شبه‌جنگنده مرموز ناسا، دیوار صوتی را در سکوت می‌شکند

بامداد زندباف: در سال 1947, زمانی که دیوار صوتی در فرودگاه نظامی موروک در کالیفرنیا شکست, اولین نشانه ای که تماشاگران متوجه آن شدند, صدایی مثل رعد یا انفجار بمب بود. این نهمین پرواز هواپیمای آزمایشی بل اکس -1 بود, و در در کابین, خلبان به سختی در حال هدایت هواپیما بود, چرا که پایداری هواپیما به دلیل افزایش سرعت در نوسان بود. این هواپیمای افسانه ای سری اکس در اوایل دهه 40 میلادی تولید شد و تا دهه 60 میلادی یعنی زمانی که هواپیماهای فراصوت به مرز فضا پرواز می کردند, به درخشش خود ادامه داد. پرواز هواپیما های پیشرفته ای مثل اکس -1 و اکس -15 راه را برای پیروزی برنامه آپولو و در نهایت قدم گذاشتن نیل آرمسترانگ روی کره ماه هموار کرد. سریع ترین هواپیمای سری اکس می تواند با 6 برابر سرعت صوت پرواز کند.

حالا در سال 2023 جدیدترین هواپیمای سری اکس (اکس -59 فناوری فراصوت بی صدا) می خواهد به دستاوردی مشابه اولین هواپیما اکس (شکستن دیواره صوتی با این تفاوت که اگر همه چی به خوبی پیش برود هیچ کسی روی زمین متوجه آن نشود) دست یابد.

در سال 1973, دولت آمریکا پرواز های فراصوت تجاری روی خاک ایالات متحده را ممنوع کرد. با این ممنوعیت (و مواردی مشابه آن) قابلیت تجاری هواپیماهایی مانند کنکورد از بین رفت.

اما اگر سال ها تحقیق در مورد ساخت هواپیمای فراصوت بی صدا به نتیجه برسد این می تواند تغییر کند. ناسا و لاکهید مارتین در حال ساخت چنین هواپیمایی هستند. جدا از پیشرفت های حاصل در زمینه مدل سازی کامپیوتری و فناوری تونل باد, ساخت هواپیمای فراصوت بی صدا بدون دلایل محکم که این فناوری کار می کند هم چنان ریسک بزرگی است.

کریستوفر کومب از دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو میگوید:" به نظرم اکس -59 هواپیمایی قابل توجه خواهد بود. شما برای اولین بار در حال اثبات این هستید که می توانید با یک هواپیما در دنیای واقعی دیوار صوتی را بی صدا بشکنید, و این می تواند راه را برای شرکت های تجاری باز کند تا آنها هم از این نوع هواپیماها بسازند."

اکس -1 واقعا شبیه هواپیمایی بود که برای شکستن دیوار صوتی ساخته شده. این هواپیما شبیه گلوله بود و دو بال صاف داشت (زمانی که این هواپیما طراحی شد, طراحان آمریکایی از مزایای بال های خمیده مثل کاهش کشش, بی اطلاع بودند) و مجهز به موتور راکتی بود.

شبه‌جنگنده‌ای مثل اکس -59 پاسخی شکیل (و ارزان قیمت) به مشکلی چالش برانگیز است. این هواپیما از قطعات سایر هواپیماها استفاده می کند, مثل دنده فرود جنگنده اف -16, سایبان و صندلی پرتاب هواپیمای آموزشی و مافوق صوت قدیمی تی -38, و برخی اجزای سیستم موتور هواپیما یو -2 که برای جاسوسی استفاده می شد. همه چیز در اکس -59 طوری طراحی شده تا بتواند دیوار صوتی را در سرعت 1.4ماخ (1.487 کیلومتر) در ارتفاع 55 هزار پایی (16.800) بی‌صدا بکشند, که دقیقا ارتفاعی است که یک هواپیمای تجاری در آن پرواز می کند. این هواپیما این کار را با کاهش امواج منتشر شده از هواپیما و پخش آنها به طور گسترده در بدنه هواپیما انجام می دهد و از تبدیل این امواج به غرشی کر کننده جلوگیری می کند.

دماغه دراز هواپیما (که 12 متر است و یک سوم طول هواپیما را تشکیل می دهد) برای این طراحی شده تا امواج منتشر شده از دماغه و بال ها را از هم جدا کند. موتورها بالای بال قرار دارند (به جای اینکه مثل هواپیمای کنکورد زیر آن باشند) تا امواج به سمت زمین حرکت نکنند. زیر بدنه هواپیما به طرز عجیبی هموار است, که این برای کاهش امواج تولیدی است.

این هواپیما توسط کامپیوتر کنترل نمی شود و خلبان کنترل آن را برعهده دارد تا اعتماد مردمی که هواپیما بالای سرشان پرواز می کند را جلب کند.

به لطف سایبان امانتی و دماغه دراز اکس -59 خلبان هیچ دید مستقیمی ندارد. در عوض این هواپیما دارای سیستم دید خارجی دیجیتال است (XVS) است. این فناوری به کمک دوربین های با کیفیتی که روی دماغه و زیر آن تعبیه شده اند دید خلبان را فراهم می کند, درست مثل پنجره. کاترین بام مدیر پروژه اثبات کنندگان پرواز کم غرش (LBFD) می گوید:" ما همیشه به شوخی می گفتیم اکس -1 دیوار صوتی را شکست و حالا در تلاش برای تصحیح آن هستیم. غرش فراصوت این هواپیما آن قدر بلند نخواهد بود که مردم متوجه آن شوند. این صدا بیشتر شبیه رعدی در دوردست یا صدای بسته شدن در ماشین همسایه تان است که در صداهای روزمره گم می شود."

بام می گوید:"اگر واکنش های دریافت شده از مردمی که این هواپیما بر فراز آنها پرواز می کند این را تایید کند, می توانیم از آنها (اداره هوانوردی فدرال آمریکا) بخواهیم قوانین خود را تغییر دهند. اگر این اتفاق رخ دهد, اکس 59 می تواند بازارهای جدیدی ایجاد کند."

با این حال, برای اینکه نسل جدید از هواپیماهای سرنشین دار فراصوت از نظر مالی مقرون به صرفه باشند باید بتوانند در سرعت فراصوت برای مثال از فرودگاه های آمریکای شمالی تا اروپا پرواز کنند.

برخی بر این باورند که ساخت اکس 59 فاصله زیادی با روزهای باشکوه شکستن دیواره صوتی دارد. این نشان می دهد که هوانوردی فناوری بالغی است که دیگر ایده بزرگی در چنته ندارد. اما برخی با این عقیده مخالف اند.

کریستین گلزر مورخ ارشد مرکز تحقیقات پرواز آرمسترانگ در ناسا می گوید:" ادغام ایده ها یا فناوری های جدید بخشی از اهداف اکس -59 است."

داده ها هم اهمیت فراوانی دارند. گلزر می گوید:" مهندسینی که مشغول کار روی اکس 59 هستند به همان دلیلی در پی داده ها هستند که افراد مشغول روی اکس -1 در پی آن بودند. آنها در تلاش اند تا بدانند آیا می شود بدون ساخت هواپیما عملکرد آن را پیش بینی کرد."

او افزود: "هیچ کس تا به حال چنین چیزی نساخته."

قبل از هواپیما های سری اکس دانشمندانی که برای کمیته ملی مشاوره هوانوردی (NACA)- پیشرو ناسا - کار می کردند تحقیقات خود را در تونل های بادی و با هواپیما های تولیدی اصلاح شده انجام می دادند و این باعث شد تا آنها شهرتی جهانی در کیفیت کار برای خود دست و پا کنند.

اما در دهه 30 میلادی همه چیز تغییر کرد. متخصص آیرودینامیک جان استک طرح خود برای ساخت هواپیمایی تحقیقاتی در مقیاس کامل که قابلیت رسیدن به سرعت 1 ماخ (سرعت صوت) را داشت ترسیم کرد. ده سال بعد استک و گروه کوچکی از مهندسان برای تبدیل این ایده به طرحی برای هواپیما آزمایشی پرسرعت مشغول به کار شدند.

به لطف پخش شایعات مربوط به آزمایش جت و راکت ها در آلمان, آنچه ابتدا یک پروژه محرمانه بود اهمیت پیدا کرد. خبر این پروژه به گوش نیروی هوایی آمریکا رسید, و آنها خواستار یک تغییر بزرگ بودند, هواپیما باید مجهز به موتور راکت می شد.

هواپیماهای مجهز به موتور راکت شاید از دید ما احمقانه به نظر بی آیند, اما به لطف شتاب و سرعت بیشتری که از موتورهای جت هم اندازه خود ارائه می کرد, برای شکستن دیوار صوتی ایده آل بودند.

پروازهای مافوق صوت امروزی روی آنچه مهندسین اکس -1 راجع به پرواز مافوق صوت به ما آموختند استوار است, یعنی عملکرد مواد در سرعت بالا, موثرترین شکل های نیروی محرکه و داده هایی که راجع به تاثیر پرواز فراصوت روی فیزیولوژی انسان, در اختیار ما گذاشت.

کمب میگوید:" پرواز باثبات در سیستم مادون صوت از زمان برادران رایت به چشم می خورد. این دستاورد اکس -1 را به عنوان یکی از تاثیر گذارترین هواپیماهای ساخته شده از بقیه جدا می کند. این دستاورد بزرگی است که فشار بیشتری روی بقیه هواپیماهای خانواده اکس می گذارد."

عصر طلایی هواپیماهای اکس در اواخر دهه 50 میلادی با اولین پرواز اکس -15 آمریکای شمالی در سال 1959 به اوج خود رسید. گلزر می گوید:" اکس -15 پروژه بزرگی بود - بر همه چیز تسلط یافت - و کارهای خارق العاده ای انجام داد."

اکس -15 هواپیمای هایپرسونیک بود, که به سرعت 6.7 ماخ (8.160 کیلوتر بر ساعت) رسید, این هواپیما همچنان رکورد سریع ترین پرواز هایپرسونیک با خدمه را در اختیار دارد. بین سال های 1959 تا 1968 اکس -15 نشان داد می شود بدون کپسول و چتر نجات به فضا رفت و برگشت. این هواپیما 8 تا از 12 خلبانش را تا لبه فضا برد و برگرداند تا لقب بالهای فضانورد را برای خود به ارمغان بیاورد.

اما پشت این موفقیت های فضایی حقیقت دیگری پنهان بود, اکس -15 در اصل یک آزمایشگاه پرنده بود. چیزی حدود 765 مقاله تحقیقاتی منتشر شد که به مسائلی مثل بررسی عناصر مثل اثرات زیست پزشکی پرواز با دمای بالا و بی وزنی, پایداری و مشکلات کنترل در پرواز و ورود مجدد, عملکرد سازه هواپیما در دمای بسیار بالا و دقت تونل بادی می پرداخت.

امی شیرا تیتل نویسنده نویسنده کتاب رهایی از زنجیر جاذبه: داستان فضانوردی قبل از ناسا می گوید:" مقالات زیادی راجع به اکس - 15 منتشر شد, اما یکی از چیزهایی که زیاد به آن پرداخته نشد چیزی است که راجع به عنصر انسانی به ما آموخت. ما چیزهای زیادی راجع به نحوه تمرین خلبانانی که با هواپیماهای نامعمول پرواز می کنند آموختیم و فهمیدیم چطور به خلبانان بیاموزیم چطور با گذر از محدودیت ها کنار بیایند."

کمب, که آزمایشگاهش دارای یک تونل باد هایپرسونیک است, میگوید"بخش زیادی از این مقالات امروز هم معتبر هستند, مخصوصا وقتی بحث پرواز هایپرسونیک در میان است. قطعا از آن برنامه درس های زیادی آموختیم که هنوز راجع به آن صحبت می کنیم, مثل نحوه مانور دادن در سرعت هایپرسونیک."

برنامه اکس -15 در دسامبر 1968 و پس از 199 پرواز لغو شد. پس از آن نسل جدیدی از هواپیماهای اکس وارد عرصه شدند. هواپیماهای اکس جدید اغلب به جای اینکه مانند دیگر هواپیماهای راکتی برای سریع تر و بالاتر رفتن طراحی شوند, بدون خدمه و برای حل مشکلات فنی خاص و بی حاشیه طراحی می شدند.(این باعث شد کمتر توجه عموم را جلب کنند)

بعید به نظر می رسید بشود موفقیت هواپیماهای راکتی مثل اکس -1 و اکس -15 را تکرار کرد. تیتل می گوید:" شما خلبان هایی دارید که تا لبه فضا پرواز می کردند و پیش گامان این دوره جدید هستند. جذابیت خاصی در این مورد وجود داشت که بر وفق مراد مردم هم بود. این فقط مربوط به فناوری نبود. این آینده بود."

با این وجود هواپیماهای زیادی از خانواده اکس در 30 سال گذشته ساخته شدند و تعداد آنها همچنان رو به افزایش است.

لاکهید مارتین اکس -33 venture star نشانگر پروژه ناسا و لاکهید مارتین برای ساخت وارث شاتل فضایی بود. این پروژه در سال 2001 به دلیل خرابی مخزن سوخت هنگام آزمایش, بدون هیچ پرواز آزمایشی لغو شد, با اینکه ساخت آن 85 درصد کامل شده بود. بام روی پهپاد اسکرام جت اکس -43 که خطوط براق چشم نوازی داشت هم کارکرده.

در مارچ 2004, اکس -43 تبدیل به اولین وسیله مجهز به اسکرام جت شد که با نیروی خود پرواز کرده شد. اسکرام جت موتور جت تنفس هوایی است که احتراق در آن به کمک جریان هوای مافوق صوتی که در موتور در جریان است انجام می شود. هشت ماه بعد اکس -43 با دست یابی به سرعت 9.6 ماخ (10.196 کیلومتر بر ساعت) تبدیل به سریع ترین هواپیمای تنفس هوایی شد و این رکورد را به نام خود کرد.

حالا اکس -59 به جای سرعت بیشتر به دنبال کم صدا بودن است, اما این تازه شروع راه در دستیابی به غرش فراصوت بی صدا است. کمب می گوید:" اکس -59 به نوعی هم اندازه یک جت جنگنده است." اما سوال بعدی این, آیا می توانیم هواپیمایی بزرگتر در ابعاد بویینگ 737 بسازیم؟

منبع: بی‌بی‌سی

5858