Historia: Lot mięśniolotem ponad Kanałem La Manche

Kanał La Manche

Jest 12 czerwca 1979 roku, chłodny poranek na plaży w okolicach Folkestone w Wielkiej Brytanii. Za moment rozpocznie się przelot konkursowy „Albatrosa” - samolotu napędzanego siłą ludzkich mięśni. Aby zdobyć nagrodę Kramera w wysokości 100 000 funtów, pilot Bryan Allen musi pokonać dystans 22 mil nad Kanałem La Mache, celem jest plaża w Cap Gris Nez we Francji...

Nagroda Henry’ego Kramera

W roku 1959 przy Royal Aeronautoical Society sformowała się grupa Man Powered Aircraft Group, zrzeszająca entuzjastów statków powietrznych napędzanych siłą ludzkich mięśni. Jeden z członków tej grupy, przemysłowiec Henry Kremer zaproponował nagrodę 5 tysięcy funtów (wtedy średnia roczna wypłata wynosiła około 730 funtów) dla konstrukcji, która wykona następujący program lotu:

Samodzielny start z ziemi, następnie lot w kształcie ósemki wokół dwóch punktów zwrotnych, znajdujących się w odległości 0,5 mili (805m) od siebie, po czym bezpiecznie lądowanie. Dodatkowo samolot musiał przelecieć na wysokości minimum 10 stóp (3,05m) nad bramkami znajdującymi się na trasie.

Ponadto samolot nie mógł być wyposażony w gazy lżejsze od powietrza, musiał być napędzany wyłącznie siłą mięśni oraz nie mógł posiadać akumulatorów energii. Liczebność załogi była dowolna, lecz żaden ze członków nie mógł opuścić mięśniolotu w czasie lotu.”

Udana próba odbyła się 18 lat później...

Gossamer Condor XII

Czternaście lat później, na skutek braku pojawienia się zwycięzcy, nagroda została zwiększona do 50.000 funtów, co
wzbudziło szersze zainteresowanie konkursem. Usłyszał o nim między innymi Dr Paul MacCready, amerykański inżynier lotniczy oraz utytułowany szybownik. Stworzył m.in. krążek McCreade’go, który pozwalał na dobranie odpowiedniej prędkości przelotu między noszeniami termicznymi podczas zawodów szybowcowych. Był bardzo doświadczonym pilotem lotni, pisał również artykuły dla różnych gazet związanych z tą tematyka.

Pewnego dnia doszedł do wniosku, że zwiększenie rozpiętości skrzydeł lotni 3 krotnie, pozwoliłoby zmniejszyć moc
wymaganą lot ustalonego do około 1/3 KM, czyli moc jaką człowiek jest w stanie wytworzyć podczas jazdy na rowerze.

Powstała koncepcja samolotu w układzie kaczki, konstrukcja składała się z rur aluminiowych, strun fortepianowych
usztywniających konstrukcje, styropianowych żeber, które nadawały odpowiedni wklęsło-wypukły profil skrzydłom, a całość pokryta była mylarem (folia poliestrowa na bazie politereftalanu. Pilot znajdował się pod skrzydłem w pozycji poziomej, moc przekazywana była za pomocą łańcucha z tworzywa sztucznego na dwułopatowe śmigło o średnicy 3,71m, które obracało się z prędkością od 60 do 120 obr/min.

Składało się z 30 żeber wykonanych z balsy lub styropianu (zależnie od wersji), kesonu oraz dźwigara wykonanego z aluminiowej rury o średnicy 25mm. Rozpiętość skrzydeł pierwszej wersji wynosiła 29,26m, czyli porównywalną z samolotami pasażerskimi typu Boeing 737 lub Douglas DC9.

Założenie było takie, aby moc potrzebna do lotu wynosiła 0,25KM (taką moc pilot był w stanie utrzymać przez jedną
godzinę). Konstrukcje cechowała prostota oraz mała masa, która wynosiła około 34 Kg. MacCready podjął decyzje o wystartowaniu w konkursie w czerwcu 1976 roku, razem z przyjaciółmi oraz swoimi synami zbudował pierwszą wersje „Condora” w czasie 2 miesięcy, w tym czasie sprawdzono konstrukcje pod kątem wytrzymałościowym oraz wprowadzano poprawki oraz ulepszenia.

Pierwszy lot odbył się 12 grudnia 1976 roku, za sterami usiadł konstruktor. W następnych tygodniach wykonano kilkadziesiąt krótkich lotów, z których najdłuższy wyniósł jedna minutę. W lotach czynny udział brali synowie MacCready’ego, Parker, Tyler oraz Marschal (odpowiednio 17, 14 i 10 lat), którzy również byli zapalonymi lotniarzami. Ich niska waga, dawała im bardzo dobry stosunek mocy do masy. Nie obywało się bez mniejszych lub większych kraks, uszkodzenia naprawiano na bieżąco. Dużym problemem była pogoda, nawet najmniejszy wiatr był w stanie uszkodzić konstrukcje.

Wprowadzano kolejne poprawki. Zmodyfikowano skrzydła, śmigła oraz kilka innych drobiazgów. Pół roku od rozpoczęcia projektu udawało wykonać się loty trwające nawet 3 minuty, największa odległość jaką udało się uzyskać wyniosła 400m. W ramach rozwoju konstrukcji stosowano bardziej lub mniej konwencjonalne metody projektowe. MacCready do niektórych obliczeń stosował komputery należące do firmy, w której pracował. Konstruktor tworzył również modele, jeden z nich testował w... przydomowym basenie. Trzymając model w dłoni oraz przemieszczając go pod wodą, wyczuwał siły powstające na konstrukcji, co pomogło mu zrozumieć zachowanie samolotu oraz udoskonalić system sterowania, który był niezbędny podczas lotu konkursowego.

W lutym 1977 MacCready zdecydował się rozmontować cały mięśniolot oraz przenieść się na lotnisko Schafter Airport w Kalifornii-w tych rejonach wiatry są spokojniejsze, co pozwoliło usprawnić testy. Zmontowano udoskonaloną wersje Condora, najbardziej zauważalną zmianą było obudowanie kabiny pilota folią, co pozwoliło zmniejszyć opory
aerodynamiczne, kabina pełniła przy okazji funkcje statecznika pionowego. Zmodyfikowano również końcówki skrzydeł, co ułatwić miało skręcanie.

Za skręcanie zaczął odpowiadać również statecznik poziomy, dodano możliwość jego przechylenia, co pozwoliło na bardziej zdecydowane zakręty. Kilka dni później, 5 marca Gossamer Condor pobił rekord długotrwałości lotu, który wyniósł 5 minut i 5 sekund. Sukces ten początkowo utrzymywano w sekrecie, obawiano się skopiowania konstrukcji przez inne zespoły, których z czasem zaczęło pojawiać się coraz więcej.

W zespole doszło do zmiany głównego pilota-Greg Miller w celu kontynuowanie swojej kariery kolarskiej musiał odejść z zespołu. Zastąpił go Bryan Allen, który posiadał spore doświadczenie kolarskie oraz lotniarskie. Dodatkowym atutem była również jego mała masa - 62,5 kg, co czyniło go idealnym kandydatem.

Po czasie udano się rozwiązać problemy ze skręcaniem, oprócz przechylanego steru wysokości zdecydowano się na wykorzystanie małej sztywności skrętnej skrzydeł, która powodowała wcześniejsze problemy oraz kraksy. Końcówki skrzydeł połączono za pomocą cięgien z dźwignią znajdującą się w kokpicie. Za pomocą cięgien, skręcano delikatnie skrzydła, co pozwalało na przechylenie samolotu. Podobną metodę wykorzystano w pierwszym samolocie braci Wright. Po wykonaniu 430 lotów, finalna wersje mięśniolotu o nazwie Gossamer Condor XII, była gotowa do konkursu 23 sierpnia 1977 roku, na lotnisku zebrały się media oraz komisarz sportowy, w celu potwierdzenia wyniku.

O godzinie 7:30, po uspokojeniu się wiatru, pilot rozpoczął lot konkursowy. Po przeleceniu nad początkową, trzy metrową bramką wykonaniu dwóch zakrętów powyżej 180 stopni oraz przeleceniu nad również trzy metrową bramką końcową, Bryan Allen delikatnie posadził mięśniolot na ziemi w towarzystwie wiwatów oraz krzyków radości. Roczne zmagania całego zespołu odpłaciły się zwycięstwem.

Kolejne wyzwanie

Wkrótce zostało ogłoszone kolejne wyzwanie. Celem lot z Wielkiej Brytanii do Francji poprzez kanał La Manche. Nagroda wynosiła 100 000 funtów. Na podstawie zdobytych doświadczeń, zespół MacCready’ego postanowił ulepszyć Condora oraz wziąć udział w przedsięwzięciu.

Gossamer Albatross

Albatros był zmodyfikowaną wersją Condora. Zdecydowano się powiększyć kabinę pilota, zmieniono również jego pozycje na bardziej konwencjonalną (jak na klasycznym rowerze). Dodano więcej żeber utrzymujących kształt profilu, zaś profil płata dobrano tak, aby prędkość optymalna wynosiła 22-24 km/h.

W kabinie dodano radiotelefon, prędkościomierz oraz odległościomierz z aparatu fotograficznego, który pełnił role
wysokościomierza. Śmigło wykonano z polistyrenu a jego pokrycie zapewniała powłoka kevlarowa, jego masa wyniosła zaledwie 1,4kg. Ulepszono również przekładnie łańcuchową.

Pierwsze próby w rozpoczęto w marcu 1978 roku na lotnisku Shafter w Kalifornii, główny pilotem zespołu pozostał Bryan Allen, pilotami zapasowymi byli m.in Kirke Giboney oraz David Sack. W pierwszych tygodniach udało się osiągnąć lot trwający 15 min. Na tym etapie jasne było, że bez znaczących ulepszeń lot nad kanałem nie odbędzie się. Po czasie ze względu na wiatr postanowiono przenieść się na wyschnięte jezioro w południowej Kalifornii. Ze względu na spokojniejsze powietrze oraz praktycznie nieograniczoną przestrzeń okazało się to dobrym wyborem.

Doktor Joseph Master Paulo, który zajmował się przygotowaniem fizycznym pilotów stwierdził, że Bryan nie jest w stanie wycisnąć więcej ze swojego organizmu, niezbędnym więc stało się znalezienie ulepszeń w samym samolocie. Za pomocą wagi przymocowanej do liny holującej Albatrosa za motocyklem zmierzono, że jego opór przy zakładanej prędkości optymalnej wynosił 10 funtów (4,5kg), o 4 funty więcej niż pierwotnie zakładano.

Postanowiono po raz kolejny rozmontować całą maszynę, poprawiono napięcie pokrycia, usunięto niektóre zewnętrzne druty usztywniające konstrukcje oraz gdzie to było możliwie usunięto zbędną mase. Zamontowano również ulepszone śmigło stworzone przez grupę z MIT. 25 kwietnia udało się wykonać ponad godzinny lot na odległość 23,5 km. W porównaniu z Condorem, moc potrzebna do utrzymania mięśniolotu w locie była dwukrotnie mniejsza. Uznano, że Albatros jest gotowy.

Lot nad Kanałem

Trzy egzemplarze Albatrosa zostały przetransportowane do Wielkiej Brytanii dzięki uprzejmości królewskich sił
powietrznych. Po czasie potrzebnym na omówienie potrzebnych spraw natury formalnej, przygotowaniu mięśniolotu oraz potrzebnych testów, późnego maja zespół przeniósł się do starego magazynu w okolicach miejsca startu. Tam oczekiwano na dobrą pogodę.

O godzinie drugiej w nocy, 12 czerwca rozpoczęto przygotowania Albatrosa na miejscu startu. W oddali przez zamglony jeszcze kanał widać było odległa o 22 mile latarnie morską znajdującą się na Francuskim brzegu. O czwartej rano wszystko było już gotowe, oczekiwano na uspokojenie się wiatru, który mógłby spowodować turbulencje mogące uszkodzić delikatną konstrukcje.

Przy plaży zebrała się cała flotylla małych statków. Wśród przypadkowych obserwatorów znalazły się też łodzie
z członkami zespołu MacCready’ego. Ich zadaniem podczas próby była komunikacja ze służbami ruchu morskiego oraz asekuracja Bryana.

O 5:51, Bryan rozpoczął swoją próbę, maszyna wystartowała z plaży oraz skierowała się w kierunku kanału. Bryan leciał początkowo na wysokości około 7,5m, lecz ta wysokość stopniowo spadała do 5 i 3,5 metra. Po około 40
minutach wzmógł się wiatr czołowy, który 75 minut od startu wzrósł do prawie 6,5 km/h. Fakt ten oddalił pierwotne
założenie o wykonaniu lotu w ciągu dwóch godzin. W połowie trasy rozpoczął się pierwszy poważny kryzys, tracący siły Bryan momentami zniżał się do wysokości około 15 cm na powierzchnie wody. Na dodatek przestało działać jego radio, przez co komunikacja z zespołem odbywała się za pomocą gestów.

1:45h po starcie Bryan dał sygnał o przerwaniu próby. Zespół ze specjalną wędką, za pomocą której miano podczepić Albatrosa do łodzi i doholować go do Francji zajął odpowiednią pozycje. Aby podczepienie było możliwe Bryan wzniósł się na odpowiednią wysokość. Okazało się, że na wysokości 5 metrów turbulencje są słabsze, co pozwalało na lot z mniejszym wysiłkiem. Bryan odmachał zespołowi i postanowił kontynuować lot, mimo kończących się zapasów wody, przewidzianych na dwie godziny.

Potem nastąpił kolejny kryzys, lecz cel był już widoczny co pozwoliło na wykrzesanie ostatnich sił. Wyczerpany pilot, przelatując metry od skał znajdujących się przy plaży wylądował na plaży wśród wiwatującego tłumu. Bryan po locie stwierdził, że mógłby przelecieć jeszcze góra 15 metrów. Zapytany, czy czuje się człowiekiem, który przeszedł do historii, odparł: „Czuję się człowiekiem, który jest zmęczony”.

Następcy

Godnym odnotowanie są również rekordy ustanowione po przetarciu szlaku przez ekipe MacCready’ego. Grupa z
Massachusetts Institute of Technology stworzyła projekt mięśniolotu Daedalus, który w 1988 przeleciał dystans między wyspami Kreta oraz Santorini. Dystans ten wyniósł 115 km, a lot zajął prawie 4 godziny. Niestety przez wiatr oraz termikę działającą nad rozgrzaną plażą, pilot miał trudności z lądowaniem. Lecąc wzdłuż wybrzeża doszło do złamania lewego skrzydła i Daedalus wpadł do wody.

Pilot po opuszczeniu maszyny zdołał jednak dopłynąć do brzegu. Obecnie również odbywają się zawody statków powietrznych napędzanych siła ludzkich mięśni Jednym z przykładów jest „The Great Race 2022” (przeniesiony na 2023). Pierwsze oraz drugie miejsce są nagrodzone kwotą odpowiednio 50,000 oraz 10,000 funtów. Załogi będą musiały powtórzyć przelot Albatrosa przez kanał La Manche, który jak dotąd jest jedynym mięśniolotem, który przeleciał przez kanał La Manche.

Jakub Pluciński

Źródła:
„Mięśnioloty” Janusz Wojciechowski
“Gossamer Albatross: Flight of Imagination” reportaż filmowy autorstwa Theodora Strauss’a oraz Joseph’a Thompsona
“F-0056 Flight of the Gossamer Condor” reportaż filmowy autorstwa Ben’a Shedd’a