Pingwiny na start! Profesor Mirosław Rodzewicz opowiada o przygotowaniach do lotniczej przygody

4 września 2014 r. Ta data wyznaczyła początek wyprawy, której kurs obrany został na antarktyczną Wyspę Króla Jerzego w archipelagu Szetlandów Południowych. Właśnie tam w Polskiej Stacji Antarktycznej im. H. Arctowskiego oczekiwane są dwa bezzałogowe samoloty zbudowane w Instytucie Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej (MEiL). Już w początkach listopada rozpoczną pierwsze testy nad wybrzeżem Zatoki Admiralicji, aby w momencie pojawienia się pingwinów, uchwycić ich pozycje z powietrza. Nie będzie to jednak jedyne zadanie, które przewidziano na czas antarktycznego lata. Drugim celem wyprawy jest bowiem wykonanie fotogrametrii terenu na dwóch obszarach badawczych w pobliżu stacji Arctowskiego. O szczegółach przedsięwzięcia opowiada prof. Mirosław Rodzewicz (ITLiMS MEiL).

Skąd w ogóle wziął się pomysł na tak egzotyczną wyprawę i z jakimi zadaniami przyjdzie się Panu zmierzyć w tym niedostępnym terenie?

Zaczęło się od tego, iż przyszli do nas naukowcy z Zakładu Biologii Antarktyki, Instytutu Biochemii i Biofizyki Polskiej Akademii Nauk i zaproponowali współpracę w realizacji takiej misji. Źródłem jej finansowania miał być polsko-norweski grant, o który wspólnie wystąpiliśmy. Postawiliśmy przed sobą dwa zadania. Jednym z nich jest złożenie tzw. ortofotomapy rejonów Stacji Arctowskiego, która powstanie przy wykorzystaniu danych z samolotów fotogrametrycznych wyposażonych w aparaty fotograficzne dużej rozdzielczości z systemami stabilizacji obrazu. Podczas lotu samolot zostanie poprowadzony autopilotem i wykona trasę w postaci „żmijki” składającej się z równoległych linii prostych i nawrotów. Co 2 sekundy będzie robił zdjęcie. W ten sposób uzyskamy swoistą „sklejankę” fotografii, gdzie wszystkie zniekształcenia kątowe będą niwelowane tak, jakby to był rzut prostopadły. W efekcie powstanie dokładna mapa fotograficzna tamtych terenów.

Słyszałam, że kolejnym celem są… pingwiny. Czy samolot będzie je identyfikował na zasadzie podczerwieni?

Tak, to prawda, ale ich identyfikacja będzie przebiegała na kilka sposobów. Jak wspomniałem wcześniej, za pomocą naszych samolotów wykonamy serię zdjęć obszaru wokół stacji, które posłużą do wykonania ortofotomapy. Na podstawie takich opracowań badane jest np. tempo cofania się lodowca. Widzimy jak najpierw wyłania się grunt, po jakimś czasie pojawia się roślinność. Naszym drugim zadaniem jest policzenie pingwinów, gdyż są one gatunkiem wyznacznikowym dla tzw. kwot połowowych. To co się tam głównie odławia, to kryl.

Z pingwinami jest tak, że gdy zbliża się antarktyczne lato, zaczynają się łączyć w pary i zakładają gniazda. Ponieważ w miejscu gniazdowania nie ma żadnej roślinności, robią to z kamieni. Niezwykle trudno je policzyć, ze względu na powszechny ruch i gwar podczas budowania lęgowiska, ale w którymś momencie przychodzi uspokojenie. Panie znoszą jaja i zostawiają na nich panów. Wtedy zaczyna się okres około dziesięciu dni podczas których samice przebywają w morzu na żerowiskach, by po powrocie zmienić parterów. W tym okresie panuje względny spokój, dlatego też dużo łatwiej jest policzyć pingwiny. Biolodzy opracowali do tego celu specjalną procedurę i musi to być wykonane dokładnie, w ściśle określonym przedziale czasowym. Musimy wiedzieć, że to co jest na zdjęciu, to na pewno pingwin. Dotychczas używano w tym celu podręcznych aparatów fotograficznych z dobrą optyką, a zdjęcia były robione ze wzniesień terenu. Sfotografowane kolonie pingwinów ręcznie dzielono na pewne obszary, by potem, kropka po kropce, te gniazda pingwinie policzyć. Biolodzy liczą na nasze doświadczenie i oczekują jeszcze lepszych zdjęć, które tym razem zostaną zrobione z góry. Jest to zadanie dosyć poważne, dlatego że musimy nadlecieć nad te skupiska niemal bezszelestnie, by nie spłoszyć ptaków.

Co zatem z odgłosem silnika?

Pewien poziom hałasu jest tolerowany. Na stacji Arctowskiego działają chociażby agregaty prądotwórcze, w związku z tym zwierzyna do pewnego stopnia przywykła już do szumu urządzeń. Niemniej wyloty tłumików silników w naszych samolotach skierowane są ku górze, tak aby  zredukować hałas emitowany w kierunku ziemi. Jednocześnie nie możemy przekraczać ustalonych poziomów emisji. Przydatny będzie decybelometr.

Wysokość nalotów jest natomiast określana na podstawie uprzednich testów w terenie. Generalnie do celów fotogrametrii latamy w przedziale od 200 do 400 metrów. Jeśli jednak okaże się, że ze względu na hałas będziemy musieli latać wyżej, to po prostu tak zrobimy. Cała ta wyprawa ma dla nas charakter rozpoznawczy. Będą nas wspierać partnerzy norwescy z Northern Research Institute w Tromso, którzy zebrali już sporo doświadczeń z podobnych badań na Spitsbergenie. Tam jednak robi się to dużo łatwiej ze względu, że na Spitsbergenie jest dużo płaskiego terenu. Nasze samoloty będą mieć bardzo mało miejsca do startu, gdyż wybrzeże, na którym zlokalizowana jest Stacja  Antarktyczna przypomina bardziej dno górskiego potoku niż łąkę. Jest to naszym głównym zmartwieniem. W związku z tym samoloty zostały tak przystosowane, by startowały z jak najkrótszego dystansu. Start maszyny będzie wspomagany podczepioną do haka gumą, która pomoże zredukować rozbieg do ok. 7 metrów. Natomiast do lądowania posłuży nam siatka, która ma zapobiec wykołowaniu samolotu na dobiegu poza przygotowany obszar lądowania.

Te samoloty są identyczne?

Zasadniczo tak, choć jest to seria prototypowa i występują niewielkie różnice wynikające z wprowadzanych usprawnień. Jak wspomniałem już wcześniej obecna wyprawa ma charakter rozpoznawczy i stopniowo podnosząc poziom trudności będziemy testować zarówno sprzęt, jak też warunki lotne. W harmonogramie grantu przewidziano dwie ekspedycje i w przyszłorocznej edycji planowane jest zabranie samolotu specjalnie zaprojektowanego do latania w warunkach silnej turbulencji. W okolicach stacji Arctowskiego panują bowiem bardzo silne i gwałtownie zmieniające się wiatry. Tak więc przygotowywany jest jeszcze jeden samolot – tym razem w układzie latającego skrzydła – który podobnie jak akronim projektu nazywać się będzie PW-MONICA. Jego projektem zajmuje się zespół kierowany przez prof. Zdobysława Goraja.

A technika -  cała nasza, polska?

Generalnie panuje globalizacja. Ale reprezentując lotniczy żywioł Wydziału MEiL, mamy oczywiście ambicje konstruktorskie i zgodnie ze specjalizacją Zakładu Samolotów i Śmigłowców, w którym pracuję, skupiamy się przede wszystkim na projektowaniu samolotów - zarówno pod względem aerodynamicznym, jak i strukturalnym. Zbudowany przez nas samolot fotogrametryczny PW-ZOOM stanowi naszą własną myśl techniczną, podczas gdy elektronika pochodzi z różnych stron świata.

W takim samolocie mamy kilka funkcjonujących równolegle podsystemów. Należy do nich m.in. system zdalnego sterowania z wykorzystaniem aparatury radiowej. Do startów i lądowań wykorzystuje się opcję sterowania manualnego przez pilota-operatora. W powietrzu funkcję stabilizacyjną przejmuje autopilot, który stara się utrzymać samolot w pozycji poziomej mimo destabilizujących porywów wiatru. Dokładna nawigacja jest szczególnie istotna przy fotogrametrii. Punkty robienia zdjęć na ziemi muszą być tak dobrane, by obrazki pokrywały się częściowo zarówno w kierunku wzdłużnym, jak i poprzecznym. Kolejnym układem jest system fotografowania, który obejmuje aparat oraz specjalną klapkę ochronną zasłaniającą obiektyw podczas startu i lądowania. Sygnał do wyzwalania migawki aparatu podawany jest z autopilota. Dzięki danym telemetrycznym znamy nie tylko dokładne współrzędne GPS (zarówno trasy samolotu, jak i wykonanych zdjęć), ale także aktualną wysokość i prędkość samolotu. Systemy telemetrii zapewniają swobodne operowanie maszyną w zakresie do 20 km, czyli już poza zasięgiem wzroku. Sterując samolotem z naziemnego komputera dysponujemy również informacją o jego położeniu względem linii horyzontu i innych parametrach, np. zużytej energii pokładowych akumulatorów. Dodatkowym elementem wyposażenia samolotu jest spadochronowy system bezpieczeństwa, którego będzie można użyć w sytuacjach awaryjnych.

Czy mógłby Pan przybliżyć nam parametry techniczne samolotów?

Na zespół napędowy składają się dwusuwowe silniki spalinowe z iskrowym zapłonem w układzie bokser (40 cm³/4,8 KM) oraz elektronicznym modułem zapłonowym. Jest to dla nas bardzo praktyczna jednostka napędowa ze względu na łatwy rozruch. Silnik w tym układzie mało trzęsie, co jest ważne ze względu na określoną tolerancję drgań przez autopilota oraz jakość zdjęć. Niemniej dodatkowo zastosowaliśmy jeszcze wibroizolację.

W samolotach wykorzystujemy mieszankę benzyny z olejem. Przy pełnym zatankowaniu zbiornik wystarcza na 1 godzinę lotu. Masa takiego bezzałogowca z pełnym wyposażeniem wynosi 22 kg przy 3 m rozpiętości i długości ok. 2,20 m. Samolot lata z prędkością 120 km/h.

Ile czasu zajmie wyprawa?

Samoloty już wyruszyły w trasę. 4 września przetransportowano je do Gdyni w lekkich, styrodurowych pudłach oklejanych kompozytem, które na czas podróży statkiem włożono w aluminiowe skrzynie. Do Argentyny będą płynąć około miesiąca. Tam w połowie października mamy dolecieć i wsiąść w Mar del Palta na ten sam statek, aby dopłynąć do celu i dokonać rozładunku, który będę osobiście nadzorował. Z racji tego, iż na stacji Arctowskiego nie ma portu, transport  ze statku na ląd, odbędzie się głównie na pontonach. Kolejne dni obejmą adaptację, próbne loty i przygotowanie sprzętu na przybycie pingwinów. Powrót do Polski planowany jest w połowie stycznia 2015 r.

Życzę powodzenia i dziękuję za rozmowę!

Rozmawiała: Izabela Koptoń-Ryniec

Podwiązany artykuł:
Mapy z pingwinem w tle, czyli powrót z tarczą prof. Mirosława Rodzewicza