Jeśli temat militariów nie jest Wam obcy, a Wasze zainteresowania okrętami wojskowymi i lotniskowcami przewyższa tylko miłość do myśliwców, to z pewnością choć raz słyszeliście określenie katapulty startowej. O niej właśnie dziś.
Dlaczego start samolotów wygląda tak, jak wygląda?
Jedną z głównych przewag helikopterów nad samolotami, czy myśliwcami, jest kwestia samego startu. Tam, gdzie wielkie śmigło helikoptera wystarcza, aby wznieść kilku- kilkunastotonową maszynę w powietrze, zwykle cięższe myśliwce, które są go pozbawione, bazują na zupełnie innym sposobie wystartowania. Wykorzystują bowiem nie wielkie śmigło, a silniki odrzutowe wraz ze swoimi skrzydłami.
Dlatego zanim wniosą się w powietrze, muszą zaliczyć tak zwany rozbieg na drodze startowej, czy bardziej zaawansowanym pasie startowym. W nim myśliwiec musi nabrać prędkości większej od prędkości przeciągnięcia, czyli takiej, aby wytwarzana przez niego siła nośna była większa od jego ciężaru. Na długość rozbiegu ma wpływ masa startowa, moc silników, śmigło, profil skrzydła, konfiguracja statku, położenie silników, gęstość powietrza, rodzaj podłoża oraz prędkość i kierunek wiatru.
Innymi słowy, każdy start myśliwca, czy samolotu może napotkać inne warunki, więc w grę nie wchodzi realizowanie pasa startowego „na oko”. Ma to jeszcze większą rolę w wojsku, bo jakiekolwiek ryzyko musi być możliwie najbardziej zminimalizowane. Jak tu jednak zapewnić odpowiednią długość pasa startowego na okrętach z lotniskami na czele bez konstruowania pokładów tak długich, żeby spełnić wymagania myśliwców?
W tej sprawie pomocną dłoń wyciągają systemy katapult startowych.
Technologia starsza, niż myślicie
Chociaż „wystrzeliwanie myśliwca katapultą” z jednej strony brzmi, jak coś rodem ze średniowiecza, a z drugiej, jak skomplikowany proces, prawda jest nieco inna. Po raz pierwszy tego typu rozwiązanie w wojsku zadziałało 31 lipca 1912 roku, ale skończyło się zatopieniem samolotu, którego kąt lotu po starcie posłał go prosto w morze. Pilot przeżył – udało mu się wyjść po uderzeniu w tafle wody. Nie zniechęciło to jednak inżynierów do dalszych prób i tak 12 listopada tego samego roku miał miejsce udany start z unoszącej się na wodzie barki. Trzy lata później zaliczono kolejny kamień milowy, startując z poruszającego się statku.
Pierwszy system katapulty startowej samolotów sprowadzał się do sprężonego powietrza i czarnego prochu, a znalazł się na lotniskowcu USS Langley (1922 rok). Później system ten zaczął bazować na kole zamachowym (implementacja na USS Lexington w 1927) i wreszcie hydraulicznym układzie na HMS Courageous (1934 roku). Były to ważne testy i sprawdziany, co potwierdziła II wojna światowa. Wtedy większość katapult na lotniskowcach amerykańskiej marynarki była hydrauliczna, ale w przypadku okrętów ciągle bazowano na ładunkach wybuchowych.
Po tej największej wojnie w dziejach świata, nastąpiła era parowych katapult startowych, które od 1950 roku wykazywały swoją wysoką skuteczność. Te działały na zasadzie belki zwalniającej, do której przyczepiano myśliwce i która ciągnęła się na długości pasa startowego. Gdy ciśnienie pary było wystarczające, gotowy do startu myśliwiec korzystał z dodatkowego przyspieszenia „uwolnionej belki”, aby na końcu drogi uwolnić się od niej i wznieść się w przestworza. Systemy parowe przewyższały te wcześniejsze dzięki większej mocy.
EMALS, czyli najnowsze katapulty startowe
Tak też przenosimy się z połowy XX wieku do początku tego obecnego, aby zapoznać się z najnowszym sposobem umożliwienia samolotom efektywnego startu na krótkich pasach. Z EMALS, czyli Electromagnetic Aircraft Launch System (elektromagnetycznym podejściem do katapult startowych) eksperymentowano tak naprawdę przy rozwoju jego parowej wariacji, która w porównaniu do EMALS była wręcz prymitywna, zbyt ciężka i trudna do kontroli.
Za opracowanie katapulty elektromagnetycznej dla amerykańskiej marynarki odpowiadał koncern General Atomics, który otrzymał za to 573 miliony dolarów w 2019 roku. EMALS bazuje na specjalnie zaprojektowanych indukcyjnych silnikach liniowych, aluminiowym „wózku”, silniku indukcyjnym oraz systemie magazynowania energii elektrycznej.
Te pierwsze generują pole elektromagnetyczne wzdłuż długości całej katapulty, wprawiając w ruch wózek, do którego to przyczepia się myśliwiec. Te same sekcje uzwojeń (silników) zasilanych w miarę przesuwania się wzdłuż nich wózka powtarzają się na całej długości, a do działania wymagają energii prosto ze wspomnianego, oddzielnego systemu.
Eksperci porównują działanie tego systemu do rozwiązań rodem z rollercoasterów, ale o znacznie większej mocy. Nic dziwnego, pierwszym lotniskowiec, który otrzymał system EMALS (amerykański USS Gerald R. Ford – poniżej) ma na swoim pokładzie 91-metrowy odcinek pasa startowego. Ten pozwala na rozpędzenie się samolotów o wadze 45 ton do prędkości 240 km/h, a pokaz tego obejrzycie poniżej:
W porównaniu z katapultami parowymi, system EMALS waży mniej, zajmuje mniej miejsca, wymaga mniej konserwacji i siły roboczej, ale to nie wszystko. Jest ponadto bardziej niezawodny, ładuje się szybciej i zużywa mniej energii, dzięki czemu w razie szybkich akcji personel lotniskowca może wysłać w przestworza więcej myśliwców, czy samolotów.
EMALS może również kontrolować start z większą precyzją, umożliwiając start zarówno lekkim dronom, jak i uzbrojonych po zęby bydlakach-bombowcach. Dysponując maksymalnie 121 megadżulami, każdy z czterech alternatorów tarczowych w systemie EMALS może dostarczyć o 29 procent więcej energii w porównaniu do katapulty parowej, a na dodatek jest znacznie efektywniejszy pod kątem konwersji mocy na przyspieszenie.
