Warum es so schwer ist, eine Flügel-Schlagende Flugmaschine

Human Birdwings

Als ein Mann, der sich als Jarno Smeets ausgab, ein Video auf YouTube hochlud, in dem er offenbar mit einem selbstgebauten Schlagflügel flog, ging es sofort viral und löste eine Welle der Empörung aus, ging es sofort viral und löste eine Flutwelle der Freude und Verwunderung aus: Er kann fliegen wie ein Vogel! Genauso schnell folgte eine Welle des Spottes. Unmöglich, erklärten die Zweifler – das ist ein Scherz. Und in der Tat, einige tiefer gehende Berichte und Analysen ließen ernsthafte Zweifel an der Echtheit des Videos aufkommen. Schließlich gab er zu, dass es sich um einen Schwindel handelte.

Aber eine Zeit lang blieb die Möglichkeit bestehen: Die Sehnsucht der Menschheit, ein Wesen der Lüfte zu werden, ein Traum, der noch älter ist als Ikarus, war endlich Wirklichkeit geworden.

Eine Person, die den Clip mit besonderem Interesse verfolgte, war Todd Reichert, ein frischgebackener Doktorand vom Institut für Luftfahrtstudien der Universität Toronto. Reichert leitete ein Team der Universität, das einen Ornithopter mit menschlichem Antrieb baute – ein Fluggerät, das sich durch Flügelschläge wie ein Vogel oder eine Fledermaus fortbewegt. Im Jahr 2010 kletterte Reichert in das Fluggerät, den Snowbird, und steuerte es auf einem rekordverdächtigen Flug. Er ist der seltenste aller Vogelimitatoren: ein erfahrener Ornithopter-Pilot, der tatsächlich durch die Lüfte flattert.

Als Reichert das Video von Smeets ansah, war sein erster Eindruck, dass es mehr oder weniger plausibel erschien. Die Flügel waren ein wenig zu kurz, dachte er, und das Rucksacktriebwerk war ein wenig zu klein – aber nicht ungeheuerlich klein. Dann kam der Start, der Moment, in dem die Füße des Piloten den Boden verlassen und die Maschine steil in die Luft steigt. In diesem Moment, sagt Reichert, habe er erkannt, dass das Band eine Fälschung war. „Nur auf den ersten Blick ist es nicht einmal nahe dran“, sagt er.

Für diejenigen unter uns, die keine Ornithopter-Piloten sind, ist es vielleicht nicht sofort offensichtlich, warum das so ist. Schließlich können Vögel noch steiler aufsteigen, als Smeets es tat. Das können auch Fledermäuse und Insekten. Tatsächlich ist das Fliegen mit Flügeln so einfach, dass es sich im Tierreich mindestens viermal unabhängig voneinander entwickelt hat. „Mit einem Flügel kann man eine bessere Antriebseffizienz erzielen als mit einem Propeller“, sagt Reichert.

Aber die Art und Weise, wie ein Vogel fliegt, unterscheidet sich stark von der Art und Weise, wie ein mechanischer Ornithopter fliegt. Reichert ist sich dessen bewusst, denn das Thema seiner Doktorarbeit war der Vergleich der Flugdynamik von Tieren mit der von künstlichen Fluggeräten. Dabei stellte sich heraus, dass Vögel uns Menschen in Sachen Flügelschlag um Lichtjahre voraus sind. „Ein Vogel verändert während des Fluges ständig die Form seines Flügels, indem er ihn beim Aufschlag ein- und beim Abschlag wieder ausklappt“, erklärt er. (Ein hervorragendes Beispiel dafür ist dieses Video eines Uhus im Flug mit 1000 Bildern pro Sekunde). „Außerdem bewegt er den Flügel beim Abschlag schneller als beim Aufschlag. Man sieht also, wie sie all diese komplizierten Zusatzbewegungen ausführen, und mit jeder Stufe der Komplexität wird der Vogel immer effizienter. Ein Ornithopter-Flügel dagegen schlägt einfach nur auf und ab.“

Deshalb war Reicherts eigene Ornithopter-Performance weit weniger beeindruckend als das Video von Smeets, mit dem das Internet diese Woche Furore machte. (Obwohl Reicherts Leistung Bonuspunkte dafür bekommt, dass sie, Sie wissen schon, echt ist.) Für seinen Rekordflug schleppte sein Team Snowbird in die Luft bis zu einer Höhe von ein paar Metern und schaffte es dann, ihn für weniger als eine Minute in der Luft zu halten, während er seine Höhe hielt, aber allmählich an Geschwindigkeit verlor. Nach den Maßstäben der konventionellen Luftfahrt ist das vielleicht keine Glanzleistung, aber es ist der bisher beeindruckendste von Menschenhand angetriebene Schlagflügelflug.

Reicherts Flügel hätte effizienter sein können, sagt er, wenn sein Team versucht hätte, die Komplexität eines Vogelflügels nachzuahmen. „Das Problem ist, dass das in der Technik nicht der richtige Weg ist“, sagt er. „Man will nicht sagen: ‚Oh, lasst uns Komplexität hinzufügen, um Effizienz zu erreichen.‘ „

Eine offensichtliche Möglichkeit, die Leistung zu steigern, ist natürlich der Einbau eines Motors. (Smeets‘ Apparat sollte ein Batteriepaket und elektrische Antriebe enthalten.) Die Geschichte der bemannten Ornithopter geht auf das Jahr 1942 zurück, als ein deutscher Ingenieur namens Adalbert Schmid einen mit einem 6-PS-Motor angetriebenen Ornithopter baute, der aus eigener Kraft abheben und 15 Minuten lang fliegen konnte. Nathan Chronister, der seit Jahren auf seiner Website The Ornithopter Zone die Romantik des geflügelten Fluges dokumentiert, meint, dass es theoretisch keinen Grund gibt, warum jemand nicht das schaffen könnte, was Smeets behauptet hat. „Es ist möglich“, sagt er.

Aber, so sagt er, ein tatsächlich funktionierendes Flugzeug „würde nicht ganz so aussehen.“ Der Flügel müsste länger und steifer sein, um effizienter zu sein, und es bräuchte eine Stabilisierungsvorrichtung, um nicht vom Himmel zu stürzen. Und, so sagt er, es wäre kein Anschnallflügel – „diese Konfiguration hat sich als extrem gefährlich erwiesen“ -, sondern ein Fahrzeug, in das sich der Pilot einschnallen kann.

Reichert stimmt zu, dass so etwas wie Smeets‘ Vorrichtung machbar sein könnte. „Jemand könnte das machen“, sagt er. „Aber die Herausforderung ist so groß. Das ist nichts, was man ein paar Monate lang in seinem Hinterhof machen könnte.“

Dann könnte eines Tages tatsächlich jemand diesen Traum zum Leben erwecken. Jarno Smeets war nur nicht derjenige, der ihn verwirklichen konnte.

Jeff Wise ist Redakteur bei Popular Mechanics und Autor von Extreme Fear: The Science of Your Mind in Danger. Eine tägliche Dosis extremer Angst finden Sie in seinem Blog.