ZEMSTA MUMII

Odsłaniamy tajemnicę technologii produkcji nowej, niesamowite kolejki Universal Studio

Najnowsza atrakcja Universal Studio – kolejka „Zemsta Mumii” – to pierwsza kolejka w ciemności, która zabiera uczestników na przejmującą dreszczem wycieczkę do Egiptu. Połączono w niej zaawansowaną technologię kolejek wesołych miasteczek (roller coaster) oraz animację elektroniczną i technologię efektów specjalnych. Jeśli masz odwagę, dołącz do nas, zaglądając za kulisy, aby sprawdzić, w jaki sposób inżynierowie stworzyli jedną z najbardziej przerażających kolejek wszech czasów

Przemysł wesołych miasteczek to dziedzina wyjątkowo konkurencyjna. Wielu ludzi poświęca naprawdę mnóstwo czasu, próbując wymyślić nowe atrakcje dla kolejek, które wymiotą konkurencję.

Wyzwanie polega oczywiście na tym, że nie ma aż tak wielu sposobów, które można by zastosować, żeby śmiertelnie przerazić ludzi. Wieża Strachu, dzięki której odnosi się wrażenie (pozornie) niekontrolowanego upadku w dół bardzo długiego szybu windy, jest w dalszym ciągu uważana za jedną z najbardziej nowatorskich atrakcji wszech czasów. I z pewnością należy do najbardziej popularnych, choć ma już 10 lat.

Kolejka Universal Studio – „Zemsta Mumii” – łączy specjalne efekty Hollywood, animację elektroniczną z zaawansowaną technologią kolejek z wesołych miasteczek

Od najwcześniejszych spotkań poświęconych planowaniu projektanci kolejki – „Zemsta Mumii” w Universal Studio starali się, aby ich dzieło pretendowało do tytułu „najlepszego w swojej kategorii”. Jednakże istnieją pewne ograniczenia: absolutna prędkość, wartości przyspieszenia i siły, jak również liczba osi ruchu – których działaniu można bezpiecznie  poddać ludzkie ciało. Projektanci zaczęli więc myśleć o zastosowaniu zupełnie odmiennego podejścia w celu uzyskania bezprecedensowych wrażeń. Zaczęli myśleć o zbudowaniu kolejki w ciemności, która łączyłaby efekty specjalne Hollywood, animacje elektroniczne oraz zaawansowane technologie stosowane w tego typu kolejkach.

W rezultacie powstała pierwsza na świecie „kolejka psychologicznego przerażenia”, zainspirowana filmami Universal Studio o mumiach, które odniosły niebywały sukces. Cofając się w czasie o 4000 lat, kolejka zabiera nieświadomych pasażerów w podróż po starożytnym Egipcie, podczas której spotkają elektroniczną animację mumii – Imhotepa, osławionego Strażnika Umarłych. Podczas podróży goście lądują w ciemności – najpierw są wystrzeliwani 14 metrów do góry w ciągu 1,5 sekundy, a następnie spadają pod ziemię. W sumie doświadczą siedmiu momentów bliskich zerowej grawitacji (0g) i pokonają z dużą prędkością 80-stopniowe zakręty. – Celem przejażdżki jest zaoferowanie maksymalnej zabawy i maksymalnej dawki strachu, przy równoczesnym zagwarantowaniu, że rozrywka będzie się nadawać dla docelowej publiczności, czyli dla rodzin – mówi Mike Hightower, starszy wiceprezes i główny inżynier projektu.

 Kolejka, która została otwarta w 2004 r. w Kalifornii i na Florydzie, oferuje w obu miejscach mniej więcej taki sam scenariusz, atrakcje i takie same wagoniki kolejki. Jednak każda kolejka poruszą się inną trasą, odpowiadającą konfiguracji budynku, w którym się znajduje. W Kalifornii budynek ma mniejszą wysokość i kolejka rusza w płaszczyźnie poziomej. W Orlando (Floryda) zespół projektowy wybrał budynek, w którym kiedyś była kolejka King Konga. Tutaj uzyskano wysokość niezbędną do pionowego startu kolejki, poprzez wykopanie dwóch szybów pod ziemią.

Zaawansowana technologia kolejki

Aby rozpędzić kilkutonowe wagony kolejki poprzez tor o skomplikowanej konfiguracji, inżynierowie zastosowali w napędzie technologie różnych liniowych silników synchronicznych (linear synchronous motor – LIM) oraz nowych jednostronnych liniowych silników indukcyjnych (single-sided linear induction motor – SSLIM). W tej konfiguracji napędu stojan silnika nie jest zwinięty, staje się stojanem liniowym. SSLIM montowany jest na torze pomiędzy szynami. Siła napędu generowana przez pole magnetyczne silników liniowych (SSLIM) oddziałuje na płytę aluminiową, która jest częścią centralnej belki wagonu kolejki.

Aby uzyskać napęd w przód i w tył, inżynierowie zastosowali kombinacje odpowiednio rozmieszczonych silników LIM, SSLIM oraz silników krokowych (pacer motors). Silniki liniowe LIM zasilane są przez niezależny transformator o mocy biernej 5000 kW i adaptacyjny kompensator mocy biernej 2500 kW (adaptive var compensator – AVC).

Napędy o zmiennej częstotliwości (variablefrequency driver – VFD) sterują prędkością i siłą ciągu (w przeciwieństwie do pracy przy standardowej częstotliwości 60 Hz). Zaletą bezkontaktowej technologii SSLIM jest to, że umożliwia ona napędzanie pojazdu na zakrzywionym, poziomym torze i oferuje szeroki zakres opcji sterowania prędkością. Silniki SSLIM mogą obsługiwać ciąg w dowolnym kierunku, chociaż ciąg wsteczny stosowany jest tylko przy zwalnianiu. Dla uzyskania precyzyjnego pozycjonowania utworzono serwopętlę sprzężenia zwrotnego, poprzez wykorzystanie czujników zbliżeniowych do obserwowania pozycji i prędkości pojazdu. Zmierzone dane są następnie porównywane z zaleconymi prędkościami, a w przypadku stwierdzenia niezgodności następuje korekta.

SIŁOWE SPRZĘŻENIE ZWROTNE kompensuje niezaplanowane wstrząsy elektronicznej animacji. Znane również pod nazwą zgodności, która obejmuje łączniki przenoszenia obciążenia, usytuowane pomiędzy korpusem cylindra a końcem drążka, i wygenerowanie sygnału wyjścia analogowego, który jest proporcjonalny do obciążenia. Sygnał jest analizowany, a wszystkie niepożądane wibracje – tłumione. Niektórym inżynierom udało się osiągnąć zgodność bez przenoszenia obciążenia, ale musieli rozwiązać problem poruszającej się figury o stale zmieniającym się obciążeniu

– Właściwości zmiennej częstotliwości w silnikach SSLIM umożliwiły również sterowanie pojazdem zarówno na odcinkach powolnego ruchu, jak i w sektorze wysokiej energii kolejki – mówi Hightower. – Jednym z największych wyzwań technicznych było sterowanie pojazdami przez bardziej relaksową część podróży. Tutaj położenie pojazdu musi być ściśle zgrane z efektami specjalnymi, takimi jak płonący sufit, roje skarabeuszy i holograficzne duchy wygenerowane poprzez zastosowanie czarnych świateł. Oczywiście, jak w przypadku nawet najbardziej rozbudowanych produkcji (według New York Times koszt dwóch kolejek wyniósł 80 mln USD), inżynierowie musieli godzić się na kompromisy. Na przykład im mniej miejsca w komorach napędu, tym śmielsze rozwiązanie, ale również tym większy koszt.

Ponieważ inżynierowie nie mogli rozmieszczać silników dowolnie (w sumie zastosowano ich 46), dostrajanie okazało się nie lada wyzwaniem. – Musieliśmy tak dostroić system, aby uwzględnić w nim szeroki zakres zmiany ciężaru wagoników wynikający z liczby pasażerów, zmienny opór pojazdów zależny od: nacisku bocznych kół prowadzących oraz zużycia, a także ograniczonej możliwości generowania ciągu/cofania pojazdu podczas przejścia na każdy SSLIM. To było prawdziwe wyzwanie – wyjaśnia Hightower. W rzeczywistości, dostrajanie okazało się tak trudne, że trwało jeszcze po otwarciu kolejki.

DWIE PRZERAŻAJĄCE HISTORIE

Wielotonowe pojazdy poruszające się po jednym torze z dużą prędkością muszą również być zdolne do niezawodnego zatrzymania się – w przypadku kolejki wyposażonej w cztery rodzaje hamulców nie mogło być wyjątków. W przypadku starterów inżynierowie zastosowali typowe hamulce typu zaciskowego, które skutecznie przymocowywały wagon w jednej pozycji, na przykład na obrotnicy. Hamulce te działały również jako urządzenia zapobiegające cofaniu się podczas ruszania oraz do rozdzielania stref blokowania.

Typową cechą kolejek, w których na jednym torze porusza się wiele pojazdów jest system bezpieczeństwa blokujący strefy, który nie pozwala, aby jeden pojazd wjechał na drugi, dzięki wykorzystaniu czujników położenia pojazdów i zabezpieczaniu przed wjazdem kolejnego wagonu do strefy. Hamulce płytowe były również stosowane do rozdzielania stref w obszarach powolnego ruchu i zakrzywienia toru. Hamulce naciskają od dołu na dolną płytę wagonu i powodują zatrzymanie.

IMHOTEP wykonuje 34 ruchy, napędzane przez układ hydrauliczny pod ciśnieniem 276 barów

Inżynierowie zastosowali również pasywne hamulce magnetyczne do zmniejszenia prędkości pojazdu bez zatrzymywania go. Te bezkontaktowe hamulce generują energię proporcjonalną do prędkości pojazdu, bez zużywania jakiejkolwiek powierzchni. Aktywne hamulce magnetyczne w połączeniu z hamulcami pasywnymi stosowane są do dalszego zmniejszania prędkości pojazdu, ale bez całkowitego zatrzymania. Ten rodzaj hamulców jest popularny w przypadku ciężkich pojazdów, które wymagają dodatkowego hamowania przed zadziałaniem hamulców zaciskowych.

Fenomen elektronicznej animacji

Wyróżnikiem kolejki „Zemsta Mumii” jest bliskie spotkanie z Imhotepem, rozpadającą sie mumią, która ma wzbudzać przerażenie. Projektanci chcieli, aby ta część podróży była najbardziej wstrząsająca dla uczestników, rozważali nawet zawieszenie mumii na ramieniu robota w taki sposób, żeby ponaddwumetrowa rozkładająca się postać w szmatach wyskakiwała i lądowała bezpośrednio na trasie przejazdu kolejki.

W końcu zrezygnowali z tego pomysłu, ale elektroniczna animacja mumii – przymocowanej torsem do belki podłączonej do mechanizmu przesuwnego – rzeczywiście wyskakuje w bardzo przekonujący, realistyczny sposób z przykucniętej pozycji. Postać Imhotepa na Florydzie wykonuje 34 niezależne ruchy, zasilane układem hydraulicznym o ciśnieniu 276 barów, i jest sterowana zarówno analogowo, jak i poprzez siłowe sprzężenie zwrotne. Inżynierowie uznali, że przecieki w tak wysoko ciśnieniowej aplikacji można kontrolować poprzez zastosowanie specjalnie zaprojektowanych uszczelnień.

NIE, TO NIE JEST TERMINATOR. Zasilana hydraulicznie elektroniczna animacja imhotepa przed zainstalowaniem pokazana jest bez skóry. Dzięki niezliczonej ilości urządzeń uruchamiających i cylindrów Imhotep wykonuje 34 niezależne ruchy. Cała elektronika zostanie sprytnie schowana pod wypatroszonym korpusem mumii i okryta niewielką ilością rozkładających się szmat. Na górze po lewej stronie: starszy wiceprezes Mike Hightower sprawdza rękę mumii – jest kompletna, z ruchomymi palcami

Z kolei postać w Kalifornii jest sterowana zarówno analogowo, jak i cyfrowo, i zasilana instalacją powietrzną o ciśnieniu ok. 6 barów, co stanowi mniej więcej jedną trzecią kosztu rozwiązania hydraulicznego. Oprócz wykonywania klasycznych ruchów, takich jak skręty tułowia, ruchy głowy w pięciu kierunkach oraz ruchy posuwiste, Imhotep doskonale rusza szczęką, co zostało osiągnięte poprzez asymetryczny ruch górnej i dolnej części szczęki. Typowe dla samolotów systemy sterowania hydraulicznego oraz siłowego sprzężenia zwrotnego zastosowane w aplikacjach elektronicznych animacji wykorzystują serwosprzężenie zwrotne do zbierania sygnałów o sile i pozycji, używając łączników przenoszenia obciążenia pomiędzy korpusem cylindra a końcem drążka do regulowania niezamierzonych wibracji czy wstrząsów (inżynierowie nazywają to efektem „boing-boing”). Szczególnym wyzwaniem w przypadku zastosowania sterowania ze sprzężeniem zwrotnym do ruchomej postaci jest fakt, że zaczep, do którego przyłożone są obciążenia ulega ciągłej zmianie, co powoduje konieczność przenoszenia różnych składników obciążenia. Inżynierowie nie wyjawiają sposobu, w jaki rozwiązali ten problem, ale ruchy postaci wydają się płynne.

Wytrzymałość i ciągłość ruchu – te elementy były bardzo ważne podczas projektowania postaci, które „pracują” od 12 do 16 godzin dziennie. Inżynierowie mówią, że w wymaganiach projektowych uwzględnili zmęczenie materiałowe związane z niewiarygodnie dużą liczbą cykli obciążeniowych, jakie wykonuje tego typu sprzęt podczas okresu użytkowania (czasami 20 do 30 lat!). Podjęli również działania takie jak wykonanie większości ścięgien ze stali o wysokiej wytrzymałości, ze stali nierdzewnej, z litych bloków z niewielką ilością spawów, aby zminimalizować powstawanie naprężeń.

Zaawansowany system sterowania

KONCEPCJA SYSTEMU STEROWANIA ruchem wagonów może wydawać się prosta, ale w rzeczywistości system składa się z kompleksu sieci komputerów, komunikacyjnych linii energetycznych (power line communication – PLC), liniowych urządzeń logicznych oraz czujników, które zapewniają synchronizację elementów choreograficznych, efektów specjalnych oraz elektronicznej animacji

System nadzorowania kolejki z pokazem (ride-show supervisor – RSS) funkcjonuje jako ogólny system nadzorczy (kontroli i sterowania), który steruje choreografią elementów pokazu, generuje w czasie rzeczywistym dane pochodzące z systemów komunikacji za pomocą linii energetycznych (power line communication – PLC), logicznych urządzeń liniowych oraz czujników. Każdy element pokazu jest sterowany poprzez sterownik podsystemu (subsystem controller – SSC), do którego poprzez RSS wysyłany jest sygnał wyzwalający, a który steruje synchronizacją czasu pokazu i jazdy.

ELEKTRONICZNA ANIMACJA: główną atrakcją przejażdżki jest bliskie spotkanie z ponaddwumetrową mumią Imhotepa

Sam interfejs użytkownika składa się z kilku poziomów, poczynając od głównego interfejsu operatora, który zawiera zestaw ekranów dotykowych oraz tradycyjnych przełączników i przycisków. Ulokowana w pomieszczeniu dyrektora technicznego stacja sprawuje funkcje sterowania nadrzędnego dla całej kolejki i dostarcza informacje o statusie atrakcji oraz warunkach alarmowych. Kilka paneli sterujących znajduje się przy trasie kolejki, używane są przez obsługę techniczną do monitorowania i sterowania różnymi elementami pokazu i kolejki, jak przełączanie torów.

Aby zapewnić synchronizację całego widowiska, profile ruchu są nieustannie aktualizowane, co pozwala na zgranie animacji z innymi elementami pokazu. W ten sposób kiedy Imhotep wyskakuje i krzyczy: „Twoja dusza należy do mnie!” jego rozpadająca się szczęka porusza się w doskonałej synchronizacji. A to jest dość przerażające.