دانشمندان شرکت کننده در پروژه هایپرسونیک 2.0 اعلام کرده‌اند چین ماده جدیدی برای استفاده در سطح جت‌های هایپرسونیک (مافوق صوت) توسعه داده است که می‌تواند پس از یک پرواز طولانی، سالم و تخریب نشده باقی بماند. پیشتر از این، دستیابی به این فناوری غیرممکن تلقی می‌شد.
در آزمایشی که توسط ارتش چین انجام شد، این ماده نازک بر روی سطح هواپیمای ” ویوویدر” – که از امواج ضربه‌ای تولید شده در پرواز برای بهبود بلند شدن استفاده می‌کند، قرار گرفت. سپس هوای اطراف هواپیمای هایپرسونیک را تا هزاران درجه سانتیگراد گرم کردند.
بر اساس تجزیه و تحلیل داده‌های تله‌متری، سطحی صاف و بدون اصطکاک، نه تنها اجزای حیاتی داخل هواپیما را خنک نگه می‌دارد، بلکه به سیگنال‌های بی‌سیم اجازه می‌دهد آزادانه وارد و خارج شده و شناسایی هدف و ارتباط در طول پرواز امکان‌پذیر شود.
به نوشته این تیم تحقیقاتی در مقاله‌ای که ماه گذشته در مجله معتبر فیزیک گازها منتشر شد، “پرواز آزمایشی با موفقیت کامل به پایان رسید.” هرچند به زمان و مکان آزمایش اشاره‌ای نشده بود.
در مقاله این تیم تحقیقاتی به سرپرستی آی بنگ‌چنگ، معاون مدیر آکادمی آیرودینامیک هوافضای پکن چنین آمده است:”این فناوری جدید حفاظت حرارتی، می‌تواند به توسعه نسل دیگری از جت‌های قابل استفاده مجدد با “برد بیشتر و سرعت بالا‌تر و فراتر رفتن مداوم از مرزهای فعلی پرواز” کمک کند.
به گفته آی و همکارانش، مسابقه هایپرسونیک با برخورداری از “چالش‌ها و فرصت‌های عظیم”، وارد مرحله جدیدی شده است.
در گذشته کلاهک موشک‌های بالستیک سنتی می‌توانست قبل از پرتاب شدن به سمت هدف، به سرعت مافوق یا بیش از پنج برابر سرعت صوت برسد. به شاتل‌های فضایی و کپسول‌های ورود مجدد هم تایل‌های حرارتی اضافه شده بود که می‌سوختند و گرما را دفع می‌کردند. اما این پروازهای هایپرسونیک بسیار کوتاه بوده و معمولا تنها چند دقیقه به طول می‌انجامیدند.
ناسا و ارتش ایالات متحده در گذشته تا کنون پروژه‌های متعددی را برای توسعه وسایل نقلیه مافوق صوت تعریف کرده بودند که قادر باشند به طور منظم پروازهای طولانی مدتی مانند پرواز هواپیماهای جت انجام دهند. اما برخی این پروژه‌ها به دلیل مواجه شدن با شکست، از دور خارج شدند. یکی از دلایل اصلی این عدم موفقیت آن بود که هیچ ماده‌ای نمی‌توانست برای پروازهای مافوق صوت که یک ساعت یا بیشتر طول می‌کشد، روی سطح هواپیما سالم و آسیب ندیده باقی بماند.
در سال های اخیر، دولت ایالات متحده برنامه هایپرسونیک خود را دوباره احیا کرده، اما همچنان با شکست روبروست. طبق گزارشی که دفتر بودجه کنگره ایالات متحده در ژانویه به سیاستمداران ارائه کرده، آسیب حرارتی همچنان بزرگترین دردسر سازندگان سلاح‌های هایپرسونیک آمریکایی است.
در این گزارش آمده است: «چالش اساسی حل نشده، مدیریت گرمای شدیدی است که موشک‌های مافوق صوت با پرواز با سرعت‌های بالا در جو در بیشتر پروازهای خود با آن مواجه می‌شوند».
«محافظت از الکترونیک حساس موشک‌های مافوق صوت، درک چگونگی عملکرد مواد مختلف و پیش‌بینی آیرودینامیک در دماهای پایدار تا 3000 درجه فارنهایت (1650 درجه سانتیگراد) نیاز به آزمایش‌های پروازی گسترده‌ای دارد. آزمایش‌ها ادامه دارند، اما شکست‌های سال‌های اخیر، باعث تاخیر در پیشرفت شده‌اند.»
به گفته محققان چینی، به نظر می‌رسد که ایالات متحده هنوز درگیر مراحل اولیه مسابقه هایپرسونیک است. «مفهوم قدیمی مانع حرارتی عمدتاً به شرایط دمایی بالایی اشاره دارد که یک وسیله به هنگام پرواز با سرعت بالا با آن روبرو می‌شود». به گفته آی و همکارانش، نگرانی و چالش اصلی همچنان مشکل محفاظت در برابر گرما در دماهای بالا بود.
چین این مرحله را پشت سر گذاشته است. در حال حاضر ارتش چین بسیاری از موشک‌های هایپرسونیک را مورد استفاده قرار می‌دهد که برخی از آنها برای ضربه زدن به یک هدف متحرک، مانند یک ناو هواپیمابر، با مانورهای غیرقابل پیش‌بینی از فاصله دور طراحی شده‌اند.
دانشمندان چینی گفته‌اند مرحله دوم مسابقه هایپرسونیک، فراتر از موشک‌ها است و بر توسعه پلتفرم‌های دوربرد و قابل استفاده مجدد متمرکز است که هم کاربردهای نظامی و هم غیرنظامی دارند.
این هواپیماهای مافوق صوت می‌توانند ماموریت‌های شناسایی، پرتاب بمب، رهگیری هواپیماهای رادارگریز مانند F-22 یا انتقال گروه کوچکی از نیروهای عملیات‌های ویژه را به هر نقطه از کره زمین در ظرف یک یا دو ساعت برای ارتش انجام دهند. اما پژوهشگران چینی معتقدند دسترسی به این مهم، به در پیش گرفتن یک رویکرد اساسی متفاوت برای مدیریت گرما نیاز دارد.به گفته آنها، برخی از پلتفرم‌های مافوق صوت چینی در دست توسعه باید بیش از 3000 ثانیه در جو با دمای سطحی که به 3000 درجه سانتیگراد می‌رسد، پرواز کنند.
در چنین محیط خاصی، مولکول‌های موجود در هوا شکسته می‌شوند و واکنش‌های شیمیایی با مواد سطحی آغاز می‌شود.
اینکه چگونه آی و همکارانش موفق شده‌اند سطح ویوویدر را دست نخورده نگه دارند، به صورت یک راز باقی مانده است، اما در این مقاله، چندین گزینه ممکن مانند صیقلی کردن بسیار زیاد سطح، افزودن برخی عناصر مانند نیوبیوم، مولیبدن و بور برای مقاومت در برابر خوردگی، بازطراحی کامل ساختار اجزاء سطح برای کاهش وزن؛ و تبدیل گرمای مضر به نیروی پیشران از طریق یک محیط مایع مطرح شده است.
در ادامه آمده است که این فناوری‌ها بیشتر در مرحله آزمایشگاهی کشورهای دیگر از جمله ایالات متحده مانده‌اند. به گفته این محققان، در چین، برخی از روش‌های کلیدی تا سطوح آمادگی فناورانه‌ی (TRLs) 8 رسیده‌اند، که به این معناست که سیستم در یک محیط عملیاتی تکمیل شده و ویژگی‌های لازم را به دست آورده و تنها یک قدم با تایید نهایی برای استقرار در محیط واقعی فاصله دارد.
اصطلاح “پرواز هایپرسونیک” برای اولین بار در مقاله‌ای که در سال 1946 منتشر شد، توسط کیان ژوزن، دانشمند بنیان‌گذار آزمایشگاه فوق پیشرفته پیشرانش جت در ایالات متحده مطرح شد.
کیان پس از بازگشت به وطن و شروع برنامه موشکی چین، روشی عملی برای تبدیل چالش‌های مهندسی بزرگ در زمینه موانع حرارتی به سؤالات علمی ارائه کرد که این سوالات، می‌توانند توسط تعداد زیادی از دانشمندان با پیشینه‌های دانشگاهی مختلف حل شوند.
به گفته آی و همکارانش، «ایده استاد کیان هنوز هم در طراحی حفاظت فعال از گرما استفاده می‌شود.» به گفته پنتاگون، پروازهای آزمایشی هایپرسونیک چین در یک سال، بیشتر از پروازهای هایپرسونیک انجام شده طی یک دهه در ایالات متحده بوده است.
در سال 2021، ارتش چین با یک وسیله هایپرسونیک در سراسر جهان پرواز کرد و ارتش ایالات متحده را با فناوری‌هایی که طبق گزارش‌ها “از قوانین فیزیک سرپیچی می‌کنند”، شگفت زده کرد.
همزمان در ماه می، یک هواپیمای فضایی زیرمدار، دومین پرواز خود را به پایان رساند و در یک فرودگاه نظامی در صحرای گبی فرود آمد. مقامات فضایی چین در پاسخ به سؤالات عمومی مبنی بر اینکه چرا هیچ عکسی از این وسیله در دسترس نیست، گفتند که این وسیله مافوق صوت از فناوری‌هایی استفاده کرده است که برای نمایش عمومی بیش از حد پیشرفته است.
منبع: scmp