve výšce 15 240 metrů, následně se stroj přetočí na záda a zahájí v této pozici klesání pod úhlem 53 stupňů, kdy dosáhne rychlosti Mach 1,1, načež ve výšce 9 753 metrů let vybere. K redukci aerodynamického třesku dochází díky několika faktorům. Za prvé je to velká vzdálenost, na kterou se rázové vlny šíří vlivem zahájení manévru ve velké výšce, což vede k jejich oslabení, za druhé je to překlopením stroje na záda, neboť horní strana letounu vytváří slabší rázové vlny, třetím faktorem je relativně malá velikost Hornetu, což samo o sobě znamená relativně malý třesk, a konečně za čtvrté se pozitivně projevuje relativně nízká rychlost, která je jen těsně nad hranicí rychlosti zvuku. Kombinací těchto faktorů se potom dosahuje přetlaku, který je výrazně menší než za standardních podmínek.

Jakmile byl manévr připravený, přešlo se k testům. V červenci 2005 se na Edwardsově letecké základně (KEDW/EDW) sešlo 18 dobrovolníků, kteří seděli v blízkosti mikrofonů umístěných v koridoru pod prolétávajicím letounem McDonnell Douglas F/A-18B Hornet (852) pilotovaném Jamesem Smolkou, a poslouchali třesky a hodnotili jejich přijatelnost. Posléze i hodnotili kvalitu nahrávek těchto třesků. Nahrávek lze využít v simulátorech třesků, což jsou v podstatě místnosti, ve kterých reproduktory přehrávají nahrávky třesků. Jde o levnější možnost, jak získat zpětnou vazbu od posluchačů, než by tomu bylo v případě letů letadel.

V červnu 2006 následovaly další zkoušky, a to když bylo 288 mikrofonů a akcelerometrů rozmístěno do opuštěných budov a jejich okolí postavených v 60. letech v areálu Edwardsovy letecké základny. Na 77 dobrovolníků připadl úkol hodnotit aerodynamické třesky různých intenzit. Během šesti letových dnů od 13. do 22. června 2006 uskutečnila dvojice Hornetů dohromady 19 letových testů, během nichž vytvořili 98 „tichých“ třesků, přetlak od 2,4 Pa (0,05 psf) do 38,3 Pa (0,8 psf), a 14 klasických třesků, přetlak od 40,2 Pa (0,84 psf) až do 86 Pa (1,8 psf). Díky tomu, že se zapojily dva letouny, mohly posluchače zásobovat třeskem každé tři minuty, což přispívalo k přesnějšímu hodnocení. Po skončení testů se 63 procent posluchačů shodlo, že třesky poslouchané uvnitř budov byly otravnější než ty mimo budovy.

House VIBES: Je zkratkou z House Variable Intensity Boom Effect on Structures (Efekty proměnlivé intenzity třesku na struktury domů). Smyslem tohoto experimentu bylo zjistit, jak se projevuje působení rázových vln na domech a podobných stavbách. V průběhu července 2007 se uskutečnilo celkem 7 letů, při nichž dvojice strojů F/A-18A (jeden let) a F/A-18B (šest letů) provedla celkem 43 průletů nad opuštěnými dvojdomky postavenými v 90. letech v areálu Edwardsovy letecké základny. V domech, kolem nich a na desetimetrovém stožáru poblíž bylo umístěno 112 senzorů, které zaznamenávaly intenzitu aerodynamického třesku. Celkem Hornety provedly 12 průletů při rychlosti Mach 1,25 ve výšce 9 753 metrů, kdy byl přetlak až 105 Pa (2,2 psf), a následně 31 průletů, kdy využily Low Boom/No Boom manévru, přičemž přetlak se pohyboval od 3,8 Pa (0,08 psf) do 33,5 Pa (0,7 psf). Kromě pozemních snímacích aparatur se experimentu účastnil i větroň L-23 Super Blaník, který na palubě taktéž nesl měřicí zařízení a zaznamenával tak hodnoty přetlaku v prostoru mezi Hornety a zemí. Z naměřených hodnot uvnitř domů vyplynulo, že potenciální obyvatelé uvnitř těchto modernějších staveb by byli vystaveni méně nepříjemnému hluku než tomu bylo v předešlém případě u starších domů.

SonicBOBS: Neboli Sonic Booms On Big Structures (Aerodynamický třesk působící na velké struktury). V roce 2009 se pozornost vědců z NASA zaměřila na zkoumání vlivu působení rázových vln na stavby větších rozměrů. O působení na relativně malé domy měli dost poznatků díky dvěma předchozím experimentům, ale o chování podstatně větších staveb (haly a podobně) toho příliš nevěděli. Proto 11. června 2009 uskutečnil F/A-18 Hornet dohromady 18 průletů nad budovou Muzea letových zkoušek amerického letectva na Edwardsově letecké základně, z nichž 9 bylo běžné intenzity a 9 nízké intenzity (tiché třesky). Následně 9. a 12. září téhož roku proběhly další testy. První z těchto dnů se létalo nad neobydlenými oblastmi. U těchto zkoušek byli mimo jiné přítomni i zástupci Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO), která bude v budoucnu rozhodovat o tom, zda lety nadzvukových civilních strojů nad pevninou povolí, nebo ne. Při testech druhého z oněch dnů se již opět létalo nad halou muzea, ve které byly také umístěny figuríny, které měly v hlavách mikrofony, aby se co nejvíce přiblížily tomu, jak by třesk slyšel živý člověk. Poslední lety v rámci tohoto projektu se uskutečnily 14. a 16. října 2010. Výsledky ukázaly, že rázové vlny budou u těchto větších staveb závažnějším problémem než tomu bylo u menších domů.

Setkat se lze ještě s podobnou zkratkou SonicBREWS, ale v tomto případě nejde o experiment, který by nějakým způsobem přispíval ke znalostem ohledně tichého nadzvukového letu. Jen stručně, šlo o pokusy, kdy se ověřovalo, zda časté třesky v okolí Edwardsovy letecké základny nebudou mít negativní vliv na detektory zemětřesení (seismografy) umístěné v těchto oblastech. Název programu je Sonic Boom Resistant Earthquake Warning System neboli Varovný systém před zemětřesením odolný vůči aerodynamickému třesku.

SCAMP: Zkratka ze Superboom Caustic Analysis and Measurement Project (Projekt měření a analýzy extrémně silných třesků). Jeho cílem bylo prozkoumat kritický přechod z podzvukové rychlosti na nadzvukovou, při kterém může aerodynamický třesk dosáhnout i dvou až pětinásobně vyšší intenzity než při ustáleném nadzvukovém letu. Porozumění tomuto jevu je důležitým krokem k jeho umenšení u budoucích nadzvukových civilních strojů. Test proběhl v květnu 2011, kdy se v koridoru pro nadzvukové lety severně od města Boron v Kalifornii uskutečnilo 13 letů, během nichž F/A-18B (852) ve výškách od 10 668 metrů do 13 716 metrů akceleroval z podzvukové na nadzvukovou rychlost (až do Mach 1,3), aby vytvořil dohromady 70 třesků. V koridoru dlouhém 3 000 metrů bylo umístěno 81 mikrofonů, které zaznamenávaly třesk, a rovněž bylo využito měření za letu, tentokrát z paluby motorového větroně Aeromot AMT-200 Super Ximango (u amerického letectva nese označení TG-14). Ten létal ve výškách od 1 219 metrů do 3 048 metrů. Ve výšce 1 066 metrů byla ještě upoutaná vzducholoď o délce 10,6 metru, která taktéž nesla měřicí aparaturu. Jak je vidět, počtem zapojených strojů ve vzduchu šlo o poměrně rozsáhlý projekt.

WSPR: Je zkratka z Waveforms and Sonic Boom Perception and Response (Vlnové funkce, vnímání aerodynamických třesků a odezva na ně). Jednoduše řečeno, šlo o to vyvinout metody získávání dat od veřejnosti během budoucích experimentů, a to mezi lidmi, kteří nežijí v blízkosti leteckých základen, kde lze občas třesk zaslechnout. V době od 1. do 18. listopadu 2011 proběhlo 22 letů, kdy F/A-18 vytvořil 82 třesků snížené intenzity a 5 klasických třesků. Rozsah přetlaků byl od 3,8 Pa (0,08 psf) do 67 Pa (1,4 psf). Více než 100 dobrovolníků vyplňovalo připravený dotazník, který byl vyhotoven v několika různých podobách, aby se svou formou co nejvíce přiblížil možnostem co nejširšího spektra lidí. K dispozici tak byly dotazníky v klasickém papírovém vyhotovení, v podobě dotazníku na internetu i jako aplikace v mobilním telefonu. Výzkumníci pak od zúčastněných dobrovolníků získali zpětnou vazbu na metody získávání názorů na přijatelnost třesků, dáky čemuž je mohou odladit a při budoucích výzkumech získat maximálně přesné odpovědi.

FaINT: Je zkratka z Farfield Investigation of No Boom Treshold (Dálkové zkoumání rozhraní mezi třeskem a jeho rozptylem), která má sama o sobě taktéž význam ve spojitosti s předmětem zkoumání, protože anglické slovo „faint“ znamená „mdlý“, což je označení, které na třesky zkoumané v tomto projektu vcelku pěkně sedí. Šlo o prozkoumání fenoménu, kdy rázové vlny vzniklé během nadzvukového letu nedosáhnou až na zem, tedy ani k posluchačům. K tomuto jevu dochází zpravidla tehdy, když letoun letí rychlostí Mach 1,2 a méně ve výškách nad 10 668 metrů. Vzniklé rázové vlny se totiž v takovém případě zeslabí a odrazí od nižších vrstev atmosféry, které jsou teplejší. Od 29. října do 7. listopadu 2012 uskutečnil F/A-18B (852) třináct letů, přičemž během každého z nich vytvořil 6 třesků nad řadou 120 mikrofonů umístěných na Edwardsově letecké základně. Zároveň se opět zapojil motorový větroň TG-14, který snímal úroveň třesku ve výškách od 1 524 metrů do 3 048 metrů, a nafukovací upoutaná vzducholoď, která prováděla měření ve výšce 914 metrů. Výsledky ukázaly, že chování rázových vln je vysoce závislé na rychlosti, jakou stroj letí, takže i malé rozdíly v rychlosti se mohou velkou měrou projevit v tom, zda třesk dolehne až na zem, anebo se skutečně rozptýlí, a taktéž na atmosférických podmínkách, které se v průběhu dne mohou masivně měnit, takže stejný letový režim v různých částech dne může mít za následek vytvoření rázových vln, které dosáhnou země, a jindy se naopak stihnou rozptýlit. Získaná data jsou tak velice hodnotná, protože poskytují ohromně přínosné informace o chování rázových vln.

Tímto bychom měli mít zmapovány všechny významné projekty, které NASA na poli tichého nadzvukového letu dosud podnikl. A není jich rozhodně málo. Připočteme-li ke dnes představeným ještě projekty rozebrané v předchozích dílech (SSBD, 24. díl; Quiet Spike, 25. díl; LaNCETS, 26. díl), získáváme celkem 9 různých projektů. Navíc je třeba brát v potaz, že všechny poznatky během nich získané budou kulminovat ve zcela novém experimentálním stroji X-54A, jehož první vzlet se očekává během tří let. Ten snad bude předobrazem prakticky využitelného letounu pro nadzvukovou civilní přepravu. Ještě bych doplnil, že jsem se zaměřoval výlučně na projekty přímo spojené s umenšováním intenzity třesku, což ale nejsou jediné programy, které NASA v doméně nadzvukového létání podniká. Stranou jsem prozatím nechal například výzkumy profilu křídla s laminárním obtékáním, návrh nového typu vstupu vzduchu k motorům pro nadzvukové stroje či zkoušky nového typu sond, které mohou přispět k usnadnění prováděných testů, a to proto, že jejich primární rolí není umenšovat třesk. Abychom měli výčet pokusů o ztišení třesku pokud možno kompletní, podívejme se ještě na simulátor třesků firmy Gulfstream a na dvojici projektů japonské agentury JAXA.

SASSII: Jak víme z projektu Quiet Spike, americký Gulfstream se intenzivně zajímá o možnost zkonstruování nadzvukového obchodního letounu. Dalším jeho příspěvkem k této problematice je simulátor aerodynamických třesků nazvaný Supersonic Acoustic Signature Simulator II. Nejde sice o jediný simulátor třesků, který existuje, ale protože je hodnocen jakožto nejlepší, neboť kvalita jeho reprodukce se nejvíce blíží realitě, zmiňuji se pouze o něm. Vlastními simulátory disponuje například také NASA a Lockheed Martin či japonská JAXA. V případě Gulfstreamu jde o deset metrů dlouhý přívěs, ve kterém se nachází zvukotěsná komora o rozměrech přibližně 2 x 3 metry, do které ústí reproduktor. Uvnitř této komory mají posluchači možnost zakusit nahrávky třesků od těch nejtišších až po nejhlučnější. Ve zbylé části přívěsu je místnost operátora, který ovládá reprosoustavu. Umístění simulátoru v pojízdném přívěsu má svůj smysl, protože Gulfstream s ním cestuje napříč Spojenými státy a získává od lidí z nejrůznějších koutů této země reakce na přijatelnost tichých třesků.

NEXST-1: První z experimentů provedených japonskými výzkumníky z JAXA (Japan Aerospace eXploration Agency, Japonská letecká výzkumná agentura) nese označení NEXST-1 (National EXperimental Supersonic Transport, Národní experimentální nadzvuková přeprava). Jde tedy o první krok na cestě za zkonstruováním japonského civilního supersoniku. Cílem tohoto projektu bylo ověřit možnosti snížení aerodynamického odporu nadzvukového letounu, a tím pádem i zmenšit spotřebu paliva a nepřímo i hlučnost stroje. Výzkumníci vycházeli ze zjištění, že u dopravních nadzvukových letounů s každým jedním procentem nárustu odporu dochází ke snížení kapacity stroje o tři cestující. Tedy zmenšením odporu lze dosáhnout vyšší kapacity stroje při zachování pohonné jednotky a spotřeby.

Japonští vědci proto navrhli experimentální těleso, jehož tvary vzniklé na základě rozsáhlých počítačových simulací měly vytvářet nejmenší možný odpor pro danou konfiguraci (jeho fotografii naleznete v odkazech níže). Demonstrátor byl navržen jako 11procentní zmenšenina potenciálního budoucího letounu, jeho délka tak činila 11,5 metru a rozpětí 4,72 metru, hmotnost tělesa byla 1 950 kg. K letové zkoušce došlo 14. července 2002 na australské střelnici Woomera. Stroj byl připevněn na raketě, která jej měla vynést do výšky 18 km, kde by se od ní odpojil a následně uskutečnil zamýšlený test. Avšak raketa během své akcelerace vyvinula přetížení, které řídicí systémy demonstrátoru nevydržely, došlo ke zkratu a zkušební těleso tak přišlo o svého autopilota a selhalo. Následovalo rozsáhlé vyšetřování, které tuto příčinu neúspěchu odhalilo, a umožnilo ji pro druhý letový test odstranit.

O tři roky později se výzkumníci na to samé místo vrátili s přepracovanou experimentální jednotkou. Původně se počítalo se startem na polovinu srpna 2005, nakonec byl po několika odkladech úspěšně proveden 10. října 2005. Tentokrát vše proběhlo zcela dle plánů a očekávání. Letoun byl pomocí rakety vynesen do výšky 19 km, odkud klouzavým letem proletěl rychlostí Mach 2 stanoveným koridorem s měřicími aparaturami. Poté se snesl na padácích a dosednutí utlumil nafukovacím vakem pod trupem. Celkový letový čas činil 15 minut a 22 sekund. Dle vyjádření agentury JAXA získaná data potvrdila správnost jejich počítačových modelů, takže se mohlo přejít na další projekt.

D-SEND: Druhým z význačných japonských projektů na poli budoucí nadzvukové přepravy je program nesoucí název D-SEND (Drop test for Simplified Evaluation of Non-symmetrically Distributed sonic boom, Padací test pro zjednodušené vyhodnocování nerovnoměrného šíření aerodynamického třesku. Zároveň zkratka projektu odkazuje k anglickému slovu „descend“ neboli klesání, což odráží hlavní část testu), který proběhl ve dvou fázích s dvojicemi letových zkoušek.

Svým rozsahem šlo o větší projekt než jakým byl jeho předchůdce. To potvrzuje výčet provedených testů. Nejprve si výzkumníci ověřovali samotné postupy a metody měření aerodynamického třesku. Tato část zkoušek nesla označení ABBA (Airborne Blimp Boom Acquisition, Získání dat o třesku z letící vzducholodi; navíc jde i o popkulturní odkaz na známou švédskou hudební skupinu). V trojici letových zkoušek (září 2009, září 2010 a květen 2011) na švédské střelnici v lokalitě Vidsel byly na lanu upoutané vzducholodi ve výšce 1 000 metrů umístěny měřicí aparatury, které měly snímat rázové vlny vytvářené letounem JAS-39 Gripen. Po posledním z ověřovacích letů se vědci přesunuli do nedaleké Kiruny, kde ihned navázala první fáze letových zkoušek experimentálních těles programu D-SEND.

K ověření správnosti tvarů navržených pro letoun s umenšeným třeskem posloužila dvojice zkušebních těles nesoucí označení NWM (N-Wave Model, Model s N-vlnou, měl délku 5,6 metru, průměr 0,613 metru a hmotnost 700 kg) a LBM (Low-Boom Model, Model s malým třeskem, délky 8 metrů, průměru 0,613 metru a hmotnosti 630 kg). Tato tělesa byla pod héliovým balónem vynesena do výšky nad dvacet kilometrů, kde byla uvolněna a následně prolétla kolem měřicích zařízení. Ze získaných dat se porovnávalo, zda má LBM oproti NWM skutečně sníženou intenzitu třesku. Za letu se to ověřovalo hned dvakrát, nejprve 7. května 2011, kdy se s desetisekundovým intervalem shodila LBM a NWM tělesa z výšky 21 km, díky čemuž dosáhla rychlosti Mach 1,4. Ověřený záznamový systém upoutané vzducholodi, který na svém poutacím laně nesla ve výškách 1 000, 750 a 500 metrů, společně s pozemními aparaturami zaznamenal dohromady 34 třesků. Analýzy získaných dat ukázaly, že N-vlna u LBM je skutečně modifikovaná a její první část je menší s plochým vrškem (takřka shodně jako u SSBD, což je dáno tím, že se vycházelo ze stejného teoretického základu, kterým je práce Seebasse, George a Dardenové, viz 24. díl). Potvrdilo to i druhé měření dne 16. května 2011. Tentokrát byla obě tělesa shozena z výšky 27 km se šedesátisekundovým intervalem daným technickým zádrhelem, který se ale jinak nijak negativně neprojevil. Nejvyšší dosažená rychlosti činila Mach 1,7. Bylo získáno 96 záznamů třesků, z toho dvanáct uvnitř budovy. I tentokrát se LBM projevil modifikovaným profilem N-vlny. Na tomto základě byl navržen a postaven pokročilejší demonstrátor, který měl být zmenšeninou budoucího supersoniku.

Tento demonstrátor nesoucí označení S3CM (Silent SuperSonic Concept Model, Koncepční model tichého supersoniku – je zobrazen na úvodním obrázku) se tedy vyznačuje pozměněnými tvary, které naplňují zadání o nesymetrickém šíření rázových vln tak, aby se směrem k zemi šířily vlny slabší a nahoru nad letoun vlny silnější. Délka stroje byla 7,913 metru, rozpětí 3,51 metru a hmotnost 1 000 kg. Opět byl pod héliovým balónem vynesen do stratosféry, kde byl shozen a proletěl naplánovanou trajektorii letu. K tomu došlo 16. srpna 2013 taktéž v Kiruně, kdy byl S3CM vynesen do výšky 12 km, kde došlo k jeho odpoutání a při klesání dosáhl rychlosti až Mach 1,6 během průletu po tratí. Naneštěstí se v průběhu letu odchýlil od naplánované trajektorie o přibližně deset kilometrů, což znamenalo, že nebyla získána všechna potřebná data. Tento test proto skončil jen částečným úspěchem. Proto se vědci z JAXA rozhodli test zopakovat, aby získali maximum informací. Přesunuli se tedy do Kiruny i v roce 2014, kdy v druhé polovině srpna hodlali provést reparát zkoušky. Tentokrát ale nespolupracovalo počasí, takže došlo k několikerému odkladu a nakonec byl test pro tento rok odvolán. Zájem o jeho provedení i nadále trvá, ale aktuálně není žádný oficiální termín pro jeho uskutečnění stanoven. Lze ale předpokládat, že by k němu mohlo dojít v letošním roce. Nezbývá než přát Japoncům štěstí, protože již od prvních pokusů se jim takříkajíc lepí smůla na paty.

Sérií posledních čtyř dílů seriálu jsem se pokusil ukázat, že ačkoli v současné době cestujeme až nudně pomalými letadly, práce na nápravě této situace se bere opravdu vážně a kroky v tomto kontextu učiněné rozhodně nejsou zanedbatelné, a prakticky ve všech případech jde o přelomové výzkumy. Z hlediska potřebných technologií je tichý civilní nadzvukový stroj v současné době realizovatelný, překážkou jsou prozatím legislativní omezení, která výhody supersoniků zcela zásadně stírají, což se pochopitelně odráží v aktuální situaci, kdy hned několik supersoniků existuje na rýsovacích prknech, ale nikdo není ochotný je reálně zkonstruovat, protože by se při dnešních předpisech jejich provoz nevyplatil. Přesto je, myslím, opodstatněné věřit, že už příští dekáda bude dobou nástupu tichých civilních supersoniků, neboť k nim máme nakročeno opravdu slibně. Všechno totiž nasvědčuje tomu, že úkol výzkumníků NASA pracujících na tichém nadzvukovém letu zmíněný v jejich mottu bude korunován úspěchem: „V roce 1947 Chuck Yeager prolomil zvukovou bariéru. Naším úkolem je spravit ji.“

Kam dál?
Desetiminutový dokument o projektu WSPR (v angličtině) plný tichých třesků a velice zajímavých záběrů nahlížejících za oponu výzkumu: http://youtu.be/XDUQ1cj4jMo
Video o projektu FaINT, ve kterém lze porovnat klasický třesk (čas 0:12) a tichý třesk (čas 0:16): http://youtu.be/GG_Ue-4uYAo
Fotografie experimentálního tělesa projektu NEXST-1: http://fenrir.naruoka.org/archives/images/JAXA_NEXST.jpg
Fotografie LBM a NWM těles před vzletem: http://www.sscspace.com/$2/file/d-send-1-1.jpg
Fotogalerie demonstrátoru S3CM projektu D-SEND na Flickru: https://flic.kr/s/aHsjFHwLdQ
Prezentační video JAXA představující projekt D-SEND: http://youtu.be/cBT5O2NJKyc
Předchozí díl (I): http://airspotter.eu/Download/SSBD.pdf
Předchozí díl (II): http://airspotter.eu/Download/Quiet_Spike.pdf
Předchozí díl (III): http://airspotter.eu/Download/LaNCETS.pdf

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/D-SEND.pdf

Marek Vanžura
(Photo © nvs-live.com)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: st březen 04, 2015 6:50 pm    Předmět: Citovat

28. díl – Intermezzo – Vyhlídky nadzvukové civilní přepravy

Nyní, když jsme se podrobně seznámili s výzkumy zabývajícími se možnostmi nadzvukového létání se sníženým aerodynamickým třeskem, je vhodná doba se obecněji zamyslet nad tím, jak to vlastně s nadzvukovým cestováním v současnosti vypadá. Jsme mu blízko? Anebo jde stále o hudbu daleké, možná až nedozírné budoucnosti?

Za výchozí bod si můžeme vzít orientační harmonogram, který v tomto směru vypracoval Národní úřad pro letectví a kosmonautiku (NASA), když na základě předpokladů o vývoji potřebných technologií vytyčil jednotlivé fáze, kterými se program tichých nadzvukových civilních strojů bude zřejmě ubírat. Jakožto nejdříve realizovatelná se vědcům jeví kategorie, kterou nazvali N+1, pro niž by měly být potřebné technologie dostupné v roce 2015. Tato kategorie představuje letoun třídy proudových obchodních letounů (bizjetů), který bude schopný dosáhnout rychlosti Mach 1,6 až 1,8, bude mít kapacitu 6 až 20 osob a dolet 7 000 km. Druhá kategorie nese označení N+2 a technologie umožňující její uskutečnění by měly být k dispozici v roce 2020. V tomto případě jde o malý dopravní nadzvukový letoun s kapacitou 35 až 70 osob schopný dosáhnout rychlosti Mach 1,6 až 1,8 a s doletem 7 000 km. Konečně třetí kategorií, která by měla být nejkomplexnější, a tím pádem i největší výzvou, je kategorie N+3, pro niž bychom měli mít vše potřebné po roce 2030. Sem spadají velké úsporné letouny schopné létat rychlostí od Mach 1,3 až do Mach 2 s kapacitou 100 až 200 cestujících a doletem od 7 000 km do 10 000 km. Jinými slovy, tichý nástupce Concordu tu nebude dříve než v roce 2030.

Dle právě popsané předpovědi by tedy nic nemělo bránit tomu, abychom se již letos dočkali nadzvukového bizjetu. Po technologické stránce tomu skutečně nic bránit nemusí, ale jak se ukazuje, překážkou, a to zcela zásadní, je nechvalně proslulý „úřední šiml“. Jak jsme si řekli v dřívějších dílech, Federální letecký úřad (FAA) zakazuje veškeré lety civilních nadzvukových strojů nad pevninou a výsostnými vodami Spojených států amerických a Mezinárodní organizace pro civilní letectví (ICAO) se přidává se zbytkem světa na oko mírnějším omezením, když zakazuje nadzvukové lety nad pevninou, pokud rázové vlny dolehnou až k posluchačům na zemi. Od tichého supersoniku se neočekává, že se rázové vlny vždy rozptýlí v atmosféře, ale že třesk jím způsobený bude u země tak slabý, že nebude nijak rušivý a v okolním zvuku se ztratí, takže jej posluchači budou ignorovat podobně jako ruch současných letadel přelétávajících nad jejimi hlavami či běžný ruch ulice. Z tohoto důvodu je zásadní určit, jaká intenzita třesku je únosná. A na tomto základě potom do legislativy zabudovat tyto novelizace zohledňující „přijatelný třesk“. Dokud nedojde k těmto přehodnocením a úpravám, nemá stavba tichých (komerčních) supersoniků přílišný smysl.

Diskuse s FAA a ICAO o úpravě předpisů pro nadzvukové lety nad pevninou se táhnou již téměř deset let, což nepůsobí příliš přesvědčivým dojmem, že by mělo opravdu dojít k nějaké změně. Tato určitá nedůvěra a obezřetnost ze strany úřadů je ale pochopitelná, protože zatím nikdo reálně nepředvedl, že civilní supersonik může létat nadzvukově a vytvářet tichý třesk. Dosavadní ukázky možností snížení úrovně třesku se totiž týkaly buď modifikací stíhacích strojů anebo relativně marginálních manévrů, které sice napodobovaly snížené třesky, ale opravdové letadlo, které by dokázalo přepravit cestující a zároveň produkovalo malý třesk, který by nebyl rušivý, není k dispozici, takže vlastně není moc co posuzovat. Velké naděje se proto vkládají do demonstrátoru X-54A, který by se měl velice blížit kategorii N+1, a jehož vzlet se očekává v roce 2018. Až s výsledky, které tento stroj přinese, bude možné vést skutečně vážnou diskusi na téma změn legislativy. Zdá se proto, že dříve než na konci tohoto desetiletí se žádných změn v předpisech nedočkáme.

Technologická a legislativní realizovatelnost tvoří jednu stranu mince, máme tu ale ještě stranu druhou, kterou je existence trhu pro tyto stroje. I sebedokonalejší tichý supersonik je bez zájemců o jeho koupi pouhou kuriozitou. Vážnou otázkou proto je, zda bude o tyto letouny zájem. Objevují se totiž skeptické hlasy ohledně velikosti trhu pro nadzvukové civilní stroje, které vycházejí ze zkušeností s Concordem. V době zrodu Concordu existovaly prognózy, že bude zájem o stovky těchto letounů, ale ve výsledku jich bylo vyrobených všehovšudy 20. Z toho navíc jen 14 jich skutečně létalo v běžném provozu, 7 u British Airways a 7 u Air France. Zbylých šest strojů sloužilo ke zkouškám. Je proto na místě si klást otázku, zda se dnešní trh natolik liší, aby bylo možné dosáhnout výrazně většího počtu dodaných strojů.

Za současných podmínek si můžeme dovolit říci, že se dnešní trh v jistém smyslu příliš neliší. I kdyby byly tiché supersoniky dnes k dispozici, nelétalo by jich více než pár kusů, a to přesně ze stejného důvodu, kvůli kterému létalo jen pár Concordů – zákazu nadzvukových letů nad pevninou. Nebýt tohoto omezení, byl by prodejní úspěch britsko-francouzského počinu nejspíš blízko tomu, co analytikové odhadovali. Takže se vracíme opět k tomu, že klíčovou roli hraje úprava předpisů. Předpokládejme proto, že k úpravě došlo, a položme si otázku znovu. Existuje trh pro tiché civilní supersoniky? Než na ni odpovíme, je třeba rozlišit, zda se bavíme o trhu pro stroje kategorie N+1, anebo stroje kategorie N+2 a N+3. Zkrátka musíme rozlišit mezi nadzvukovými bizjety a dopravními supersoniky. V takové situaci totiž budou odpovědi dvě a trochu odlišné. V prvním případě půjde o sebejisté „ano“, ve druhém případě o váhavé „nejspíš“.

Opravdový zájem o nadzvukový bizjet je dán tím, že lidé využívající těchto strojů si stále stojí za tvrzením, že čas jsou peníze. Dnes běžně používané typy bizjetů přinášejí oproti službám aerolinií ty výhody, že umožňují nezávislost na existujicích leteckých linkách, dovolují užívat letišť, která jsou pro dopravní stroje příliš malá, létají o něco rychleji a v neposlední řadě jsou mnohonásobně pohodlnější. Nadzvukový bizjet by k těmto přednostem navíc dodal zkrácení času stráveného ve vzduchu na téměř polovinu, což je přínos, který by majitelé a provozovatelé bizjetů rozhodně vysoce ocenili. Cestovat letecky z Londýna do New Yorku zhruba stejně dlouho, jako vlakem z Brna do Prahy, je něco, co si zájemce rozhodně najde. A to i navzdory tomu, že pořizovací náklady nadzvukového bizjetu nebudou vůbec malé. Dnešní rychlé bizjety stojí kolem 70 milionů dolarů (zhruba 1,6 miliardy korun) a nelze říci, že by tato cena odrazovala zájemce o koupi. Vždyť jenom typu Gulfstream G650 bylo objednáno přes 200 kusů. Pořizovací cena nadzvukových bizjetů bude ještě vyšší, odhaduje se mezi 80 a 120 miliony dolarů (cca 2 až 3 miliardy korun). Vysoké pořizovací náklady jsou u této kategorie letadel ospravedlnitelné, protože na rozdíl od dopravních strojů sloužících u aerolinií si na sebe jednotlivými lety nepotřebují vydělávat, respektive svým majitelům vydělávají tím způsobem, že jim šetří čas a maximalizují tak dobu, kterou mohou věnovat produktivním činnostem, a tedy vydělávat. Jako realistický se tak jeví odhad minimálně 100 dodaných nadzvukových bizjetů.

Zatímco o zájmu o nadzvukové bizjety nelze příliš pochybovat, v případě dopravních strojů pro aerolinie jde o věc poměrně diskutabilní. V době před vydáním zákazu nadzvukových letů nad pevninou evidoval výrobce Concordu objednávky na více než 70 strojů. To bylo číslo menší než jakým byly prorokované stovky kusů, ale lze předpokládat, že nebýt onoho omezení, celkový počet by časem ještě povyrostl. Od 60. let, kdy k těmto objednávkám došlo, se ale situace velice změnila, některé z aerolinií již neexistují, např. Pan Am, Braniff, TWA a další, jiné jsou na tom finančně o dost hůř, např. Lufthansa, a naopak mnoho nových vzniklo a prosperuje, příkladem za všechny jsou známé Emirates, a vytvořil se nový segment letecké přepravy v podobě nízkonákladových aerolinií, takže odhadovat možnosti dnešního trhu s odvoláváním se na předchozí éru příliš dobře nejde. Navíc je třeba brát v potaz, že nadzvukový dopravní letoun nebude k mání ještě alespoň patnáct let, což je doba, za kterou se toho může mezi leteckými společnostmi mnoho stát. Přesto s povědomím o současném stavu aerolinií si lze udělat alespoň nějaký obrázek o tom, jak by mohl zájem o tiché supersoniky mezi aerolinkami vypadat.

Na prvním místě jistě každého napadne, že hlavním zájemcem o tyto stroje by mohla být právě společnost Emirates. Ta disponuje dostatečným kapitálem, aby si mohla pořízení a provoz supersoniků dovolit, je si vědoma své prestiže, ke které by tyto letouny určitě ještě více přispěly, a taktéž by je dokázala skutečně využít a našla by pro ně ve své rozsáhlé síti linek smysluplné trasy. Cestování s nimi by ale více než pravděpodobně nebylo přístupné každému, protože ceny letenek v takovéto třídě by nebyly určeny masám, přesto by byly natolik atraktivní pro ty, kdo si cení času, aby se letadla naplnila. Uvažovat bychom mohli také o dalších aerolinkách ze Zálivu, konkrétně o Etihad Airways a Qatar Airways. Obě společnosti jsou bohaté a prostředky na pořízení a provoz civilních supersoniků by tak měly. A podobně jako Emirates, i ony mají síť linek, kde by nasazení strojů s poloviční dobou letu oproti dnes používaným letounům dávalo smysl. Jak vidíme v současné době, jsou to právě tyto společnosti, kdo jako první zavádí nejmodernější typy letounů, proto by tomu tak mohlo být i se supersoniky.

Ze západních aerolinií lze v současnosti uvažovat asi jen o American Airlines, které by mohly být vážným zájemcem o tyto stroje. Další velké americké společnosti jako Delta Air Lines a United Airlines by v pořizování pravděpodobně zůstaly trochu pozadu. Snad by o supersoniky mohla projevit zájem australská aerolinie Qantas, pro kterou by měly tyto stroje opodstatnění, a která by si je snad mohla i dovolit. A dokážu si představit, že kdyby se objednávky uzavíraly dnes, v pořízení pár kusů by viděl cestu za dalším zviditelněním i Sir Richard Branson se svými Virgin Atlantic Airlines. Nadzvukové stroje by si mohly dovolit pravděpodobně i aerolinie z Japonska a Číny, zde je však otázkou, zda by pro ně byly k užitku, protože v těchto zemích je zájem především o velkokapacitní stroje (300 a více cestujících), což supersoniky nebudou. Na druhou stranu by mohly vidět v pořízení supersoniků otevření nové sféry svého působení.

Mezi dalšími aeroliniemi by se snad objevilo několik, které by dost možná pořídily maximálně jeden stroj, spíše by však čekaly, zda neklesne pořizovací cena díky objednávkám strojů pro výše zmíněné aerolinky. Je tedy otevřenou otázkou, jak velký je skutečně trh pro supersoniky. Domnívám se, že v současné době jde přibližně o padesát strojů. Takový počet strojů by se patrně objednal v první vlně ze strany bohatších aerolinií. Později by snad počet mohl vzrůst, ale v tomto případě jde vyloženě o hádání. Specifikem totiž je, že nadzvukové stroje se nehodí pro cestování na krátké a příliš ani na střední tratě. Jejich využití je vyloženě pro dlouhé tratě, kde je jejich nasazení přínosné. A společností, které douhé tratě provozují, není zase až tolik, a těch, které by by si mohly daný stroj dovolit, je ještě méně. Přesto vyhlídky rozhodně černé nejsou a jsem přesvědčen, že supersoniky se u aerolinií ujmou.

Podívejme se na závěr ještě na dosud představené koncepty nadzvukových bizjetů a dopravních strojů, na kterých se více či méně usilovně pracuje. Co se týče bizjetů, jejich vývojem se zabývá hned několik firem. Předně je to společnost Aerion, která již řadu let pracuje na stroji Aerion SBJ. Tento koncept v loňském roce prošel celkem výrazným přepracováním, kdy výrobce hodlá namísto dvou motorů užít motorů tří, v důsledku čehož byl stroj přeznačen na Aerion AS2. Firma Aerion ve svém vývoji letounu volí trochu svérázný přístup na způsob „vlk se nažral a koza zůstala celá“, neboť stroj je navrhován tak, aby splňoval současné podmínky pro provoz civilních supersoniků. To znamená, že má být schopný létat nad americkou pevninou těsně pod hranicí rychlosti zvuku, tedy Mach 0,99, nad ostatními pevninami potom rychlostí Mach 1,1 až 1,2, aby se rázové vlny rozptýlily v atmosféře a nedosáhly až k zemi, a konečně nad oceánem by byl schopný létat vysokou nadzvukovou rychlostí až Mach 1,6. Rozhodně působí sympaticky, že se autoři projektu snaží přinést nadzvukový letoun pro současné podmínky, i když trochu nesympaticky působí, že nevěří v aktualizaci předpisů. Zároveň je diskutabilní, jak moc tichý nadzvukový let tohoto stroje bude při rychlostech větších než Mach 1,2. Pokud by byl totiž příliš hlučný, že by nesplňoval limity dané aktualizovanými předpisy, byl by Aerion AS2 dost možná odepsán, protože by jej převálcovala konkurence, pokud by splnila hlukové požadavky při vyšších rychlostech. Možná v úpravu legislativy ale firma přece jen věří, a proto s vývojem letounu příliš nespěchá, neboť avizovaný termín prvního vzletu stroje v současnosti plánuje na rok 2021. Je ale pravdou, že již několikrát spolupracovala s NASA na testech profilu křídla s laminárním obtékáním. Navíc v loňském roce firma navázala spolupráci se skupinou Airbus, což dává naději, že by se věci mohly pohnout žádoucím směrem. Při celkovém pohledu na projekt můžeme říci, že se realizace stroje jeví jako velmi pravděpodobná.

Druhou z firem zabývající se nadzvukovým bizjetem je Spike Aerospace, která představila svůj návrh stroje nazvaného Spike S-512. O tomto stroji se toho příliš konkrétního neví, firma hovoří pouze o nejvyšší rychlosti Mach 1,6. Naopak o čem se v souvislosti s tímto strojem hodně hovoří, je kabina bez oken. Spike Aerospace v sérii vizualizací představil koncepci stroje, který by z důvodu pevnější konstrukce postrádal okna v kabině pro cestující, namísto nichž by na stěnách byly displeje schopné zobrazovat prakticky vše dle přání cestujících, včetně záběrů z vnějších kamer, což by simulovalo okna. Tohle jsou sice pěkné vize, ale přinejmenším na mě působí, že z hlediska návrhu nadzvukového stroje jsou důležitější věci než představy o uspořádání kabiny. Vzhledem k tomu, že se firma zaměřuje na takovéto poměrně okrajové věci, byť marketingově atraktivní, a o skutečně důležitých konstrukčních aspektech mlčí, nepůsobí na mě tento projekt příliš seriózně a na jeho realizaci bych osobně nevsadil.

Třetím hráčem, který se ale poněkud vymyká, je letoun SonicStar společnosti HyperMach. Jeho zvláštností je, že s ním firma chce létat rychlostí až Mach 4,4, tedy téměř hypersonicky. Tohle všechno vypadá hezky na papíře, ve skutečnosti se to s ním má tak, že staví na dosud nevyvinutých technologiích. Konkrétně na zvláštním typu motoru a systému vytvářejícím ionizovaný plyn na přídí stroje, který by měl pohlcovat rázové vlny. Ambicióznost projektu je samozřejmě chvályhodná a je třeba oceňovat snahu přijít s něčím revolučním, ale výroky firmy o tom, že stroj bude zalétán v roce 2021, působí značně nevěrohodně. Uvidíme, co se z projektu nakonec vyklube, ale zcela jistě tento stroj nebude tím, co uvidíme v dohledné době na obloze.

Konečně nejschopněji se ale jeví projekt firmy Gulfstream. Ta sice v posledních letech hraje roli mrtvého brouka, neboť její prezident prohlásil, že je pro ně nadzvukový letoun v současné době nezajímavý, protože změny v legislativě jsou v nedohlednu, přesto i tak stále působí jako nejvhodnější adept pro vstup na trh nadzvukových bizjetů. Jednak má bohatou a dlouholetou zkušenost s vývojem a hlavně výrobou bizjetů, jednak disponuje prostředky k realizaci tohoto zadání, a jednak její aktivity na poli tichého nadzvukového letu a nadzvukových bizjetů došly ze všech společností nejdále. Jsem přesvědčen, pakliže se dočkáme nadzvukového bizjetu, že to bude Whisper firmy Gulfstream (což je název, na který firma před lety dostala ochrannou známku).

V případě nadzvukových letounů pro aerolinky (kategorie N+2 a N+3) to bude ale asi složitější. Vzhledem k náročnosti vývoje a výroby lze takovýto stroj očekávat prakticky výhradně od zaběhnutých firem. Nejpravděpodobněji půjde asi o Boeing. Na druhou stranu data a poznatky získané prostřednictvím mnoha výzkumů, které podnikl NASA, byly sdíleny s celou řadou amerických firem podnikajících v leteckém průmyslu, včetně takových výrobců jako je Cessna nebo Lockheed Martin. Posledně jmenovaný ostatně v průběhu let představil několik koncepcí nadzvukových strojů pro aerolinky a provedl i testy jejich modelů v aerodynamickém tunelu (podobně tak i Boeing). Nebylo by proto až takovým překvapením, kdyby se na tomto poli tito dva aerokosmičtí giganti pustili do souboje (jak tomu už jednou bylo v případě civilních supersoniků Lockheed L-2000 a Boeing 2707). Prozatím jsou ale úvahy nad tímto tématem předčasné, protože není známo, že by některý z výrobců už opravdu vážně pracoval na vývoji takovéhoto stroje. Impulzem k tomu ale téměř jistě budou výsledky zkoušek demonstrátoru X-54A. Poté, myslím, se práce zintenzivní i na kategoriích supersoniků N+2 a N+3.

Zdá se tedy, že současný vývoj mezi civilními supersoniky spěje k tomu, že za přibližně deset let budeme obdivovat nadzvukové bizjety, a za dalších deset let bychom se mohli civilním supersonikem sami svézt u některé z aerolinií. Vyhlídky jsou to potěšující.

Kam dál?
Vizualizace konceptu Aerion AS2 firmy Aerion: http://www.aerionsupersonic.com/images/as2/gallery/gallery1.jpg
Vizualizace konceptu S-512 firmy Spike Aerospace: http://www.wired.com/images_blogs/autopia/2013/12/spike-s-512-1500.jpg
Vizualizace konceptu SonicStar firmy HyperMach http://hypermach.com/wp-content/uploads/slideshow-gallery/home-new-4.jpg
Nákres konceptu Whisper firmy Gulfstream, jak se objevil v patentové žádosti: https://aerospaceblog.files.wordpress.com/2012/12/sst-gulfstream.jpg
Koncept N+1 firmy Boeing: http://www.nasa.gov/sites/default/files/supersonic_hi-alt_green_ex.jpg
Koncept N+2 firmy Lockheed Martin: http://www.nasa.gov/sites/default/files/n_plus_2_2012_rendr_a.jpg
Koncept N+3 firmy Boeing: http://www.wired.com/images_blogs/autopia/2010/07/453797main_boeing_supers_1600x1200_1024-768.jpg
Koncept N+3 firmy Lockheed Martin: http://www.aeronautics.nasa.gov/images/content/nra_awardees_3generations_lg.jpg
Předchozí díl (I): http://airspotter.eu/Download/SSBD.pdf
Předchozí díl (II): http://airspotter.eu/Download/Quiet_Spike.pdf
Předchozí díl (III): http://airspotter.eu/Download/LaNCETS.pdf
Předchozí díl (IV): http://airspotter.eu/Download/D-SEND.pdf

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/Supersoniky.pdf

Marek Vanžura
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út březen 17, 2015 7:24 am    Předmět: Citovat



29. díl – Virgin Atlantic GlobalFlyer aneb nejdelší let v dějinách

Předhánění a překonávání druhých patří k člověku již od nepaměti. A tato soutěživost se netýká jen atletického oválu, ale takřka každé činnosti, jíž se lidé účastní. Tedy i letectví. V tomto případě navíc vstupují do hry kromě samotných závodníků i další hráči, kterými jsou konstruktéři, v jejichž hlavách a na jejichž rýsovacích prknech „soutěžní“ stroje vznikají. Mezi tři stěžejní „disciplíny“ můžeme v letectví zařadit honbu za nejvyšší rychlostí, největším dostupem a nejdelším doletem. Předmětem zájmu následujících řádků bude případ posledně jmenovaný, totiž rekord v nejdelším doletu. Ten si na svůj účet připsal v roce 2006 známý dobrodruh Steve Fossett, který na stroji navrženém v týmu konstruktéra Burta Rutana obletěl Zemi a vytvořil nový rekord v doletu letadla. A v pilotní kabině seděl zcela sám.

Fossett nejprve ve dnech 28. února až 3. března 2005 obletěl sólo Zemi a urazil 36 898 km, čímž se stal prvním člověkem, kterému se to podařilo v letounu samostatně. Následně 8. až 11. února 2006 opět Zemi obkroužil, ale tentokrát přelétl své výchozí letiště a pokračoval v letu, čímž urazil 41 467 km a vytvořil absolutní rekord v uletěné vzdálenosti. A do třetice ve dnech 14. až 17. března téhož roku si oblet zeměkoule znovu zopakoval, když uletěl 40 706 km. Šlo o velkolepé úspěchy nejen tohoto odvážného pilota, ale i skupiny konstruktérů, kteří rekordní stroj GlobalFlyer schopný těchto výkonů postavili. Pro úplnost a dotvoření představy o dosažených výkonech, obvod Země na rovníku je 40 075 km.

Pokusy o oblet zeměkoule pochopitelně nejsou ničím novým a povedly se již několika letcům, avšak vždy šlo o let s mnoha mezipřistáními, s výjimkou několika posádek v posledních letech, které to zvládly na jediný zátah bez mezipřistání či doplnění paliva za letu. Podívejme se alespoň ve stručnosti na Fossettovy předchůdce. O vůbec první oblet Země se zasloužil německý pilot Hugo Eckener, který v roce 1929 obletěl se vzducholodí LZ 127 Graf Zeppelin zeměkouli za 21 dní, 5 hodin a 31 minut a urazil přitom 33 234 km. S letadlem těžším vzduchu se první oblet Země povedl v roce 1931 posádce ve složení pilot Wiley Post a navigátor Harold Gatty. Ti s letounem Lockheed 5C Vega pojmenovaném Winnie Mae (NR105W) pokořili vzdálenost 24 903 km za 8 dní, 15 hodin a 51 minut. O dva roky později, v roce 1933, uskutečnil Wiley Post první sólový oblet Země. Na palubě Winnie Mae zdolal vzdálenost 25 099 km za 7 dní, 18 hodin a 49 minut. Všechny tyto lety ale čítaly množství mezipřistání, během nichž posádky doplňovaly palivo. Na oblet Země bez jediného doplnění paliva po cestě jsme si museli počkat až do roku 1986. Tehdy totiž Richard „Dick“ Rutan a Jeanna Yeagerová ve dnech 14. až 23. prosince na palubě letounu Rutan Model 76 Voyager (N269VA) urazili vzdálenost 40 212 km bez mezipřistání či doplnění paliva za letu. Celý let jim trval 9 dní, 3 minuty a 44 sekund. Prvním balónem, který zvládl oblet zeměkoule bez mezipřistání, byl Breitling Orbiter 3, ve kterém Bertrand Piccard a Brian Jones v roce 1999 obletěli Zemi za 19 dní, 21 hodin a 55 minut a překonali vzdálenost 40 814 km. Díky tomu se tento balón stal letadlem, které uletělo nejdelší vzdálenost v historii. Sluší se rovněž zmínit, že i čeští (českoslovenští) piloti se mají na poli dálkových letů čím pochlubit. V roce 1956 totiž uskutečnil pilot medláneckého aeroklubu František Novák (není to tentýž Král vzduchu František Novák, jde o shodu jmen) rekordní dálkový let z Brna k vesnici Kulunda na Sibiři. S letounem M-1C Sokol (OK-DHH) odstartoval dne 8. září 1956 z černovického letiště a po 22 hodinách a 12 minutách přistál bezpečně kousek od Kulundy v tehdejším Sovětském svazu. Urazil přitom 4 260 km. I když se nejedná o oblet Země, šlo o fantastický úspěch.

Steve Fossett se svými úspěchy proslavil po celém světě. Dost k tomu přispěl i fakt, že byl velice všestranným dobrodruhem, který se neomezoval jen na jednu oblast, ale pouštěl se do mnoha rozličných výzev. V každém případě mezi hlavní oblasti jeho zájmu patřila nejprve především voda (byl zkušeným námořníkem a drží mnoho rekordů v plavbě na katamaránu) a později se přidalo letectví. V 17. díle tohoto seriálu jsme se již bavili o jeho rekordu z roku 2006, kdy v rámci projektu Perlan ustanovil společně s Einarem Enevoldsonem rekord v dostupu větroně, když vystoupali do výšky 15 460 metrů. Jiným z jeho významných leteckých počinů, který má poměrně úzkou souvislost s dnešním povídáním, byl první sólový oblet zeměkoule v balónu, kterého Fossett dosáhl v roce 2002. Tehdy sám v gondole balónu Spirit of Freedom urazil vzdálenost 32 963 km za 14 dní a 19 hodin. Jak jsme si řekli u Perlanu, k tomuto projektu se Fossett dostal díky svému příteli Barronu Hiltonovi, který mu o něm pověděl. Podobně důležitou roli sehrál i v případě sólo obletu zeměkoule v letounu.

Barron Hilton na svém ranči Flying M Ranch v Nevadě pořádal v roce 1999 setkání pilotů. Mezi jeho hosty byl mimo jiné právě Fossett a výše zmíněný letec Dick Rutan. Tito dva držitelé světových rekordů diskutovali o tom, jaké velké rekordy v letectví ještě čekají na své pokoření. Rutan nadhodil, že už jich patrně moc není, protože jeden z posledních, kterým je oblet Země v letounu bez doplnění paliva, už on společně s Jeannou Yeagerovou zdárně zdolal. Pak ale dodal, že pořád tu ještě zbývá možnost, aby někdo totéž uskutečnil sám. A jestliže na něco takového někdo má, pak rozhodně právě Fossett. A tak přišla na svět myšlenka na sólo oblet Země. Dick Rutan ještě připojil, že ví o někom, kdo by Fossettovi dokázal pro takovýto počin sestrojit letadlo – jeho mladší bratr Burt Rutan (tohoto geniálního leteckého konstruktéra jsme si podrobněji představili v díle věnovaném raketoplánu SpaceShipOne, viz 20. díl). Krátce na to již Burt Rutan s Fossettem podepisoval smlouvu, že mu potřebný stroj zkonstruuje. Tak byl počat GlobalFlyer.

Tato doba byla ale velice hektická, protože program prvního soukromého raketoplánu SpaceShipOne byl v plném proudu a Rutan byl zcela vytížený pracemi na tomto stroji. Navrhl proto základní konstrukci GlobalFlyeru, která jde v neortodoxních šlépějích předchozích modelů. Stroj tvoří celkem tři gondoly, centrální s přetlakovou kabinou a motorem na horní straně a dvojice ocasních gondol po stranách, které kromě toho, že nesou dělené konvenční ocasní plochy, jsou především obřími palivovými nádržemi. U firmy Scaled Composites byl tento stroj evidován jako Model 311 s interním krycím pojmenováním Capricorn (kozoroh), což odkazuje k obratníku kozoroha, neboť aby Mezinárodní letecká federace (FAI) uznala oblet Země jako platný, musí letadlo uletět vzdálenost minimálně o délce obratníku raka či kozoroha, která činí 36 768 km. A protože rak se k letadlu příliš nehodí, bylo zvoleno označení kozoroh. Zbytek práce přenechal Rutan dalším členům svého vývojového týmu, které v tomto případě vedl Jon Karkow. Na něj proto připadl hlavní díl práce, neboť musel základní Rutanův návrh doladit tak, aby byl letoun schopný naplnit požadavky na oblet zeměkoule. A rozhodně nešlo o žádnou maličkost.

Zádrhely se začaly objevovat hned od začátku, například když bylo třeba vybrat pohonnou jednotku. Ta je totiž nesmírně důležitou částí letounu, protože z její hmotnosti a spotřeby vyplývají další vlastnosti stroje, jako je například objem nádrží. Karkow měl zálusk na motor Garrett F109, který byl původně navržen pro cvičný stroj Fairchild T-46. Motor se vyznačoval patrně nejlepším poměrem hmotnosti a tahu, což z něj činilo takřka ideálního kandidáta pro GlobalFlyer. Bohužel program stroje T-46 byl zrušen a motoru F109 se tak vyrobilo jen pár kusů, přičemž žádný z nich nebyl k dispozici. Toto zjištění bylo velkým zklamáním, protože podobně úsporný, lehký a výkonný motor se nedal sehnat. Jako náhrada se po důkladných propočtech začal jevit motor Williams International FJ44-3 ATW o tahu 10,2 kN firmy Williams International, i když si Karkow byl vědom, že jde o kompromis, který si vyžádá více práce na konstrukci samotného letadla.

Na pomoc si proto přizval aerodynamika, který již na několika Rutanových návrzích dříve spolupracoval, a o kterém všichni věřili, že je v aerodynamice skutečným virtuózem. Byl jím John Roncz. Ten se zadaného úkolu zhostil opravdu se ctí a navrhl křídlo, které se vyznačovalo klouzavostí 1:37 (tedy že na jeden kilometr výšky dovoluje doklouzat do vzdálenosti 37 km, což je hodnota, které dosahují výkonné větroně). Toto křídlo ale na druhou stranu ztěžovalo klesání na přistání, proto byl stroj vybaven i dvojicí malých brzdicích padáků, které sloužily ke zvýšení odporu a lepším vlastnostem při klesání. Navíc celá konstrukce byla navžena na samotné hranici pevnosti, aby se maximálně ušetřila hmotnost prázdného stroje a zásoba paliva mohla být co největší. K výrobě byly použity, jak je u firmy Scaled Composites zvykem, uhlíkové kompozity a epoxydová pryskyřice. Práce na stroji trvaly čtyři roky. Výsledkem je letoun o rozpětí 34,77 m, délce 13,45 m, výšce 4,06 m, prázdné hmotnosti 1 624 kg a maximální vzletové hmotnosti 10 018 kg, přičemž 8 100 kg z toho činí palivo (tedy téměř pětinásobek hmotnosti prázdného stroje). Palivových nádrží je v letadle celkem 13, v každé z ocasních gondol je trojice nádrží, dalších šest je v křídlech a v trupové gondole je jedna hlavní nádrž, která jako jediná zásobuje motor palivem přímo, které je do ní z ostatních nádrží přečerpáváno. Aby se po celou dobu letu udržovalo optimální těžiště, přečerpávají palivo automaticky mezi nádržemi palivové pumpy po každých třiceti spotřebovaných litrech. S nepříliš velkým přeháněním lze říci, že jde o palivovou nádrž s křídly. Kvůli očekávanému letu ve výškách kolem 13 700 metrů bylo zvoleno palivo JP-4, u kterého nehrozí zamrznutí. Pilot má v přetlakové kabině přetlakované na výšku 3 tisíce metrů k dispozici poměrně těsný prostor o délce 2,3 m. Vybavený je sedadlem, které je jednak sklopné do vodorovné polohy a jednak výškově nastavitelné, aby mohl pilot při vzletu a přistání koukat vpřed skrze malý překryt kabiny. Během letu se sedadlo následně sníží tak, že sice není vidět dopředu, což nikterak nevadí, protože pilot letí pouze pomocí přístrojů, ale o výhled ochuzen není, neboť po obou stranách kabiny jsou kruhová okna umožňující pohled do stran. Letoun disponuje zatahovatelným podvozkem příďového typu s tím vylepšením, že z důvodu velkého rozpětí a s ním spojených horších vlastností při pohybu po zemi může natáčet i kola hlavního podvozku.

V průběhu práce na stroji GlobalFlyer se o Fossettově záměru dozvěděl i jeho dlouholetý přítel Sir Richard Branson, kterého celý projekt ohromně nadchnul. Neváhal proto a nabídl se, že bude Fossettovi cestu kolem světa financovat pod hlavičkou svých aerolinií Virgin Atlantic, což jej na oplátku zviditelní. Plácli si a společně na tiskové konferenci 23. října 2003 v londýnském Muzeu vědy oficiálně světu projekt představili. Fossett s Bransonem oznámili, že se Fossett v dubnu či říjnu následujícího roku pokusí na speciálně zkonstruovaném letadle obletět Zemi, a že by to nemělo trvat více než 80 hodin. Jak to ale téměř u všech podobných velkolepých akcí bývá, původní harmonogram se jen málokdy podaří splnit.

Veřejně byl GlobalFlyer představen 8. ledna 2004 na letišti v Mojave (KMHV/MHV) v Kalifornii, kde se taktéž dočkal prvního vzletu, ke kterému došlo v pátek 5. března 2004. Za řízením usedl vedoucí projektu Jon Karkow a ve vzduchu strávil hodinu a půl. Prozatím vystoupal nejvýše do 3 600 metrů a provedl řadu testů, jako je zatažení a vysunutí podvozku, ověřil funkci brzdicích padáků a podobně. Po přistání nešetřil slovy chvály, neboť letadlo (na své rozměry) letělo skutečně příjemně. Už v této době se ale začalo hovořit o tom, že dubnový start na oblet je nereálný a v úvahu připadá tedy až říjnový termín anebo možná spíše až první polovina roku 2005.

Bylo tomu skutečně tak, protože ještě v listopadu 2004 probíhaly zkoušky letounu a teprve 13. října 2004 stroj poprvé pilotoval i Fossett. Následně v prosinci 2004 padlo rozhodnutí použít jako místo vzletu a přistání letiště Salina (KSLN/SLN) v Kansasu. Pro tuto volbu hrálo několik faktorů. Za prvé to byla délka dráhy (3 749 metrů), která umožňovala vzlet stroje zatíženého palivem potřebným pro oblet Země, za druhé to byla nedávná oprava této dráhy, kdy obdržela nový povrch a k tenkým kolům GlobalFlyeru byla dostatečně šetrná, a třetím důvodem byla poloha letiště, které se nachází prakticky ve středu Spojených států, což má pozitivní vliv v tom případě, kdy by letounu došly ke konci letu pohonné látky a musel by v závěru plachtit. Pokud by bylo startovním místem nějaké letiště na pobřeží, hrozilo riziko, že by případně palivo došlo ještě nad oceánem a pilot by nemusel najít vhodné místo pro přistání a stroj by byl ztracen. 15. prosince 2004 si Fossett převzal letoun (registrace N277SF), který byl doposud ve vlastnictví Scaled Composites, a následující rok jej 6. ledna přelétl do Saliny, což byl vlastně i první dálkový přelet tohoto stroje, neboť doposud se létalo jen v okolí mohavského letiště. Během přeletu vystoupal až do výšky 14 316 metrů a mimo jiné se objevil i první problém, kterým byly potíže s přetlakováním kabiny. Z tohoto důvodu byl nucen sklesat do menší výšky. Po přistání technici objevili netěsnost v přetlakovacím systému, kterou odstranili, takže stroj byl opět plně schopen zúčastnit se pokusu o rekordní let.

Jak je u obletů Země zvykem, byl i let GlobalFlyeru naplánován tak, aby využíval tryskového proudění (jet stream), které naši planetu obíhá ze západu na východ. Jde o proudění vzduchu v atmosféře, které dosahuje velmi vysokých rychlostí (100 km/h a více). Díky němu trvá let například z New Yorku do Londýna o více než hodinu méně než opačným směrem. Z tohoto důvodu a kvůli snaze vyhnout se co největšímu počtu turbulencí byla za cestovní hladinu zvolena výška 13 700 metrů. Relativně křehká konstrukce letounu si vyžadovala klidné podmínky bez turbulencí, proto předtím, než došlo ke startu na historickou misi, si vzlet vyžádal několik odkladů z důvodu nepříznivého počasí. Původně se uvažovalo o 6. únoru, následně se start o dva dny posunul. Poté se ještě jednou odložil o tři dny, aby se dnem s optimálními podmínkami konečně stal 28. únor 2005. V 18 hodin, 47 minut a 10 sekund místního času Fossett vzlétl. O tři dny později přistál zpátky v Salině. Rozhodně nelze říci, že by tyto tři dny proběhly úplně klidně. První nepříjemnost jej potkala už pár hodin po startu, když se přiblížil ke kanadským hranicím, kde mu z ničeho nic přestala fungovat satelitní navigace (GPS). Nějakou dobu letěl bez ní a let koordinoval s řídicím střediskem v Salině. Naštěstí se GPS jednotka po chvíli umoudřila a opět začala fungovat. Druhou nepříliš vítanou událostí bylo, když se k němu během letu nad Marokem přidalo doprovodné letadlo s fotografy a novináři. Pilot tohoto stroje chtěl lidem na palubě nabídnout co nejlepší podmínky, a tak se k Fossettovi přiblížil natolik, že se GlobalFlyer dostal do silných turbulencí, vinou čehož přišel o několik set metrů výšky. To nejhorší ale na Fossetta teprve čekalo v oblasti Perského zálivu, když mu řídicí středisko oznámilo, že aktuální údaje palivoměru nesouhlasí s propočty. Vypadalo to, že letoun spotřeboval výrazně více paliva než měl. Což se ukázalo být vážným problémem, protože to výrazně ohrozilo možnost stroje dosáhnout nejen výchozího letiště, ale dokonce i břehů USA. Stav paliva byl tak v následujících hodinách pečlivě monitorován a bod zlomu přišel, jakmile se Fossett přiblížil k havajským ostrovům. Zde měl poslední možnost bezpečně přistát před posledním úsekem nad oceánem. Zbývající zásoby paliva ale ukazovaly, že by měly dostačovat pro přelet do Saliny, a tak GlobalFlyer pokračoval v letu. Propočty byly správné a Fossett zdárně do Kansasu dolétl. Během klesání na přistání v Salině mu piloti dopravních strojů prolétávajících právě v okolí po frekvenci gratulovali k famóznímu úspěchu. Oblet Země mu trval 67 hodin, 2 minuty a 38 sekund. Tímto letem se stal prvním člověkem, který sám oblétl Zemi v letounu bez doplnění paliva. Prohlídka stroje po přistání ukázala, že vlivem netěsnosti uzávěru palivové nádrže uniklo přibližně 1 400 litrů paliva.

Přesto tento let nebyl nejdelším letem, jaký kdy letadlo (ať už lehčí nebo těžší vzduchu) vykonalo. Posádka Voyageru stále držela rekord v uletěné vzdálenosti letounu a prozatím nejdelší let měl na svém kontě balón Breitling Orbiter 3. Fossett se proto rozhodl, že vytvoří nový absolutní rekord v uletěné vzdálenosti, což společně s Bransonem oznámil na EAA AirVenture v Oshkoshi v červenci 2005, kde letoun i předvedl v letové ukázce. Nový pokus byl naplánován na únor 2006. Tentokrát ke vzletu posloužila dráha původně určená pro přistání raketoplánů v Kennedyho vesmírném středisku (KTTS/TTS) na Floridě, protože nabízí mimořádnou délku (4 572 m). Na druhou stranu měla určitý zápor, a to ten, že její povrch má protismykovou úpravu, aby zamezoval vyjetí raketoplánu mimo dráhu, což zase příliš neprospívalo citlivým kolům GlobalFlyeru. Přesto se toto riziko rozhodli podstoupit, protože Fossettův stroj byl naložený palivem „až po špunty“. Tentokrát byla závislost na vhodných podmínkách ještě větší, takže se opět čekalo na stav umožňující bezpečný let.

Dnem D se stal 8. únor 2006, i když ne všechno šlo jako po drátkách. Fossett se usadil v letounu a připravil se na start, když zaznamenal extrémně vysokou teplotu motoru. Za těchto podmínek nemohl odstartovat, proto motor vypnul a čekal, dokud se nezchladí. Po vychladnutí motoru jej znovu nahodil a tentokrát se teplota držela v povolených mezích. Dostal povolení ke vzletu a pustil se vstříc novému dobrodružství. V tento moment ocenil dostatečně dlouhou dráhu, protože plně zatížený letoun se zvedl až tři sta metrů před jejim koncem. A protože problémy nechodí nikdy samy, prorazila se zřejmě o dráhu jedna pneumatika a krátce po vzletu se ještě letoun střetl se dvěma ptáky. Konstrukce ale naštěstí zůstala nepoškozená, a tak Fossett pokračoval ve svém rekordním letu. Kvůli velké vzletové hmotnosti stoupal velice pozvolna a s motorem na plný výkon, což se projevilo tím, že se část vznikajícího tepla dostávala i do kabiny. V jedné chvíli tam pilot měl až 53 °C. Po vystoupání nad osm tisíc metrů teplota poklesla na přijatelnější úroveň. Další průběh letu byl vcelku příjemný, což se změnilo nad Indií, kde byly značné turbulence. Jakmile Fossett dokončil jeden plný oblet Země a přelétal nad Floridou, vystoupal až do výšky 17 tisíc metrů a pokračoval k irskému Shannonu, který měl vedený jako závěrečný bod cesty. Přesto plánoval letět až na východní pobřeží Velké Británie, kde chtěl přistát na letišti Manston (EGMH/MSE) v Kentu. Kousek od irského pobřeží odstartoval GlobalFlyeru naproti Branson ve Fossettově Cessně Citation X (N377SF) a po minutí Shannonu mu pogratuloval k excelentnímu výkonu a rekordu. Krátce na to došlo na známé pořekadlo „neříkej hop, dokud nepřeskočíš“, protože Fossett nahlásil problém s elektrickým generátorem. Jeho výpadek by měl za následek výpadek i všech palubních systémů a přístrojů, což by bylo více než nepříjemné. Pilot se proto rozhodl nepokračovat až do Kentu a zvolil pro přistání diverzní letiště Bournemouth (EGHH/BOH) na jihu Anglie. Během přistání se projevila prázdná pneumatika od startu a přetížené druhé kolo taktéž prasklo. I navzdory všem těmto nepříjemnostem GlobalFlyer 11. února po 76 hodinách a 43 minutách letu zdárně přistál a Fossett si na své konto připsal další dechberoucí rekord: bez doplnění paliva uletěnou vzdálenost 41 467 km. Pro úplnost ještě stojí za to zmínit, že oprava těsnění palivové nádrže nebyla dokonalá, protože i tentokrát část paliva unikla (přibližně 340 l), i když už nešlo o tak výrazné množství. Kromě toho se také ukázalo, že během turbulencí nad Indií praskl jeden z úchytů klapky na křídle, což se ale naštěstí během letu nijak neprojevilo. Karkow na stroji provedl nutné opravy a 24. února jej v Bournemouthu znovu zalétl.

Do třetice se Fossett ještě rozhodl, že překoná Voyager, protože rekord v uletěné vzdálenosti na uzavřené trati (tj. letu se startem a přistáním na stejném letišti) i nadále držel Rutan s Yeagerovou, neboť během svého prvního letu Fossett uletěl menší vzdálenost a při druhém letu přistál na jiném letišti než kde odstartoval. Za výchozí místo si opět zvolil Salinu v Kansasu, odkud vzlétl 14. března 2006 a následně zde 17. března po překonání 40 706 km přistál. Aby měl jistotu, že uletí dostatečnou vzdálenost, Tichý oceán přelétal nad rovníkem, takže v této části využil maximální délky trajektorie. Díky výkonům dosaženým během těchto tří letů Fossett na GlobalFlyeru získal a dosud drží tři světové rekordy. Jednak to je největší uletěná vzdálenost na uzavřeném okruhu: 40 706,53 km; jednak největší uletěná vzdálenost letadla bez doplnění paliva: 41 467,53 km; a jednak nejvyšší dosažená průměrná rychlost během obletu Země: 550,78 km/h. Na to, že GlobalFlyer byl původně zamýšlen na pouhý jeden rekordní let, je to působivé.

Již po prvním rekordním letu projevilo o letoun zájem Národní muzeum letectví a kosmonautiky, kam byl nakonec věnován a 23. května 2006 jej ze Saliny Fossett přelétnul na Dullesovo letiště (KIAD/IAD). Dnes je Virgin Atlantic GlobalFlyer vystaven v Udvar-Hazyho centru Národního muzea letectví a kosmonautiky na letišti Dulles ve státě Virginia.

Překonat uletěnou vzdálenost více než 41 tisíc kilometrů rozhodně nebude snadné. Bylo by docela dobře možné, že by se o to znovu býval pokusil právě Fossett, v jehož povaze bylo stále znovu a znovu překonávat sám sebe, bohužel jeho výsledek je již definitivní, neboť se 3. září 2007 při letu nad pohořím Sierra Nevada ve svém letounu Bellanca Super Decathlon (N240R) zřítil a zahynul. A co se týče konstruktéra Burta Rutana, ten je od roku 2011 v důchodu. To naštěstí ale neznamená, že bychom se od něj už nedočkali ničeho převratného. Je totiž i nadále velice aktivní a jak se letos začátkem března ukázalo, pracuje nově na dalším ze svých mimořádných nápadů. Tím je stroj nazvaný SkiGull. Dle informací, které o tomto letadle zatím prosákly, má jít o dvoumístný stroj se zatahovatelným ližinovým podvozkem (se zabudovanými koly) umožňujícím přistání na vodě, sněhu, trávě, hlíně i klasických letištích, což jistě ocení bush piloti. Projektován je s cestovní rychlostí přes 300 km/h a doletem kolem 4 tisíc km. Jak se sám Rutan přiznal, rád by ještě v tomto letounu podnikl se svou ženou cestu kolem světa, a to aniž by musel využít jediného letiště, neboť by těžil právě ze schopností a předností stroje SkiGull. Projekt je to mimořádně vzrušující a nemůžu se dočkat, až spatří světlo světa. Navíc symbolicky navazuje na dobrodružnou éru aviatiků plavících se vzdušným mořem kolem světa, jejichž pomyslným králem je Steve Fossett se svým letounem GlobalFlyer.

Kam dál?
Video s množstvím záběrů GlobalFlyeru, bohužel nepříliš kvalitní: http://youtu.be/Ml73lXW_jLs
Video z příletu GlobalFlyeru na Dullesovo letiště k vystavení: http://youtu.be/Dij3kQ2ZWac
Fotogalerie GlobalFlyeru na Airliners.net: http://www.airliners.net/search/photo.search?regsearch=N277SF&distinct_entry=true

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/GlobalFlyer.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Virgin Atlantic)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
MarekV
Site Admin


Založen: 25.3.2007
Příspěvky: 1332
Bydliště: LKTB/BRQ Brno Tuřany

PříspěvekZaslal: út duben 07, 2015 8:08 am    Předmět: Citovat



30. díl – Rocket Racer aneb závody raketových letounů

V roce 2005 se zrodila událost dosud nevídaná – závody raketových letounů. Tato záležitost jako vystřižená ze sci-fi filmů a románů byla ale umožněna díky zcela reálným technologiím. Prvním krokem k nim byl civilní raketový letoun EZ-Rocket, který po více než padesáti letech přinesl zpátky na oblohu raketové letouny s konvenčním vzletem a přistáním. Následoval jej další takový raketový stroj nazvaný Rocket Racer, který byl koncipován již plně s představou zapojení do závodů, jež by nesloužily jen pro „pouhé“ pobavení náročných diváků, ale podobně jako je tomu v závodním seriálu Formule 1 by také (a především) podněcovaly jednotlivé týmy k vývoji stále lepších technologií, čímž by docházelo na tomto poli k pokroku poměrně zábavnou formou. A aby toho nebylo málo, EZ-Rocket rovněž prošlapal cestičku dalšímu z projektů civilních raketoplánů.

Raketový pohon má většina lidí spojený převážně s tubusy raket, které dopravují do vesmíru družice, kosmonauty a jakýkoli potřebný náklad. Omezené využití ale tento druh pohonu našel také přímo v letectví, kde se navzdory svému relativně skromnému nasazení zapsal poměrně výrazným písmem. Jako první do historie vstoupil Messerschmitt Me 163 Komet navržený Alexandrem Lippischem a poprvé zalétaný v roce 1941, jenž byl v roce 1944 prvním operačně nasazeným raketovým letounem na světě. Druhým význačným raketovým strojem byl Bell X-1, který v roce 1947 jako první překonal ve vodorovném letu rychlost zvuku. Třetím z pozoruhodných raketových letounů byl North American X-15, který drží prvenství coby nejrychlejší pilotované atmosférické letadlo. A konečně posledním raketovým letounem je slavný raketoplán (Space Shuttle), jenž vznikl s představou vytvoření prostředku pro rutinní lety do vesmíru. Všechny tyto stroje mají kromě toho, že jsou poháněny raketovým motorem, společné rovněž to, že jejich provoz byl nebezpečný, nespolehlivý, náročný nebo alespoň velmi nákladný. Od doby jejich vzniku do dnešních dní ale urazilo letectví a technika obecně značný kus cesty, takže se začala nabízet otázka, zda jsme se dostali do stavu, kdy bychom dokázali sestrojit raketový letoun, který by těžil z předností tohoto pohonu, ale zároveň by postrádal všechny jeho nedostatky a nevýhody, nebo alespoň většinu.

Jako první se rozhodla na tuto otázku získat odpověď firma XCOR Aerospace, která poháněna fascinací vesmírnými lety a představou o vytvoření raketového pohonu, který by se vyznačoval spolehlivostí, nízkými náklady, bezpečností a snadnou manipulovatelností, zahájila v červnu roku 2000 vývoj raketového motoru, který by tyto požadavky dokázal splnit. Výsledkem se stal v říjnu téhož roku dokončený raketový motor na kapalné palivo označený jako XR-3A2 o tahu 0,7 kN využívající coby palivo isopropylalkohol a okysličovadlo kapalný kyslík (LOX). S motorem i jeho výkony byla firma spokojená, takže ještě v listopadu téhož roku začali její inženýři pracovat na výkonnější variantě, kterou konstruovali již se záměrem jejího zabudování do letounu. Výsledkem se stal motor s označením XR-4A3 využívající totožné pohonné látky a vyznačující se více než dvojnásobným tahem 1,78 kN.

Za letoun vybavený tímto pohonem byl zvolen Rutan Model 61 Long-EZ, což je jeden z prvních letounů vyvinutých Burtem Rutanem v 70. letech. Jde o dvoumístné celokompozitové bezocasé letadlo kachní koncepce s vrtulovým pohonem v tlačném uspořádání a křídly vybavenými winglety. Hlavním důvodem, proč bylo pro zabudování raketového pohonu zvoleno toto letadlo, je právě tlačné uspořádání standardní pohonné jednotky. To totiž dovoluje v podstatě jen vymontovat vrtulový pohon a nahradit jej raketovým. Na přelomu let 2001 a 2002 se XCOR pustil do přestavby letounu Long-EZ (registrace N132EZ) do podoby raketového demonstrátoru. Původní pístový motor byl vymontován a jeho místo zaujala dvojice nad sebou umístěných motorů XR-4A3. Oba motory jsou na sobě nezávislé, mají všechny systémy oddělené a lze je ovládat samostatně. Pod trupem přibyla kompozitová nádrž na isopropylalkohol, která je vybavena ventilem pro nouzové vypuštění paliva, a zadní sedadlo nahradila dvojice hliníkových nádrží na kapalný kyslík. Kromě toho je na palubě i menší nádrž s héliem, kterou je možné v případě požáru motoru vypustit do motorové sekce a požár uhasit. Takto upravený stroj dostal přiléhavé jméno EZ-Rocket.

Co se týče výkonů, maximální rychlost je 360 km/h, a to z důvodu bezpečnosti, aby konstrukce letounu nebyla příliš namáhána. Díky raketovému pohonu by stroj dokázal letět i rychleji, a proto piloti museli strměji stoupat, aby drželi rychlost v povolených mezích. Stoupavost tak dosahovala 31 m/s. Ke vzletu postačovalo 500 metrů dráhy a k odlepení od země docházelo po dvaceti sekundách. Nejvyšší dosažená výška činila 3 500 metrů. Zásoba paliva dovoluje běh motorů po dobu 150 sekund. Motory je možné během letu libovolně vypínat a zapínat, protože jsou plně restartovatelné, letoun je schopný stoupat i na jeden motor. Přistání pak probíhá bez motoru, kdy letoun přistává jako kluzák.

K prvnímu letu došlo na letišti Mojave (KMHV/MHV) v Kalifornii dne 21. července 2001, ačkoli možná přesnější by bylo hovořit o prvním skoku, neboť letoun se do vzduchu zvedl jen na několik sekund pár metrů nad drahou a následně přistál. Přesto vše běželo jako na drátkách a nejen zkušební pilot Richard „Dick“ Rutan, který seděl za řízením, ale i celá firma XCOR, si mohli gratulovat k úspěšnému vzletu raketového letounu. A to tím spíše, že díky stroji EZ-Rocket se po více než padesáti letech do vzduchu opět dostal raketový letoun s konvenčním vzletem a přistáním. Během tohoto prvního a následně i druhého letu, který se uskutečnil 10. září téhož roku a prakticky se od předchozího nijak nelišil, letěl EZ-Rocket prozatím v konfiguraci jen s jedním motorem.

Třetí let, během kterého už stroj letěl s oběma raketovými motory a poprvé se vydal na okruh kolem letiště, se uskuečnil 3. října 2001. Prozatím se lety konaly neveřejně a firma si ověřovala, jak se její raketový motor chová za letu.. Díky pozitivním výsledkům těchto testů nadešel čas letoun představit i veřejnosti. Přípravou k tomu byl čtvrtý let konaný 9. listopadu, během kterého stroj vystoupal až do výšky 2 600 metrů a strávil ve vzduchu devět minut a sedm sekund. Veřejné představení následovalo 12. listopadu a Dick Rutan stroj nadšeným divákům předvedl ve více než osm a půl minuty dlouhé ukázce. Poslední let roku 2001 se konal 17. prosince, v den 98. výročí prvního vzletu bratří Wrightů. Nový rok 2002 pak EZ-Rocket zahájil ve velkém stylu, neboť jeho let 9. ledna přenášela televizní stanice CNN, čímž se projektu dostalo značné publicity. Následný osmý let byl prvním, kdy neusedl na pilotní sedadlo Dick Rutan, nýbrž Mike Melvill, který se o dva roky později stal prvním civilním astronautem na palubě soukromého raketoplánu SpaceShipOne (viz 20. díl). Tentokrát ale pro něj tento let 24. ledna byl vůbec první zkušeností s raketovými letouny. Jeho úkolem bylo vyzkoušet restartování motorů za letu. Melvill proto vystoupal do výšky 1 500 metrů, kde napřed vypnul na devatenáct sekund první motor a po jeho zapnutí vypnul na deset sekund druhý motor. Poté po vyčerpání pohonných hmot bezproblémově přistál. Let s raketovým pohonem okomentoval jako „pořádné nakopnutí do zadku“.

Devátý let se měl zapsat do dějin. Na pořadu dne totiž bylo letmé přistání, které se do té doby ještě nikomu s raketovým letounem nepodařilo. 1. února Rutan opět usedl do kabiny a po vzletu srovnal letoun s vypnutými motory do osy dráhy a přistál, avšak při pokusu o nahození motorů naskočil jen jeden z nich. Pilot nic nechtěl riskovat, a tak přerušil vzlet. Letmé přistání tak bylo odloženo a došlo k němu až 24. června 2002. Ten den fungovaly oba motory precizně. Schopnost raketového stroje uskutečnit letmé přistání je opravdovým milníkem, protože se tak přibližuje zase o podstatný krok blíže ke strojům s tradičnějšími typy pohonů. A v neposlední řadě tak i zvyšuje bezpečnost. Další bezpečnostní prvek demonstroval EZ-Rocket během jedenáctého letu o tři dny později, když se pilot za letu pokusil vypnout motory, ale zareagoval pouze jeden, druhý stále běžel na plný výkon. Ke slovu proto přišlo zařízení pro vypuštění paliva za letu, díky čemuž motor během pár sekund zhasl a Rutan mohl bezpečně přistát. Ačkoli tento typ zkoušky nebyl na programu dne, ukázalo se, že dané bezpečnostní opatření funguje výborně. Významným dnem byl rovněž 11. červenec, kdy se uskutečnily hned dva lety EZ-Rocket. Firma si chtěla především dokázat, že letoun je možné relativně rychle znovu připravit ke vzletu a absolvovat tak více letů během jediného dne. A co se týče nákladů na uskutečnění jednoho letu, podařilo se je stlačit na relativně únosných 1 100 dolarů (necelých 30 tisíc korun). Jako stylová tečka za provozem letounu bylo naplánováno představení na největší letecké akci na světě, na EAA AirVenture 2002 v Oshkoshi ve Wisconsinu, kde 25. a 27. července předvedl Rutan letoun před zraky desítek tisíc diváků, kteří byli strojem opravdu uchváceni. Představa stojící na samém začátku projektu raketového letounu byla završena a stroj mohl odejít do zaslouženého důchodu. Alespoň tak to firma původně plánovala.

Na nějaký čas byl letoun skutečně uzemněn a nepočítalo se s jeho dalším využitím, protože již byly v hledáčku jiné projekty. Tím nejdůležitějším z projektů, na kterých v této době zahájila firma XCOR Aerospace práci, byl suborbitální raketoplán Xerus (veverka). Jednalo se o podobný projekt, kterým byl zde již dříve představený raketoplán SpaceShipOne, byť XCOR se s Xerusem soutěže Ansari X Prize neúčastnila. Jednak proto, že ta již byla v plném proudu a ostatní týmy měly značný náskok, a jednak proto, že stroj byl koncipován pouze jako dvoumístný, čímž nesplňoval požadavek soutěže. To ale firmě nikterak nevadilo, protože potenciál ve vesmírné turistice viděla i bez toho, aniž by se musela účastnit soutěží. Postupem času se tento projekt vyvíjel a v roce 2008 došlo k jeho přejmenování, takže v současné době jej můžeme sledovat pod novým jménem Lynx (rys), a zejména k přepracování konstrukce samotného letadla, kdy největší změnou je opuštění tandemového uspořádání sedadel pilota a cestujícího a upřednostnění umístění sedadel vedle sebe. Velmi ambiciózní plán počítal se vzletem Lynxu do dvou let (tedy v roce 2010), ale realita je taková, že aktuálně je zhruba zpoloviny rozpracovaný trup prvního exempláře. Navíc jde zatím pouze o prototyp, označovaný jako Mark I, který vesmíru nedosáhne, neboť projektovaný dostup je 62 km. Jeho prvního vzletu se pravděpodobně dočkáme koncem letošního nebo v průběhu příštího roku. Skutečně suborbitálním prostředkem by měla být až produkční verze Mark II s dostupem až 107 km. O termínu vzletu a komerčního nasazení pro suborbitální turistiku se lze zatím opravdu jen dohadovat. Práce na projektu však pokračují poměrně stabilním tempem.

Ale zpět k EZ-Rocket. V květnu 2003 do firmy XCOR nastoupil trojnásobný americký astronaut Richard Searfoss, který posléze nahradil Rutana na pozici zkušebního pilota. Pro rok 2005 vznikl nápad, že by EZ-Rocket mohl posloužit jako výtečný úvodní bod zahajovacího ceremoniálu akce zaměřené na propagaci a rozvoj raketové techniky s názvem X Prize Cup konaný 9. října 2005. Letoun byl proto oprášen a vytažen z rohu hangáru, kde od posledního letu v červenci 2002 odpočíval, aby se s ním Searfoss sžil a mohl jej předvést. Před vystoupením uskutečnil šest zkušebních letů, během kterých si stroj velice dobře osahal, takže ukázka pro veřejnost na letišti Las Cruces (KLRU/LRU) v Novém Mexiku dopadla na výbornou. Toto znovuoživení raketového letounu navíc vnuklo nápad předchozímu zkušebnímu letci Rutanovi, který se rozhodl, že by mohl uskutečnit s letounem i nějaký ten rekordní let. Po důkladném zvážení vznikl plán provést dálkový přelet raketového stroje z jednoho letiště na jiné. Označení dálkový je samozřejmě nutné brát v kontextu možností raketových strojů, ani zdaleka se nemůže vzdálenost srovnávat s výkony, o kterých jsme se bavili u rekordního dálkového letounu GlobalFlyer v minulém díle (viz 29. díl). V porovnání s ním totiž přelet EZ-Rocket působí téměř až směšně, přesto z hlediska raketového pohonu jde o velkolepý úspěch. 3. prosince 2005 tak na letišti Mojave usedl Dick Rutan za řízení letounu, aby uskutečnil přelet na vedlejší letiště California City (L71). Tato rekordní vzdálenost měřila 16 kilometrů a Rutan o ní prohlásil, že jde o „nejkratší ze všech nejdelších letů v historii“. Zároveň se stroj stal prvním raketovým letounem, který uskutečnil let mezi dvěma letišti. A jako taková úsměvná třešnička, díky tomu, že na palubě letounu bylo i několik dopisů, stal se EZ-Rocket prvním pilotovaným poštovním raketovým letadlem. O týden později přelétl Searfoss letoun zpět na mohavské letiště, což byl pro EZ-Rocket již definitivně poslední let, kterých uskutečnil celkem 26 (šestnáctkrát pilotoval Rutan, osmkrát Searfoss a jednou Melvill). Pro Searfosse ale nešlo o poslední z letů na raketových letounech.

V této době, říjnu 2005, totiž americký podnikatel Peter Diamandis, nám již známý díky raketoplánu SpaceShipOne, oznámil zahájení dalšího podobně laděného projektu, který vzešel patrně z jeho jistého raketového opojení, které zažíval právě díky úspěchu soutěže Ansari X Prize. Ohlásil založení leteckých závodů raketových letounů. Myšlenka v jejich pozadí byla opět poměrně prostá: když už máme k dispozici raketové letadlo v kategorii všeobecného letectví, proč toho nevyužít a neuspořádat závody těchto strojů, což by při troše štěstí mohlo mít podobný vliv na vývoj technologií jako v případě automobilismu mají závody Formule 1. A tak vznikla Rocket Racing League (RRL, Raketová závodní liga).

Myšlenka leteckých závodů je prakticky stará jako letectví samo. Pravděpodobně nejznámějším z nich je Schneiderův pohár. Šlo o závody létajicích člunů a hydroplánů. A lze oprávněně předpokládat, že právě zde se autoři RRL inspirovali. Ve své době (10., 20. a začátek 30. let) byl tento pohár totiž ohromným katalyzátorem pokroku v letectví, neboť konstruktéři se předháněli jak ve vývoji pohonných jednotek, tak zejména ve vylaďování aerodynamiky do těch nejmenších detailů. Za všechny stojí zmínit továrnu Supermarine, jež se svými letouny vydobyla největší počet vítězství – čtyři (1922, 1927, 1929 a 1931) a získané zkušenosti náležitě využila při konstrukci svého zřejmě nejslavnějšího stroje Spitfire. A nejen to, Pohár fungoval i jako prostor, kde získávali další zkušenosti tehdejší nejlepší piloti. Mezi ikony těchto závodů rozhodně patří vítěz z roku 1925 Jimmy Doolittle, pozdější slavný velitel ještě slavnějšího amerického náletu ze dne 18. dubna 1942 na Tokio s letouny B-25 Mitchell z letadlové lodi USS Hornet, provedeného jakožto okamžitá odplata za japonský nálet na Pearl Harbor. Takže není těžké si představit, jaké fascinující přínosy by mohly mít podobné závody raketových letounů.

V současné době existuje hned několik leteckých závodů. Stranou nechme soutěže v akrobacii a podívejme se na soutěže vyloženě závodního charakteru, tedy let proti času. Takových závodů existuje hned několik. Předně to jsou Reno Air Races, největší, nejprestižnější, nejstarší, zkrátka nej. Pořádají se jednou ročně vždy v září a poprvé se konaly v nevadském Renu v roce 1964 a hned na tomto úvodním závodě předvedl mistrovství československých letců slavný Míra Slovák, který zvítězil na stroji Grumman F8F Bearcat (N9885C). Soutěží se v několika různých kategoriích, z nichž nejzajímavější je skupina Unlimited, ve které létají silně upravené druhoválečné letouny, a skupina Jet, jejímž nosným typem jsou letouny Aero L-39 Albatros a L-29 Delfín. Podobně jako Schneiderův pohár, i Reno Air Races dotlačují technologie na hranice možností. To, co předvádí masivně upravené vrtulové stroje na těchto závodech, je dost možná úplným vrcholem, kterého lze v této kategorii letadel dosáhnout. Dalším zástupcem současných leteckých závodů je nám důvěrně známá soutěž Red Bull Air Race. Poprvé se konala v roce 2003 a nabízí během roku hned několik závodů na různých místech světa, což rozhodně přispívá k budování rozsáhlé základny fanoušků. Asi největší předností tohoto typu závodů je pak to, že se létá na vizuálně velice atraktivních místech. Takže se propojuje estetika ladných křivek letectví s estetikou přírody nebo architektury, což přináší divákům nevídaný zážitek. Jiným typem závodů je Aero GP, které se poprvé uskutečnilo v roce 2005 ve Slovinsku, ale po pěti letech skončilo. Svou koncepcí připomínalo Air Race Red Bullu, jen s tím rozdílem, že chyběly pylony a soutěž byla doplněna i o akrobatické prvky a simulované vzdušné souboje. Do jisté míry na tuto soutěž navazuje závod nazvaný Air Race 1, jehož úvodní ročník proběhl v loňském roce ve Španělsku. Takže zájemci o adrenalinovou zábavu v podobě závodících letadel mají poměrně široký výběr. Co v nabídce ale chybí, jsou závody raketových letounů.

Zkušenosti získané provozem EZ-Rocket byly cenné, ale samo o sobě se toto letadlo pro zamýšlené závody příliš nehodilo. Zejména proto, že bylo malé. Kritériem pro výběr nového stroje tedy bylo opět primárně tlačné uspořádání pohonné jednotky a k tomu navíc větší rozměry než jaké měl předchozí stroj. Volba tentokrát padla na letoun Velocity, což je větší bratranec Long-EZ, kterým se inspiroval konstruktér Danny Maher. Velocity má totožnou koncepci jako Long-EZ, je však větší (má čtyři sedadla, u raketového letounu byla dvě zadní sedadla odstraněna a nahrazena nádrží). Společnost XCOR získala letoun Velocity XL (N216MR), pro který vyrobila nový výkonnější motor nazvaný XR-4K14 o tahu 6,67 kN a používající jako palivo kerosin (letecký petrolej) a jako okysličovadlo kapalný kyslík. Vzhledem k výkonnějšímu motoru byla navýšena maximální povolená rychlost až na 480 km/h. Letové testy byly velice důkladné. Celkem se uskutečnilo 40 letů tohoto stroje a hned několik z nich se zapsalo do historie. Všechny lety pilotoval Searfoss. První let proběhl 25. října 2007 na letišti Mojave, na němž se odehrálo i dalších 36 letů. Dost možná nejzajímavějším dnem byl 1. říjen 2008, kdy firma XCOR se svým raketovým letounem podnikla neuvěřitelných 7 letů za jediný den. Trojici veřejných letů si tento Velocity odbyl na EAA AirVenture v Oshkoshi v červenci 2008. Během posledního, 40. letu vystoupal Rocket Racer až do výšky 3 900 metrů a celková doba strávená ve vzduchu činila 20 minut, což byl pro firmu XCOR nejdelší let raketového stroje. Na leteckých dnech byl na statické ukázce předváděn ještě letoun Velocity SE (N246RR) vybavený raketovým pohonem, ale jednalo se o neletový stroj určený pouze ke statickým prezentacím, neboť není známo, že by byl v této konfiguraci někdy spatřen ve vzduchu.

První náznak technologické soutěživosti se projevil už v tom, že motor pro raketové letouny vyrobila kromě firmy XCOR Aerospace i firma Armadillo Aerospace. A jak se během dalšího vývoje ukázalo, její motor byl pro potřeby závodů dokonce lepší, a proto byl následně vybrán coby pohonná jednotka všech budoucích závodních letounů. Společnost Armadillo měla rovněž k dispozici letoun Velocity XL (N205MB), v rámci RRL označovaný jako Mark-II X-Racer, pro který vyrobila raketový motor na kapalná paliva využívající kombinaci ethanolu a kapalného kyslíku o tahu 11,1 kN. Téměř dvojnásobný tah oproti konkurenčnímu motoru dovoloval letounům vzlet během šesti sekund od zapnutí motoru. Tento motor nebyl, překvapivě, pojmenován. Lety probíhaly na letišti Clinton-Sherman (KCSM/CSM) v Oklahomě. K prvnímu vzletu došlo 25. srpna 2008 a za řízením seděl zkušební pilot Len Fox. Druhý a třetí let následoval hned další den a toto vysoké tempo zkušebních letů pokračovalo i nadále, protože i další dva dny (27. a 28. srpna) provedl stroj vždy po dvou letech denně. Firma Armadillo Aerospace neskrývala svou spokojenost a potvrdila životaschopnost raketových letounů. Dalším z letounů Velocity XP vybaveným motorem této firmy byl stroj registrace N133XP, který byl interně označován jako Mark-III X-Racer. Šlo o další vývojový stupeň mezi závodními raketovými letouny. Patrně největší změnou byla jeho jednomístná kabina, kdy pilot seděl na sedadle umístěném uprostřed. Tyto dva stroje poháněné motory firmy Armadillo měly první a zároveň i poslední společné veřejné představení za letu v sobotu 24. dubna 2010 na letišti Tulsa (KTUL/TUL) v Oklahomě během akce nazvané QuikTrip Air & Rocket Racing Show. V součtu tyto dva stroje uskutečnily za dobu svého provozu více než 50 letů (přesný počet letů nelze zjistit), během nichž zkoušely i nejrůznější akrobatické prvky.

Předběžně bylo do RRL přihlášeno šest týmů. Pět amerických – Rocket Star Racing, Santa Fe Racing, Bridenstine Rocket Racing, Team Extreme Rocket Racing a Thunderhawk Rocket Racing – a jeden kanadský – Beyond Gravity Rocket Racing. Samotné závody měly mít takovou podobu, že letouny by po dvojicích startovaly v relativně krátkých intervalech, aby se před diváky pořád něco dělo. Po vzletu by vystoupaly do potřebné výšky a následně by prolétávaly vymezenou tratí, přičemž podstata jejich soutěžení měla spočívat v tom, jak piloti dokáží nakládat s raketovým pohonem a nejlépe si tak rozváží jeho aktivaci, aby branami prolétávali lépe než soupeři. Protože letouny musely létat docela vysoko, autoři závodů přišli s tím, že se bude využívat prostředků tzv. rozšířené reality. Pilotům se tedy trať a průletové brány zobrazovaly na průhledovém displeji jejich přileb, takže se trať a brány virtuálně vykreslovaly přímo před jejich očima. Obdobně měla být trať zviditelněna i divákům, kteří by mohli závody sledovat buď na velkoplošných obrazovkách, kde by prvky rozšířené reality byly již zahrnuty, anebo prostřednictvím svých mobilních telefonů, když by závod snímali objektivy telefonů a obdobných zařízení taktéž využívajicí aplikace s rozšířenou realitou. A bonusem pro diváky měla být i možnost soutěžit proti skutečným letounům v simulovaném závodě prostřednictvím svých počítačů a herních konzolí. Z tohoto úhlu pohledu se zdá, že koncepce závodů byla poměrně dobře promyšlena. Ale ukázalo se, že pro náročné diváky to bylo přece jen málo. Veřejné představení nevzbudilo takové nadšení, v jaké všichni zainteresovaní lidé doufali, což se projevilo i v chladném přístupu ze strany sponzorů, kterých nakonec byl jen zlomek původně předpokládaného počtu. Tyto problémy se získáváním financí pro samotné zahájení závodů se odrazily v několikerém odkladu úvodní sezóny, až veškeré dění kolem RRL vyznělo do ztracena a samotná soutěž zanikla dříve než vůbec začala.

Jak dnes sami vidíme, žádné závody raketových letounů se nekonají. A příliš se ani nezdá, že by byly prováděny kroky k jejich opětovné realizaci. Vypadá to, že doba pro závody raketových letounů ještě nedozrála a záměr RRL tak byl předčasný. Jakmile ale nápad jednou vznikl, je snad již jen otázkou času, kdy se vrátí zpět a bude oživen. Šlo by jistě o velice atraktivní událost, jejíž potenciální přínos by rozhodně nemusel být nezajímavý. Podíváme-li se na tento záměr z odstupu několika let, lze odhalit slabiny celého projektu. Jako hlavní slabina se jeví ambicióznost celého projektu. V době, kdy idea RRL vznikala, bylo nadšení z raketových letadel na svém vrcholu, připomeňme si tehdejší soutěž Ansari X Prize, a tak vzniklo poněkud unáhlené a v důsledku přehnané přesvědčení, že rakety jsou tím, po čem lidé prahnou a baží. Realita ale byla jiná. O šampionát raketových letounů byl zájem snad jen ze strany závodníků samých a nepříliš početného publika. Jinak řečeno, šlo o až příliš specifický druh aktivity, který nebyl schopný životaschopně fungovat v rámci seriálu s několika závody v průběhu roku. Mám za to, že závody mohly nejen přežít, ale taktéž se i úspěšně rozvíjet, pokud by byly zakomponovány jako jedna z kategorií závodů v Renu.

I přes určitý neúspěch pokusu založit soutěž raketových letounů měly tyto aktivity mnoho přínosů. V prvé řadě dokázaly, že raketové motory lze úspěšně využít v rámci letadel všeobecného letectví, což je samo o sobě pozoruhodné. Tato problematika by si jistě zasloužila větší pozornost, protože se velmi pravděpodobně bude v budoucnu jednat o atraktivní odvětví a trh. Dalším pozitivem je aktivita několika firem, které dokázaly vyvinout a úspěšně ozkoušet raketové motory, čimž demonstrovaly, že „raketová věda“ se dá dělat i takříkajíc doma na koleně. A posledním z přínosů, které zde zmíním, je rozvoj vyvinutých technologií do podoby komerčně využitelného raketoplánu Lynx. Protože se jedná o již druhý ze soukromých suborbitálních raketoplánů zamýšlených pro komerční výlety do vesmíru (společně se strojem SpaceShipTwo), vytváří se tak v tomto odvětví konkurenční boj, který jednak bude stimulovat další rozvoj technologií a jednak by snad měl vést i k postupnému snižování cen letenek za tyto výlety, čimž by došlo ke zpřístupnění vesmíru většímu počtu lidí. Je to sice doba ještě hodně vzdálená, ale potěšující je, že se k ní zcela jistě blížíme, byť pomalými kroky. Éra, kterou započal stroj EZ-Rocket, tak slibuje přinést velice vzrušující události.

Kam dál?
Video z třináctého letu EZ-Rocket: https://youtu.be/RIBX7aqvRuo
Video z vystoupení stroje N216MR v Oshkoshi v roce 2008: https://youtu.be/OT4mu0a0sVo
Video s množstvím velmi detailních záběrů stroje N216MR: https://youtu.be/Lr5D-wzCXoE
Video třetího vzletu stroje N205MB: https://youtu.be/r8ouSwCn8so
Ukázka nácviku akrobacie stroje N205MB: https://youtu.be/qkdvjdWu31s
Pěkné video z vystoupení v Tulse v roce 2010: https://youtu.be/YYLA0VYxgV8
Upoutávka na Rocket Racing League: https://youtu.be/798g1Z58Fss
Rozestavěný trup raketoplánu Lynx: https://flic.kr/p/pyBbSX

Celý text je dostupný rovněž ve formátu .pdf: http://airspotter.eu/Download/Rocket_Racer.pdf

Marek Vanžura
(Photo © Phil Noret)
Návrat nahoru
Zobrazit informace o autorovi Odeslat soukromou zprávu Odeslat e-mail Zobrazit autorovy WWW stránky
Zobrazit příspěvky z předchozích:   
Přidat nové téma   Zaslat odpověď    Obsah fóra AirSpotter.eu -> Druhých 100 let aneb letectví 2003-2103 Časy uváděny v GMT + 1 hodina
Jdi na stránku Předchozí  1, 2, 3, 4, 5, 6  Další
Strana 2 z 6

 
Přejdi na:  
Nemůžete odesílat nové téma do tohoto fóra.
Nemůžete odpovídat na témata v tomto fóru.
Nemůžete upravovat své příspěvky v tomto fóru.
Nemůžete mazat své příspěvky v tomto fóru.
Nemůžete hlasovat v tomto fóru.


Powered by phpBB © 2001, 2005 phpBB Group
Český překlad phpBB Czech - www.phpbbcz.com