گاهی به آسمان نگاه کن

همیشه زمین منبع آلودگی محیط زیست نیست, آسمان نیز سهم خود را دارد

آیا تاکنون به این فکر کرده‌اید که گازهای گلخانه‌ای به جز ابزارهای دست‌ساز روی زمین ممکن است منبع دیگری هم داشته باشند؟

اگر به آسمان بالای سرتان نگاه کنید، می‌توانید یکی از منابع جدید آلاینده‌های زیست‌محیطی را ببینید. پرنده‌های ساخته دست بشر: هواپیماها، بالگردها و سفینه‌های فضایی که همه منبع انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های صوتی هستند. کافی است بدانید یک شاتل فضایی در هر سفر حدود ۹۰۰ تن سوخت برای خارج شدن از جو زمین مصرف می‌کند. به همین دلیل، پژوهشگران و مهندسان در صدد یافتن راهی برای کاهش این آلودگی‌ها برآمده‌اند. آنها از یک طرف سعی در کاهش میزان مصرف سوخت ابزارهای پروازی دارند و از سوی دیگر، به دنبال یافتن سوخت‌های جایگزینند.

● هواپیما یا دیجی‌مون!

اگر شما هم به انیمیشن‌های ژاپنی چند سال اخیر علاقمند باشید، احتمالا دیجی‌مون‌ها را می‌شناسید یا حداقل عکس آنها را روی جلد جامدادی‌های کودکان دیده باشید. کارشناسان صنایع هواپیمایی امیدوارند در آینده نزدیک، مسافران به هنگام سوارشدن به هواپیما یاد این موجودات انیمیشنی تخیلی بیفتند. چطور؟

در آینده نزدیک، هنگامی که مسافران هواپیما از پنجره کابین خود به بال‌های هواپیما نگاه کنند، با پدیده‌ای جدید و ناآشنا روبرو خواهند شد: نوک بال‌های هواپیماها تغییر شکل خواهند داد.

سازندگان بزرگ هواپیما نظیر بوئینگ و ایرباس در حال ساخت بالچه‌هایی برای نوک بال‌های هواپیماهایشان هستند که سبب می‌شود هواپیماهای نسل جدید در مقایسه با هواپیماهای کنونی بی‌صداتر و سبزتر باشند.

ارتش ایالات متحده امریکا نیز پنج سال است روی طرحی برای ساخت بال‌های تغییر شکل دهنده هواپیماهای بی‌سرنشین کار می‌کند. این هواپیما در حالت عادی از یک بال بلند که مناسب گشت‌زنی طولانی است، استفاده می‌کند؛ اما به‌هنگام شیرجه زدن روی هدف خواهد توانست به سرعت به بال مثلثی‌شکلی با شیب تند به عقب تغییر شکل دهد. این امر با استفاده از پوسته‌های کامپوزیتی (مواد مرکب) ممکن شده که قابلیت لغزش روی یکدیگر برای تغییر شکل بال را دارند. این تغییرات سریع برای یک هواپیمای غیرنظامی می‌تواند خیلی خطرناک باشد و کوچک‌ترین مشکل در فناوری می‌تواند فاجعه به بار آورد. در نتیجه پژوهشگران روی ساخت بالچه‌های تغییرشکل دهنده‌ای که شکل بال را با آرامش و ظرافت بیشتری تغییر می‌دهند، متمرکز شده‌اند.

بالچه‌های ثابت متداول که در دهه هفتاد در ناسا طراحی شده‌اند، قسمت کوچک و رو به بالای انتهای بال هواپیما هستند که حرکت گردبادی تشکیل‌شونده در لبه انتهایی بال‌های صاف هواپیماها را قطع می‌کند. این کار سبب می‌شود نیروی وارد به بال کمتر شود و هواپیما راحت‌تر هوا را بشکافد، که خود به کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری هواپیما منجر می‌شود. بالچه‌ها معمولا در زاویه ۲۵ درجه‌ای از محور عمودی (Cant Angle) قرار می‌گیرند و بین ۳ تا ۵ درصد از مصرف سوخت هواپیما می‌کاهند.

بویینگ و ایرباس انتظار دارند که با طراحی بالچه‌های متحرک برای هواپیماهای غیرنظامی بتوانند هم در مصرف سوخت صرفه‌جویی بیشتری داشته باشند و هم آلودگی صوتی هواپیماها را در هنگام فرود آمدن کاهش دهند. این بالچه‌های متحرک قادر خواهند بود در هنگام پرواز، زاویه خود را تغییر دهند و بدین ترتیب برای هر یک از مراحل برخاستن، اوج گرفتن، سفر و آماده‌شدن برای فرود، زاویه بهینه داشته باشند.

بویینگ در حال طی کردن مراحل ثبت اختراع برای یک بالچه متحرک با استفاده از آلیاژهای هوشمند دارای حافظه شکلی (SMA) است. مهندسان ایرباس نیز در حال ثبت ۳ اختراع و امتیاز انحصاری برای سیستم بالچه متحرک مخصوص این شرکت هستند. این مطلب را آسکین ایزیکورن، مهندس ارشد پروژه "Morphlet" که با حمایت مالی ایرباس در دانشگاه بریستول انگلستان در حال انجام است، در مصاحبه با مجله نیوساینتیست بر زبان آورد.

«افزایش ۳ تا ۵ درصدی در بهره‌وری سوخت که با نصب بالچه‌های ثابت روی هواپیماهای امروزی بدست آمده، برای پروازهای طولانی‌مدت و صرفا به‌هنگام پرواز در ارتفاع، بهینه شده است. اگر ما بتوانیم زاویه کنت را در طول پرواز تغییر دهیم، آنگاه شاهد ۵ درصد کاهش دیگر در مصرف سوخت در تمام مدت پرواز خواهیم بود.»

می‌توان بالچه را در هنگام برخاستن کاملا صاف و موازی بال قرار داد تا بتوان با سرعت کمتری از زمین برخاست. به گفته ایزیکورن «در این صورت، فشار کمتری به موتورها وارد می‌شود و هم‌چنین نشستن و برخاستن کم صداتری را شاهد خواهیم بود.»

روشی که هر یک از شرکت‌ها برای ساخت بالچه‌های تغییرشکل دهنده خود در پیش گرفته‌اند، متفاوت است. بویینگ می‌خواهد از صفحات ساخته‌شده از آلیاژهای اس.ام.ای برای تغییرشکل بالچه‌هایش استفاده کند. این آلیاژها با اعمال جریان برق یا حرارت تغییر شکل می‌دهند. این شرکت هم‌چنین برنامه‌ای برای نصب یک تیغه کوچک در لبه بالچه‌ها دارد تا عملکرد این بالچه‌ها را دقیق‌تر تنظیم کند.

ولی به عقیده ایزیکورن، استفاده از آلیاژهای حافظه‌دار انتخاب اشتباهی است. وی می‌گوید: «نیروی مورد نیاز برای کنترل یک اس.ام.ای خیلی زیاد است. این سیستم به میزان قابل توجهی، بار روی شبکه الکتریکی هواپیما را افزایش می‌دهد.»

به جای این روش، ایزیکورن و همکارانش به روش‌های متعارف وفادار مانده‌اند و از موتورهای الکتریکی سبک‌وزنی برای حرکت جک‌های هیدرولیکی استفاده می‌کنند. برای اطمینان از این‌که بالچه در مقابل هوا مقاومت چندانی نخواهد داشت، پوسته‌ای آکاردئونی از جنس پارچه کولار چیندار نیز طراحی شده که کل مجموعه بال و بالچه را می‌پوشاند.

ولی، هر دو گروه باید قبل از اینکه فناوری‌شان بتواند تایید‌های لازم را بگیرد و ثبت شود، برای مشکلات احتمالی ایمنی چاره‌ای بیندیشند. فیل ایروینگ، متخصص در زمینه تلرانس خرابی در دانشگاه کرانفیلد در انگلستان، احتمال بروز این مشکل را دور از ذهن نمی‌داند که خم‌شدن‌های مکرر ساختار اس.ام.ای در طرح بویینگ، ممکن است سبب شکستن اتصال بین بالچه و بال کامپوزیتی شود. وی می‌گوید: «این‌ها مشکلاتی هستند که در کاربرد درازمدت ساختارهای هوشمند ظاهر می‌شوند».

سایمون ویت، متخصص سازه در آژانس ایمنی هوانوردی اروپایی در کلن آلمان به مشکل جالب توجه دیگری اشاره می‌کند؛ این‌که باید اطمینان حاصل کرد که عملکرد بالچه‌های تغییرشکل دهنده در هیچ حالتی نتواند با عملکرد سطوح کنترلی دیگر تداخل پیدا کند؛ مانند قسمت‌های متحرک بال هواپیما که در نزدیکی آن قرار دارند و مسوول چرخش هواپیما هستند. برای مثال، اگر تغییری در بالچه سبب چرخش هواپیما به راست شود، قسمت کنترلی متحرک بال هواپیما باید آن‌را جبران کند. البته ایزیکورن اطمینان دارد که سیستم‌های کنترلی هواپیما از عهده این مشکل بر می‌آیند.

در حال حاضر، خیلی از فرودگاه‌ها برای گسترش و توسعه برنامه‌ریزی کرده‌اند؛ آنها بخصوص برای جا دادن غول جدید ایرباس، A۳۸۰ باید به توسعه باندهای خود بپردازند. در چنین شرایطی نیاز به هواپیماهای ساکت‌تر و سبزتر بیش از هر روز دیگری حس می‌شود.

● گازکربنیک در فضا!

آیا می‌توان در سفرهای آینده به فضا از روغن گیاهان به جای سوخت استفاده کرد؟ پس از یک پرواز آزمایشی که در ماه جاری انجام شد، شرکت فلومتریکس در کالیفرنیا اعلام کرد که توانسته نوعی سوخت بیودیزل تجاری تولید کند که می‌تواند نیروی پیشرانه‌ای برابر با سوخت راکت‌ها تامین کند.

ممکن است این یافته خیلی تعجب‌برانگیز به نظر نرسد؛ اما بالاخره سوخت بیودیزل توسط صنایع هوانوردی نیز با موفقیت آزمایش شد. این صنایع هر سال میلیاردها بشکه سوخت جت را می‌بلعند.

ولی به‌رغم مشکل نوسان قیمت فرآورده‌های نفتی، رشد علاقه به استفاده از سوخت‌های جایگزین برای موشک‌ها بسیار کند بود. استیون هرینگتون، رئیس فلومتریکس، امیدوار است که این آزمایش علاقه به موشک‌های با سوخت بیودیزلی را بیشتر کند: «بیشتر دانشمندان و مهندسان صنایع موشکی، افرادی بی‌فکر و ضد محیط‌زیست هستند. ولی در نهایت روزی می‌رسد که دیگر سوختی برای موشک وجود نخواهد داشت. خب؛ بعد از آن ما با چه چیزی می‌خواهیم موشک‌هایمان را به فضا بفرستیم؟»

آیا بیو دیزل می‌تواند پاسخ این پرسش باشد؟ بیایید نگاه دقیق‌تری بیاندازیم:

آیا برای موتورهایی به حساسی موشک‌ها، سوخت گیاهی می‌تواند به خوبی سوخت جت کار کند؟

شاید برای پاسخ به این سوال زود باشد. موشک آزمایشی فلومتریکس از موتور متوسط مدل RocketDyne LR-۱۰۱ بهره می‌برد که موتوری با ویژگی‌های مشابه موتوری است که ناسا برای پرتاب کاوشگر مرکوری، اولین فضاپیمای ایالات متحده از آن استفاده کرد. در یک پرتاب آزمایشی، سوخت گیاهی توانست نیروی پیشرانه ۸۲۰ پوندی را تامین کند که کاملا قابل مقایسه با نیروی پیشرانه ۸۴۰ پوندی است که توسط سوخت موشک RP-۱ تامین می‌شود. سوخت RP-۱ نوعی کروزین کاملا پالایش‌شده است.

گروه بر این باور است که با بهینه‌سازی‌های جزئی در ساختار موتور موشک، این سوخت عملکردی حتی بهتر از این هم خواهد داشت. این سوخت اکسیژن بیشتری در مقایسه با کروزین دارد و در نتیجه، کاهش مقدار اکسیژن مایع در سوخت ترکیبی می‌تواند توان پرتابی موتور را بهبود بخشد.

آیا استفاده از سوخت گیاهی برای موشک‌ها می‌تواند به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند؟

شاید نه! فواید زیست‌محیطی سوخت‌های گیاهی هنوز تایید نشده است. برخی می‌گویند پاکسازی جنگل‌ها برای برآورده کردن تقاضای تولید محصولات مولد سوخت گیاهی چون ذرت می‌تواند در مقایسه با سوخت‌های فسیلی سبب انتشار مقادیر بیشتری از گازهای گلخانه‌ای در جو زمین شود. ولی دیگران امیدوارند که خزه‌ها با تجزیه دورریزهای مزارع بتوانند با کاهش سطح کربن موجود در جو، تعادل را به نفع سوخت گیاهی بر هم بزند.

سوزاندن سوخت گیاهی نیز مقادیر زیادی محصولات جانبی بر جا می‌گذارد که از میان آنها می‌توان به گاز کربنیک و بخار آب اشاره کرد که هردو گازهای گلخانه‌ای هستند.

● پس فایده استفاده از سوخت گیاهی چیست؟

فواید آن بیشتر از لحاظ مهندسی است. بیودیزل تا حدی غلظت بیشتری از کروزین دارد که به موشک‌ها اجازه می‌دهد در یک محفظه سوخت با ظرفیت برابر، مقدار بیشتری از سوخت را حمل کنند. هم‌چنین قابلیت اشتعال کمتری دارد که ذخیره‌سازی آن را آسان‌تر و بی دردسرتر می‌سازد.

به عقیده هارینگتون، سوخت‌های گیاهی می‌توانند کاربرد بیشتری نیز بیابند و نهایتا جایگزین چاشنی‌ها و سوخت‌های جامد مضر موشک‌ها مانند تتروکسایدنیتروژن یا هیدروزین شوند. در زمستان ۱۳۸۶ / فوریه ۲۰۰۸، پنتاگون یک ماهواره جاسوسی خراب را در مدار زمین منفجر کرد تا از احتمال نشت هیدروزین جلوگیری کند.

ولی حتی اگر استفاده گسترده از بیودیزل همه‌گیر شود، به احتمال زیاد استفاده از چاشنی‌ها و سوخت‌های سنتی موشک‌ها در برخی کاربردها ادامه پیدا خواهد کرد. این سوخت‌ها که نیاز به اکسیدکننده جداگانه برای سوختن ندارند، راحت‌ترین و ساده‌ترین راه برای تامین نیروی پیشران شاتل‌های فضایی و فضاپیماها هستند.

این‌گونه به نظر می‌رسد که همه به دنبال یافتن راهی برای کاهش وابستگی به نفت هستند، حتی در آسمان. یکی با تغییر شکل بال هواپیما و دیگری با تولید سوخت گیاهی. اما سوال این است که ما در کشورمان چه کرده‌ایم؟ آیا برای صنایع خودروسازی ما هم این مساله اهمیت دارد؟ آلودگی هوا در تهران باید چقدر تلفات و خسارت بر جا بگذارد تا اقدامی عملی انجام شود؟

مجید جویا