چگونه هواپیمای XB-1 با سرعت مافوقصوت پرواز کرد، بدون اینکه صدای شکستن دیوار صوتی شنیده شود؟
در گذشته، یکی از بزرگترین مشکلات هواپیماهای مافوقصوت، صدای مهیب شکستن دیوار صوتی بود؛ صدایی که نهتنها برای مردم آزاردهنده بود، بلکه میتوانست شیشهی ساختمانها را بشکند و باعث لرزش سازهها شود. اما حالا، هواپیمای آزمایشی XB-1 موفق شده است بدون تولید این صدای مهیب، از دیوار صوتی (Sound Barrier) عبور کند.
این هواپیما که توسط شرکت Boom Supersonic ساخته شده، در ۲۸ ژانویه سه بار با موفقیت از سرعت صوت عبور کرد و در ۱۰ فوریه نیز این دستاورد را تکرار کرد. اما نکتهی حیرتانگیز این بود که هیچکدام از این پروازها، از روی زمین صدای شکستن دیوار صوتی تولید نکردند. دلیل این اتفاق، یک پدیدهی فیزیکی به نام برش ماخ (Mach Cutoff) است که باعث میشود موج ضربهای ناشی از عبور از دیوار صوتی، به جای حرکت به سمت زمین، به بالا منحرف شود.
چرا پروازهای مافوقصوت صدای شکستن دیوار صوتی ایجاد میکنند؟
وقتی یک هواپیما در سرعتهای زیر صوت حرکت میکند، امواج صوتیای که تولید میکند بهآرامی در هوا پخش میشوند. اما وقتی سرعت آن از ماخ ۱ (Mach 1) عبور کند، یعنی از حدود ۱۲۲۴ کیلومتر بر ساعت بیشتر شود، این امواج فرصت ندارند که از یکدیگر جدا شوند. به همین دلیل، روی هم جمع شده و بهشکل یک موج ضربهای (Shock Wave) در میآیند. این موج، همان چیزی است که ما در سطح زمین بهعنوان صدای مهیب شکستن دیوار صوتی (Sonic Boom) میشنویم.
این صدا چنان بلند و ناهنجار است که باعث شده بسیاری از کشورها پرواز مافوقصوت را بر فراز خشکی ممنوع کنند. حتی کنکورد (Concorde)، که یکی از پیشرفتهترین هواپیماهای مافوقصوت تجاری بود، به دلیل همین مشکل در سال ۲۰۰۳ از رده خارج شد. اما حالا، فناوری جدید ممکن است این مشکل را حل کند.
چگونه XB-1 صدای شکستن دیوار صوتی را از بین برد؟
راز موفقیت XB-1 در پدیدهای به نام برش ماخ (Mach Cutoff) نهفته است. در ارتفاعات بالا، سرعت صوت به دلیل کاهش دما، کمتر از سطح زمین است. این یعنی اگر یک هواپیما در ارتفاع مناسب و شرایط جوی ایدهآل از دیوار صوتی عبور کند، امواج صوتی آن قبل از رسیدن به زمین منحرف شده و به سمت بالا بازتاب میشوند.
اما اجرای این فناوری به این سادگیها نیست. عواملی مانند دمای هوا، فشار و سرعت باد هم بر مسیر امواج صوتی تأثیر میگذارند. به همین دلیل، خلبانان و مهندسان باید بهدقت شرایط جوی را پیشبینی کنند تا بتوانند بهترین ارتفاع و سرعت را برای جلوگیری از شنیده شدن صدای شکستن دیوار صوتی انتخاب کنند.
برند لیبهارت (Bernd Liebhardt)، کارشناس مرکز هوافضای آلمان (German Aerospace Center) میگوید:
«بزرگترین چالش این است که بتوانیم شرایط دقیق جو را پیشبینی کنیم. وقتی این اطلاعات را داشته باشیم، محاسبهی سرعت مناسب برای جلوگیری از شنیده شدن صدای دیوار صوتی، نسبتاً ساده خواهد بود.»
XB-1 راه را برای نسل جدید سفرهای مافوقصوت باز میکند
شرکت Boom Supersonic قصد دارد از نتایج این آزمایشها برای ساخت هواپیمای تجاری آیندهی خود، اوورتور (Overture) استفاده کند. این هواپیما قرار است بتواند با سرعت مافوقصوت بر فراز خشکی پرواز کند، بدون اینکه کسی روی زمین صدای دیوار صوتی را بشنود.
چنین پروازهایی میتوانند تا ۵۰ درصد سریعتر از هواپیماهای امروزی باشند. مثلاً، مسیر نیویورک به لسآنجلس میتواند ۹۰ دقیقه کوتاهتر شود.
همچنین، برخلاف تصور عمومی، پرواز مافوقصوت میتواند مصرف سوخت را کاهش دهد. پرواز کردن در سرعتی که کمی کمتر از ماخ ۱ است، از نظر آیرودینامیکی بدترین حالت ممکن (Aerodynamically Worst Speed) محسوب میشود، زیرا هواپیما در این سرعت بیشترین مقاومت هوا را تجربه میکند. بنابراین، عبور از دیوار صوتی و حرکت در سرعتهای بالاتر، در برخی موارد حتی میتواند سوخت کمتری مصرف کند.
با این حال، لیبهارت میگوید که استفاده از فناوری برش ماخ احتمالاً در ابتدا فقط برای جتهای خصوصی و تجاری کوچک (Supersonic Business Jets) سودآور خواهد بود و شاید برای پروازهای تجاری گسترده، هنوز چالشهایی باقی بماند.
آیندهی سفرهای مافوقصوت بدون صدای دیوار صوتی
تحقیقات دربارهی پروازهای مافوقصوت بدون صدای مهیب شکستن دیوار صوتی همچنان ادامه دارد. اگر این فناوری بتواند در مقیاس گسترده پیادهسازی شود، ممکن است در آیندهای نزدیک، پروازهای فوقسریع بدون ایجاد مزاحمت صوتی به واقعیت تبدیل شوند. این پیشرفت میتواند آیندهی سفرهای هوایی را متحول کند و یک قدم بزرگ برای بازگشت عصر طلایی سفرهای مافوقصوت باشد.
مطالب مرتبط
