Mechanizm, który przez całe stulecia kojarzył się głównie z ciskaniem ogromnymi pociskami w mury obronne, wydaje się dziś wręcz prymitywny na tle silników rakietowych, dział elektromagnetycznych czy broni hipersonicznej. Tyle że brytyjski inżynier Tom Stanton najwyraźniej uznał, że nie powiedzieliśmy jeszcze ostatniego słowa w kwestii tego, co można zrobić z takim spadającym ciężarem.
Trebusz działa dzięki grawitacji, ale ten…
Klasyczny trebusz wykorzystuje ciężką przeciwwagę, która opadając, wprawia w ruch ramię zakończone procą z pociskiem. Nie ma tu spalania paliwa, materiałów wybuchowych ani elektromagnesów. Źródłem energii jest energia potencjalna przeciwwagi, którą cały układ mechaniczny zamienia następnie w ruch pocisku. Problem? Samo dokładanie coraz większego ciężaru nie pozwala w nieskończoność zwiększać prędkości. Trzeba jeszcze odpowiednio przełożyć ruch przeciwwagi na ramię, wytrzymać gigantyczne naprężenia i uwolnić pocisk dokładnie w odpowiednim momencie.
Czytaj też: Pierwsza taka fregata w historii. Rheinmetall zapragnął potęgi niszczyciela
Stanton podszedł więc do średniowiecznej konstrukcji tak, jak współczesny inżynier. Zamiast zwyczajnie budować większy trebusz, zmienił jego mechanikę. Zastosował układ linowy o przełożeniu 3:1, lekkie i sztywne ramię z włókna węglowego oraz elementy wykonywane z wykorzystaniem własnej frezarki CNC. Kolejne wersje przechodziły testy wytrzymałościowe, a słabe punkty były poprawiane przed następnymi próbami i tak oto średniowiecze zaczęło spotykać się z XXI wiekiem.
Najpierw 634 km/h. Potem konstrukcja zwyczajnie nie wytrzymała
Stanton zwiększał masę przeciwwagi stopniowo. Przy 10 kg pocisk rozpędził się po kolejnych poprawkach do około 634 km/h. Potem przyszła pora na 20, 30 i wreszcie 40 kg. W tym ostatnim przypadku prędkość sięgnęła około 1152 km/h. Nadal za mało, ale już absurdalnie dużo jak na urządzenie, którego jedynym “paliwem” pozostawał ciężar opadający pod wpływem ziemskiej grawitacji.
Naturalnym pomysłem było więc dorzucenie kolejnych kilogramów. Przy próbie z przeciwwagą o masie 50 kg konstrukcja odmówiła jednak współpracy i uległa uszkodzeniu. Stanton musiał zmienić podejście. Zamiast dostarczać więcej energii, zmniejszył masę tego, co energię miało otrzymać. Tak też pocisk został odchudzony do zaledwie czterech gramów, przeciwwaga wróciła do 40 kg, a mechanizm ponownie trafił na stanowisko testowe.
Czytaj też: Nie wierzę, że to nastąpiło. USA wracają do zapomnianej broni. Tym razem pomoże atom
Po tych zmianach razem ramię osiągnęło około 2342 obr./min, a pomiar przelotu pocisku dał 346,4 m/s, czyli prawie 1250 km/h. Nagranie z próby zarejestrowało też charakterystyczny trzask i echo odpowiadające fali uderzeniowej. Bariera została więc przekroczona.
1248 km/h imponuje, ale czterogramowy pocisk zmienia perspektywę
Prędkość dźwięku nie zawsze wynosi 1235 km/h, bo w rzeczywistości nie ma ona jednej uniwersalnej wartości. Zależy bowiem przede wszystkim od temperatury ośrodka, dlatego Mach 1 może oznaczać nieco inną prędkość zależnie od warunków. NASA dla standardowych warunków przy poziomie morza podaje okolice 330 m/s, a więc mniej więcej 1200 km/h. Pisałem już o tym przy okazji europejskiej technologii hipersonicznej, gdzie przeliczanie Macha na jedną sztywną wartość również potrafi prowadzić do uproszczeń.
Jest też druga kwestia. Cztery gramy przy 346,4 m/s oznaczają około 240 J energii kinetycznej. Nie powstała więc tym samym cudowna broń oblężnicza, która zacznie przebijać mury naddźwiękowymi głazami. Rekord wynika właśnie z drastycznego zmniejszenia masy pocisku. Jednocześnie musimy pamiętać, że typowy pocisk popularnego naboju pistoletowego 9 × 19 mm może ważyć około 8 gramów i opuszczać lufę z prędkością około 350 m/s. Daje mu to już blisko 500 J energii kinetycznej, czyli mniej więcej dwukrotnie więcej niż czterogramowemu pociskowi Stantona. Co ciekawe, ich prędkości są więc niemal identyczne – zasadnicza różnica sprowadza się do masy.
Przyszłość czasem polega na doprowadzeniu starego pomysłu do absurdu
Współczesna pogoń za ogromnymi prędkościami w sektorze uzbrojenia wygląda zwykle zupełnie inaczej. Przy działach elektromagnetycznych w ruch idą potężne impulsy elektryczne i siła Lorentza, a nowoczesna broń hipersoniczna potrzebuje zaawansowanego napędu, materiałów odpornych na ekstremalne temperatury i skomplikowanego sterowania. Stanton zrobił z kolei coś znacznie bardziej prymitywnego. Pozwolił ciężarowi spaść.
Czytaj też: Nowy KAAN zdradza ambicje Turcji. Tak powstaje myśliwiec godny XXI wieku
Cała magia kryje się w tym, co wydarzyło się pomiędzy początkiem tego spadania a wypuszczeniem czterogramowego pocisku. Odpowiednie przełożenia, włókno węglowe, precyzyjnie wykonane części, kontrola momentu zwolnienia procy i kolejne iteracje konstrukcji sprawiły, że zasada znana średniowiecznym inżynierom została doprowadzona w miejsce, którego oni nie mogli nawet sensownie rozważać.
Mam wrażenie, że właśnie dlatego ten eksperyment jest znacznie ciekawszy niż kolejny rekord prędkości osiągnięty silnikiem rakietowym. Nie pokazuje nowego źródła energii. Pokazuje, ile przez całe stulecia zostawialiśmy niewykorzystane w bardzo starym pomyśle. Grawitacja była przecież dokładnie taka sama tysiąc lat temu. Zmieniło się tylko to, co człowiek potrafi z nią zrobić.
Źródła: YouTube, Interesting Engineering
