خیز اروپا برای ساخت هواپیمای هایپرسونیک

خبرآنلاین: این روزها تب‌وتاب زیادی برای رونمایی از نسل جدید هواپیماهای مافوق‌صوت و فراصوت حس می‌شود که مسافران را در پروازی سه‌ساعته از بروکسل به سیدنی می‌برند! البته باید این را بدانیم که حتی با فناوری کنونی، سال‌ها با زمانی که ما افراد عادی هم بتوانیم سفرهای هایپرسونیک انجام دهیم، فاصله داریم. اهداف اولیه چنین انقلاب پرآب‌وتابی در صنعت حمل‌ونقل، کاهش زمان سفر و صرفه‌جویی در مصرف سوخت است.

اما باید بدانیم که سفر سریع‌تر، ما را به فضا نیز نزدیک‌تر خواهد کرد. آژانس فضایی اروپا (ESA) این روزها در حال بررسی چالش‌ها و فرصت‌های موجود در صنایع هوا و فضاست تا برای ساخت فضاپیماهایی وارد عمل شود که با سرعت هایپرسونیک (بالاتر از ۵ برابر سرعت صوت) در جو زمین و فراتر از آن به پرواز دربیاید.

معنا و مفهوم هایپرسونیک

سرعت مافوق صوت، به سرعت‌های بین ۱ تا ۵ برابر سرعت صوت (۳۴۰ متر بر ثانیه) گفته می‌شود و سرعت هایپرسونیک (برخی آن را فراصوت نامیده‌اند) درواقع سرعتی بیش از ۵ برابر سرعت صوت است. دانشمندان واحد سرعت صوت را که ۳۴۰ متر بر ثانیه یا ۱۲۰۰ کیلومتر بر ساعت است، «یک ماخ» اندازه‌گیری می‌کنند که به‌افتخار ارنست ماخ، فیزیکدان اتریشی نام‌گذاری شده است.

باوجود آنکه تعریف فیزیکی مشخصی برای سرعت‌های هایپرسونیک وجود ندارد، اما هر وسیله‌ای که با سرعت ۵ ماخ یا بالاتر (حدود ۶۰۰۰ کیلومتر بر ساعت) حرکت کند، هایپرسونیک در نظر گرفته می‌شود.

تلاش‌های اروپا

اوایل بهار امسال بود که کارشناسان صنعت، محققان دانشگاهی و آژانس‌های بخش‌های هوانوردی و فضایی در کارگاهی دوروزه در آلمان گرد هم آمدند.

دیدیه اشمیت، رهبر گروه آماده‌سازی آینده ESA در این رابطه گفت: «هدف ما ارائه راه‌حل‌های مشخص نبود، بلکه ابتدا به دنبال شناسایی چالش‌ها و وابستگی‌های فنی بین حوزه‌ها بودیم؛ درواقع این نقطه شروعی برای بهره‌گیری آتی از وسایل نقلیه هایپرسونیک باقابلیت استفاده مجدد است.»

دور هم جمع شدن کارشناسان، درواقع نوعی شروع فنی برای تکنولوژی جهشی در راستای ساخت فضاپیما یا هوافضاپیمایی بود که فضانوردان را به مدار پایین زمین می‌برد. در جریان آن، حدود ۷۰ کارشناس سؤالات و چالش‌های کلیدی و راهکارهای موجود را بررسی و مطرح کردند.

دیدیه دراین‌باره ادامه داد: «برای اعمال تغییری تحول‌آفرین، عبارت "قابل‌استفاده مجدد"، عبارتی کلیدی خواهد بود. مفهوم وسایل نقلیه با قابلیت ‌استفاده مجدد و سرعت هایپرسونیک، شامل طراحی بدنه بالابر برای دسترسی خدمه اروپایی به فضا و فرود بر روی سکوی فرود یا فرار است.»

مباحث مهم و قابل‌توجه

شرکت‌کنندگان در این کارگاه، فهرستی از موضوعات مهم را برای تحقق رویای ساخت فضاپیمای خدمه برای مدار پایین زمین لیست کردند:

نیروی محرکه با تنفس طبیعی هوا به‌عنوان کلیدی برای رسیدن به سرعت‌های هایپرسونیک.

طراحی بدنه بال و شکل‌گیری ساختارها: هندسه‌های قابل تطبیق و ترکیب آن با موادی سبک‌وزن که قابلیت تحمل دماهای بالا را دارند تا بدین ترتیب کارایی آئرودینامیکی به حداکثر برسد.

مدیریت عایق و حرارت: سیستم‌های حفاظت حرارتی، مواد جدید و پیشران برودتی.

هدایت، ناوبری و کنترل (GNC): چالش‌های خاص مرتبط با پرواز با سرعت‌بالا، ازجمله دقت.

استفاده مجدد از مواد سبک‌وزن باقابلیت تحمل دمای بالا: ارزیابی قابلیت‌های پرواز برای دو فاکتور مجزا: ورود مجدد کنترل‌شده و پروازهای طولانی‌مدت.

ملاحظات ایمنی خدمه وسایل نقلیه: نیاز به تنظیم نقش‌ها و مسئولیت‌های انسانی که شامل تمایز بین مسافران، اعضای خدمه، اپراتورهای زمینی و ملاحظات محیطی است.

سیستم‌های بقای خدمه: ایمنی خدمه و سیستم‌های بقا به‌عنوان محرک‌های اصلی در طراحی وسیله نقلیه.

سیستم‌های ذخیره‌سازی و توزیع برودتی: فنّاوری ذخیره‌سازی سوخت برودتی و اکسیدکننده‌ها و مدیریت آن‌ها

آژانس فضایی اروپا و مفهوم مافوق صوت

این اولین بار نیست که آژانس فضایی اروپا، به بررسی مفاهیم هایپرسونیک می‌پردازد. در طول ۲۵ سال گذشته، این آژانس تلاش‌های متعددی را برای مطالعاتی درباره مواد هایپرسونیک، آیروترمودینامیک و مفاهیم پیشرانه انجام داده است.

یکی از این مطالعات HEXAFLY بوده که از دهه ۲۰۰۰ آغاز شده و طی آن اطلاعات گسترده‌ای در مورد قابلیت‌های هایپرسونیک گردآوری‌شده است.

پروژه Space Rider درواقع اولین سیستم حمل‌ونقل فضایی با قابلیت ‌استفاده مجدد اروپاست که به تحقیقات در مورد پرتابگرهایی با قابلیت ‌استفاده مجدد می‌پردازد.

آژانس فضایی اروپا به‌علاوه فناوری‌های ورود مجدد حیاتی را با موفقیت آزمایش کرده است و در سال ۱۹۹۸، Advanced Reentry Demonstrator (ARD) بازگشتی هدایت‌شده به زمین را انجام داد.

در سال ۲۰۱۵، فضاپیمای IXV به مدار ۲۵ هزار کیلومتری رسید و فرود و سقوط ایمن را در نقطه موردنظر در اقیانوس آرام انجام داد.

به گفته دیدیه، حالا زمان آن رسیده که اروپا به بلوغ برسد و این مفاهیم جدید را با فناوری‌های نوآورانه روی یک وسیله نقلیه پرسرعت آزمایش کند.