احتمالا صدای انفجار صوتی یا «سونیک بوم» را شنیده‌اید یا در موردش خوانده‌اید. آن صدای بلند و ناگهانی که شبیه انفجار است و می‌تواند حتی شیشه‌ها را بلرزاند، وقتی ایجاد می‌شود که یک هواپیما سریع‌تر از سرعت صوت حرکت کند. همین صدا یکی از دلایل اصلی بود که هواپیماهای مسافربری مافوق صوت مثل کنکورد دیگر پرواز نمی‌کنند. کنکورد موقع پرواز روی خشکی یا نزدیک سواحل مجبور بود سرعتش را به زیر سرعت صوت کاهش دهد و قوانین بین‌المللی هنوز هم پروازهای تجاری مافوق صوت را روی مناطق مسکونی ممنوع کرده‌اند.
حالا ناسا و شرکت لاکهید مارتین دست به کار شده‌اند تا این قاعده را تغییر دهند. آنها با هواپیمایی آزمایشی به نام لاکهید مارتین ایکس-۵۹ کواست (Quesst) قصد دارند آن غرش بلند را به یک «ضربه یا تاپ» ملایم تبدیل کنند. این هواپیما که گاهی به آن «QueSST» هم گفته می‌شود، محصول بخش معروف «اسکانک ورکس» (Skunk Works) در لاکهید مارتین است و برای پروژه «نمایشگر پرواز با بوم صوتی کم» ناسا ساخته شده. هدف نهایی این نیست که صدا کاملا حذف شود، بلکه این است که به قدری آرام شود که دیگر آزاردهنده نباشد و راه را برای نسل جدیدی از هواپیماهای مافوق صوت تجاری باز کند.
اصل ماجرا چیست؟ مأموریت کواست
ایکس-۵۹ بخش اصلی ماموریتی به نام کواست (Quesst) است که مخفف عبارت «فناوری مافوق صوت آرام» (Quiet SuperSonic Technology) است. هدف این ماموریت جمع‌آوری داده‌هایی است که به قانون‌گذاران کمک کند تا در مورد قوانینی که پرواز تجاری مافوق صوت بر فراز خشکی را ممنوع می‌کند، تجدید نظر کنند. برای ۵۰ سال، آمریکا و کشورهای دیگر این نوع پروازها را به خاطر صدای بلند و غافلگیرکننده سونیک بوم ممنوع کرده‌اند.
ایده این است که ایکس-۵۹ بر فراز چند شهر منتخب در آمریکا پرواز کند و واکنش مردم به صدای تولیدی آن ثبت شود. این داده‌ها سپس به «اداره هوانوردی فدرال» (FAA) و نهادهای قانون‌گذار بین‌المللی مثل «ایکائو» (ICAO) ارائه خواهد شد. اگر ثابت شود که صدای این هواپیما برای مردم قابل قبول است، ممکن است قوانین تغییر کنند. این تغییر می‌تواند یک بازار جهانی کاملا جدید برای تولیدکنندگان هواپیما باز کند و به مسافran اجازه دهد هر جای دنیا را در نصف زمان فعلی طی کنند.
پم ملروی، معاون مدیر ناسا، در مراسم رونمایی این هواپیما گفت: «ایکس-۵۹ ناسا به تغییر روش سفر ما کمک خواهد کرد و ما را در زمان بسیار کمتری به یکدیگر نزدیک‌تر می‌کند».
نگاهی به طراحی و مشخصات فنی
ایکس-۵۹ یک هواپیمای آزمایشی منحصر به فرد است، نه یک نمونه اولیه. یعنی فناوری‌های آن برای اطلاع‌رسانی به نسل‌های آینده هواپیماهای مافوق صوت آرام طراحی شده‌اند. چیزی که ایکس-۵۹ را خاص می‌کند، طراحی بدنه‌اش است که با هدف کاهش صدای سونیک بوم مهندسی شده.
مشخصات کلی ایکس-۵۹:
| ویژگی | مقدار |
|---|---|
| طول | ۹۹.۷ فوت (۳۰.۴ متر) |
| عرض بال | ۲۹.۵ فوت (۹.۰ متر) |
| حداکثر وزن برخاست | ۳۲,۳۰۰ پوند (۱۴,۷۰۰ کیلوگرم) |
| موتور | یک دستگاه جنرال الکتریک F414-GE-100 |
| نیروی رانش | ۲۲,۰۰۰ پوند-نیرو (۹۸ کیلونیوتن) با پس‌سوز |
| سرعت کروز | ۱.۴۲ ماخ (۱,۵۱۰ کیلومتر بر ساعت) |
| حداکثر سرعت | ۱.۵ ماخ (۱,۵۹۰ کیلومتر بر ساعت) |
| ارتفاع پروازی | ۵۵,۰۰۰ فوت (۱۶,۸۰۰ متر) |
ویژگی‌های کلیدی برای پرواز آرام:
- دماغه بسیار بلند و باریک: این دماغه تقریبا یک سوم طول هواپیما را تشکیل می‌دهد و نقش اصلی را در شکستن امواج شوک دارد. در هواپیماهای ماف-وق صوت معمولی، این امواج در دماغه و دم هواپیما با هم ترکیب شده و یک موج شوک بسیار فشرده ایجاد می‌کنند که ما آن را به صورت یک صدای انفجار بلند می‌شنویم. اما طراحی ایکس-۵۹ این امواج را از هم جدا نگه می‌دارد.
- بدنه صاف در زیر: موتور هواپیما در بالای بدنه نصب شده است، نه در زیر آن. این کار باعث می‌شود سطح زیرین هواپیما کاملا صاف باشد و از ترکیب شدن امواج شوک در زیر هواپیما و رسیدنشان به زمین جلوگیری کند.
- سطوح آیرودینامیکی استراتژیک: بالچه‌ها (کاناردها) و سایر سطوح به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به پخش شدن امواج شوک کمک کنند.
در نتیجه این طراحی، انتظار می‌رود صدای ایکس-۵۹ روی زمین حدود ۷۵ دسی‌بل در مقیاس EPNdB باشد. برای مقایسه، این صدا شبیه بسته شدن در یک خودرو است، در حالی که صدای کنکورد بین ۱۰۵ تا ۱۱۰ دسی‌بل بود. به گفته ناسا، ممکن است مردم روی زمین این صدا را مثل «رعد و برقی در دوردست» بشنوند یا حتی اصلا متوجه آن نشوند.
کابین خلبان و سیستم دید خارجی (EVS):
به خاطر دماغه بسیار بلند، خلبان هیچ دید مستقیمی به جلو ندارد. برای حل این مشکل، تیم کواست سیستمی به نام «سیستم دید خارجی» (eXternal Vision System یا XVS) را توسعه داده است. این سیستم از یک دوربین 4K در جلوی هواپیما تشکیل شده که زاویه دید ۳۳ در ۱۹ درجه را پوشش می‌دهد و تصویر را به یک مانیتور 4K در کابین خلبان ارسال می‌کند. شرکت «کالینز ایرواسپیس» (Collins Aerospace)، زیرمجموعه شرکت «آر‌تی‌ایکس» (RTX Corporation)، وظیفه تامین سیستم‌های اویونیک کابین خلبان (Pro Line Fusion) و سیستم تصویربرداری چندطیفی EVS-3600 را بر عهده داشته که از سنسورهای فروسرخ موج-بلند برای فرود استفاده می‌کند.
جالب است بدانید که برخی از قطعات این هواپیما از هواپیماهای دیگر گرفته شده‌اند. برای مثال، کابین خلبان، صندلی پرتاب شونده و کانوپی (شیشه کابین) از یک هواپیمای آموزشی «نورثروپ تی-۳۸» و ارابه فرود از یک جنگنده «اف-۱۶» گرفته شده است.
از ایده تا واقعیت: گاه‌شمار پروژه
مسیر ساخت ایکس-۵۹ یک مسیر طولانی و پر از مراحل آزمایشی بوده است:
- فوریه ۲۰۱۶: لاکهید مارتین قراردادی برای طراحی اولیه دریافت کرد و هدف‌گذاری برای پرواز در دهه ۲۰۲۰ انجام شد.
- فوریه-آوریل ۲۰۱۷: یک مدل با مقیاس ۹ درصد در تونل باد با سرعت‌های ۰.۳ تا ۱.۶ ماخ آزمایش شد.
- آوریل ۲۰۱۸: ناسا قراردادی به ارزش ۲۴۷.۵ میلیون دلار به لاکهید مارتین برای طراحی، ساخت و تحویل این هواپیمای ایکس تا اواخر سال ۲۰۲۱ اعطا کرد.
- ژوئن ۲۰۱۸: نیروی هوایی آمریکا به طور رسمی نام «ایکس-۵۹ کواست» را به این هواپیما اختصاص داد.
- اکتبر ۲۰۱۸: یک مدل با مقیاس ۸ درصد در تونل باد «مرکز تحقیقاتی لنگلی» ناسا برای بررسی پایداری و کنترل در زوایای حمله بالا (تا ۸۸ درجه) آزمایش شد.
- نوامبر ۲۰۱۸: ناسا آزمایش‌هایی را در «گالوستون، تگزاس» برای جمع‌آوری بازخورد عمومی آغاز کرد. در این آزمایش‌ها، یک جنگنده F/A-18 Hornet با شیرجه رفتن و شکستن دیوار صوتی، صدایی شبیه به «تاپ» مورد نظر ایکس-۵۹ ایجاد می‌کرد. ۴۰۰ نفر از ساکنان برای نظارت بر این صداها هفته‌ای ۲۵ دلار دریافت می‌کردند. همزمان، لاکهید مارتین ماشین‌کاری اولین قطعه هواپیما را در «پامدیل، کالیفرنیا» شروع کرد.
- ژوئن ۲۰۱۹: مونتاژ هواپیما رسما آغاز شد.
- سپتامبر ۲۰۱۹: بازبینی طراحی حیاتی (Critical Design Review) با موفقیت انجام شد.
- دسامبر ۲۰۲۰: اعلام شد که ساخت هواپیما به نیمه راه رسیده و اولین پرواز برای سال ۲۰۲۲ برنامه‌ریزی شده است.
- نوامبر ۲۰۲۲: موتور «جنرال الکتریک F414-GE-100» روی هواپیما نصب شد. این موتور ۴ متر طول دارد و ۹۸ کیلونیوتن نیرو تولید می‌کند.
- آگوست ۲۰۲۳: ویدیویی از خروج ایکس-۵۹ مونتاژ شده از آشیانه منتشر شد.
- ۱۲ ژانویه ۲۰۲۴: هواپیمای ایکس-۵۹ در یک مراسم رسمی در کارخانه اسکانک ورکس رونمایی شد.
- نوامبر ۲۰۲۴: موتور ایکس-۵۹ برای اولین بار روشن و آزمایش شد.
در حال حاضر، برنامه‌ریزی‌ها برای انجام اولین پرواز در سال ۲۰۲۵ است.
علم پشت این «سکوت» چیست؟
برای درک اینکه ایکس-۵۹ چگونه صدای سونیک بوم را کاهش می‌دهد، ابتدا باید بدانیم سونیک بوم چگونه ایجاد می‌شود. وقتی هواپیما با سرعت مافوق صوت حرکت می‌کند، امواج فشاری که از نقاط مختلف بدنه (مثل دماغه، بال‌ها و دم) ایجاد می‌شوند، نمی‌توانند از هواپیما جلو بزنند و در نتیجه با هم ترکیب شده و دو موج شوک بسیار قوی در جلو و عقب هواپیما ایجاد می‌کنند. این پدیده که به «موج-اِن» (N-wave) معروف است، باعث ایجاد دو صدای انفجار مانند بلند می‌شود.
کاری که مهندسان در ایکس-۵۹ انجام داده‌اند، تغییر شکل هواپیما برای جلوگیری از ترکیب شدن این امواج شوک است. همانطور که گفته شد، دماغه بلند و تیز و طراحی کلی بدنه باعث می‌شود امواج شوک به صورت جداگانه و با قدرت بسیار کمتر به زمین برسند. در نتیجه، به جای دو انفجار بلند، یک سری «تاپ»های ضعیف و پراکنده شنیده می‌شود.
برای طراحی دقیق این شکل، مهندسان ناسا به طور گسترده از «دینامیک سیالات محاسباتی» (CFD) استفاده کردند. این مدل‌سازی‌های کامپیوتری به آنها نشان می‌داد که مولکول‌های هوا چگونه توسط هواپیما کنار زده می‌شوند و در کجا نویز تولید می‌شود.
برای تایید این مدل‌ها، ناسا از تکنیک عکاسی شلیرن (Schlieren photography) هم استفاده کرده است. این تکنیک به محققان اجازه می‌دهد تا امواج شوک نامرئی را ببینند و الگوهای آنها را تایید کنند. در برخی از این آزمایش‌ها، یک هواپیمای دیگر مثل F-15 در حال پرواز از خورشید به عنوان پس‌زمینه برای ثبت تصاویر واضح از امواج شوک ایکس-۵۹ استفاده می‌کند.
همچنین، پدیده‌ای به نام «الماس‌های شوک» یا «الماس‌های ماخ» که در خروجی موتورهای مافوق صوت دیده می‌شود، به دلیل تغییرات فشار در گازهای خروجی ایجاد می‌شود. هر اگزوز مافوق صوتی که فشارش با فشار هوای محیط متفاوت باشد، می‌تواند این الگوهای الماسی شکل زیبا را ایجاد کند.
قدم‌های بعدی چیست؟
با کامل شدن رونمایی و آزمایش‌های زمینی، تیم کواست برای اولین پرواز آماده می‌شود. مراحل بعدی به این صورت خواهد بود:
- آزمایش‌های یکپارچه: تست‌های نهایی سیستم‌ها، روشن کردن موتور و آزمایش‌های تاکسی (حرکت روی باند) برای اطمینان از آمادگی کامل هواپیما انجام می‌شود.
- اولین پرواز: اولین پرواز ایکس-۵۹ برای سال ۲۰۲۵ برنامه‌ریزی شده است. پس از چند پرواز آزمایشی در مقر اسکانک ورکس، هواپیما به «مرکز تحقیقات پروازی آرمسترانگ» ناسا در «ادواردز، کالیفرنیا» منتقل می‌شود که پایگاه اصلی عملیات آن خواهد بود.
- تایید آکوستیک: پس از پروازهای اولیه، آزمایش‌های تایید صوتی انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که الگوی امواج شوک مطابق با پیش‌بینی‌ها است.
- پرواز بر فراز جوامع: این مرحله حیاتی‌ترین بخش ماموریت است. ناسا هواپیما را بر فراز چند شهر منتخب در آمریکا به پرواز درمی‌آورد تا بازخورد ساکنان را در مورد صدایی که می‌شنوند جمع‌آوری کند.
- ارائه داده‌ها به قانون‌گذاران: در نهایت، تمام داده‌های جمع‌آوری شده تا سال ۲۰۲۷ به FAA و ایکائو تحویل داده می‌شود تا در نشست کمیته حفاظت از محیط زیست هوانوردی (CAEP13) بررسی شود. انتظار می‌رود تصمیمی برای بازنگری در قوانین مربوط به پرواز مافوق صوت تجاری بر فراز خشکی در سال ۲۰۲۸ گرفته شود.
منابع
- Lockheed Martin X-59 Quesst – Wikipedia
- https://www.nasa.gov/mission/quesst/
- X-59 | Lockheed Martin
- NASA’s X-59 Quiet Supersonic Aircraft Begins Taxi Tests – YouTube
- NASA, Lockheed Martin Reveal X-59 Quiet Supersonic Aircraft – NASA
- Was NASA part of the engineering of X-59, or did NASA commission Lockheed Martin to create the plane? And is the main goal of the X-59 solely related to researching and addressing sonic boom in supersonic flight or is there additional plans for the aircraft? : r/nasa
- NASA’s X-59 ‘quiet’ supersonic jet aces key ‘cruise control’ test ahead of 1st flight | Space
- How does the X-59 reduce the loudness of a sonic boom? : r/nasa
- Full Throttle, Mach Diamonds: NASA’s X-59 Turns Up Power, Soars Through Engine Tests
- X-59: NASA’s ‘quiet’ supersonic plane revealed | CNN
دیدگاهتان را بنویسید