فرزندان کنکورد در آسمان

مجله دانشمند - حامد جهان پناه: سفر یک روزه به مسکو؟ ناهار را در پاریس بخوریم و شام را در هنگ کنگ؟ جواب این پرسش ها را در پروژه ناسا پیدا می کنید. مرکز تحقیقات لانگلی ناسا در همپتون در نظر دارد با استفاده از فناوری هواپیماهای مافوق صوت، انقلابی در سفرهای تجاری پدید آورد. ناسا پس از بررسی های امکان یابی و کار روی درک بهتر سطح صدای قابل قبول برای این هواپیما، در طرحی با نام «پروژه فناوری مافوق صوت تجاری»، از تیم های صنعتی خواست طرح های خود را برای هواپیمای مسافربری آزمایشی که بتواند با سرعت مافوق صوت و صدای آرام حرکت کند، ارائه کنند. در ادامه با دستاوردهای این پژوهش بیشتر آشنا می شویم.

ناسا در پروژه ای موسوم به حمل و نقل مافوق صوت بی صدا (QueSST) به دنبال ساخت هواپیماهایی با صدای بسیار کمتر نسبت به هواپیماهای دیگر است که در هنگام نزدیک شدن به زمین به جای تولید صداهای کرکننده، بی صدا و آرام باشد. ناسا امیدوار است نخستین پروازهای آزمایشی هواپیماهای سری اکس (X-plane)، در سال ۲۰۲۱ انجام شود. ناسا برنامه ریزی کرده که پروژه تازه اش پیرامون مسائلی همچون کاهش مصرف سوخت و کاهش آلاینده های زیست محیطی باشد.

ناسا در نظر دارد با دست یافتن به این اهداف، افق های تازه ای را در هوانوردی بگشاید، یک برنامه مدون تحقیقاتی 10 ساله شامل روش هایی است که طی آنها عملکرد هواپیماهایی را که طراحی، تولید و به کارگیری می شوند، در زمین و در آسمان به طور کلی تغییر خواهد داد. بخشی از این برنامه، احیای مجدد هواپیماهای تحقیقاتی سری X بود که اکنون در مرحله اجرایی قرار گرفته است. مارس امسال نمونه کوچک هواپیمای مافوق صوت QueSST، آزمایش تونل باد را با موفقیت طی کرد.

این آزمایش ها تمامی شرایط (از بلند شدن هواپیما تا پرواز با سرعت مافوق صوت و فرود) را سنجیده اند. هواپیماها یا درست تر هواگردهای سری X شامل مجموعه هواپیما، بالگرد و موشک هایی هستند که بیشتر آنها برای آزمایش و ارزیابی فناوری های هوایی ایالات متحده آمریکا ساخته شده و برخی توسعه یافته و به تولید می رسند. ویژگی مشترک همه این هواگردها در سرعت مافوق صوت شان است؛ از هواپیمای 1-X که برای نخستین بار دیوار صوتی را در جهان شکست تا هواپیمای آزمایشی ناسا 43-X که رکورد سرعت را ارتقا داد.

میراث کنکورد

از زمانی که هواپیمای مسافربری کنکورد بازنشسته شده است، دیگر هیچ هواپیمای مسافربری تجاری که توانایی پرواز با سرعت مافوق صوت را داشته باشد، معرفی نشده است. با این وجود، چندین طراح و تولیدکننده در تلاش برای تغییر این وضعیت هستند که یکی از مطرح ترین آنها سازمان هوانوردی و فضانوردی آمریکا (ناسا) است. در سال 2003، کنکورد، هواپیمای مافوق صوتی که ثروتمندترین مسافران هوایی را در سه ساعت از نیویورک به لندن می رساند، پس از نزدیک به سه دهه فعالیت، به کار خود پایان داد. این جت مافوق صوت که با سرعت 2 ماخ آسمان را در می نوردید،

هیچ گاه به سوددهی مطلوبی نرسید. علاوه بر شکست در سوددهی، صداهای بلند و آزاردهنده حاصل از حرکت این نوع هواپیماها دلیل دیگری برای کنار گذاشتن مافوق صوت ها از عرصه مسافربری شد. حرکت هواپیماهای مافوق صوت باعث ایجاد امواجی می شود که موجب تغییر ناگهانی فشار هوا و در نتیجه تولید صدای انفجار می شد که حتی چندین کیلومتر دورتر نیز شنیده می شد. علاوه بر این دو، هزینه های رو به افزایش تعمیرات، رکود اقتصاد جهانی، افزایش قیمت سوخت و از دست دادن اعتبار پس از یک سقوط فاجعه آمیز در سال 2000 در پاریس که 113 کشته بر جای گذاشت و کاهش رزروهای ناشی از این اتفاق، موجب پایان یافتن دوره این هواپیماهای مافوق صوت گردید.

رویای بازگشت دوباره

اکنون ناسا دوباره تصمیم به به کارگیری هواپیماهای مافوق صوت برای کوتاه کردن سفرهای زمینی گرفته است. فناوری های پیش بینی شده برای این برنامه شامل این موارد است: دستیابی به ماده اولیه ساخت کامپوزیتی سبک وزن برای ساخت سازه های جدید و انقلابی نسل آینده هواپیماها، طراحی جدید و پیشرفته فن برای بهبود عملکرد پیشران و کاهش سروصدای موتورهای جت، طراحی های جدید برای کاهش آلودگی صوتی تولید شده توسط بال ها، فلپ ها و ارابه های فرود و حتی پوششی که مانع از تجمع فضولات روی بال هواپیما شود.

سبک تازه زندگی

محققان پیش بینی می کنند این فناوری های جدید پس از ۲۵ سال بعد از به کار گیریشان، مبلغ ۲۵۵ میلیارد دلار برای صنعت هوانوردی صرفه جویی به همراه خواهد داشت. طبق گفته لاکهید مارتین، سرعت هواپیمای مافوق صوت QueSST در ارتفاع ۵۵ هزار فوتی، حدود ۱.۴ ماخ است که این به معنای نصف کردن زمان سفرهای فعلی هوایی دنیاست که به عنوان مثال می توان به پرواز از نیویورک به لس آنجلس در دو ساعت یا از نیویورک به لندن در سه ساعت با استفاده از این هواپیما طی کرد که همین کاهش زمان سفرها می تواند تاثیر بسیار مثبتی در سبک زندگی افراد داشته باشد.

سخنگوی لانگلی، رابرت آلن در مورد زمان تولید این طرح گفته است: «به زودی یک شرکت پیمانکار برای تولید تا اوایل سال آتی انتخاب و تا اواخر سال ۲۰۲۱ و اوایل ۲۰۲۲ در مرکز هوایی آمستردام برای ورود به ناوگان های هواپیمایی و حمل و نقل مسافران آزمایش خواهد شد.»

ناسا برای طراحی و توسعه هواپیمای مذکور، بودجه ای در حدود ۴۰۰ میلیون دلار در نظر گرفته که از سال آینده میلادی اجرا خواهد شد. همچنین شرکت بزرگ لاکهید مارتین نیز در طرح مورد بحث با ناسا همکاری خواهد کرد که خود، نقطه قوتی برای پیشبرد پروژه به حساب می آید. باید منتظر ماند و دید که آیا همه چیز آنطور که به نظر می رسد، می شود یا خير.

آینده مافوق صوت

علاوه بر ناسا، شرکت های دیگری هم به فکر استفاده از فناوری مافوق صوت برای ساخت هواپیماهای مسافربری افتاده اند. البته در این رقابت بر سر مساله مهمی چون سروصدا و کاهش قیمت های مسافرت با همدیگر در هدف گذاری مشترک اند.

بوم و دژاووی کنکورد

بلیک اسکول مدیرعامل شرکت فناوری هوایی بوم (Boom) معتقد است «صنعت تولید هواپیماهای مسافری به شدت کند پیش می رود و از سایر حوزه های فناوری کاملا عقب مانده است. هرچند هواپیماهای امروزی بسیار راحت تر و باصرفه تر شده اند اما کیفیت انجام سفرهای بین قاره ای نسبت به ۶۰ سال گذشته هیچ تغییر محسوسی نداشته است.»

هواپیمای در دست طراحی بوم مصرف سوختی بسیار بهینه تر از کنکورد خواهد داشت، ضمن این که کیفیت سوخت مورد استفاده آن هم باید ارتقا پیدا کند. علاوه بر آن، به منظور بالابردن کارآمدی، فناوری پس سوز موتورهای جت مافوق صوت را با سامانه توربوفن هواپیمای مسافری مافوق صوت جایگزین کرده اند. افزون بر آن، این هواپیما از لحاظ وزن، برتری فراوانی نسبت به کنکورد خواهد داشت که این خود نیز به کاهش مصرف سوخت و در نتیجه مقرون به صرفه بودن سفرهایش می انجامد.

مافوق صوت شخصی

شرکت ایریون (Aerion Corporation) در حال کار روی یک هواپیمای مافوق صوت شخصی است. این هواپیما از یک فناوری جدید برای طراحی بال ها استفاده کرده و از سیستم های پیشرانشی جدیدی بهره می برد. این جت با سرعت 0.99 ماخ (حدودا 336 متر بر ثانیه) بر فراز خشکی پرواز می کند. (بیشترین سرعتی که بدون تخطی از قوانین می توان به آن رسید و زمانی که بر فراز اقیانوس قرار گرفت، سرعتش را به 1.5 ماخ (حدودا 510 متر بر ثانیه می رساند، پرواز از نیویورک تا پاریس با این هواپیما کمی بیشتر از چهار ساعت طول خواهد کشید.

فراتر از مافوق صوت بی سروصدای اضافی

شرکت هوایی هایپرماخ (Hypermach) در حال تلاش برای از بین بردن یا کاهش صدای تولید شده هنگام غرش صوتی است. در این صورت، رویای پرواز با سرعت فراصوت بر فراز خشکی تبدیل به واقعیت خواهد شد. هواپیمای مافوق صوت سونیک استار این شرکت از فناوری کاهش نیروی پسا الكترومغناطیسی بهره می برد. این فناوری موجب کاهش صدای غرش صوتی شده و امکان پرواز با سرعت 3.6 ماخ (حدودا 1225 متر بر ثانیه) را در ارتفاع 60 هزار فوتی (حدودا 18 هزار متر) فراهم می کند. سرعتی که پرواز لندن به نیویورک را به دو ساعت می رساند. طبق ادعای ریچارد لوگ مدیرعامل هایپرماخ، این هواپیما در 5 سال آینده راهی آسمان می شود.

پرواز بر فراز جو

در بین شرکت های هوایی، شرکت صنایع دفاع هوایی و فضایی اروپا هم از قافله مافوق صوت ها عقب نمانده و به طراحی و ساخت هواپیمای تازه اش تحت پروژه حمل ونقل پرسرعت بدون آلودگی پرداخته است. هواپیمایی که چهار برابر صوت پرواز می کند.

zehst (ZeroEmission Hyper Sonic Transport) قرار است با سرعتی بیش از چهار برابر صوت بالاتر از جو زمین پرواز کند و هیچ صدایی به زمین نخواهد رسید هواپیمای زست با این سرعت، مسیر پاریس تا توکیو را در دو ساعت و نیم طی می کند. قرار است سوخت این هواپیما سوخت زیستی باشد و از جلبک دریایی تامین شود. طبق پیش بینی انجام شده این شرکت، این هواپیما دست کم تا 30 سال دیگر برای پروازهای تجاری در دسترس نخواهد بود.

تلاش های ناسا

«چارلز بولدن» مدیر ناسا در یک کنفرانس خبری در ایالت «ویرجینیا» در این باره گفت: «ناسا سخت در حال کار است تا در عین حال که هواپیماهایی با سرعت بالاتر و دارای سیستم هوانوردی کاراتر ارائه می کند، پروازها را سالم تر، امن تر و آرام تر سازد.» وی افزود: «در حال حاضر ما تلاش می کنیم با گذشت 70 سال از اولین باری که دیوار صوتی شکسته شد، میراث ناسا در ساخت هواپیمای مافوق صوت را با هدف تولید جت های مافوق صوت آرامتر، برای پروازهای مسافرتی، دنبال کنیم.»

بولدن اضافه کرد وقتی سرعت هواپیماها از سرعت صوت فراتر می رود «صدای آزاردهنده ای» تولید می کند. تلاش می شود در هواپیماهای جدید از این صدا کاسته شده و شدت آن به صدای ضربان مانند خفیفی کاهش یابد. ناسا با استفاده از حسگری توانسته بر این سروصدا غلبه کند. این حسگر که Eagle Aero Probe نام دارد، می تواند درست زمانی که صدای مهیبی تولید می شود، میزان تغییرات هوا را اندازه گیری کند و پیش از وقوع، آن را حس کند.