Za sluncem kolem světa

DAVID KLAIN  |  Technika
Za sluncem kolem světa

Jsou rodinné klany, které bychom z dějin raději vymazali, jiné se zase zapisují nanejvýš kladně. K druhému druhu patří i Piccardové. Dvě předchozí generace toho dokázaly hodně, ale třetí se chystá k tomu, že je překoná.Minulé století přineslo spoustu přelomových okamžiků – celý svět s napětím sledoval první let stroje těžšího než vzduch, později cestu osamělého pilota přes Atlantik, postupné zvyšování rychlosti a zároveň také dobývání obou pólů, stratosféry, vesmírného prostoru, nejvyšší hory zeměkoule a ponory na nejhlubší dno oceánu. Všechny tyto mezníky mají bez ohledu na to, kde se odehrávaly, jednu věc společnou: vždy o něco posunuly definici toho, co je ještě možné a co už ne.Dobrodružství dobývání a objevů samozřejmě pokračuje i v jednadvacátém století, ale před těmi, kteří chtějí dosáhnout nějakého prvenství, leží složitá otázka: Jak své předchůdce ještě o něco překonat?Posouvání hranic tedy pokračuje poněkud nenápadnějším způsobem; už nejde o to, co dobývat, ale jak na to. Dobrodruhové se tak stávají dobyvateli nikoli nových vrcholů, ale průkopníky nových cest.

Konec vlků samotářů

A je tu ještě jedna změna – objevování už dávno není záležitost jednoho nadšence, ale rozsáhlých týmů. Už by asi nebylo možné, aby dnešní soukmenovec Charlese Lindbergha prostě jen nasedl do letadla, nechal si natankovat plnou a vyrazil přes širý oceán.Na projektu Solar Impulse, který si dal za cíl prosazení leteckého pohonu energií získávanou ze slunce, spolupracuje mnoho subjektů.S prvotním nápadem přišel Bertrand Piccard a okamžitě našel úrodnou půdu mezi vědci a materiálovými techniky na Federální polytechnické škole

LETY SE SLUNCEM

Solar Impulse samozřejmě není první letoun poháněný sluneční energií, ale je nejnadějnější. Žádný z jeho předchůdců nedokázal letět v noci.Solar Challenger (1981) měl výkon 2,5 kW a létal po několikahodinových skocích. Solair 1 (1981) s výkonem 2,2 kW obsahoval 2500 fotoelektrických článků.Sunseeker (1990) přelétl během dvou měsíců celé kontinentální Spojené státy v celkem jednadvaceti etapách.Icare 2 (1996) postavený týmem ze Stuttgartské univerzity zvítězil v soutěži o letoun, který se dokáže dostat pomocí energie z akumulátoru do výšky 450 metrů a pokračovat v horizontálním letu s výkonem článků 500 wattů na metr čtvereční. Helios (2001) byl sice nepilotovaný letoun, ale s rozpětím křídel šlo rozhodně o převratný stroj, který stanovil výškový rekord 30 000 metrů. Alan Cocconi (2005) v bezejmenném letounu s pětimetrovým rozpětím křídel mohl letět bez přistání 48 hodin – bylo to vůbec poprvé, kdy díky akumulátorům dokázalo letadlo na solární pohon letět i během noci. ve švýcarském Lausanne. Tento tým se stará o výzkum a vývoj přelomových technologií, které podobný let umožní. Mezi hlavní partnery patří belgická chemická firma Solvay, která se podílí na výzkumu materiálů, hlavně kompozitů a plastů, které zcela nahradí v konstrukci letounu kov. Mimoto se bude podílet i na výzkumu tepelné izolace, aplikaci solárních článků do pláště letounu a poskytne kapacity pro testování materiálů v extrémních podmínkách.Dalším hlavním partnerem je švýcarský hodinářský gigant Omega -přítomnost výrobce hodinek, které měli na zápěstích lidé procházející se po Měsíci, asi nikoho nepřekvapí.

Co ale může překvapit všechny, kromě zarytých odborníků, je přínos, který Omega bude mít. Její ředitel Nicolas Hayek společně s technickým oddělením totiž v roce 1994 prosazovali výrobu ultrakompaktního vozu s hybridním pohonem, který se měl jmenovat Swatchmobile (dnes jej známe jako SMART). Nikdo tedy nemůže zpochybnit zkušenosti s inovacemi na poli elektrických motorů, akumulátorů či zabezpečení. Mezi další partnery patří výrobce převodníků energie SolarMax, Deutsche Bank a Semper v oblasti finančního zajištění, letečtí odborníci z Dassaultu či Evropské vesmírné agentury, Victorinox, BKW a mnoho dalších.

Zelená elektřina

piloti André Borschberg a Bertrand

Bertrand, nejmladší z rodu Piccardů, se rozhodl, že oblétne svět v letounu poháněném elektřinou získávanou pomocí solárních článků. Letoun poháněný výhradně elektřinou není zase tolik převratný nápad -koneckonců známe bezpilotní stroje Zephyr, takže víme, že to možné je. Trik spočívá v tom, že v průběhu každých čtyřiadvaceti hodin je jen osm hodin, kdy slunce poskytuje článkům dostatek použitelné energie. Během těchto osmi hodin bude muset letoun nejen využít energii k vlastnímu letu, ale zároveň ji načerpat do akumulátorů pro dobu, kdy žádnou další přijímat nebude.

Kromě solární energie bude letoun samozřejmě využívat i teplé vzdušné proudy a během dne bude stoupat -v noci zase bude klouzat do nižších poloh. Pro tyto účely bude vybaven rekordně širokým osmdesátimetrovým rozpětím křídel (momentálně největší dopravní letoun na světě, Airbus A- 380, má rozpětí křídel 79,8 metru), díky čemuž bude jednak lépe plachtit, ale hlavně získá obrovskou plochu pro solární panely.

Tvrdá fakta

Energie je základním kamenem celého projektu a podřizuje se jí všechno od rozměrů letounu až po hmotnostní omezení. Projektanti přitom vycházejí z jednoduchého vzorce: v poledne přijímá každý metr čtvereční Země ekvivalent jednoho kilowattu či 1,3 koňské síly sluneční energie.

Během čtyřiadvacetihodinového cyklu vychází příjem energie průměrně na pouhých 250 W na metr čtvereční. Při ploše dvou set metrů čtverečních solárních článků a dvanáctiprocentní produktivitě pohonné jednotky dosahuje výkon motorů letounu hodnoty menší než osm koňských sil či šesti kilowattů – což je přibližně výkon, kterého v roce 1903 dosáhli bratři Wrightové při svém prvním letu. Pomocí tohoto výkonu poletí dnem i nocí. Vše závisí jen na solárních článcích umístěných ve křídlech.

Na křídlech fantazie

Křídla letounu Solar Impulse jsou skutečně multifunkční zařízení: nejenže slouží jako nosná plocha letounu a shromažďují energii, ale zároveň je v nich umístěna rozvodná soustava.Musí být extrémně silná, extrémně výkonná a extrémně lehká.Už samotný návrh a výroba takovýchto křídel je vědecky náročná práce.Při jejich výrobě budou také použity nové technologie, které dodnes patřily spíše k rekvizitám vědeckofantastických románů.Na spodních plochách budou například rozmístěny speciální fotoelektrické články citlivé na barvu, které budou zachycovat rozptýlené sluneční světlo a světlo dopadající pod ostrým úhlem za svítání a soumraku.Články budou umístěny v potahu křídel, která budou tvořit sendvičové vrstvy materiálu vyztužené uhlíkovými kompozity.Sendvičová technologie se často využívá v případech, kdy je třeba vysoká pevnost a zároveň nízká hmotnost.

Odhoďte zátěž!

Za sluncem kolem světa

V případě křídel Solar Impulse bude nízká hmotnost prvním přikázáním a konstrukční tým se snaží odlehčit úplně všechno – počínaje přístrojovým vybavením přes vrtule až po kombinézu pilota.Tímto směrem pokračuje i vývoj solárních článků a ke slovu znovu přicházejí sendvičové struktury, které jsou v případě článků opravdu nutné.Klasický kompozitový sendvič (jako například ten, který je použit v high-tech závodní jachtě týmu Alinghi, několikanásobného vítěze soutěže America’s Cup) má hmotnost přibližně 10 kg na metr čtvereční.V Solar Impulse bude ale jeho hmotnost snížena až na hranici 2 kg na metr čtvereční – při zachování stejného výkonu.

Do konečné fáze zbývá ještě najít schůdné řešení několika „drobností“: patří mezi ně například vývoj solárních článků o tloušťce 120 mikronů, vývoj záchranného systému pilota, vývoj průsvitného povrchu křídel, který by měl maximalizovat sběr solární energie, vývoj, optimalizace a testování flexibilních solárních článků, vývoj speciálních obvodů elektroniky, které by maximalizovaly energii generovanou články, a samozřejmě také vývoj inteligentního autopilota, který by dokázal upravovat v reálném čase způsob letu tak, aby byla optimalizována spotřeba energie.

Jak to všechno proběhne…

Solar Impulse

Projekt byl oficiálně zahájen v roce 2003 a až do roku 2006 probíhal veškerý vývoj jen na počítačových monitorech, od jara roku 2005 byl letoun v simulátorech vystaven vlivům skutečného počasí. V letech 2007 a 2008 probíhala výroba prvního konceptu v mírně zmenšeném měřítku (rozpětí křídel činí „pouhých“ 60 metrů) a bez tlakové kabiny. Na něm se budou učit piloti se strojem zacházet a na konci ostrého zkušebního testování se očekává let o délce 36 hodin, který ukáže, jak bude letoun v plné velikosti pracovat během noci. Během let 2009– 2010 pak vznikne plná verze letounu včetně osmdesátimetrového rozpětí křídel a tlakové kabiny, díky níž bude možné provést několik dálkových letů, a tato fáze vyvrcholí přeletem Atlantiku. Start k prvnímu letu kolem světa se předpokládá v květnu roku 2011 a letová dráha by měla probíhat mírně severně od rovníkové oblasti. Tento oblet proběhne v pěti úsecích, z nichž každou tří- až čtyřdenní část odřídí jiný pilot. Jakmile výkon akumulátorů dosáhne patřičného stupně, poletí v letounu dva piloti, kteří podniknou několik dálkových letů, a tato poslední fáze vyvrcholí letem kolem světa bez mezipřistání.

…a proč to všechno vlastně podnikat?

Projekt Solar Impulse si dal za úkol nelehkou, a přitom logickou věc: hodlá využít dobrodružství při překonávání nepřekonatelného a hrdinské sny spojené se světovými prvenstvími proto, aby se i obyčejní lidé nadchli pro nové technologie, které budou přispívat k udržitelnému rozvoji a k využívání obnovitelných zdrojů. O trvale udržitelném rozvoji se sice pořád (a hezky) mluví, ale jsme ještě daleko od chvíle, kdy pro nás bude samozřejmostí a kdy jej nebudeme pokládat za omezení svého pohodlného způsobu života.

Ekologické i „ekologické“ organizace většinou volí špatný přístup a místo nabízení energetických alternativ způsobem, který by u lidí vyvolal zájem, děsí neinformovanou veřejnost katastrofickými vizemi, omezeními a vysokými cenami. Aby ti, kteří se snaží prosadit šetrnost vůči životnímu prostředí, měli vůbec nějakou šanci na úspěch, musejí se naučit hovořit jazykem, kterému bude rozumět i ten nejposlednější konzument. Nikdo z nás přitom nepochybuje o tom, že naši vnukové budou žít ve světě nezávislém na zdrojích ropy a budou na nás vzpomínat jako na generaci, která vyplenila planetu, ale lidstvo je vždycky motivováno osobními krátkodobými zájmy a ne zájmem o ty, kteří přijdou po nás. Jak tuto rovnici vyřešit?Rozhodně ne dalšími omezeními -daleko lepší způsob přinese zdůraznění osobních výhod, které nové technologie v rámci obnovitelných energetických zdrojů přinesou. Jistě, je to dlouhodobá investice. Ale vyplatí se.Už by asi nebylo možné, aby dnešní soukmenovec Charlese Lindbergha prostě jen nasedl do letadla, nechal si natankovat plnou a vyrazil přes širý oceán.

PROSLULÁ RODINA

Gongola rekordního batyskafu Trieste

Na celém světě není žádná jiná rodina tak proslulá svými výkony jako dynastie Piccardů. Mezi její přínosy patří tlaková kabina a první let do stratosféry, batyskaf a absolutní rekord v podmořském ponoru či první oblet světa v balonu bez mezipřistání.Auguste Piccard otevřel svým vynálezem principu tlakové kabiny cestu k modernímu letectví a vesmírným letům. Když v roce 1931 vystoupal do výšky 15 780 metrů, aby studoval kosmické paprsky, byl prvním člověkem na světě, který mohl pozorovat na vlastní oči zakřivení zemského povrchu. Princip stratosférického balonu aplikoval na výzkum oceánských hlubin a v roce 1953 postavil revoluční ponorku, kterou nazval batyskaf. Jacques Piccard podnikl se svým otcem několik rekordních ponorů a později se v batyskafu Trieste 23. ledna 1960 společně s poručíkem amerického námořnictva Donem Walshem ponořil do největší hloubky na světě – Challenger Deep v Mariánském příkopu leží 10 916 metrů pod hladinou. Později se Jacques Piccard pustil v mezoskafu vlastní výroby do průzkumu Golfského proudu. Bertrand Piccard nejdříve vystudoval psychiatrii a specializoval se na chování jednotlivce v extrémních situacích. Později se zapojil do balonového létání a společně s Brianem Jonesem podnikl první oblet světa bez mezipřistání v balonu Breitling Orbiter 3.Na spodních plochách budou například rozmístěny speciální fotoelektrické články citlivé na barvu, které budou zachycovat rozptýlené sluneční světlo. Během let 2009–2010 vznikne plná verze letounu včetně osmdesátimetrového rozpětí a tlakové kabiny, díky níž bude možné provést několik dálkových letů.

ZEPHYR ANEB ARMÁDNÍ EKOLOGIE

Zephyr

Solar Impulse má předchůdce v armádě. Bezpilotní letoun Zephyr se nedávno dostal na pomyslnou první stránku odborného tisku tím, že stanovil nový rekord v nepřetržitém letu – a šlo o rekord zásadní, protože se udržel ve vzduchu celých 54 hodin! Stejně jako Solar Impulse i Zephyr, vyvinutý britskou firmou QinetiQ, využívá ke svému pohonu plochy tvořené solárními články a přebytečnou energii ukládá do akumulátorů. Letoun váží pouhých 31 kilogramů a rozpětí křídel činí přibližně 16 metrů. Při svém rekordním letu také dosáhl rekordní výšky osmnácti tisíc metrů. Zásadním nedostatkem je ovšem to, že tento výkon nemohl být potvrzen nezávislými zdroji, protože šlo o přísně utajenou operaci. Téměř okamžitě byl podniknut druhý pokus, tentokrát za dohledu komisařů Světové federace leteckých sportů, který trval „pouhých“ 33 letových hodin.

Nejčtenější