První let od konce křídy

…aneb Jak model kvecalkoatla znovu zakryl stínem zemi

Když byly poprvé objeveny fosílie obřích ptakoještěrů, paleontologové si začali lámat hlavu s tím, jakým způsobem se tak obří letájící tvorové mohli vznést a udržet se ve vzduchu. U pteranodonů s šestimetrovým rozpětím, objevených již v 70. letech 19. století, ještě bylo možné hledat odpověď za pomoci srovnávání například s dnešními kondory a albatrosy s poloviční mírou v rozpětí křídel. Když byly ale ve druhé polovině minulého století objeveny fragmentární fosílie obřích zástupců čeledi Azhdarchidae s více než desetimetrovým rozpětím, vědecké i laické veřejnosti se zatajil dech. Zdaleka největší létající tvorové všech dob s rozpětím srovnatelným s menším turistickým letadlem představovali zajímavý oříšek i pro biomechaniky, letecké inženýry nebo konstruktéry bezpilotních letounů. V posledních letech byl v tomto směru učiněn velký průlom – objevily se například studie, popisující možný mechanismus vzletu (či výskoku) ptakoještěrů, obecnou dynamiku jejich letu nebo třeba zvětšení příslušných oblastí mozku, zodpovědných za rychlé reakce a velmi jemné a precizní ovládání křídel. Vzhledem k tomu, že hmotnost velkých azhdarchidů se v současnosti odhaduje až na několik stovek kilogramů, tedy více než desetinásobek nejtěžších letu schopných ptáků, zůstává i dnes mnoho aspektů jejich letových schopností nevyřešenou hádankou. Přesto se již před třemi desetiletími po dlouhých desítkách milionů let velcí ptakoještěři opět vznesli do vzduchu – i když jen v podobě funkčního leteckého modelu poloviční velikosti. O vytvoření podobného mechanického ptakoještěra nepochybně snily již starší generace paleontologů. Čas pro skutečně první kenozoický let umělého pterosaura však nastal až v roce 1983. Právě tehdy byl totiž zahájen tzv. „Velký pterodaktylí* projekt“ (The Great Pterodactyl Project).

Moderní rekonstrukce kvecalkoatla, jednoho z největších létajících živočichů všech dob. Jakým způsobem se tento gigant s více než desetimetrovým rozpětím křídel a hmotností zhruba čtvrt tuny dostával do vzduchu, to je dosud ne zcela uspokojivě vyřešenou otázkou. Stejně jako jeho přibližně stejně velcí příbuzní Hatzegopteryx z Rumunska a Arambourgiania z Jordánska představoval tento severoamerický rod jednoho z posledních zástupců azhdarchidních ptakoještěrů. Kredit: Luis V. Rey (převzato z Reyova blogu)

Právě v tomto roce si totiž americký letecký inženýr Paul MacCready (1925 – 2007) poprvé uvědomil, že soudobý pokrok v aerodynamické teorii oscilujících náběhových hran, teorii i praxi stability a dálkového ovládání, robotice i kompozitních materiálech – to vše nyní již mohlo umožnit konstrukci plně funkčního létajícího modelu velkého ptakoještěra. Nešlo přitom o nic jednoduchého, postavit takový model znamenalo překonat do té doby prakticky nevyřešená omezení fyzikálního a mechanického rázu a zároveň vůbec poprvé otestovat možnost letu dávno mrtvých okřídlených archosaurů. MacCready se do tohoto nelehkého úkolu pustil s elánem a díky velmi zkušenému týmu techniků nakonec slavili velkolepý úspěch. Avšak nepředbíhejme – nejprve bylo nezbytné získat dostatečnou finanční podporu a zázemí nejen vědeckých institucí. V dubnu roku 1984 navázali úzkou spolupráci s National Air and Space Museum při Smithsonian Institution, která oznámila počátek projektu nazvaného provizorně QN™ (zkratka označuje model pterosaura rodu Quetzalcoatlus northropi). V plánu bylo vyrobit a otestovat funkční létající model obřího ptakoještěra, přičemž náklady do značné míry uhradila společnost Johnson Wax company. Jedním z hlavních cílů projektu tedy bylo úspěšné otestování repliky u příležitosti premiéry filmu „On the Wing“ ve Washingtonském IMAXu v červnu 1986. Právě v tomto filmu, zkoumajícím spojitosti mezi mechanikou letu živočichů a lidmi postavených strojů měl tento ptakoještěří model hrát zásadní roli. Jako podklad byly využity zkameněliny kvecalkoatla, objevené na západě Texasu již v roce 1972. Na základě objevů fosílií ze dvou lokalit, vzdálených od sebe 50 kilometrů, odhadli již dříve paleontologové Douglas Lawson a Wann Langston přibližný tvar těla i velikost létajících obrů z konce křídového období. Podklady byly k dispozici a práce na modelu mohla začít.

File:Paul maccready.jpg

Americký letecký inženýr Paul MacCready, který se podílel na výrobě první funkční repliky velkého ptakoještěra. Kromě toho byl také průkopníkem ve vývoji leteckých technologií a zakladatelem společnosti AeroVironment Inc. (1971). Kredit: Tom Tschida, NASA (převzato z Wikipedie)

Tým pracující na modelu mohl oproti dnešku vycházet z poněkud omezeného souboru dat i podstatných informací o fyziologii a biomechanice obřích ptakoještěrů. Přestože se první odhady rozpětí křídel azhdarchidů pohybovaly mezi 11 a fantastickými 21 metry, podrobnější odhady limitů výkonnosti svalů, extenze šlach a tlaků na kostru redukovaly tento rozměr na onu nižší udávanou hodnotu (dnes víme, že kvecalkoatlové mohli disponovat rozpětím křídel kolem 12 metrů). MacCready nicméně vycházel ze správných předpokladů, totiž že Quetzalcoatlus byl aktivně létající živočich, který představoval jakési završení specializace vývojové linie ptakoještěrů směrem k enormnímu zvětšování tělesných rozměrů. Bylo mu znáno, že ptakoještěři vyhynuli spolu se svými dinosauřími příbuznými i vývojově vzdálenějšími vodními plazy na konci křídové éry, asi před 66 miliony let (v té době se uvádělo o 2 miliony let méně). Problém byl v tom, jaké parametry musel žijící ptakoještěr mít, aby se mohl vznést do vzduchu a udržet se tam. Tato otázka nebyla zcela uspokojivě vyřešena dodnes, MacCready s kolegy však udělali v tomto výzkumu významný krok správným směrem. Zainteresovaní inženýři a letečtí konstruktéři ovládají velmi dobře fyzikální zákonitosti letících hmotných objektů a tyto znalosti mohli ve spolupráci s paleontology a výrobci leteckých modelů nyní uplatnit v praxi. Na společném mítinku paleontologů, biomechaniků, ornitologů, leteckých inženýrů a dalších odborníků v červenci 1984 proběhla debata, jejímž výsledkem bylo stanovení některých základních specifik obřího ptakoještěra. Konsensem mezi vědci pak bylo několik základních specifikací – například rozpětí křídel 11 metrů, plocha křídel 8 m² a celková hmotnost kolem 64 kilogramů. Funkční replika pak měla být lehčí o 15 až 20 procent, ačkoliv dnes víme, že největší ptakoještěři byli naopak několikanásobně těžší. Hotový model měl nakonec hmotnost dokonce jen 18 kilogramů.

Pohled na letící model kvecalkoatla, pořízený v průběhu příprav natáčení dokumentu On the Wing pro IMAX (1986). Několikaminutový let plně funkčního mechanického ptakoještěra patří ke kuriózním, avšak dnes téměř zapomenutým milníkům ve výzkumu leteckých schopností pterosaurů. Kredit: IMAX, web Edge Ascension

Prvním krokem bylo vytvoření dvou menších (maximálně dvoumetrových) variant kluzáků ve tvaru ptakoještěřího těla. Jako kontrolní verze byly vytvořeny také menší repliky, letící za pomoci nápodoby mávavých pohybů křídel. Díky údajům o chování modelů při různých manévrech a zároveň působení větru, získaným těmito experimenty, bylo následně možné vytvořit větší model s rozpětím 3,7 metru. Ten byl zesílen a vybaven dostatečnou pevností, aby odolal očekávaným pádům a nárazům při nezdařeném přistání. Postupně byla k modelům přidána výkonnější dálková radiová kontrola a nadále se zpřesňovaly získané údaje o potřebném vztlaku, náklonu křídelních ploch a mnoha dalších parametrech, potřebných k úspěšnému zvládnutí letu. Situace dozrála k bodu, kdy bylo připraveno vzlétnutí prvního ptakoještěra po dlouhých 66 milionech let geologického času, ačkoliv šlo o zvíře pouze v mechanické podobě. Jako velký problém se mimo jiné ukázala absence stability těla kluzáku z důvodu chybějícího stabilizačního křidélka na zadní části těla (které nemá analogii u ptakoještěrů, protože azhdarchidé prakticky žádný „funkční“ ocas neměli). Po přidání „mozku“ umělého ptakoještěra, tedy autopilota (vyvinutého Henrym R. Jexem ze Systems Technology Inc.), doplnění mechanismu ovládání křídel a DC motoru i mnoha dalších na danou dobu vyspělých technologií mohly začít pevné testy velkého modelu o rozpětí křídel 5,5 metru. Dokončená replika poloviční velikosti oproti skutečnému ptakoještěrovi měla křídla vyrobená z uhlíkového vlákna, pryže a latexového pokryvu. Výsledkem byla silná a flexibilní struktura, která úspěšný let skutečně zvládla – a to před objektivy kamer. V roce 1986 umělý ptakoještěr úspěšně přeletěl nad kalifornským Údolím smrti. Později sice došlo k jeho zničení vinou pádu při letecké show v Marylandu, to ale význam tohoto okamžiku nijak nesnižuje. Ačkoliv dnes považujeme tento pozapomenutý experiment spíše za jakousi kuriozitu v dějinách vývoje leteckých modelů i paleontologie, svůj nesporný význam nepochybně měl. Jak uvedl sám MacCready: „Ze vzdálenosti 50 až 100 metrů naše replika působila naprosto věrohodně, jako živý ptakoještěr.“ Alespoň na dobu několika minut jsme se tak v roce 1986 vrátili v čase o desítky milionů let – a po zemi se opět přehnal několikametrový stín (mechanického) ptakoještěra. Byl přitom jenom jakousi první pomyslnou (křídovou) vlaštovkou – plně funkční ornitoptéry a modely ptakoještěrů jsou s dokonalejšími technologiemi poslední doby stále častějším jevem.

Na poměry znalostí dané doby byly některé anatomické detaily umělého ptakoještěra poměrně solidní a propracované. Přesto je zřejmé, že azhdarchidé měli ve skutečnosti poněkud jiný tvar těla i křídel – to ale nic nemění na faktu, že model zaznamenal velký úspěch a přiměl paleontology uvažovat o dynamice letu pterosaurů novými způsoby. Kredit: IMAX, web Edge Ascension

Nepříliš kvalitní záznam vzletu a „plachtění“ MacCreadyho modelu (ornitoptéry QN).

* Pojem „pterodaktyl“ se zejména v anglosaském světě stal dlouhodobým synonymem pro slovo „pterosaurus“, označující ptakoještěry obecně. Mnohem menší, zejména evropský rod Pterodactylus ale samozřejmě nemá s geologicky mladšími a vývojově vyspělejšími azhdarchidními pterosaury mnoho společného. S rozpětím křídel kolem jednoho metru byl také výrazně menší než obří pterosauři z konce křídy.

 …

Odkazy:

http://calteches.library.caltech.edu/3471/1/MacCready.pdf

http://en.wikipedia.org/wiki/Paul_MacCready

http://beforeitsnews.com/science-and-technology/2013/09/pterosaur-ornithopters-lessons-learned-2639930.html

http://www.edgeascension.com/index_files/Page2570.htm

http://www.avinc.com/uas/adc/quetzalcoatlus/

http://www.pterosaur.org.uk/PDB2012/T/Flying/Flying07.htm

http://www.nytimes.com/1986/01/28/science/with-wings-flapping-model-pterodactyl-takes-to-air.html

https://pterosaurheresies.wordpress.com/2011/11/27/quetzalcoatlus-in-flight/

http://en.wikipedia.org/wiki/Quetzalcoatlus

Advertisements

Napsat komentář

Filed under Dějiny paleontologie, Ptakoještěři, Spekulativní paleontologie, Výročí a ohlédnutí

Zanechat Odpověď

Vyplňte detaily níže nebo klikněte na ikonu pro přihlášení:

WordPress.com Logo

Komentujete pomocí vašeho WordPress.com účtu. Odhlásit / Změnit )

Twitter picture

Komentujete pomocí vašeho Twitter účtu. Odhlásit / Změnit )

Facebook photo

Komentujete pomocí vašeho Facebook účtu. Odhlásit / Změnit )

Google+ photo

Komentujete pomocí vašeho Google+ účtu. Odhlásit / Změnit )

Připojování k %s