شبه‌جنگنده مرموز ناسا، دیوار صوتی را در سکوت می‌شکند

در گذشته هواپیما‌های شبه‌جنگنده فراصوت و مرموز اکس راه را برای برنامه فضایی ایالات متحده هموار کردند,، اما آن‌ها حالا ماموریت دیگری دارند، حذف صدا در سفر‌های فراصوتی.

در سال ۱۹۴۷، زمانی که دیوار صوتی در فرودگاه نظامی موروک در کالیفرنیا شکست، اولین نشانه‌ای که تماشاگران متوجه آن شدند، صدایی مثل رعد یا انفجار بمب بود. این نهمین پرواز هواپیمای آزمایشی بل اکس-۱ 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 شبه‌جنگنده افسانه‌ای سری اکس در اوایل دهه ۴۰ میلادی تولید شد و تا دهه ۶۰ میلادی یعنی زمانی که هواپیما‌های فراصوت به مرز فضا پرواز می‌کردند، به درخشش خود ادامه داد. پرواز هواپیما‌های پیشرفته‌ای مثل اکس-۱ و اکس-۱۵ راه را برای پیروزی برنامه آپولو و در نهایت قدم گذاشتن نیل آرمسترانگ روی کره ماه هموار کرد. سریع‌ترین هواپیمای سری اکس می‌تواند با ۶ برابر سرعت صوت پرواز کند.

حالا در سال ۲۰۲۳ جدیدترین هواپیمای سری اکس (اکس-۵۹ فناوری فراصوت بی صدا) می‌خواهد 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 ۱۹۷۳، دولت آمریکا پرواز‌های 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 سال‌ها تحقیق در مورد ساخت هواپیمای فراصوت بی صدا به نتیجه برسد این می‌تواند تغییر کند. ناسا و لاکهید مارتین در حال ساخت چنین هواپیمایی هستند. جدا از پیشرفت‌های حاصل در زمینه مدل سازی کامپیوتری و فناوری تونل باد، ساخت هواپیمای فراصوت بی صدا بدون دلایل محکم که این فناوری کار می‌کند هم چنان ریسک بزرگی است.

کریستوفر کومب از دانشگاه تگزاس در سن آنتونیو میگوید:” به نظرم اکس-۵۹ هواپیمایی قابل توجه خواهد بود. شما برای اولین بار در حال اثبات این هستید که می‌توانید با یک هواپیما در دنیای واقعی دیوار صوتی را بی صدا بشکنید، و این می‌تواند راه را برای شرکت‌های تجاری باز کند تا آن‌ها هم از این نوع هواپیما‌ها بسازند. ”

اکس-۱ 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 بال‌های خمیده مثل کاهش کشش، بی اطلاع بودند) و مجهز به موتور راکتی بود.

شبه‌جنگنده‌ای مثل اکس-۵۹ پاسخی شکیل (و ارزان قیمت) به مشکلی چالش برانگیز است. این هواپیما از قطعات سایر هواپیما‌ها استفاده می‌کند، مثل دنده فرود جنگنده اف-۱۶، سایبان و صندلی پرتاب هواپیمای آموزشی و مافوق صوت قدیمی تی-۳۸، و برخی اجزای سیستم موتور هواپیما یو-۲ که برای جاسوسی استفاده می‌شد.

همه چیز در اکس-۵۹ طوری طراحی شده تا بتواند دیوار صوتی را در سرعت ۱.۴ماخ (۱.۴۸۷ کیلومتر) در ارتفاع ۵۵ هزار پایی (۱۶.۸۰۰) بی‌صدا بکشند، که دقیقا ارتفاعی است که یک هواپیمای تجاری در آن پرواز می‌کند. این هواپیما این کار را با کاهش امواج منتشر شده از هواپیما و پخش آن‌ها به طور گسترده در بدنه هواپیما انجام می‌دهد و از تبدیل این امواج به غرشی کر کننده جلوگیری می‌کند.

دماغه دراز هواپیما (که ۱۲ متر است و یک سوم طول هواپیما را تشکیل می‌دهد) برای این طراحی شده تا امواج منتشر شده از دماغه و بال‌ها 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 نمی‌شود و خلبان کنترل آن را برعهده دارد تا اعتماد مردمی که هواپیما بالای سرشان پرواز می‌کند را جلب کند.

به لطف سایبان امانتی و دماغه دراز اکس-۵۹ خلبان هیچ دید مستقیمی ندارد. در عوض این هواپیما دارای سیستم دید خارجی دیجیتال است (XVS) است. این فناوری به کمک دوربین‌های با کیفیتی که روی دماغه و زیر آن تعبیه شده اند دید خلبان را فراهم می‌کند، درست مثل پنجره.

کاترین بام مدیر پروژه اثبات کنندگان پرواز کم غرش (LBFD) می‌گوید:” ما همیشه به شوخی می‌گفتیم اکس-۱ 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 می‌شود. ”

بام می‌گوید:”اگر واکنش‌های دریافت شده از مردمی که این هواپیما بر فراز آن‌ها پرواز می‌کند این را تایید کند، می‌توانیم از آن‌ها (اداره هوانوردی فدرال آمریکا) بخواهیم قوانین خود را تغییر دهند. اگر این اتفاق رخ دهد، اکس ۵۹ می‌تواند بازار‌های جدیدی ایجاد کند. ”

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

برخی بر این باورند که ساخت اکس ۵۹ فاصله زیادی با روز‌های باشکوه شکستن دیواره صوتی دارد. این نشان می‌دهد 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 می‌گوید:” ادغام ایده‌ها یا فناوری‌های جدید بخشی از اهداف اکس-۵۹ است. ”

داده‌ها هم اهمیت فراوانی دارند. گلزر می‌گوید:” مهندسینی که مشغول کار روی اکس ۵۹ هستند به همان دلیلی در پی داده‌ها هستند که افراد مشغول روی اکس-۱ در پی آن بودند. آن‌ها در تلاش اند تا بدانند آیا می‌شود بدون ساخت هواپیما عملکرد آن را پیش بینی کرد. ”

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

 

کمیته‌ای برای ساخت شبه‌ جنگنده ها

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

اما در دهه ۳۰ میلادی همه چیز تغییر کرد. متخصص آیرودینامیک جان استک طرح خود برای ساخت هواپیمایی تحقیقاتی در مقیاس کامل که قابلیت رسیدن به سرعت ۱ 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 راکت‌ها 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 می‌شد.

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 می‌کرد، برای شکستن دیوار صوتی ایده آل بودند.

پرواز‌های مافوق صوت امروزی روی آنچه مهندسین اکس-۱ راجع به پرواز مافوق صوت به ما آموختند استوار است، یعنی عملکرد مواد در سرعت بالا، موثرترین شکل‌های نیروی محرکه و داده‌هایی 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 می‌خورد. این دستاورد اکس-۱ را به عنوان یکی از تاثیر گذارترین هواپیما‌های ساخته شده از بقیه جدا می‌کند. این دستاورد بزرگی است که فشار بیشتری روی بقیه هواپیما‌های خانواده اکس می‌گذارد. ”

 

عصر طلایی هواپیما‌های اکس در اواخر دهه ۵۰ میلادی با اولین پرواز اکس-۱۵ آمریکای شمالی در سال ۱۹۵۹ به اوج خود رسید. گلزر می‌گوید:” اکس-۱۵ پروژه بزرگی بود- بر همه چیز تسلط یافت- و کار‌های خارق العاده‌ای انجام داد. ”

اکس-۱۵ هواپیمای هایپرسونیک بود، که به سرعت ۶.۷ ماخ (۸.۱۶۰ کیلوتر بر ساعت) رسید، این هواپیما همچنان رکورد سریع‌ترین پرواز هایپرسونیک با خدمه را در اختیار دارد. بین سال‌های ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۸ اکس-۱۵ نشان داد می‌شود بدون کپسول و چتر نجات به فضا رفت و برگشت. این هواپیما ۸ تا از ۱۲ خلبانش را تا لبه فضا برد و برگرداند تا لقب بال‌های فضانورد را برای خود به ارمغان بیاورد.

اما پشت این موفقیت‌های فضایی حقیقت دیگری پنهان بود، اکس-۱۵ در اصل یک آزمایشگاه پرنده بود. چیزی حدود ۷۶۵ 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 می‌پرداخت.

امی شیرا تیتل نویسنده نویسنده کتاب رهایی از زنجیر جاذبه: داستان فضانوردی قبل از ناسا می‌گوید:” مقالات زیادی راجع به اکس- ۱۵ 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 می‌کنند آموختیم و فهمیدیم چطور به خلبانان بیاموزیم چطور با گذر از محدودیت‌ها 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 درس‌های زیادی آموختیم که هنوز راجع به آن صحبت می‌کنیم، مثل نحوه مانور دادن در سرعت هایپرسونیک. ”

برنامه اکس-۱۵ در دسامبر ۱۹۶۸ و پس از ۱۹۹ 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 سریع‌تر و بالاتر رفتن طراحی شوند، بدون خدمه و برای حل مشکلات فنی خاص و بی حاشیه طراحی می‌شدند. (این باعث شد کمتر توجه عموم را جلب کنند)

 

 

بعید به نظر می‌رسید بشود موفقیت هواپیما‌های راکتی مثل اکس-۱ و اکس-۱۵ را تکرار کرد. تیتل می‌گوید:” شما خلبان‌هایی دارید که تا لبه فضا پرواز می‌کردند 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 ۳۰ سال گذشته ساخته شدند و تعداد آن‌ها همچنان رو به افزایش است.

لاکهید مارتین اکس-۳۳ venture star نشانگر پروژه ناسا و لاکهید مارتین برای ساخت وارث شاتل فضایی بود. این پروژه در سال ۲۰۰۱ به دلیل خرابی مخزن سوخت هنگام آزمایش، بدون هیچ پرواز آزمایشی لغو شد، با اینکه ساخت آن ۸۵ درصد کامل شده بود. بام روی پهپاد اسکرام جت اکس-۴۳ که خطوط براق چشم نوازی داشت هم کارکرده

در مارچ ۲۰۰۴، اکس-۴۳ 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 می‌شود. هشت ماه بعد اکس-۴۳ با دست یابی به سرعت ۹.۶ ماخ (۱۰.۱۹۶ کیلومتر بر ساعت) تبدیل به سریع‌ترین هواپیمای تنفس هوایی شد و این رکورد را به نام خود کرد.

حالا اکس-۵۹ به جای سرعت بیشتر به دنبال کم صدا بودن است,، اما این تازه شروع راه در دستیابی به غرش فراصوت بی صدا است. کمب می‌گوید:” اکس-۵۹ به نوعی هم اندازه یک جت جنگنده است. “، اما سوال بعدی این، آیا می‌توانیم هواپیمایی بزرگتر در ابعاد بویینگ ۷۳۷ بسازیم؟