نجوم وفضا

ناسا از برترین مهندسان هوافضای دنیا خواسته است که برای دشوارترین مساله هوانوردی تجاری جوابی پیدا کنند: اینکه چطور می‌توان پاک‌تر، بی‌صداتر و کم‌مصرف‌تر پرواز کرد. نمونه‌های اولیه‌ای که برای این منظور طراحی شده است، شاید استاندارد جدیدی را برای دو دهه بعدی هوانوردی بنا نهند. در این گزارش با سه طرح برتر آشنا می‌شویم.
 

جت Box Wing، لاکهید مارتین
زمان ارائه: 2025 / 1404
جت‌های مسافربری مقدار زیادی سوخت مصرف می‌کنند. یک فروند هواپیمای بوئینگ 747 به ازای هر مایل هوایی که طی می‌کند، 5 گالن سوخت مصرف می‌کند (10 لیتر در هر کیلومتر) که با توجه به افزایش سرسام‌آور قیمت سوخت، باعث افزایش قیمت بلیط می‌شود. مهندسان شرکت لاکهید مارتین مدل مفهومی Box Wing (بال جعبه‌ای) را ارائه کرده‌اند تا بدون کنار گذاشتن شکل پایه هواپیماهای امروزی، راه‌های جدیدی برای کاهش مصرف سوخت پیدا کنند. با اقتباس از مواد سبک سازنده جت‌های جنگنده اف-22 و اف-35، آنها یک پیکربندی بال حلقه‌ای طراحی کرده‌اند که می‌تواند نسبت نیروی بالابرنده به نیروی پسا (مقاوم) را به میزان 16 درصد افزایش دهد. به این ترتیب در عین حال که هواپیما هنوز برای فرودگاه‌های امروزی مناسب است، امکان پرواز طولانی‌تر را با مصرف کمتر سوخت فراهم می‌کند.
آنها همچنین به جای موتورهای توربوفن متداول، از موتورهای توربوفن فراکنارگذر (Ultrahigh-Bypass) استفاده کرده‌اند. همانند تمام موتورهای توربوفن، آنها نیروی پیشران را با کشیدن هوا به داخل موتور از طریق فن جلوی موتور، و سوزاندن مخلوطی از سوخت-هوا در هسته موتور تامین می‌کنند. با استفاده از پره‌هایی 40 درصد پهن‌تر از فن‌های امروزی، نسبت کنارگذاری موتورهای Box Wing چندین برابر موتورهای معمولی است. در سرعت‌های مادون‌صوت، این چیدمان باعث افزایش 22 درصدی راندمان می‌شود. اگر این مقدار را به کاهش مصرف سوخت ناشی از پیکربندی بال هواپیما اضافه کنید، راندمان این هواپیما 50 درصد بیشتر از هواپیماهای مسافربری امروزی است. نیروی برا (بالابر) اضافی بال همچنین به خلبانان اجازه می‌دهد که در عین استفاده از نیروی کمتر موتور، در فرودگاه‌های شلوغ با شیب بیشتری فرود بیایند. این تغییرات باعث می‌شود که میزان سر و صدا 35 دسی‌بل کاهش یابد و فاصله لازم برای فرود هواپیما روی باند فرود تا 50 درصد کاهش یابد.

ماشین سبز مافوق‌صوت، لاکهید مارتین
زمان ارائه: 2030 / 1409
نخستین دوره حمل و نقل تجاری مافوق صوت در تاریخ 26 نوامبر 2003 / 5 آذر 1382 به پایان رسید؛ زمانی‌که هواپیمای پر سر و صدا، پر مصرف و با آلودگی بالای کنکورد آخرین پرواز خود را انجام داد. اما رویای پرواز مافوق صوت کماکان باقی ماند تا اینکه در سال 2010 / 1389، مهندسان شرکت لاکهید مارتین هواپیمای Supersonic Green Machine را که 1.6 ماخ سرعت داشت طراحی کردند. موتورهای چرخه متغیر هواپیما با سوئیچ کردن موتورها به حالت توربوفن معمولی در حین برخاستن و فرود هواپیما، راندمان هواپیما را بهبود می‌بخشند. ساخت محفظه‌های احتراق درون موتور میزان آلودگی اکسیدهای نیتروژن را تا 75 درصد کاهش می‌داد. دم وی-شکل وارونه هواپیما و قرارگیری موتورها در زیر بال، غرش صوتی وحشتناک هواپیما را که باعث ممنوعیت پرواز کنکورد بر فراز خشکی شده بود تقریبا حذف کرد.
این پیکربندی هواپیما، امواج فشار هوا را (که در اثر برخورد هوا با هواپیمایی ایجاد می‌شود که با سرعت بیش از 1 ماخ پرواز می‌کند و با پیوستن به امواج ضربه‌ای (Shock Waves) باعث تولید غرش صوتی می‌شود)کاهش می‌دهد. پیتر کوئن، محقق ارشد پروژه‌های مافوق‌صوت ناسا می‌گوید: «ایده کلی طراحی کم غرش؛ کنترل قدرت، موقعیت و اندرکنش امواج ضربه‌ای است.» به جای ایجاد حلقه مداومی از غرش‌های بلند، این هواپیما یک غرش کمرنگ منتشر می‌کند که شدت آن از روی زمین، تنها به بلندی صدای یک جاروبرقی شنیده می‌شود.

جت SUGAR Volt، بوئینگ
زمان ارائه: 2035 / 1414
بهترین راه برای حفظ سوخت جت، خاموش کردن موتورها است. این عمل تنها با وجود یک منبع قدرت جایگزین امکان‌پذیر است؛ کاری که با استفاده از بسته‌های باتری و موتورهای الکتریکی در سیستم پیشرانش ترکیبی (هیبریدی) هواپیمای SUGAR Volt بوئینگ انجام می‌شود. این هواپیما که ابعادی به اندازه بوئینگ 737 دارد و برد پروازی آن نیز حدود 6500 کیلومتر است، انرژی مورد نیاز خود در حین برخاستن را از هر دو سوخت جت و باتری تامین می‌کند؛ اما زمانی‌که ارتفاع می‌گیرد خلبان می‌تواند وضعیت را به حالت تمام الکتریکی تغییر دهد. مهندسان بوئینگ همزمان با اندیشیدن به نیروی پیشرانش، به طراحی مجدد بال‌ها نیز فکر کرده‌اند. مارتی بردلی، محقق ارشد بوئینگ برای این پروژه می‌گوید: «با نازک‌تر کردن بال‌ها و افزایش فاصله دو سر بال‌ها، می‌توان نیروی برا بیشتر و نیروی پسا کمتری تولید کرد.» بال‌های بزرگ‌تر از اندازه این هواپیما این قابلیت را دارند که تا بخورند (جمع بشوند) تا خلبانان بتوانند از باندهای فرود استاندارد استفاده کنند. وجود بال‌هایی با نیروی برا بیشتر، به همراه سیستم پیشرانش هیبریدی و موتورهای کارآمد، باعث شده است تا راندمان SUGAR Volt به میزان 55 درصد بیشتر از هواپیماهای مسافربری معمولی باشد. این هواپیما 60 درصد کمتر دی‌اکسید کربن و 80 درصد کمتر اکسید نیتروژن تولید می‌کند. علاوه بر اینها، نیروی تقویتی بیشتری که سیستم هیبریدی در حین برخاستن هواپیما تامین می‌کند، خلبان را قادر می‌سازد تا از باند پروازی تنها به طول 1200 متر استفاده کند (اغلب هواپیماها به فضای کمتری برای فرود در مقایسه با برخاستن نیاز دارند). یک بوئینگ 737 برای برخاستن به باندی حداقل به طول 1500 متر نیاز دارد، در نتیجه SUGAR Volt می‌تواند در پروازهای داخل کشوری از فرودگاه‌های کوچکتری استفاده کند.