Dron Phoenix: Pseudosatelit s neomezenou délkou letu

I když je výdrž ve vzduchu u dronů jeden z klíčových parametrů, zatím to s ní není nijak slavné. Například americký MQ-1 Predator, navržený speciálně s ohledem na vytrvalost, se bez výzbroje udrží ve vzduchu čtyřiadvacet hodin, s výzbrojí čtrnáct. Rekord pro bezpilotní letadlo drží dron Airbus Zephyr S, poháněný solárními články. V roce 2018 zvládl let dlouhý 25 dní, 23 hodin a 57 minut. Nový experimentální bezpilotní letoun Phoenix, vyvinutý na skotské University of the Highlands and Islands (UHI), ho však nejspíš brzo strčí do kapsy.

Autoři mluví o Phoenixu jako o zcela novém druhu letadla, které se polovinu času chová jako balón a polovinu jako letoun těžší než vzduch. „Létá na vlastní pohon, ačkoliv nemá motory,“ citovala BBC Andrewa Raeho z UHI, hlavního inženýra projektu.

Phoenix připomíná na první pohled ze všeho nejvíc klasickou vzducholoď. Jeho doutníkový trup měří na délku patnáct metrů. Na zádi má čtveřici do kříže uspořádaných kormidel a na bocích dvě krátká křídla pokrytá solárními články. Základní vztlak dodávají Phoenixu vaky s heliem.

Proměnlivý vztlak

Kromě nich má však v trupu ještě další vak propojený s kompresorem. Kompresor nasává do vaku vzduch z atmosféry a ochlazuje ho. Tím roste hmotnost celého dronu, který začíná klesat. Poněvadž už není lehčí než vzduch, začne se místo jako balón chovat jako větroň a pohybuje se klouzavým letem vpřed. Když potřebuje nahradit ztrátu výšky, jednoduše studený vzduch zase vyčerpá. Hmotnost dronu tak opět klesne a je z něj zase balón, který stoupá sám od sebe. Není to Perpetuum mobile. Energii k pohonu kompresoru dodávají solární články.

Rae a jeho spolupracovníci tomuto systému letu říkají pohon s proměnlivým vztlakem. Univerzita už ho otestovala na podvodních dronech. Phoenix je však první letadlo fungující na tomto principu. „Náš konečný cíl je dostat ho do výšky dvacet tisíc metrů,“ prohlásil další z tvůrců Phoenixu Gary Owen.

Pro srovnání: linková dopravní letadla většinou létají ve výškách mezi devíti a dvanácti kilometry. „V autonomním módu může být ponechán vlastnímu osudu,“ vysvětluje Owen. Největší výhoda Phoenixu je výdrž.

Dron Phoeinx funguje v podstatě jako atmosférický satelit

Nízká cena

„Díky solárním panelům je plně soběstačný,“ vysvětluje Rae. „Jakmile je jednou na nebi, může tam zůstat docela dlouhou dobu.“ Teoreticky by se Phoenix mohl vydržet ve vzduchu nekonečně dlouho. Revoluční dron je zatím ve stadiu prototypu, takže chybí informace o jeho ceně. Podle svých konstruktérů bude však velice levný.  Hlavní materiály, použité při konstrukci, jsou textilní (konkrétně Vectran) a uhlíková vlákna. Drahé helium se dá v případě nutnosti nahradit levnějším vodíkem, který je však méně bezpečný.

Phoenix se zatím nehodí k přímému ničení sil protivníka. Místo zbraní ponese komunikační a průzkumné vybavení. Bude plnit podobné úkoly jako americký bezpilotní letoun RQ-4 Global Hawk nebo špionážní letoun U-2 Dragon Lady.

Global Hawk ovšem vydrží ve vzduchu jen něco přes třicet dva hodin, Dragon Lady dvanáct. Phoenix by, stejně jako Global Hawk, mohl snímkovat krajinu pod sebou pomocí radaru nebo infračervených, a případně dalších senzorů.

Dron Phoenix může ideálně fungovat jako komunikační relé ‒ z výšky 20 000 metrů může pomocí vysokorychlostní datové sítě spojit dvě místa na Zemi vzdálená od sebe až 1000 km. Za zlomkovou cenu, oproti komunikačním satelitům.

Global Hawk; ilustrační video

Pseudosatelit

„Existuje několik typů letounů, které dokážou plnit stejnou roli. Jsou to ale složitější stroje a jsou dražší,“ uvedl Rae. „Mít k dispozici levné a skoro postradatelné letadlo, jako je tohle, znamená, že můžete dělat věci, o nichž byste s dražším strojem neuvažovali.“ Bezpilotní letouny nebo balóny, visící ve velké výšce nad určitým územím, se často označují jako pseudosatelity. Proti skutečným satelitům mají několik výhod.

Visí blíž k zemskému povrchu, takže si vystačí s nižším výkonem a mají nižší spotřebu energie. Bezpilotní letoun se dá také zavolat zpátky na letiště, ať už kvůli opravě nebo proto, že splnil svůj úkol. Se satelitem se po vypuštění už většinou nedá příliš manipulovat. Doprava pseudosatelitu na místo působení je celkově jednodušší než u skutečné družice. Vyžaduje méně příprav a zabere méně času.

Je také daleko levnější. Bezpilotní letouny jako Phoenix by však v blízké budoucnosti mohly zlevnit i provoz plnohodnotných družic. Hodí se totiž k jejich dopravě na oběžnou dráhu. „Tento druh letounu může vyletět vzhůru do vnější atmosféry a pak vypouštět mikrosatelity“ popsal Owen. „Nejdražší kus je dostat satelit ze země do vnějších vrstev atmosféry.“

Dron ALTUS; větší foto / NASA

Příroda má náskok   

Bezpilotní letouny mají samozřejmě proti klasickým satelitům i nevýhody. Na rozdíl od družic je ovlivňuje proudění vzduchu. Pseudosatelity proto obvykle operují ve výškách mezi přibližně sedmnácti a dvaadvaceti kilometry (podle definice Mezinárodní komunikační unie 20 až 50 km). V těch už se vítr většinou nevyskytuje. Tyto výšky jsou výhodné i proto, že v nich nehrozí srážka s běžným letadlem. I když se maximální doba letu dronů v poslední době prodlužuje, pořád není ani zdaleka ideální.

Pomineme-li Phoenix, je na tom zatím nejlépe na začátku článku zmíněná série letounů Zephyr od Airbusu. Americká společnost Facebook se nějaký čas zabývala záměrem šířit pomocí dronů internet. Její dron Aquila měl vydržet ve vzduchu tři měsíce. V roce 2018 však Facebook projekt zastavil, nejspíš právě kvůli neuspokojivým výkonům dronu.

Maximální doba letu ostatních bezpilotních letounů se pohybuje v řádu dnů nebo hodin. Global Observer od americké firmy AeroVironment má vydržet ve vzduchu okolo pěti až sedmi dní. Výzkumný dron ALTUS od společnosti General Atomics má výdrž okolo osmnácti hodin.

Že pořád existuje značný prostor ke zlepšení, dokazuje i srovnání s přírodou. Ta totiž lidské inženýry bez námahy předčí. Rorýs obecný, který hnízdí i v České republice, vydrží bez přistání ve vzduchu až deset měsíců. Prokázal to výzkum z roku 2016. Ornitologové kvůli němu vybavili ptáky miniaturními akcelerometry, jaké se montují do mobilních telefonů.

Zdroje: Audubon, BBC, Compositesword,EcnMag, FlightGlobal, Popular Mechanics