رقابت فراصوت ها در پهنه آسمان

آشنایی با عملکرد و تکنولوژی هواپیماهای موشکی

همواره این پرسش مطرح بوده که آیا یک فضاپیمای تجاری روزی خواهد توانست خودش از زمین برخیزد تا خارج از جو به پرواز درآید و دوباره در باند فرود بنشیند. این همان هدف کمپانی «Xcor Aero Space» است که با پروژه تولید هواپیماهای موشکی آغاز شده است.

Rocket -Ez اولین هواپیمای موشکی شخصی است که از آن برای آزمایش فناوری های جدید استفاده می شود. این هواپیما توسط شرکت Xcor طراحی شده و در اصل نمونه تغییر یافته هواپیمای Long - Ez است که توسط کارخانه هواپیمایی «برت روتان» ساخته شده بود. Long- Ez یک هواپیمای ویژه با بال ثابت است. یعنی بال های کوچک آن به جای اینکه در پشت بال های بزرگ اصلی قرار داشته باشند، در جلوی بال اصلی قرار گرفته اند. این خصوصیت ویژه هواپیماهای موشکی است، ضمن اینکه این هواپیماها به جای موتور پروانه یی، به دو موتور موشک با سوخت مایع مجهز است و یک مخزن سوخت اضافی در زیر هواپیما و دو مخزن آلومینیومی برای نگهداری اکسیژن مایع در عقب هواپیما دارد.

هر موتور موشک Rocket -Ez می تواند ۵۰۰ پوند نیرو تولید کند و به نیرویی به بزرگی نیروی تولیدی موتورهای شاتل فضایی احتیاج ندارد زیرا به اندازه شاتل، محموله و بار حمل نمی کند. هواپیماهای موشکی هم مانند شاتل فضایی، سوخت مایع را به صورت کاملاً سرد به اطراف اتاقک های احتراق پمپ می کنند تا گرمای بیش از حد آنها را گرفته و از ذوب شدن شان جلوگیری کنند. انتخاب اکسیژن مایع و الکل به عنوان سوخت هواپیماهای موشکی چندین مزیت دارد. این سوخت دارای ایمپالس ویژه ۲۵۰ تا ۲۷۰ ثانیه است. (ایمپالس ویژه مجموع واحدهای نیرو برای هر واحد سوخت مصرفی است.) در صورتی که سوخت ترکیبی هیدروژن و اکسیژن مایع شاتل، دارای ایمپالس ویژه ۴۵۲ ثانیه است. هر چه زمان ایمپالس طولاتی تر باشد، سوخت کارآمدتری خواهیم داشت و موشک سریع تر به حرکت در می آید. به علاوه این نوع موتور (موتورهای موشکی) آنچنان نیازمند خنک سازی زیاد برای دو مخزن اکسیژن و سوخت نیست و این امر باعث شده نگهداری و سوخت رسانی Rocket -Ez سریع تر و کارآمدتر باشد.

● عملکرد هواپیماهای موشکی

وقتی خلبان، پرواز با هواپیماهای موشکی را آغاز می کند، الکل تحت فشار از مخزن سوخت به موتور موشک فرستاده می شود. یک پمپ پیستونی هم اکسیژن مایع را به داخل موتور پمپ می کند. برای این کار شرکت Xcor در حال ساخت یک پمپ منحصر به فرد است، چرا که توربوپمپ های استفاده شده در دیگر موتورهای موشک، برای Rocket -Ez بسیار بزرگ است. پس از آن احتراق انجام می شود و گازهای داغ از دریچه موشک در عقب هواپیما به بیرون فرستاده می شوند و نیرو تولید می کنند. تقریباً ۲۰ ثانیه زمان نیاز است تا این هواپیمای موشکی در هنگام کار کردن هر دو موتور که موجب تولید ۸۰۰ پوند نیرو می شود، پس از طی ۵۰۰ متر از باند فرودگاه عمل تیک آف (برخاستن) را انجام دهد. تیک آف، پرواز و فرود Rocket -Ez همانند هواپیماهای معمولی است ولی چند ویژگی منحصر به فرد هم دارد،

موتور موشکی پس از حدود دو دقیقه، سرعت هواپیما را به ۵/۰ ماخ (نصف سرعت صوت) می رساند. این در حالی است که هواپیماهای معمولی که از اندازه و نوع مشابه آن است (مثل Long - Ez) هرگز به چنین سرعتی نمی رسند و فقط هواپیماهای جت چنین سرعتی دارند.

Rocket -Ez تا به حال ۱۵ پرواز آزمایشی مختلف را با موفقیت پشت سر گذاشته است. این هواپیما همچنین توانایی های خود را در نمایش های هوایی مختلف از جمله مسابقات موشک رالی (Leadingedge) در سال ۲۰۰۶ در نیومکزیکو اثبات کرده است. زمانی که هواپیمای موشکی ساخته و شناخته شد، کسی به فکر استفاده شخصی از آن نبود، بلکه تنها یک نمونه برای آزمایش فناوری های جدید به حساب می آمد.

هواپیمای موشکی یک حسگر آتش فرابنفش در درون موتور دارد که خلبان را از وجود هرگونه آتش سوزی در موتور آگاه می کند. همچنین دو مخزن بزرگ محتوی هلیم فشرده به عنوان آتش خاموش کن در آن وجود دارد. جالب اینکه هر کدام از موتورهای Rocket -Ez، سیستم کنترل مخصوص به خود را دارند و می توان هر کدام از آنها را جداگانه خاموش یا روشن کرد. هواپیمای موشکی حتی توسط یک موتور هم می تواند پرواز کند. همچنین هر کدام از موتورها دارای حسگری است که خلبان را از تمام شدن سوخت موتور آگاه می کند. خلبان در صورت نیاز می تواند فشار هوای هر دو مخزن را تنظیم مجدد کند یا حتی سوخت آنها را از مخزن هایشان خارج کرده و به جو بریزد. خلبان می تواند در صورت بروز آتش سوزی در یکی از موتورها، از ورود سوخت به هر یک از آنها جلوگیری کند. ضمن اینکه هواپیمای موشکی دارای سیستمی است که در مواقع اضطراری می تواند خلبان را از هواپیما خارج کند. تمامی این خصوصیت های امنیتی در هواپیما با موفقیت آزمایش شده اند.

● مسابقات موشک ها و Xerus

Rocket -Ez آخرین پروازهای خود را برای آزمایش تکنولوژی های جدید هواپیماهای موشکی انجام داده و اکنون کمپانی Xcor، فعالیت خود را روی دو پروژه دیگر آغاز کرده است؛ ایجاد و توسعه مسابقات موشک ها و یک فضاپیما به نام Xerus. پروفسور «پیتردایا ماندیس» بنیانگذار موسسه X-Prize به همراه «گرنجر واتیلو» لیگ مسابقات موشک (RRL) را تاسیس کرده اند. این دو برای لیگ موشک خود، همانند مسابقه های اتومبیلرانی پوشش گسترده تلویزیونی و شمار بالای تماشاگران را متصور هستند. شرکت کنندگان در مسابقه که خلبانان هواپیماهای موشکی هستند، در مسیری دو مایلی (۵/۳ کیلومتری) و ارتفاع ۵ هزار پا از سطح زمین، به رقابت با یکدیگر خواهند پرداخت. تماشاگران، هواپیماها را در حال پرواز در نمایشگرهایی در مسیرهای مجازی که توسط شرکت «Sport Vision» ساخته شده اند، مشاهده خواهند کرد. لیگ مسابقات موشکی موجب توسعه فناوری های جدید شرکت های خصوصی خواهد شد و نسل جدیدی از متخصصان موشک را به وجود خواهد آورد. جایزه این مسابقات هم شامل یک گذرنامه VIP یک ساله برای تمام لیگ های مسابقات موشک خواهد بود.

● تولید فضاپیماها

پروژه بعدی شرکت Xcor ساخت یک هواپیمای فضایی زیرمداری (یعنی می تواند در فضای پایینی مدار زمین به پرواز درآید) به نام Xerus است. امروزه افراد زیادی در جهان خواستار این هستند تا در ازای پرداخت مبلغ نسبتاً بالایی به فضای خارج از جو رفته و بی وزنی را تجربه کنند. ولی نمی توانند برای این سفر ۲۰ میلیون دلار هزینه کنند. با یک پرواز Xerus تا نزدیکی های مدار زمین در ارتفاع صد کیلومتری می توان سه دقیقه بی وزنی را تجربه کرد. استفاده از Xerus که هم ارزان قیمت و هم قابل استفاده مجدد است، سود کلانی را در صنعت توریسم فضایی نصیب شرکت Xcor خواهد کرد. این هواپیمای فضایی را می توان به عنوان اولین مرحله ارسال میکروماهواره ها به همراه تجهیزات کوچک شان به فضا به خدمت گرفت. این روش به مراتب ارزان تر و به صرفه تر از استفاده از موشک های «multi-stage» اختصاصی یا شاتل فضایی خواهد بود. این هواپیمای فضایی از چندین موتور قدرتمند برای رسیدن به ارتفاع ۶۵ کیلومتری زمین استفاده می کند و سپس بدون اعمال نیرو از طرف موتور، تا ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری به پرواز درمی آید. ضمن اینکه به سرعت چهار ماخ هم دست پیدا می کند که حدود ۱۰ برابر سریع تر از Rocket -Ez است و می تواند مانند یک هواپیمای معمولی نشست و برخاست کند. پس از به اتمام رسیدن پروژه xerus، شرکت Xcor برنامه یی برای انجام ۲۰ پرواز با آن تدارک خواهد دید.

● هواپیماهای موشکی در طول تاریخ

در زمان جنگ جهانی دوم آلمان ها چندین هواپیمای موشکی مجهز به موتور جت تولید کردند. آن هواپیما به سرعت ۹۶۰ کیلومتر در ساعت دست می یافت که بسیار نزدیک به سرعت صوت است. شوروی سابق هم چند هواپیمای موشکی را آزمایش کرد و ژاپنی ها حتی یک بمب افکن به نام «kamikaze» که از موشک نیرو می گرفت را تولید کردند. پس از جنگ جهانی دوم هواپیماهای موشکی به صورت آزمایشی برای آزمایش نحوه عملکرد هواپیماها در سرعت های هایپرسونیک (سرعت های مافوق صوت) به کار گرفته شدند. چاک بیگر اولین کسی بود که توانست در ۱۴ اکتبر ۱۹۷۴ با هواپیماهای موشکی BeLLx۱ دیوار صوتی را بکشند. شاید معروف ترین هواپیمای موشکی جهان هواپیمای X-۱۵ ناسا باشد. این هواپیما برای انجام تحقیقات در زمینه های آیرودینامیک پایداری، کنترل پرواز، سیستم های گرمایش و تاثیرات فیزیولوژیکی سرعت های بالا به کار گرفته شد. X-۱۵ حدود ۲۰۰ پرواز در سال های بین ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۸ انجام داد و به ارتفاع ۳۵۵۲۰۰ پا و سرعت ۵/۶ ماخ دست یافت که یک رکورد برای پروازهای هواپیماهای سرنشین دار هایپرسونیک محسوب می شود. در نهایت اطلاعات به دست آمده از این پروازها هم در برنامه ساخت آپولو، شاتل فضایی و دیگر فضاپیماها استفاده شد.

PopularMechanics.com

ترجمه؛ علیرضا سزاوار