Ujarzmić skrzydłowiec

Od zarania dziejów ludzkość zastanawiała się nad tym, jak nauczyć się latać. W greckiej mitologii utalentowany wynalazca Dedal przygotował dla siebie i swojego syna Ikara dwie pary wielkich ptasich skrzydeł, by odlecieć z Krety.

Jako że do wynalezienia napędu odrzutowego pozostało jeszcze wiele wieków, ówcześni wynalazcy fantazjowali o tym, by w tym samym czasie wykorzystać siłę fizyczną człowieka oraz naśladować wzorce występujące w naturze, a konkretniej kształty i ruchy ptaków oraz owadów.

Statki powietrzne napędzane siłą mięśni pilota nazywane są mięśniolotami. Istnieje mnóstwo różnych form i rodzajów mięśniolotów. Te, które najbardziej naśladują ruch skrzydeł ptaka, nazywamy skrzydłowcami lub ornitopterami (od greckiego órnis oznaczającego „ptaka” oraz pterón czyli „skrzydło”).

Sam koncept skrzydłowca przypisuje się włoskiemu malarzowi i naukowcowi epoki renesansu — Leonardowi Da Vinci. Poświęcił latającym maszynom prawie 40 lat swojego życia. Wiele różnych szkiców „ornitottero” Leonarda zachowało się po dziś dzień.

Niektóre z nich przedstawiają człowieka, który w pozycji leżącej przygotowuje się do odlotu z pomocą mechanizmów przyczepionych do skrzydeł; inne — napęd generowany bardziej zaawansowanym systemem wirników. Są także i szkice, na których człowiek stojąc w pionie na samolocie, naciska na pedały rękami i nogami.

Bieżące wyzwania

Pomimo że współczesne samoloty mogą przewozić ciężkie ładunki na tysiące kilometrów, skonstruowanie i przetestowanie sprawnego ornitoptera nadal przysparza wiele trudności.

Ze względu na odmienną budowę ciała, człowiek i ptak wytwarzają różną siłę nośną. Graniczne wartości mocy mogą osiągnąć wyłącznie lekkoatleci, których waga przewyższa wygenerowaną przez nich siłę nośną, nie licząc nawet ciężaru samego samolotu. W teorii, gdyby człowiek o wadze 75 kg mógł wytworzyć graniczną moc, mógłby polecieć na 15-kilogramowym skrzydłowcu przy użyciu tylko siły mięśni. Taki lot nie trwałby jednak dłużej niż kilka sekund.

Poza tym, ptasi lot stanowi różnorodny i złożony proces, który przeszedł niemały szlak ewolucyjny. W poprawnym machnięciu ptasim skrzydłem liczy się każdy szczegół i, w dosłownym znaczeniu, odczucie każdej komórki organizmu.

Nad skrzydłowcami pracują zarówno badacze i inżynierowie, jak i entuzjaści. Amatorskie modele mają różne formy i sposoby kierowania. Ich twórcy rywalizują o to, kto osiągnie najdłuższy czas lotu. Zadanie polega na tym, żeby opracować swoją teorię i wynaleźć własny sposób na lot za pomocą skrzydeł.

Wynalazcy brali pod uwagę użycie sprężynowych, gumowych, pneumatycznych i innych akumulatorów do gromadzenia energii wytwarzanej przez człowieka. Najlepsze możliwe rezultaty można było osiągnąć, gdy akumulator ładowano jeszcze przed początkiem lotu. Ale w takim przypadku skrzydłowiec traci swój sens i staje się zwyczajnym silnikiem o małej sprawności energetycznej.

Pierwszy na świecie ornitopter z napędem mięśniowym o nazwie “Śnieżny ptak” (Snowbird) skonstruowano na Uniwersytecie w Toronto (Kanada) w 2010 roku. 2 sierpnia tego samego roku ustanowił swój pierwszy nieoficjalny rekord, kiedy pilot Todd Reichert w 19,3 sekundy przeleciał 145 metrów ze średnią prędkością 25,6 km/h. Warto zaznaczyć, że skrzydłowiec uniesiono w powietrze za pomocą siły ciągu samochodu osobowego.

Wołodymyr

Wołodymyr Jakowenko mieszka we wsi Ilci w rejonie wierchowińskim w Karpatach. Od ponad 33 lat studiuje, modeluje, konstruuje i testuje własny skrzydłowiec. Wynalazca opowiada o tym, że wizja latania pociąga go prawie całe życie.

— Od małego nie przepadałem za benzyną. Niezbyt mnie ciekawiły opowieści na temat silników. Rozumiałem to tak: jeśli pojedziesz na pustkowie drogim samochodem i skończy ci się paliwo, to możesz stać nad tym samochodem, przytulać go, całować, ale to wszystko będzie na nic. A skrzydłowiec może latać bez paliwa na duże odległości. Przykładowo, rekord długości przelotu na szybowcu bez silnika wyniósł ponad 700 km.

Na początku Wołodymyr długo uczył się teorii. W tamtych czasach internet nie był jeszcze powszechnie używany, dlatego zdobywał informacje jak mógł: czytał radzieckie czasopisma “Skrzydła Ojczyzny” i “Technika młodzieży”, godzinami przesiadywał w bibliotece w Iwano-Frankowsku, przeglądał różnorodne rodzaje silników, badał rozmaite źródła energii. Wszystkimi etapami pracy ze skrzydłowcem zajmuje się samodzielnie i nawet obliczenia robi po swojemu. Wynalazca przyznaje, że nawet w szkole sprzeczał się z nauczycielką matematyki:

— Miałem obliczyć pole powierzchni, więc pytam nauczycielkę, jak to zrobić. A ona mówi: “Jest na to wzór”. A ja na to “Dobrze”. Biorę kartkę, zamykam oczy, kreślę byle jak i łączę linie. I mówię: “Niech mi Pani obliczy to pole”. Ona odpowiada: “To nie możliwe”. To ja pytam: “Jak to niemożliwe?”. Obliczę je po kratkach. Mogę pomylić się o 5%. I tak wszystko obliczam po swojemu. Nie jest to sprzeczne z nauką i ma to swoją logikę.

Wołodymyr Jakowenko urodził się i spędził dzieciństwo na Białorusi w obwodzie homelskim. Po zakończeniu ósmej klasy przeprowadził się na Ukrainę, by zapisać się do zasadniczej szkoły zawodowej, gdzie zdobył specjalizację stolarsko-ciesielską. Na początku mieszkał w Donbasie, potem wyjechał na Zakarpacie i służył w wojsku w miejscowości Chust. Mieszkał również i w Iwano-Frankiwsku, i w Kamieńcu Podolskim. We wsi Ilci zbudował sobie przestrzeń mieszkalną i pracownię. Wynajął również stodołę dla skrzydłowca.

Już w wieku przedszkolnym Wołodymyr interesował się rysowaniem. Pomimo braku formalnego wykształcenia w dziedzinie sztuki, malowanie i opracowywanie wynalazków stało się jego powołaniem:

— Moje obrazy są i w Kijowie, i w Charkowie, i w innych miastach. Kocham malować z głowy zamki, doliny, kaniony, wodospady. Przerysowywanie innych obrazów mnie nudzi. Czasem sobie leżę, a moja fantazja zaczyna tak płonąć, zupełnie jakbym sam był częścią żywego obrazu. Bywa tak, że jestem rozdarty między malarstwem a wynalazkami, ponieważ to wszystko wymaga wysiłku umysłowego. Podzieliłem to tak, że w ciepłe pory roku zajmuję się skrzydłowcem, a w zimne maluję.

Etap modelowania skrzydłowca Wołodymyr przeszedł 3-4 lata temu. Przez lata pracy zdążył wykonać setki modeli:

— Nieraz zdarzało się tak, że nie spałem nocami. Albo całe lato wyglądało tak: szedłem do sklepu, jadłem i znowu praca w dzień i w nocy. Mogłem w ciągu jednego dnia zrobić do 70 skrzydeł. Prostych — z taśmy i gumy.

Niektórzy mieszkańcy wsi nazywają Wołodymyra “Werchowyńskim Ikarem”. Na ogół interesują się jego hobby i dziwią, czemu praca trwa tak długo — już kilkadziesiąt lat. Wynalazca często musi odpowiadać na to pytanie i wyjaśniać, jakie są jego metody działania. Na początku było ciężko przez brak wiedzy i doświadczenia, ale z czasem coraz więcej ludzi pojmowało zamysł jego przyszłego ornitoptera.

— Skrzydłowiec — to taki “twardy orzech”. Gdyby wybierać między skonstruowaniem szybowca a samochodu, to trudniej wykonać to pierwsze. Samochód ma więcej detali, to prawda, ale przelecieć choć 10 metrów jest dużo trudniej. Powietrze ogólnie jest trudniejsze i bardziej niebezpieczne niż ziemia. Nie przepada za błędami. Ale właśnie dlatego jest takie ekscytujące.

Wołodymyr Jakowenko nie zna innych wynalazców w Ukrainie, którzy również interesują się skrzydłowcami. Jakieś 5 lat temu skontaktował się z rosyjskimi badaczami i korespondował z Kanadyjczykami, którym udało się osiągnąć najdłuższy czas lotu skrzydłowcem w historii. Ale teraz, jak mówi, nie ma na to czasu:

— Ogólnie to bardziej interesowali mnie Kanadyjczycy, ponieważ to im pierwszym udało się polecieć. Dzisiaj to rekord, ale nadal potrzeba do tego mnóstwa siły i przez to nie jest to do końca swobodny lot. Zwyczajnie udowodnili, że tak się da. I tyle. Na mój list odpowiedzieli zwięźle: “Okej”. Rzecz w tym, że każdy wynalazca trzyma się swoich zasad. A dla mnie jest to obojętne, komu pierwszemu się to uda. Najważniejsze, żeby ludzie jak najszybciej zaczęli latać.

Pierwsze testy skrzydłowca Wołodymyr przeprowadzał jeszcze 5-6 lat temu. Na początku miał problemy z nabraniem prędkości i urządzenie poruszało się “ósemkami”. Ruchy skrzydeł też próbował wypracowywać stopniowo. Jako że pierwsze modele Wołodymyr robił bez kół, to próbował puścić go z górki. Przeleciał 60 metrów w ciągu 6 sekund. Potem uniósł się jeszcze wyżej:

— Nie miałem wtedy na celu przelecieć dużej odległości. Chciałem poczuć powietrze i samą maszynę. Raz leciałem i spadłem z 7 metrów. Jedna rączka pękła i uderzyłem twarzą o ziemię. Ale miałem na sobie kask, więc nic się nie stało. Maszynę po wszystkim musiałem naprawić.

Wołodymyr stara się opracować zbalansowany system. Dużo rozmyśla nad tym, w jaki sposób poprawnie machać skrzydłami:

— Zazwyczaj człowiekowi nie wystarcza sił, żeby podnieść skrzydła. Każde z nich ma 10 kg, więc macham wolno, dzięki czemu nie tracę energii. To dzięki mojej wadze. Skrzydłami nie powinno się odpychać powietrza, a opierać się mu.

Wołodymyr opowiada, że dużo czasu poświęcił na badanie taniego źródła energii, które mogłoby zrekompensować brak siły fizycznej u człowieka. Tak właśnie zaczął badać rezonans — zjawisko nagłego wzrostu amplitudy drgań pod wpływem zewnętrznych sił, kiedy częstotliwość własnych drgań systemu zgadza się z częstotliwością drgań zewnętrznej siły. Zjawisko rezonansu jako pierwszy opisał Galileusz w roku 1638 w ten sposób: “…można wprowadzić w ruch ciężkie nieruchome wahadło, wyłącznie podmuchując na nie z taką częstotliwością, jaka jest właściwa ruchowi samego wahadła”. W opisie zjawiska rezonansu Galileusz zwrócił uwagę na zdolność systemu oscylacyjnego do gromadzenia energii zebranej z zewnętrznego źródła z określoną częstotliwością:

— Rezonans umożliwia poprawne wykorzystanie energii. Nie daje on względnego “zysku”, ale zużycie energii staje się maksymalnie efektywne. Problem w tym, że według prawa dźwigni można uzyskać większą prędkość, ale w tym samym czasie straci się na mocy. A ja zrobiłem tak, że sprężyny zastępują akumulator. Gromadzą energię z wagi maszyny i ciała człowieka, a potem ją oddają. Kanadyjczycy też próbowali coś podobnego z gumą. Ale ważne jest, żeby oddać poprawnie energię i poprawnie machnąć skrzydłami.

Wołodymyr Jakowenko mówi, że dawno już by skończył swój ornitopter, gdyby nie to, że brak pieniędzy i codzienne sprawy zabierają mu cenny czas. Jednak wynalazca przeszedł już długą drogę i teraz więcej czasu poświęca na testowanie i udoskonalanie swojego wynalazku. Gdy Wołodymyr wreszcie ukończy budowę skrzydłowca, planuje go sprzedać:

— Nie mam czasu ani żeby go opatentować, ani żeby nim się bawić. A jeśli go sprzedam, będę mógł założyć warsztat, zatrudnić ludzi i udoskonalić to urządzenie. Chciałbym, by wszystko było wykonane profesjonalnie. Ogólnie to nie wiem, czemu do tej pory nie powstało forum o ornitopterach. Wszystko już wynaleziono, a akurat z tym “twardym orzechem”… Ludzie z całego świata nie mogą się z nim uporać.

Wołodymyr przyznaje, że podoba mu się pomysł samego rozkoszowania się lotem, czy to przez pół dnia, czy to przez cały, i zachwycania się przyrodą:

— Skrzydłowiec pociąga mnie tym, że czujesz się z nim jak jedna całość. Jest jak żywe stworzenie. Oprócz tego inspiruje mnie również sam proces lotu i krajobrazy widziane z góry. Na ziemi jest pełno ograniczeń, czy to jakiś budynek na drodze, czy to jakieś inne przeszkody. A w powietrzu tego nie ma, tam można poruszać się w obojętnym kierunku.

Jak nagrywaliśmy

A to vlog, w którym nasz zespół trafia do Ilciw i Krywopilla, gdzie nagraliśmy historię o skrzydłowcu.