Neviditelný pes  |  Zvířetník  |  Ekonomika  |  Věda  |  SciFi Pondělí 12.7.2004
Svátek má Bořek




  Výběr z vydání
 >VÝZVA: Hledám majitele fenky sražené autem.
 >ZAMYŠLENÍ: Poněkud znesvěcené svátky.
 >LIDŠTINY: Politické gesto
 >POLITIKA: Dvě glosy
 >MROŽOVINY: Zvedá se třetí technologická vlna
 >RODINA A PŘÁTELÉ: Přípravy na výlet do Itálie
 >PSÍ PŘÍHODY: Co on tam vyčuchává
 >GLOSA: Sponzorují automobilisté stát anebo naopak?
 >ZAMYŠLENÍ: Bičujme bolševika v nás
 >LITEVSKÉ LISTY: Všechny chrámy světa
 >PENÍZE.CZ: Letadlo, které nikdy nedoletí aneb jak nezbohatnout
 >RODINA A PŘÁTELÉ: Zlatá padesátá - Zemědělské stroje
 >POLITIKA: Ústava nechává prezidentovi volné ruce
 >GLOSA: Ne hlavní, ale jeden z více malých důvodů proč občané nechodí volit.
 >MOBY DICK: Ambrožův konec

 >>> HLAVNÍ STRÁNKA  >>  Mrožoviny  
 
12.7. MROŽOVINY: Zvedá se třetí technologická vlna
František Novotný

Let dvojitého stroje SpaceShipOne, letounového nosiče a vlastního reaktivním kluzáku, který 21. června 2004 po startu z letiště v Mohavské pouště poprvé vynesl do 100km výše pilota Mikea Melvilla, aniž by na tento podnik padl jediný dolar nebo rubl ze státní pokladny, neznamená mezník jenom kvůli tomuto faktu - že se jednalo o první ryze soukromý let na hranice kosmu - ani kvůli skutečnosti, že místo miliard se náklady počítaly v jednotkách milionů dolarů, nýbrž kvůli tomu, co není na první pohled patrné, tomu, co se skrývá v pozadí a dá se vyčíst spíše z názvu firmy ing. Rutana, jež SpaceShipOne navrhla a vyrobila. Na rozdíl od dnes již klasických kosmických raket, které byly vyrobeny jako letadla z duralové skořepiny, a na rozdíl od kosmického kluzáku Space Shuttle, kde je, opět po vzoru vysoce výkonných letounů, jakým byl kupříkladu SR 71 Blackbird, základním konstrukčním materiálem titan, je stroj firmy Scaled Composites, kromě pohonných jednotek, kompletně vyroben z kompozitu, zřejmě uhlíkového. Je tedy předzvěstí, že po éře duralové a éře titanové se prostřednictvím soukromého podnikání zvedá v kosmonautice třetí vlna, vlna kompozitní.

Dvakrát o nenápadnosti technologických inovací
Na vyhledávání vhodných materiálů a jejich zpracování do účelné konstrukce nikdy nebylo nic, co by poutalo zájem široké veřejnosti, natož v dnešní době šoků a senzací. Média a s nimi veřejnost dává vždy přednost hotovému, pokud možno exkluzivnímu stroji, aniž by se zamýšlela, proč právě ten který stroj je tak úžasný. Tomu napomáhá i vzdělávací systém, učebnice historie, byť technické, málokdy píšou lidé natolik erudovaní, aby disponovali vhledem, který by jim umožnil vidět za kulisy a odhalit tu skutečnou základní příčinu té které technické inovace. A proto, ačkoli žijeme v technologické době, málokdo je schopen si uvědomit základní význam kuchařek, podle nichž se technická krmě, kterou nám průmysl servíruje na zákaznický stůl, vaří.

Jelikož kosmonautika se vyvinula z letectví, dovolil bych si uvést dva příklady skrytého působení technologie právě z tohoto oboru:
1. Někdy po roce 1910 se jistý holandský technik začal zajímat o letadla, tedy o křehké aparáty vyrobené z truhlářských latí, pianových strun a sypkoviny (to je, prosím, husté plátno, z něhož se šily peřiny). Tento mladý technik to pokládal za neúnosný stav a zjistil, že pokud ho chce změnit, musí se pustit do zdánlivě odtažitého problému, který by nikdo s letectvím nespojoval - a to do vypracování postupů, jak pevně a spolehlivě svařovat tenkostěnné legované ocelové trubky. Teprve když zvládl tuto svařovací technologii, za níž byl později jmenován doktorem technických věd a o níž přednášel po celém světě, mohl se pustit do stavby letadel, která znamenala revoluci v letectví. Nu ano, mnozí již uhodli, že onen technik se jmenoval Anthony Fokker a jeho stíhací letoun Fokker D VII s trupem, který tvořila příhradová konstrukce svařená z trubek, a se samonosnými dřevěnými křídly deklasoval koncem 1. světové války všechny dohodové stíhače takovým způsobem, že tento typ byl výslovně zmíněn v podmínkách příměří, jež nařizovaly, že všechny kusy musejí Němci okamžitě odevzdat. Ve 20. letech minulého století to pak byla Fokkerova letadla s "nerozbitnými" trupy, která zahájila masovou éru civilního letectví a otevřela oblohu "obyčejným" cestujícím. Jenom proto, že jeden člověk zjistil, jak se mají a dají svařovat ocelové trubky.
2. Druhý příklad má počátek těsně po 1. světové vále. A to v přísně akademickém prostředí, v hájemství vysoké matematiky diferenciálů a plošných integrálů. Jistý německý profesor, který byl v tomto hájemství jako doma a pravděpodobně akademicky suchý jako troud, pár let po 1. světové válce rozlouskl problém, jak počítat pevnost skořepin. Jednalo se o velice teoretickou záležitost, která ale umožňovala třeba ve stavebnictví exaktně navrhovat tenkostěnné betonové kopule či přehradní hráze. Dále se do této historie zaplétají pověstné "kalifornské garáže". O dvě generace před Billem Gatesem si v jedné z nich jistý mladý muž jménem Lockheed (a další jiní ambiciózní mladící zbláznění do letadel) usmyslel, že teorie profesora Prandtla (tak se jmenoval onen německý profesor, jehož práce dodnes budí děs u studentů technických vysokých škol, když jdou na zkoušku z pružnosti a pevnosti) by se dala použít ke stavbě celokovového jednoplošného letadla, jehož trup by tvořila duralová skořepina a taktéž u samonosných křídel, řešených obdobně, by se dala snížit hmotnost tzv. nosným potahem. Taková čistá skořepina, vytvořená z milimetr silného aluminiového potahu a vyztužená filigránskými podélníky, ještě drobnějšími než ty ze stavebnice Merkur, umožňovala dát stroji ideální aerodynamické tvary, poskytla zcela volný trup bez vnitřní konstrukce a přepážek, takže se do něho daly snadno vestavět pumovnice nebo kulometné věže (ve vojenské verzi) nebo sedačky pasažérů (v civilním verzi). A navíc znamenala obrovskou úsporu hmotnosti, o niž bylo možno zvýšit placenou zátěž či zásobu paliva.
Poté, co Hitler poslal k šípku závazky Versailleské smlouvy, byla to právě skořepinová stavba letadel, na níž Luftwaffe vybudovala svoji sílu a čím deklasovala všechna vojenská letectva tehdejšího světa. To byl onen technologický náskok, jímž Hitler vydíral Západ a který vedl i k Mnichovu. Ač to nezní příliš lichotivě, je třeba na tomto místě poznamenat, že českoslovenští letečtí konstruktéři a letecké firmy za 1. republiky nikdy skořepinovou stavbu nezvládli, takže čs. vojenské letouny měly "fokkerovskou" konstrukci z trubek. Normy pro skořepinovou duralovou stavbu přišly až s německou okupací a všechny poválečné letouny české výroby, ať už vojenské jako L-29 "Delfín", L-39 "Albatros" či L-159 Alka, nebo civilní jako L-410 "Turbolet", se vyráběly a stále vyrábějí podle těchže DIN norem a toutéž technologií, jimiž se za 2. světové války vyráběly všechny německé letouny včetně stíhačů Bf 109 a FW 190. Jak je vidět, i technologie, na jejímž začátku byla kupa nezáživných vzorců, může patřit k cenné kořisti.

Zvedá se kompozitní vlna
V komentářích k přelomovému letu SpaceShipOne se sice objevilo, že tvůrce stroje, americký letecký inženýr Rutan, nepřišel se žádnou převratnou technologií, nicméně podle mého soudu se jedná o mylné hodnocení, dané obvyklou setrvačností lidského myšlení a pohledem přes brýle s tradičními klapkami, jimiž se na vnitřní technologickou strukturu nedá dohlédnout. Pravda, kompozitní materiály, mezi něž se čítají buď homogenní lamináty, tj. materiály s nějakou výztuží (např. skelná tkanina) a výplní z umělých pryskyřic (polyester, epoxid), nebo sendviče, kde laminát tvoří jenom "plášť" kolem vypěněného jádra třeba z Divinycelu či jiných produktů moderní chemie, a v případě letectví ještě voštiny, se již v leteckém a kosmickém průmyslu uplatňují asi 40 let. Nicméně tvořily vždy jenom okrajové díly konstrukce, u letadel nejčastěji ocasní plochy, u raket pak čelní kužely, nádrže atd. Faktem ale je, že doposud žádný velký letoun, ani kosmická raketa či raketoplán nepožívá kompozity jako základní stavební materiál - k výrobě nosné skořepiny trupu či křídel. Tato technologie se zatím uplatňuje jenom u lehkých sportovních letadel a ing. Rutan má nezpochybnitelné prvenství, že tuto technologii použil v plné šíři jak základ pro stavbu kosmického stroje.

Nejsem sice žádný odborník na kompozity, ale pravidelným psaním článků pro časopis "Yacht" o moderních, tj. kompozitních konstrukcích námořních plachetnic a motorových člunů jsem získal jakýs takýs přehled. Vím tedy, že v posledních letech došlo k jakési revoluci v revoluci, když při vytváření laminátových výlisků se v současnosti místo skelné výztuže stále častěji prosazuje uhlíkové vlákno a klasické pryskyřice nahrazují odolnější isoftalické odnože. Vlastnosti takto vzniklého karbonového, nebo jak se říká "černého", laminátu jsou prostě fantastické. Když si uvědomíme, že dnešní uhlíková vlákna mají 60x větší pevnost v tahu než ocel, pochopíme, proč moderní závodní plachetnice jsou schopny vzdorovat vichrům u Hornova mysu, kudy vede např. trasa závodu Volvo Ocean Race. Uhlíková vlákna se dnes zabudovávají do laminátových trupů běžných cestovních jachet, ale hlavně se z černého laminátu vyrábějí odolné a lehké stěžně. V jiné formě, v podobě proužků, se z karbonu spéká jakási mřížovina, na níž se oboustranně nalepuje mylarová folie. Tímto způsobem vzniká plachtovina, jež je absolutně nedeformovatelná, když má pevnost oceli a přitom aerodynamicky dokonale hladký povrch. Bez takových "černých" karbonových plachet, jež např. vyrábí firma Dimension-Polyant, je úspěch v dnešních námořních závodech kolem světa nemožný. A jako horká novinka se objevily i vrátky z karbonového laminátu - signál, že kompozity pronikají i do oblasti lodní výstroje, jež byla doposud vyhrazena bronzu a nerezové oceli.

Všechny tyto fantastické mechanické vlastnosti při vlastní minimální hmotnosti pak zhodnotil ing. Rutan u SpaceShipOne. Proto měl úspěch, proto se tento směšně malý stroj s vynaložením relativně malého množství energie dokázal vyšplhat do 100km výše. Ač to bude znít jako troufalost, jsem přesvědčen, že 21. června letošního roku odbil umíráček všem kosmickým konstrukcím z kovu. Let SpaceShipOne udělal mimo jiné skládku kovového šrotu i z ještě nedostavěné vesmírné stanice ISS a odsoudil k vyhynutí i americké titanové raketoplány Space Shuttle. A to nejen mnohonásobně lepším poměrem pevnosti k vlastní hmotnosti a dalšími mechanickými vlastnosti, ale i zcela protikladnými tepelnými charakteristikami. Na rozdíl od kovů, které jsou vynikajícími vodiči tepla, což je ve vesmíru na škodu, jsou kompozity stejně tak dokonalými izolanty. A to je nepochybně výhoda pro tepelnou bilanci každé kosmické lodě či stanice.
Karbonové uhlíkové kompozity jsou teprve na začátku své cesty k uplatnění, nejen v kosmu. Mohou, a jak jsem přesvědčen, obrátí vzhůru nohama i pozemský svět. Nejen dopravní prostředky, auta, vlaky, lodě, nejen stavby jako mosty a koneckonců jakákoliv obytná budova, ale i stroje, od soustruhů až k domácím mixérům, je výhodnější vyrábět z kompozitů než z kovů. V horizontu několika desítek let bude metalurgie železa mrtvá, a po době kamenné, bronzové a železné nastane doba kompozitní. Kdybych byl mladý a měl ambice stát se multimilionářem, tak "jdu" do kompozitů.

Psáno v Praze 7. 7. 2004


Další články tohoto autora:
František Novotný

Počet přístupů na stránku:

Komentáře ke článku