Powrót gigantów

Sterowce ciśnieniowe od lat są reklamowane przez różne firmy, wykorzystywane przez stacje telewizyjne, wykonują też loty wycieczkowe. Ich zdolności manewrowe oraz do przewożenia ładunków są jednak bardzo ograniczone. Amerykańska Agencja Zaawansowanych Badawczych Projektów Obronnych (DARPA) jako pierwsza zwróciła uwagę na nowe możliwości, które otworzyłyby się, gdyby zastosować w budowie sterowców rozwiązania hybrydowe.

W 2005 roku ruszył program Walrus/HULA (Hybrid Ultra Large Aircraft) budowy ultradużego sterowca transportowego. Miał on mieć zasięg około 22 tysięcy kilometrów i udźwig od 500 do 1000 ton. DARPA zawarła wstępne kontrakty z amerykańskimi firmami Lockheed Martin i Worldwide Aeros Corporation oraz brytyjską Hybrid Air Vehicles na budowę tak zwanych demonstratorów technologii. Jednakże w 2007 roku Kongres amerykański odmówił dalszego finansowania programu Walrus/HULA, który ostatecznie został zamknięty w 2010 roku. Jak często dzieje się w takich wypadkach, wojskowe programy są dalej rozwijane, jeśli mogą mieć inne zastosowanie lub znajdą odbiorców na rynku cywilnym.

Firma Hybrid Air Vehicles na podstawie swojego pierwotnego projektu SkyCat zbudowała prototyp sterowca hybrydowego HAV-3. Został on wybrany przez armię amerykańską jako zwycięzca w kontrakcie na budowę rozpoznawczo-wywiadowczego statku latającego w ramach programu LEMV (Long Endurance Multi-intelligence Vehicle). Z kolei Lockheed Martin swój prototypowy sterowiec hybrydowy P-791 planuje wykorzystać do prac nad całą rodziną sterowców transportowych.

Budową prototypu zajął się słynny oddział Lockheeda Skunk Works. Firma zainwestowała w projekt z własnych funduszy ponad 100 milionów dolarów. W styczniu 2006 roku oblatany został demonstrator technologii oznaczony jako P-791, który miał wziąć udział w programie Warlus/HULA. P-791 ma długość 37,5 metra, szerokość 16 i wysokość 9 metrów. Zastosowa no w nim rozwiązania, które zdefiniowały pojęcie sterowca hybrydowego.

W przeciwieństwie do klasycznej konstrukcji tego typu statku powietrznego siła nośna P-791 jest wytwarzana nie tylko dzięki zastosowaniu gazu lżejszego od powietrza (niepalnego helu), lecz także specjalnego, aerodynamicznego kształtu. Klasyczne sterowce przypominały cygaro, co wynikało z optymalizacji aerodynamiki lotu, jednak ciężko się nimi sterowało. Musiały lądować zawsze pod wiatr, a nagła zmiana kierunku ich lotu mogła spowodować katastrofę.

Potrzebowały dużego, betonowego lądowiska oraz wysokiego masztu do cumowania. Kluczem do uzyskania pełnej kontroli nad sterowcem hybrydowym jest zastosowanie spłaszczonego, trójowalnego kształtu powłoki oraz ruchomych silników-wentylatorów, które zapewniają statkowi napęd i działają jak stery kierunkowe. Dzięki takiemu rozwiązaniu 80 procent siły nośnej pochodzi od gazu lotnego, a 20 procent od aerodynamiki sterowca.

W czasie startu P-791 musi rozpędzić się do prędkości 20 kilometrów na godzinę, aby powłokę zaczął opływać pęd powietrza.

Jedną z najważniejszych kwestii było rozwiązanie problemu lądowania i "kotwiczenia" na ziemi. "Podwozie" sterowca miało również działać jak amortyzatory, szczególnie jeśli miałby on przenosić ciężkie ładunki. P-791 wyposażono w system amortyzatorów powietrznych ACLS (Air Cusion Landing System). Składa się on z czterech owali. Umieszczone w zewnętrznych częściach każdego z nich wentylatory napełniają je powietrzem. Te zaś zachowują się jak poduszka powietrzna, dzięki czemu można na nich bezpiecznie wylądować. Gdy sterowiec jest już na ziemi, włączają się wentylatory w wewnętrznych częściach owali. Obracają się w przeciwnym kierunku niż wentylatory części zewnętrznych.

Dzięki temu wytwarzane jest niskie podciśnienie, które dosłownie przysysa owale do podłoża. Sterowiec, który usiądzie na ziemi, na pewno nie zostanie zdmuchnięty przez wiatr. Może lądować praktycznie na każdym rodzaju podłoża i do jego cumowania nie potrzeba żadnego masztu.

Powłoka P-791 zbudowana jest z vectranu - lekkiego, bardzo wytrzymałego materiału podobnego do kevlaru. Jej elementy zostały połączone na ciepło lub chemicznie. Wszystkie główne części sterowca - kokpit, silniki, przewody paliwowe, stery oraz amortyzatory zamontowano do powłoki od zewnątrz. Wewnątrz znajdują się jedynie dwie biegnące przez całą długość kurtyny rozporowe, które usztywniają powłokę, oraz dwie tak zwane poduszki powietrzne.

Te ostatnie wyrównują ciśnienie wewnątrz powłoki, gdyż hel rozszerza się wraz ze zwiększaniem wysokości lotu. Silniki tłokowe i śmigła zamontowane są w aluminiowych ruchomych obręczach. Te mogą obracać się w czterech kierunkach, co pozwala na pełną kontrolę kierunku lotu sterowca. Silniki nie mają dużej mocy, gdyż priorytetem jest oszczędność paliwa. Rozpędzają P-791 do maksymalnej prędkości około 60 kilometrów na godzinę. W zamkniętej gondoli są miejsca dla dwóch pilotów oraz inżyniera pokładowego. System kontroli lotu jest cyfrowy i w pełni zautomatyzowany. Do zbierania danych służy ultradźwiękowy wiatromierz mierzący ciśnienie atmosferyczne.

P-791 wykonał sześć półgodzinnych lotów testowych na wysokości poniżej 600 metrów. Badano między innymi zachowanie w locie z wyłączonymi silnikami. Przez przypadek urwano jedną z poduszek systemu ALCS, jednak udało się bez niej bezpiecznie wylądować.

17 marca 2011 roku cywilna kanadyjska firma Aviation Capital Enterprises ogłosiła przyznanie firmie Lockheed Martin kontraktu na budowę rodziny hybrydowych sterowców transportowych. Zgodnie z planami w ciągu pierwszego roku firma zainwestuje w program 120 milionów dolarów. Główni odbiorcy sterowców to firmy wydobywcze oraz transportowe. Maszyny będą dostarczać ładunki do odległych wież wiertniczych i kopalni położonych na terenach niedostępnych dla samolotów.

Pierwszy z rodziny sterowców, o nazwie SkyTug, ma mieć 88 metrów długości i udźwig 20 ton. Będzie napędzany czterema lub ośmioma silnikami, które pozwolą mu rozwinąć prędkość przelotową do 115 kilometrów na godzinę. SkyTug wykona zadania transportowe w odległości do 1850 kilometrów, a czas trwania misji wyniesie od czterech do ośmiu godzin. Pierwszy lot sterowca planowany jest na 2013 rok.

Drugi z rodziny sterowców, o nazwie Sky-Freighter, o długości 122 metrów, będzie miał udźwig 70 ton. Jego pierwszy lot planowany jest na 2014 rok. Zarówno SkyTug, jak i Sky-Freighter będą miały silniki dieslowskie zamontowane w obręczach obracających się tylko w górę i w dół. Testy P-791 wykazały, że do obracania sterowca w poziomie wystarczą stery kierunkowe i niepotrzebne jest do tego boczne wektorowanie ciągu.

Największy w rodzinie, SkyLiner, będzie prawdziwym gigantem o długości 244 metrów i udźwigu 500 ton. W sterowcu, który wzbije się w powietrze w 2016 roku, znajdzie się ładownia o długości 92 metrów, szerokości 15,5 metra i wysokości 4 metrów. SkyLiner będzie napędzany sześcioma silnikami turbośmigłowymi wyposażonymi w potężne śmigła. Zapas paliwa pozwoli mu na pokonywanie tras oceanicznych z prędkością przelotową 180 kilometrów na godzinę. Amortyzatory ALCS, każdy o długości 24 i wysokości 4 metrów, będą chowane w locie, aby zmniejszyć opór powietrza. Kabina giganta z łazienką, kambuzem i kojami przypomina zatem bardziej kokpit statku.

Paweł Henski

Śródtytuły pochodzą od redakcji portalu INTERIA.PL.