Historia lotnictwa w pigułce

Latawce, dmuchawce i… drewniane zabawki

Pierwsze próby uniesienia człowieka w powietrze przypisuje się Chinom i ich latawcom. Zapiski ukazujące pierwsze pomysły na „latające maszyny” sięgają nawet 2 tysięcy lat przed naszą erą! Legenda głosi, że pierwsza tego typu konstrukcja wzbiła się w powietrze już w roku 1766 przed narodzinami Chrystusa. Została jednak zniszczona na rozkaz cesarza Cheng Tang-a, aby nikt nie odkrył mistycznej tajemnicy latania. W innych mitach możemy znaleźć również odniesienia do latających, drewnianych ptaków, które potrafiły przemierzać nawet kilka kilometrów. W roku 19 naszej ery, według starych ksiąg, zaobserwowano na niebie człowieka z dwiema konstrukcjami, które przypominały wielkie skrzydła ptaków, pokryte gęstymi piórami. Uważa się to za pierwszy, zarejestrowany „eksperyment latania”, który znacznie przyczynił się do zrozumienia podstawowych zasad aerodynamiki. Nie biorąc jednak pod uwagę ludowych opowiadań, przyjmuje się, iż prekursorami dzisiejszego lotnictwa były latawce, które zostały wynalezione w V wieku naszej ery.

Niedługo później były one już wykorzystywane w celach militarnych i uczestniczyły w wielu bitwach na terenie Chin i Japonii. Miały one za zadanie, przede wszystkim, wystraszyć i zdezorientować wrogów. Chińscy uczeni jako pierwsi zrozumieli również, że można unosić obiekty przy pomocy ciepłego powietrza. Dlatego też, protoplastą dzisiejszych balonów są… chińskie lampiony, które obecnie chętnie puszczamy w górę, podczas różnego rodzaju festiwali. Cywilizacja chińska odpowiada również za stworzenie podwalin pod konstrukcję silnika wirowego. Pierwsze ryciny, pokazujące wykonany z bambusa „bamboo-copter”, datowane są na rok 400 przed naszą erą. I chociaż z początku był on jedynie drewnianą zabawką dla dzieci, dzisiaj uznajemy go za prymitywny projekt tego, co nazywamy helikopterem.

Naukowi pionierzy lotnictwa

Ogromny wpływ na kształt dzisiejszego lotnictwa przypisuje się Renesansowi w Europie. To właśnie w tym okresie, jeden z największych znanych nam umysłów, Leonardo Da Vinci, opracował pierwsze szkice „maszyn latających”. Ornitoptery – bo tak został nazwane – były, w zamyśle, napędzane ruchem powierzchni nośnych, które pracowały podobnie jak skrzydła ptaków. Jednakże, siła potrzebna do ich wzbicia była zbyt duża i pomimo wielkiego wysiłku wielu naukowców, pomysłów Leonarda nie udało się do końca urzeczywistnić.  I chociaż jego idee nie mogły być zrealizowane za jego życia, ze względu na bariery technologiczne minionej epoki, to ustanowiły solidne podwaliny do kolejnych projektów, umożliwiających stworzenie pierwszych samolotów.  

„Gdy już posmakowałeś lotu, zawsze będziesz chodzić po ziemi z oczami utkwionymi w niebo, bo tam właśnie byłeś i tam zawsze będziesz pragnął powrócić.” - Leonardo da Vinci.

XVII i XVIII wiek naszej ery obfitował w poważne badania nad aerodynamiką i pracą skrzydeł. Bez upublicznienia Zasad Dynamiki Newtona oraz prac wybitnych matematyków i fizyków takich jak Christiaan Huygens, Daniel Bernoulli i Leonhard Euler, brytyjskiego inżyniera John Smeatona oraz George Cayleya (który ustanowił nowoczesną koncepcję samolotu w 1799 roku) marzenia o lataniu mogłyby się ziścić dużo, dużo później. Jednym z przełomowych momentów był również rok 1871 w którym inżynier Francis H. Wenham wraz z pomocą znanego, amerykańskiego konstruktora broni palnej - Johna Browninga - zbudowali pierwszy tunel aerodynamiczny. Ich badania były później powszechnie używane podczas konstruowania maszyn i prób terenowych. W latach 70 XIX wieku duży wkład w rozwój awiacji miał również niemiecki inżynier Otto Lilienthal. Jego precyzyjne pomiary sił, działających na skrzydła pod różnymi kątami, były wykorzystane później w Stanach Zjednoczonych przez, między innymi, braci Wright. Niewielu wie, że po opublikowaniu swoich tez, Otto Lilenthal, zaprojektował i zbudował serię szybowców jedno i dwupłatowych, którymi odbył ponad 2000 lotów! Niestety jego największy wynalazek okazał się również przyczyną jego śmierci w 1896 roku.

Lekki jak piórko

Prawdziwa „era współczesnego lotnictwa” rozpoczęła się już więc w pierwszej połowie XVIII wieku i podzielona została na dwie kategorie maszyn – lżejszych i cięższych od powietrza. Do pierwszej kategorii zaliczamy wszelkiego typu sterowce, oraz balony. Prekursorami załogowych lotów w balonach byli bracia Joseph-Michel i Jacques-Étienne Montgolfier, którzy już 4 czerwca 1783 roku odbyli bezzałogowy lot balonem na gorące powietrze, we francuskiej miejscowości Annoy. Niewiele ponad 2 miesiące później, bo już 27 sierpnia tego samego roku, bracia zaprezentowali pierwszy w historii balon wypełniony wodorem, który wzbił się w powietrze na Polach Marsowych w Paryżu. Zakończone sukcesem próby spowodowały, że już 19 października odbył się pierwszy, załogowy lot balonem (jeszcze na uwięzi), w którym wzięli udział inni naukowcy.

Swobodny lot balonem opalanym drewnem, miał za to miejsce już 21 października. Udało się wtedy przelecieć aż 8 kilometrów, do momentu aż płótno zaczęło się palić i konieczny był szybki powrót na ziemie. Balony zdobyły ogromną popularność w kolejnych latach, jednak ze względu na małe zasięgi i problemy ze sterowaniem, nie przyjęły się zbytnio w lotnictwie pasażerskim. Były jednak chętnie wykorzystywane podczas działań wojennych, szczególnie do obserwacji wrogów z dużych wysokości jak również do wszelkiego rodzaju zastosowań „hobbystycznych” i ciekawej formy spędzania wolnego czasu przez elity. Odpowiedzią na wady wyżej opisanych konstrukcji były sterowce. Ich budowa oraz używanie wodoru lub helu, zamiast rozgrzanego powietrza, pozwalały pokonywać o wiele większe odległości. Pierwszym, w pełni kontrolowanym lotem był, wykonany przez Henri Giffarda w 1852 roku, 24 kilometrowy przelot sterowcem z silnikiem parowym, we Francji. Kolejnym krokiem milowym było zamontowanie w sterowcach silników elektrycznych, czego udało się dokonać już w 1884 roku. Najbardziej znanymi sterowcami były te produkowane przez niemiecką firmę Luftschiffbau Zeppelin GmbH. Ze względu na szybki rozwój lepszych technologii, era maszyn lżejszych od powietrza zakończyła się dość szybko. Nieoficjalnie mówi się, że słynna katastrofa sterowca Zeppelin Hindenburg z 1937 roku, w której zginęło 22 członków załogi, 13 pasażerów oraz jedna osoba z obsługi naziemnej była jej czarną puentą.

“Scotty, We Need More Power!”

Ten popularny cytat, zaczerpnięty z serialu science fiction „Star Trek”, bardzo dobrze obrazuje problem XVIII i XIX wiecznych inżynierów awiacji. Ówczesne silniki parowe czy elektryczne nie były w stanie zapewnić odpowiedniego ciągu dla dość ciężkich maszyn i umożliwić im wzbicia się w powietrze.  Wraz z upowszechnieniem się silników parowych wielokrotnie próbowano zaadoptować je na potrzeby latających maszyn. Stworzono nawet kilka, mniej lub bardziej udanych projektów, którym udało się oderwać od ziemi, jednak ta technologia nie była wystarczająco dobra aby można ją było zastosować na szerszą skalę.

Jednak już w 1860 roku, kiedy to  Étienne Lenoir zbudowała pierwszy silnik spalinowy na gaz, otworzyły się zupełnie nowe drzwi i szereg nieznanych dotąd możliwości dla rozwoju lotnictwa cięższego od powietrza. W Niemczech kolejny krok zrobił, w 1876 roku, niemiecki konstruktor Nikolaus A. Otto. Wyprodukował on czterosuwowy silnik spalający paliwo płynne. Lata 90. XIX wieku i zaprojektowanie szybkich oraz lekkich silników spalinowych (a także skonstruowanie pierwszych samochodów)  przez Gottlieba Daimlera oraz Karla Benza pokazały, iż stworzenie odpowiedniego napędu dla samolotu to tylko kwestia czasu… i odpowiednich finansów.

12 sekund, które zmieniły wszystko.

"Pragnienie latania to idea przekazana nam przez naszych przodków, którzy podczas swych wyczerpujących podróży po bezdrożach w prehistorycznych czasach, patrzyli z zazdrością na ptaki szybujące swobodnie w przestrzeni, z pełną prędkością, ponad wszystkimi przeszkodami, na nieskończonej austradzie powietrza" - Wilbur Wright

W 1902 roku, po kilku latach badań nad konstrukcją skrzydeł oraz zaawansowanymi technikami kontroli samolotu w powietrzu, bracia Wilbur i Orville Wright odbyli pierwszy, udany lot swoim szybowcem. Ich dokładne obliczenia pozwoliły skalkulować odpowiednią moc silnika, który pozwoliłby na pierwszy, w pełni kontrolowany lot samolotem z napędem spalinowym. Niestety, ze względu na bardzo wysokie wymagania braci Wright względem stosunku masy do mocy silnika, żaden z wiodących producentów nie chciał podjąć się tego trudnego zadania. Z pomocą przyszedł jednak Charles Taylor, mechanik, który pracował w sklepie rowerowym braci Wright. Skonstruował on czterocylindrowy silnik o masie 90 kilogramów i mocy 12,5 koni mechanicznych. Nie była to w żadnym razie najbardziej zaawansowana konstrukcja na świecie, jednak wytwarzała dokładnie potrzebną moc aby napędzić ich samolot nazwany „Flyer”. 17 grudnia 1903 r. bracia Orville i Wilbur Wright odbyli cztery udane próby, w pełni kontrolowanego lotu. Pierwsza z nich trwała jedynie 12 sekund. To jednak wystarczyło, aby już na zawsze zmienić ówczesny świat i zapisać się na kartach historii. Czwarty, najdłuższy lot, trwał już 59 sekund i pozwolił na przebycie około 300 metrów. W kolejnych latach największy nacisk postawiono na rozwój instrumentów pozwalających na jeszcze większą kontrolę nad maszynami latającymi.

„A gdy na wojenkę szli Ojczyźnie służyć…”

Jak nauczyła nas historia, wszystkie największe osiągnięcia technologiczne, chętnie były wykorzystywane w celach militarnych. Nie inaczej było z samolotami. Jako pierwsi, w celach zbrojnych, użyli ich Włosi. W 1911 roku, podczas wojny włosko-tureckiej, zbombardowali oni stanowiska bojowe wroga na terenie Libii. W ślad za nimi poszli Bułgarzy, którzy zrzucili bomby na stanowiska osmańskie w 1912 roku. Zbliżająca się nieuchronnie Pierwsza Wojna Światowa mocno przyśpieszyła rozwój przemysłu lotniczego. W 1914 roku, tuż przed pierwszymi wystrzałami, Rumunia skonstruowała pierwszy, w pełni metalowy, samolot. Niewiele później, bo w 1915 roku, na rozrywanym wojną niebie, toczyły się już regularne bitwy lotnicze. Jednym z najsłynniejszych pilotów tamtego okresu był Manfred von Richthofen, szerzej znany pod pseudonimem Czerwony Baron. Zapiski mówią, że zestrzelił on, podczas swojej służby, ponad 80 samolotów!  

Pierwsze linie lotnicze i czasy międzywojenne

Wraz z początkiem wojny, w 1914 roku, firma St. Petersburg-Tampa Airboat Line po raz pierwszy uruchomiła regularny, pasażerski transport lotniczy w USA.  I choć loty z Petersburga do Tampy odbywały się jedynie przez kilka miesięcy, to ustanowiły one solidne podwaliny pod transkontynentalne loty cywilne. W Europie, jedną z pierwszych organizacji była Air Transport and Travel, Ltd. Ich inauguracyjny lot z Londynu do Paryża odbył się już 25 sierpnia 1919 roku a na pokład zabrany został jeden pasażer – dziennikarz prasowy. W ślad za nimi poszły firmy z innych Państw, takie jak na przykład holenderski KLM, który odbył swój pierwszy planowany lot w 1920 roku. Dalej było już „z górki”. Swoje operacje rozpoczęły takie potęgi jak kolumbijska Avianca, australijski Qantas, rosyjski Aeroflot czy czeskie Czech Airlines. Lotnictwo zaczęło być ogólnodostępne. Wielki rozwój biznesu lotniczego w latach międzywojennych był możliwy, przede wszystkim, za sprawą zrewolucjonizowania konstrukcji samolotów. Modele takie jak Douglas DC-3, wykonane w całości z metalu, znacznie pomogły zwiększyć komfort, zasięg oraz bezpieczeństwo przelotów. 

Po zakończeniu walk, wielu pilotów ze względu na dużą dostępność samolotów, które nie były już potrzebne zaczęło ich używać do „lotnictwa użytkowego” - fotografii komercyjnej, badań geograficznych, rozpylania nawozów na polach, jak również – szalenie popularnych swego czasu -  lotniczych show, podczas których mogli pochwalić się swoimi nieprzeciętnymi umiejętnościami jak również zarobić na nich dużo pieniędzy.

Pomimo wielkiego kryzysu w latach 30, nadal bardzo dużo pieniędzy przeznaczano na rozwój lotnictwa. To właśnie wtedy powstały pierwsze, lekkie samoloty takich firm jak Cesna Beechcraft, czy Piper. Również w tym okresie zbudowano pierwsze, ogólnodostępne helikoptery z których chyba najbardziej znanym jest Sikorsky R-4. Na początku wykorzystywano je do wyspecjalizowanych misji ratowniczych, patroli policyjnych itp.

„A gdy na wojenkę szli Ojczyźnie służyć…” – część 2.

Pościg technologiczny oraz ogromna presja w okresie międzywojennym przyczyniły się do szybkiego rozwoju wszystkich instrumentów lotniczych. Samoloty produkowane w latach 30. XX wieku były wyposażone już w takie przyrządy jak prowizoryczny radar, radiotelefon czy też pierwsze systemy nawigacji.  Druga Wojna Światowa przyczyniła się również do powszechnego użycia silnika odrzutowego, nad którym prace prowadzono już od lat 20. XX wieku. Był to milowy krok, który zrewolucjonizował lotnictwo (bardziej nawet cywilne, niż militarne). Bliskim wynalezienia silnika tego typu był Sanford A. Moss, inżynier z General Electric Co. już w 1918 roku. Turbosprężarka, którą udało mu się stworzyć miała ogromne znaczenie dla amerykańskich, powietrznych sił zbrojnych podczas drugiej Wojny Światowej. Dwa lata później, Alan A. Griffith, pracujący wiele lat dla Rolls-Royce Ltd. uaktualnił prace Mossa i opracował udoskonaloną teorię projektowania turbin. W czasie światowego konfliktu, największe mocarstwa kładły ogromny nacisk na jak najszybsze wprowadzenie tej technologii i użycie jej do działań militarnych. Pierwszymi odrzutowcami, które udanie przeszły testy były  brytyjski odrzutowiec Gloster E.28 / 39, który wykonał swój pierwszy lot w 1941 roku oraz niemiecki He 178, skonstruowany przez Hansa Joachima Pabsta von Ohaina. Ten drugi, z pomocą i poparciem niemieckiego inżyniera lotnictwa, wzbił się w powietrze już w 1939 roku. Seryjnie wprowadzonym do produkcji silnikiem, używanym w jednym z najbardziej znanych, niemieckich odrzutowców - Messerschmitt Me 262 – był ten skonstruowany przez Junkers Motorenwerke GmbH.

"Człowiek musi wznieść się ponad Ziemię — na szczyt atmosfery i poza nią, bo tylko wtedy w pełni zrozumie on świat, w którym żyje." - Sokrates

 

Odrzutowa era w lotnictwie cywilnym

Pod koniec drugiej Wojny Światowej wiele miast budowało swoje lotniska. Lotnictwo cywilne w tym okresie przeżywało swój największy rozkwit. Jednak poprzednia technologia, opierająca się na silnikach tłokowych i śmigłach docierała już do granic swoich fizycznych możliwości. Aby zwiększyć prędkość, zwrotność, bezpieczeństwo oraz możliwy dystans przelotów, potrzeba było upowszechnić stosunkowo nową technologię, jaką były silniki odrzutowe.  Choć z początku myślano, iż ten system będzie nieopłacalny ekonomicznie ze względu na duży pobór paliwa, to dość szybko przekonano się nad jego wyższością, w stosunku do wymierającej już metody pozwalającej wznosić ciężkie maszyny w powietrze. Silniki odrzutowe, oraz nowatorskie konstrukcje samolotów pozwoliły na przeloty na dużo większych wysokościach co miało ogromny wpływ na oszczędności, uniknięcie niebezpiecznych zjawisk atmosferycznych powodujących turbulencję jak również utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w kabinie co znacznie podniosło komfort pasażerów podróżujących na pokładzie.

Pierwszym cywilnym odrzutowcem był de Havilland Comet, skonstruowany przez brytyjską firmę de Havilland, który zadebiutował już w 1951 roku.

Jednakże po serii dość głośnych wypadków, spowodowanych wadliwą konstrukcją okien a także zbyt dużymi naprężeniami metalu, został on bardzo szybko wycofany ze służby i poddany wnikliwym testom. Pierwszą linią, która wprowadziła, w 1956 roku, regularne połączenie lotnicze ,oparte na samolotach odrzutowych, był rosyjski Aeroflot. Firma użyła wtedy samolotu Tupolev Tu-104. 

Już dwa lata później swoje nowoczesne, czterosilnikowe maszyny, wznoszące znakomitość latania na zupełnie nieznany do tej pory poziom, pokazały również inne firmy lotnicze – Boeing zaprezentował ikonicznego 707 a Douglas Aircraft Company swojego DC-8. Za sprawą komercyjnego sukcesu tych samolotów te dwie firmy zdominowały rynek sprzedaży samolotów dla największych linii lotniczych.

Niecałą dekadę później, francuska firma Aérospatial, wprowadzając na rynek samolot SE 210 Caravelle, zaproponowała inną konstrukcję samolotu odrzutowego, przenosząc silniki na tył swojego aeroplanu. Ten zabieg był później dość często kopiowany przez inne, największe firmy z przemysłu lotniczego.

W 1969 roku Aérospatial we współpracy z British Aerospace pokazały światu technologiczne arcydzieło – naddźwiękowy samolot pasażerski Concorde. Poruszający się z zawrotną prędkością 2179 km/h zaiste był białym krukiem lotnictwa i szczytem możliwości inżynieryjnych jednak był również zupełnie nieopłacalny ekonomicznie. Ogromne koszty eksploatacyjne nie pozwoliły mu zyskać szerokiej popularności i doprowadziły do jego emerytury już w 2003 roku.

Na zakończenie artykułu musimy jeszcze wspomnieć o dzisiejszym potentacie branży lotniczej – firmie Airbus Industries. Założona została w 1970 roku jako współwłasność francuskich, niemieckich, brytyjskich, hiszpańskich, holenderskich i belgijskich firm i początkowo nikt nie wróżył jej wielkiego sukcesu. Ich pierwszy produkt - A320 okazał się jednak strzałem w dziesiątkę i doprowadził do szybkiego powstania całej rodziny maszyn, które dzisiaj używane są na całym świecie i stanowią realną konkurencję dla Boeinga.

 

Lotnictwo przez raptem 100 lat przeszło niesamowicie dynamiczną metamorfozę. Od prostych maszyn latających, poprzez jednopłatowe samoloty aż do obecnych, szerokokadłubowych statków powietrznych typu Dreamliner i samolotów pasażerskich, które potrafią przewieźć ponad 800 osób podczas jednego lotu (Airbus A380).

Lada moment nadejdą również czasy, gdzie zwykłe loty czarterowe będą zabierały nas w podróż na orbitę ziemską a nawet dalej, w przestrzeń kosmiczną. Z niecierpliwością czekamy co przyniesie przyszłość awiacji a tymczasem, życzymy Wam wspaniałych podróży i spokojnych lotów!

tekst: Piotr Wilk