اتصال موتور خودروها به جت‌های مسافربری / ایده انقلابی برای احیای پروازهای سوپرسونیک

امیرمسعود عابدین: بزرگترین پاشنه آشیل کنکورد، مصرف سوخت جنون‌آمیز چهار موتور توربوجت آن بود که حتی پیش از بلند شدن از باند، چندین تن سوخت را می‌بلعیدند. این اشتها و مصرف بالا، برد پروازی کنکورد را محدود و آن را از مسیرهای فوق‌العاده سودآور اقیانوس آرام محروم کرد. حالا یک شرکت نوآور به نام «آسترو مکانیکا» (Astro Mechanica) با الهام از دنیای خودروها، راهکار حل این مشکل را در یک کلمه خلاصه کرده است: هیبریداسیون! این شرکت با همکاری برند «هلیکس» (Helix) (تامین‌کننده موتورهای الکتریکی ابرخودروهای افسانه‌ای چون استون مارتین والکری و لوتوس اویجا) در حال توسعه یک موتور سوپرسونیک هیبریدی به نام «دوالیتی» (Duality) است.

جادوی موتورهای الکتریکی

براساس گزارش motortrend، ‌در موتورهای جت سنتی، فن جلو و توربین عقب از نظر مکانیکی به یکدیگر متصل هستند و این یعنی موتور مجبور است در تمام شرایط پروازی (چه در سرعت پایین و چه در سرعت مافوق صوت) با یک سازش کارایی عمل کند. اما در موتور دوالیتی، این اتصال مکانیکی قطع شده و فن‌ها به طور مستقیم توسط موتورهای الکتریکی هلیکس به حرکت درمی‌آیند. این طراحی مستقل به موتور اجازه می‌دهد تا در سرعت‌های پایین مانند یک موتور مسافربری معمولی (توربوفن) کم‌مصرف باشد، در سرعت‌های بالاتر به یک توربوجت چابک تبدیل شود و در نهایت در سرعت‌های مافوق صوت، با بهره‌گیری از فشار هوای ورودی، مانند یک موتور «رم‌جت» عمل کند.

نیروگاه متحرک درون بال‌ها

اگرچه این جت مافوق صوت مجهز به باتری است، اما این باتری صرفا نقش یک واسطه یا بافر را ایفا می‌کند؛ دقیقا مشابه آنچه در خودروهای هیبرید ملایم (Mild Hybrid) می‌بینیم. بخش اصلی برق مورد نیاز برای چرخش فن‌ها، در حین پرواز و به صورت لحظه‌ای توسط یک توربین گازی مجزا تولید می‌شود که به ژنراتورهای الکتریکی متصل است. با این حال، باتری تعبیه شده در هواپیما (که در مدل‌های اولیه حدود ۴۰ کیلووات ساعت ظرفیت دارد) به اندازه‌ای هست که بتواند تمام نیازهای تهویه و برق هواپیما را روی زمین تامین کند و به جت اجازه دهد بدون روشن کردن توربین اصلی و بدون تولید هیچ‌گونه آلایندگی، تا ابتدای باند پرواز بخزد.

بهینه‌سازی موتورهای پیست برای شرایط سختِ مرز فضا

اگرچه موتورهای الکتریکی فعلی هلیکس پیش از این در آزمایش‌های زمینی توانسته‌اند خروجی اگزوز مافوق صوت ایجاد کنند، اما نسخه نهایی آن‌ها برای کار در ارتفاعات بالا، فشار کم و سرمای طاقت‌فرسای آسمان در حال بهینه‌سازی است. در هوای رقیق، احتمال جرقه زدن و قوس الکتریکی بین فازهای موتور بسیار بالاتر است و به همین دلیل، عایق‌بندی فوق‌پیشرفته‌ای برای آن‌ها طراحی شده است. از طرفی، با وجود بازدهی نزدیک به ۹۹ درصدی این موتورها، اتلاف انرژی یک مگاواتی آن‌ها همچنان گرمای زیادی تولید می‌کند. مهندسان با الگوبرداری از سیستم‌های خنک‌کاری پیچیده خودروهای فرمول E، مدارهای خنک‌کننده متعددی را برای پایداری موتورها در فاز تیک‌آف و اوج‌گیری طراحی کرده‌اند.

بلیت‌های هم‌قیمت پروازهای معمولی؛ هدف نهایی چیست؟

آسترو مکانیکا قصد دارد ظرف یک دهه آینده پروازهای سوپرسونیک را به واقعیت تبدیل کند. برنامه آن‌ها با ساخت پهپادهای بزرگ و سریع آغاز می‌شود، اما هدف نهایی، جابه‌جایی مسافران با قیمتی در حدود بلیت‌های اکونومی امروز است. برای دستیابی به این هدف، هواپیمای آن‌ها قرار است به جای سوخت گران‌قیمت جت، از گاز طبیعی مایع (LNG) استفاده کند که علاوه بر قیمت بسیار ارزان‌تر، انرژی بیشتری تولید کرده و میزان دی‌اکسید کربن خروجی آن نیز تا ۳۰ درصد کمتر است. علاوه بر این، مدل تجاری آن‌ها شبیه به یک «اوبر هوایی» خواهد بود؛ یعنی استفاده از جت‌های کوچک ۵ تا ۸ نفره که از فرودگاه‌های کوچک‌تر پرواز می‌کنند تا هزینه‌های سفر به حداقل برسد.

سرعت خیره‌کننده، صدای کمتر و بدنه‌ای از جنس فیبر کربن

این جت مدرن برای دستیابی به سرعتی بین ۲٫۲۵ تا ۲٫۷ ماخ (حدود ۲۸۰۰ کیلومتر بر ساعت) هدف‌گذاری شده است که بسیار سریع‌تر از کنکورد خواهد بود. به لطف وزن کمتر و طراحی آیرودینامیک پیشرفته، صدای ناشی از شکستن دیوار صوتی (سونیک بوم) در این هواپیما بسیار ضعیف‌تر و ملایم‌تر از گذشته به زمین خواهد رسید. از آنجا که بدنه آلومینیومی قدیمی کنکورد تاب تحمل حرارت ناشی از این سرعت را ندارد، در ساخت سازه این جت جدید از ترکیب تیتانیوم و لایه‌های فیبر کربن با رزین‌های مقاومِ حرارتی استفاده خواهد شد تا بدنه هواپیما در ارتفاع ۶۰ هزار پایی دچار تغییر شکل نشود.

دستاوردی که دوباره به دنیای خودروها بازمی‌گردد

این همکاری یک جاده دوطرفه است؛ جزییاتی که هلیکس در این پروژه هوافضا می‌آموزد، در آینده به خودروهای برقی جاده‌ای بازخواهد گشت. استفاده از سیستم‌های سیم‌کشی ولتاژ بالا، ساختارهای پیشرفته مدیریت جریان الکتریکی و کیت‌های خنک‌کننده مسابقه‌ای، همگی پتانسیل این را دارند که در نسل‌های بعدی خودروهای سوپراسپرت شهری به کار گرفته شوند. اگرچه پرواز با این جت‌های هیبریدی ارزان‌قیمت تا پیش از اواسط دهه ۲۰۳۰ به طور عمومی امکان‌پذیر نخواهد بود، اما استراتژی هوشمندانه این شرکت در مدیریت هزینه‌ها و بهره‌وری انرژی، نویدبخش آن است که این بار، رویای پرواز سوپرسونیک واقعا به حقیقت خواهد پیوست.

۲۲۷۳۲۲