Κυριακή, 1 Μαρτίου 2015

ΑΝΘΡΩΠΟΚΙΝΟΥΜΕΝΟ ΕΛΙΚΟΠΤΕΡΟ: Πώς το αδύνατο έγινε δυνατό!


      
       
Η πτήση του «Ατλαντα» το 2013 μέσα σε κλειστό γήπεδο ποδοσφαίρου και τον Ράιχερτ να κάνει πετάλι 4 μέτρα πάνω από το έδαφος

Οταν δύο νέοι Καναδοί μηχανικοί, ο Τοντ Ράιχερτ και ο Κάμερον Ρόμπερτσον, άρχισαν το 2011 να κατασκευάζουν ένα ανθρωποκινούμενο ελικόπτερο, που θα μπορούσε να πετάξει 3 μέτρα ψηλά και να αιωρηθεί για ένα λεπτό, αντιμετώπιζαν ένα μεγάλο εμπόδιο: Υποτίθεται ότι κάτι τέτοιο ήταν αδύνατο! Ειδικοί είχαν καταλήξει σε αυτό το συμπέρασμα μετά από αποτυχίες και συντριβές σε διάστημα 30 ετών και γι' αυτό είχε τεθεί και ένα βραβείο ύψους 250.000 δολαρίων, για όποιον κατάφερνε μια πτήση με αυτές τις προδιαγραφές. Ολα τα δεδομένα έδειχναν ότι ένας πιλότος δεν μπορούσε να παράγει αρκετή ισχύ ώστε να πετάξει ένα μηχανικό κατασκεύασμα τόσο ψηλά και για τόση ώρα. Ο αεροναυπηγός Αντόνιο Φιλιπόνε του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ στην Αγγλία έκανε τους απαραίτητους υπολογισμούς και δημοσίευσε την εργασία του στο περιοδικό της αμερικανικής εταιρείας φίλων του ελικοπτέρου, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι οι απαιτήσεις που έβαζε το λεγόμενο βραβείο Σικόρσκι δεν ήταν ανθρωπίνως εφικτές.
Ο Ράιχερτ, 32 ετών, και ο Ρόμπερτσον, 27 ετών, έμαθαν για τη μελέτη του Φιλιπόνε όταν ήδη είχαν κερδίσει το βραβείο, κάνοντας τον Ιούνη του 2013 μια ιστορική πτήση 64 δευτερολέπτων με τον «Ατλαντα», το τεράστιο ποδήλατο - κατασκεύασμά τους με τις 4 έλικες.

                           «Ατλας»

      
Το σκάφος μοιάζει με κεφαλαίο Χ, με ένα ρότορα σε κάθε άκρη του

Ο «Ατλας» έχει ως σκελετό τέσσερις δοκούς, κατασκευασμένες από σωλήνωση ανθρακονημάτων και καλώδια φτιαγμένα από τελευταίας τεχνολογίας νήμα. Η κατασκευή σχηματίζει ένα τεράστιο Χ, με διαγώνιο 26,8 μέτρων. Οι τέσσερις ρότορες, διαμέτρου 20,4 μέτρων, με νεύρα από ελαφρύ ξύλο μπάλσα και κάλυμμα από ανθεκτικό Μίλαρ, βρίσκονται σε καθένα από τα άκρα του Χ. Κρεμασμένο από καλώδια στο κέντρο της κατασκευής είναι ένα τροποποιημένο αγωνιστικό ποδήλατο πάνω στο οποίο ο Ράιχερτ, η ανθρώπινη πηγή ενέργειας του «Ατλαντα», κάνει πετάλι, που μέσω ενός συστήματος καλωδίων και τροχαλιών περιστρέφει τους ρότορες. Αυτή η ενέργεια είναι αρκετή για να σηκώσει από το έδαφος την κατασκευή βάρους μόλις 54 κιλών, συν 74 κιλά για το βάρος του ποδηλάτη - κινητήρα.
Οι δύο νεαροί μηχανικοί έπρεπε να υπολογίσουν το ιδανικό μέγεθος και βάρος ενός σκάφους, που θα διέθετε μια πολύ χαμηλής ισχύος πηγή ενέργειας, ένα ιδανικό σύστημα από ρότορες και ένα λειτουργήσιμο σύστημα ελέγχου πτήσης, ώστε το σκάφος όσο αιωρείται να παραμένει πάνω από το ίδιο σημείο. Ο Ράιχερτ και ο Ρόμπερτσον είχαν την προθυμία να αποτύχουν πάλι και πάλι κάνοντας ριζικές τροποποιήσεις στην κατασκευή τους, κάτι που δεν συμβαίνει με τις μεγάλες εταιρείες του αεροναυπηγικού τομέα, που ενδιαφέρονται για το τι είναι τελικά πιο κερδοφόρο και όχι κατ' ανάγκη για το βέλτιστο δυνατό.
Είναι χαρακτηριστικό ότι το πρόγραμμα για φορητό υπολογιστή (laptop) που κατασκεύασαν οι δύο νεαροί μηχανικοί για να βελτιστοποιούν το σχέδιό τους, είναι τώρα μέρος της εργαλειοθήκης λογισμικού της NASA και θα χρησιμοποιηθεί για να σχεδιαστούν σκάφη που θα πετάξουν πολύ πιο μακριά από τον «Ατλαντα»... Κανονικά η βελτιστοποίηση αυτού του είδους απαιτεί πολλές ώρες χρήσης υπερυπολογιστή, με το ανάλογο κόστος. Οι δύο εφευρέτες προτίμησαν να μη χρησιμοποιήσουν μοντέλα υψηλής ακρίβειας, που είναι μεν απαραίτητα για να υπολογιστούν με ακρίβεια οι στρόβιλοι ιδίως στα άκρα των πτερυγίων κάθε ρότορα, απαιτούν, όμως, πολύ μεγάλη επεξεργαστική ισχύ. Αντ' αυτού έφτιαξαν μέσα σε 5 μήνες ένα πρόγραμμα με υπολογισμούς μέσης ακρίβειας, που τους επέτρεψε να φτάνουν σε λίγα λεπτά και χρησιμοποιώντας μόνο ένα laptop, σε απόσταση μόλις 2% από τη βέλτιστη σχεδίαση!

Στο δρόμο των αδερφών Ράιτ

Οι δύο νέοι πέρα από την επιστημονική γνώση χαρακτηρίζονται και από την ικανότητά τους να φτιάχνουν, να διορθώνουν και να βελτιώνουν πράγματα με απλά υλικά, που μπορεί να βρει κανείς στο εμπόριο. Επέλεξαν να κατασκευάσουν τον «Ατλαντα» σε κλειστό χώρο για να αποφύγουν προβλήματα από τους ανέμους. Αρχικά είχαν κατασκευάσει ένα περίτεχνο σύστημα ελέγχου πτήσης, με πολλά καλώδια και χειριστήρια, το οποίο όμως αποδείχτηκε μη λειτουργικό. Ετσι, το αντικατέστησαν με ένα απλούστερο, που δεν είχε χειριστήρια, αλλά στηριζόταν στην κατεύθυνση που θα έγερνε ο ποδηλάτης - κινητήρας, ώστε να μετακινεί προς τα κει την κατασκευή, για να μένει τελικά πάνω από το ίδιο σημείο. Η αλλαγή μείωσε το βάρος κατά 10% και τις απαιτήσεις ισχύος κατά 20%.
Για να μπορέσει να πετάξει το κατασκεύασμα ο Ράιχερτ έπρεπε να χάσει περίπου 7,5 κιλά βάρους και να γυμναστεί σκληρά, ώστε να μπορέσει να παράξει το ένα κιλοβάτ ισχύος που χρειαζόταν για να σηκωθεί το ελικόπτερο, αλλά και τα 600 βατ για όλο το υπόλοιπο του χρόνου πτήσης ενός λεπτού. Στην ουσία ήταν σαν να έπρεπε να κάνει ένα εκατοστάρι σπριντ και αμέσως μετά ένα τετρακοσάρι σπριντ. Τελικά, έχασε 10 κιλά βάρους και παρήγαγε 1.100 βατ (περίπου ενάμιση ίππο ισχύος) κατά τη διάρκεια των πρώτων 12 δευτερολέπτων και 690 βατ στα υπόλοιπα 52 δευτερόλεπτα της πτήσης.

Ο Ράιχερτ και ο Ρόμπερτσον ένα χρόνο νωρίτερα είχαν κατασκευάσει ένα ανθρωποκινούμενο ορνιθόπτερο, δηλαδή ένα επίσης «αδύνατο να κατασκευαστεί» σκάφος, όπου η ενέργεια από την κίνηση των πεταλιών έκανε τα δύο μεγάλα φτερά του να κινούνται πάνω - κάτω και ταυτόχρονα ελαφρώς μπρος - πίσω, με τον ίδιο τρόπο που κουνάνε τα φτερά τους τα πουλιά όταν πετούν. Την επόμενη χρονιά οι δύο Καναδοί μηχανικοί στοχεύουν ένα άλλο βραβείο, το βραβείο Κρέμερ, για την κατασκευή ανθρωποκινούμενου οχήματος που θα διανύσει απόσταση μαραθωνίου (42 χλμ.) μέσα σε λιγότερο από μία ώρα.

Στόχοι και εμπόδια

Οι δύο νέοι έχουν πρόβλημα με τους στόχους που βάζει η κυβέρνηση των ΗΠΑ για αύξηση της απόδοσης των αυτοκινήτων έως το 2025, τους οποίους θεωρούν πολύ χαμηλούς. Οπως δηλώνουν, όμως, γνωρίζουν ότι υπάρχουν λόγοι που οι αμερικανικές κυβερνήσεις δεν επιδιώκουν ακόμη μεγαλύτερη βελτίωση στην κατανάλωση καυσίμου, παρά τα όσα λέγονται και γίνονται (σ.σ. σε βάρος των λαϊκών δικαιωμάτων) στο όνομα της οικονομίας και του περιβάλλοντος (φόροι κατανάλωσης, φόροι «καθαρής» ενέργειας κ.τ.λ.). Πίσω από τη χρόνια καθυστέρηση βρίσκονται πρώτα και κύρια τα συμφέροντα των πανίσχυρων μονοπωλίων του κλάδου του πετρελαίου, που δεν έχουν κανένα συμφέρον από τη μείωση κατανάλωσης πετρελαιοειδών.
Η ανθρώπινη εφευρετικότητα, όπως την επιδεικνύουν τόσο καλά οι δύο νεαροί επιστήμονες και πολλοί άλλοι σαν αυτούς στο εξωτερικό και στη χώρα μας, σε κάνει να σκέφτεσαι τι θα μπορούσε να γίνει αν καλλιεργούνταν και αναπτυσσόταν όχι για την ενίσχυση της κερδοφορίας των μονοπωλίων, ή τον προσωπικό πλουτισμό των εφευρετών, αλλά για το καλό όλων των ανθρώπων, στο πλαίσιο μιας σχεδιασμένης οικονομίας. Σε κάνει να σκέφτεσαι πώς παρά τις δυσκολίες, όταν υπάρξει απόφαση και μπει ψηλά ο πήχης, το αδύνατο μπορεί να γίνει δυνατό...

                                                        Επιμέλεια:
                                       
   Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
                                       
 Πηγή: «Scientific American»

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου