معرض جيزمودو للعلوم: طائرة أسرع من الصوت هادئة

فاز فريق Quesst التابع لناسا بمعرض Gizmodo للعلوم لعام 2024 لبناء طائرة تجريبية قد تسافر بسرعة أكبر من الصوت دون الحاجة إلى طفرة صوتية تصم الآذان ترتبط عادةً بالطيران الأسرع من الصوت.

السؤال

هل يمكن للطائرة أن تسافر بسرعة تفوق سرعتها سرعة الصوت بدون دوي الصوت؟ لقد مر 76 عامًا منذ تم كسر حاجز الصوت، و20 عامًا منذ نهاية سفر الركاب الأسرع من الصوت، لكن الطيران الأسرع من الصوت كان دائمًا مرتبطًا بشكل لا ينفصم بالضوضاء المتشققة الصادرة عن طائرة نفاثة تتحرك بشكل أسرع من الصوت. تم تصميم X-59 التابعة لوكالة ناسا، بمقدمتها الطويلة للغاية، لتخفيف الطفرة الصوتية، مما يقللها إلى مجرد “ضربة” صوتية.

قال جاي براندون، كبير مهندسي الطائرة X-59: “الفكرة هي عدم السماح لدوي قوي – تغير قوي في الضغط – بالتدفق فوق الأرض، والذي تسمعه أذناك على أنه دوي، أو انفجار”.

النتائج

وبعد سنوات من مواجهة التحديات الهندسية ووضع نماذج لكيفية طيران الطائرة، كشف الفريق رسميًا عن X-59 في يناير. لكن المركبة لم تحلق بعد. ستكون الرحلة الأولى، التي تم استهدافها في وقت ما من هذا العام، بمثابة لحظة حاسمة لفريق Quesst، الذي كان يعمل على الطائرة منذ عقد من الزمن.

قال مارك إف مانجلسدورف، نائب كبير مهندسي ناسا أرمسترونج لمشروع Low Boom Demonstrator، إن أحد التحديات كان خلق القدرة على التنبؤ بما إذا كان سيتم إنتاج طفرة صوتية دون اختبار الطائرة في الهواء أولاً.

إن شكل الأنف الإبري الشديد لطائرة X-59 هو ما يجعل الضربة الصوتية ممكنة، لكن هذا التصميم أيضًا جعل من المستحيل أن يكون للطائرة حاجب أمامي. وقد نجح الفريق في حل هذا التحدي من خلال تطوير نظام الرؤية الخارجية (XVS)، وهو عبارة عن مجموعة من الشاشات التي ستسمح لطيار X-59 برؤية خارج الطائرة دون نوافذ مواجهة للأمام.

لماذا فعلوا ذلك

يبلغ طول الطائرة X-59 99.7 قدمًا (30.39 مترًا)، ويبلغ طول جناحيها 29.5 قدمًا (9 أمتار) فقط. الطائرة على شكل خنجر لسبب واحد بسيط: تريد وكالة ناسا قطع صوت الطفرة الصوتية إلى صوت أقل تشويشًا، مما يتيح للطائرات الأسرع من الصوت السفر مرة أخرى فوق الأرض في الولايات المتحدة. تم حظر الطيران المدني الأسرع من الصوت فوق الأرض من قبل إدارة الطيران الفيدرالية منذ عام 1973، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى فزع الجمهور وانزعاجهم من أصوات الطائرات العسكرية التي تحلق فوق رؤوسهم وقعقعة النوافذ التي تسببها طفرات الانفجار في بعض الأحيان.

وقال براندون: “لقد كانت عملية طويلة، منذ السبعينيات وحتى الآن، وسنرى ما إذا كنا قد اكتشفنا ذلك عندما نقود هذه الطائرة”.

لماذا هم الفائز

تحدث الطفرة الصوتية عندما تتحرك الأشياء بسرعة أكبر من الصوت (حوالي 767 ميلاً في الساعة، أو 1 ماخ). لكن فريق X-59 يعتقد أن هذه الطائرة يمكن أن تغير ذلك وسيختبرونها في عدد قليل من المدن الأمريكية في أواخر عشرينيات القرن الحالي. تم تصميم الطائرة X-59 لتطير بسرعة 925 ميلاً في الساعة (1.4 ماخ) على ارتفاع حوالي 55000 قدم. عندما تصبح الطائرة X-59 أسرع من الصوت، يقول براندون إنها يجب أن تنتج “نوعًا من الضوضاء التي تغلق الباب” والتي لا تزال مسموعة من الأرض ولكنها أقل إثارة للقلق من دوي الصوت الحقيقي.

إن عودة الرحلات الجوية التجارية الأسرع من الصوت من شأنها أن تقلل بشكل كبير من أوقات السفر حول العالم، ولكن القيام بذلك في الولايات المتحدة يتطلب الحصول على إذن من إدارة الطيران الفيدرالية، ولكي يحدث ذلك يجب تخفيف الطفرة الصوتية. Quesst هو الطريق نحو تصاميم الطائرات الأسرع من الصوت في المستقبل. على الرغم من أن X-59 لن تحمل مدنيين، إلا أنها ستثبت الجدوى التكنولوجية للطائرات الأسرع من الصوت التي لا تسبب اضطرابات في الحياة اليومية على الأرض. ولكن أولا، عليه أن يطير.

ما هو التالي

من المقرر أن تتم أول رحلة للطائرة X-59 في أواخر عام 2024. وبمجرد حدوثها – وبافتراض نجاحها – سيستمر فريق Quesst في إجراء اختبارات الطيران فوق قاعدة إدواردز الجوية ومركز أبحاث الطيران أرمسترونج التابع لناسا في كاليفورنيا حتى عام 2025. ستقوم الطائرة بسلسلة من الرحلات الجوية فوق مدن أمريكية مختارة بين عامي 2026 و2027، لإثبات ما إذا كان الطفرة الصوتية قد تم تخفيفها بشكل كافٍ للأشخاص الموجودين على الأرض. ستقدم وكالة ناسا بيانات من هذا الاختبار المجتمعي إلى إدارة الطيران الفيدرالية بحلول عام 2030؛ يمكن لإدارة الطيران الفيدرالية بعد ذلك تغيير اللوائح الحالية التي تمنع السفر الجوي التجاري الأسرع من الصوت فوق الأرض في الولايات المتحدة.

وقال مانجلسدورف: “إن الضربات الصوتية لطائرة X-59 هادئة بقدر ما يمكن أن تحصل عليه هذه الطائرة”. “كان بإمكاننا جعلها أكثر هدوءًا قليلاً لو جعلناها أطول، لكننا شعرنا أننا كنا هادئين بما يكفي لأداء المهمة. ونأمل أن نتعلم طرقًا لجعلها أكثر هدوءًا بمجرد أن نبدأ في التحليق بها. هذه فكرة ممتعة: نسبة أكثر تطرفًا بين طول الطائرة وعرضها.

لن نعرف المدى الكامل لنجاح X-59 حتى عام 2027 على الأقل، وذلك بافتراض وصولها إلى الهواء هذا العام. لكن كل سباق له خطواته الأولى، ويمكن لهذه الطائرة الإبداعية أن تكون الآلة التي تبشر بالعصر القادم من السفر الجوي.

الفريق

يضم فريق X-59 جاي براندون، وبيتر كوين، وديفيد ريتشواين، ونيلس لارسون، ولوري أوزوروسكي، ووالت سيلفا، وألكسندرا لوبو.

انقر هنا لرؤية جميع الفائزين في معرض Gizmodo للعلوم لعام 2024.