سازنده موتور هواپیمای اس آر-۷۲ مشخص شد ؛ پرواز با ۶ برابر سرعت صوت!

آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی یا همان دارپا، کمپانی هوافضای آمریکایی آئروجت راکت‌داین را برای ساخت موتور هواپیمای شناسایی استراتژیک اس آر-۷۲ انتخاب کرد. این هواپیما می‌رود تا سریع‌ترین هواپیمای عملیاتی تاریخ شود.

نماد دارپا

دارپا (DARPA کوتاه شده Defense Advanced Research Projects Agency) بخشی از وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا و بازوی پژوهشی این نهاد به شمار می‌رود. برای تعریف دارپا در یک جمله می‌توان گفت اگر یک مخترع قصد ساخت یک تانک عادی داشته باشد،‌ دارپا آن را از در بیرون می‌اندازد، اما اگر آن فرد قصد ساخت یک تانک شناور در هوا و مسلح به توپ پلاسمایی را داشته باشد، دارپا با تمام توان خود از وی پشتیبانی می‌کند.

پس در اینجا با دارپا آشنا شدیم، نهادی دولتی با بودجه‌ای بالا و منابعی نامحدود که همگی صرف ساخت فناوری‌های متعلق به آینده می‌شوند. شاید برایتان جالب باشد رابط گرافیکی کامپیوتر و موبایل، اینترنت و فناوری‌های بی‌شمار دیگری که در اطراف خود می‌بینید و زندگی روزمره شما با آن‌ها گره خورده است، همگی در ابتدا برای مقاصد نظامی توسط دارپا پدید آمده‌اند،‌ اما بعدها تجاری شدند.

اس آر-۷۲

دارپا اخیرا کمپانی هوافضای آمریکایی آئروجت راکت‌داین (Aerojet Rocketdyne) را برای ساخت موتورهای پیشرفته هواپیمای اس آر-۷۲ (SR-72) انتخاب کرده است. اس آر-۷۲ یک هواپیمای بدون سرنشین برای ماموریت‌‌های تهاجمی و ISR (اطلاعاتی، جاسوسی، دیده‌بانی و شناسایی) است که با سرعتی بیش‌ از ۶۴۰۰ کیلومتر بر ساعت برابر با بیش از ۶ ماخ (به طور میانگین ۶ برابر سریع‌تر از صوت) پرواز می‌کند و ارتفاع پروازی بسیار بالایی دارد. اس آر-۷۲ به عنوان جایگزینی برای هواپیمای بازنشسته و بسیار معروف اس آر-۷۱ بلک برد (SR-71 Blackbird) ساخته می‌شود.

اس آر-۷۱ بلک برد

اس آر-۷۱ از سال ۱۹۶۶ تا ۱۹۹۸ در خدمت بود و در این مدت رکوردهای دست نیافتنی‌ای از خود به جای گذاشت. در سال ۱۹۷۶، یک فروند اس آر-۷۱ با پرواز پیوسته و طولانی مدت در ارتفاع ۲۶ هزار متری از سطح زمین، رکورد مطلق و همچنان پابرجای بلندترین پرواز پیوسته در تاریخ را از آن خود کرد. این هواپیما همچنین در یکی از ماموریت‌های خود بر فراز لیبی برای فرار از موشک‌های پدافند هوایی با سرعت بیش از ۳.۵ ماخ پرواز کرد و از این رو رکورددار سریع‌ترین هواپیما سرنشین‌دار عملیاتی تاریخ است. سرعت پرواز پیوسته این هواپیما در طول عملیات به طور عادی بیش از ۳ ماخ بود؛ سرعتی که همچنان هیچ هواپیمایی نمی‌تواند با آن به طور پیوسته پرواز کند.

اس آر-۷۱ نیز یک هواپیمای شناسایی راهبردی برای ماموریت‌های ISR بود و در طول عمر خدمتی خود تا عمق خاک شوروی نیز پیش رفت! این هواپیما برای یک ماموریت شناسایی دست به پرواز بر فراز منطقه ساری شاگان در قزاقستان زد که یک میدان آزمایشی متعلق به ارتش شوروی برای آزمایش موشک‌های پدافندی خود بود. در آن جریان موشک‌های پدافند هوایی نیز به سمت اس آر-۷۱ شلیک شد،‌ اما هواپیما سرعت بسیار بالایی داشت و موشک‌ها از رسیدن به آن ناتوان بودند. به طور کلی در طول عمر خدمتی اس آر-۷۱، بیش از ۴ هزار موشک از سوی بلوک شرق به سوی آن شلیک شد،‌ اما هیچ یک از آن‌ها نتوانستند به این هواپیما برسند.

همان‌گونه که متوجه شدید راز بقاپذیری بالای اس آر-۷۱ سرعت بود. اما امروزه سرعت فراصوت ۳.۵ ماخ برای فرار از دست موشک‌ها کافی نیست. سرعت بالا سبب می‌شود موشک دیرتر به هواپیما برسد و هواپیما زودتر از برد پرواز موشک خارج شود؛ زیرا موشک نسبت به هواپیما سوخت بسیار کمتری دارد و زمان پرواز آن بسیار کوتاه است. به همین دلیل دارپا در نظر دارد هواپیمایی بسازد که با سرعت هایپرسونیک بیش از ۶ ماخ پرواز کند. این نکته را نیز بیافزایم که هایپرسونیک به سرعت بیش از ۵ ماخ گفته می‌شود.

امروزه با توجه به افزایش توان ضد ماهواره رقیبان آمریکا، پیشرفت پدافند هوایی و ظهور فناوری‌های پاد پنهانکاری، سرعت بار دیگر به عنوان برگ برنده بازگشته است. هواگردهای پرسرعتی همچون اس آر-۷۲ با سرعت به منطقه زیر پوشش پدافند دشمن نفوذ کرده و پیش از آنکه دشمن فرصتی برای کشف و رهگیری آن‌ها داشته باشد، اهداف مهم را نابود کرده و از منطقه می‌گریزند. البته این حرف بدان معنا نیست که سرعت تنها راهکار موثر باشد. جنگ الکترونیک و حمله سایبری، نبرد شبکه محور، پیشرفت هوش مصنوعی و کاهش وابستگی به ماهواره‌ها، ساخت نسل جدید از مواد جذب‌کننده امواج رادار و… نیز از دیگر راهکارهای چیره شدن بر موارد گفته شده هستند.

موتور پایه توربینی با چرخه ترکیبی

موتور مدنظر دارپا با عنوان «موتور پایه توربینی با چرخه ترکیبی» یا TBCC نام دارد. TBCC ترکیبی از موتور جت عادی با موتورهای اسکرم جت و رم جت است. این موتور یک ورودی هوای و یک خروجی موتور دارد، اما دو بخشی است. موتور عادی برای پرواز در سرعت پایین از ۰ تا ۲.۵ ماخ است، اما برای پرواز با سرعت بیش از ۲.۵ ماخ تا بیش از ۶ ماخ، TBCC به یک موتور اسکرم جت و رم جت تبدیل شده و همچون آن‌ها کار می‌کند. آئروجت راکت‌داین که تخصصش ساخت موتور موشک و موتورهای فضایی است و البته بزرگ‌ترین کمپانی در این زمینه به شمار می‌رود،‌ برای ساخت موتور TBCC انتخاب شده تا بررسی شود آیا این موتور پایداری لازم هنگام پرواز را خواهد داشت یا خیر.

هواپیمای فضایی فانتوم اکسپرس

البته به طور مستقیم اعلام نشده که مورتوهای TBCC برای اس آر-۷۲ هستند یا خیر. در چند سال اخیر وزارت دفاع آمریکا شدیدا روی ساخت یک سیستم جنگ افزاری هایپرسونیک تاکید دارد. خود دارپا نیز در همکاری با کمپانی هوافضا،‌ امینی و دفاعی آمریکایی بوئینگ (Boeing) مشغول کار روی پروژه هواپیمای فضایی فانتوم اکسپرس (Phantom Express) هستند که البته آن از نوعی موتور مخصوص که برای شاتل‌های فضایی بکار می‌رفت استفاده می‌کند. بخش اسکانک ورکس (Skunk Works) کمپانی هوافضا،‌ امینی و دفاعی آمریکایی لاکهید مارتین (Lockheed Martin) نیز در همکاری با دارپا قصد دارد تا سال ۲۰۲۰ میلادی یک نمونه آزمایشی و اثباتگر تکنولوژی از اس آر-۷۲ را در ابعاد یک هواپیما جنگنده و در دو نمونه تک موتور و دو موتور ساخته و به پرواز در آورد که در هر دو نمونه از موتور TBCC استفاده می‌شود.

شماری از پیش‌نمونه‌های ساخت اسکانت ورکس و لوگوی این بخش

ناگفته نماند اسکانک ورکس بخشی مشابه دارپا،‌ اما خصوصی و زیرشاخه‌ای از بزرگ‌ترین کمپانی دفاعی دنیا، یعنی لاکهید مارتین است. اس آر-۷۱، هواپیمای شناسایی راهبردی U-2، جنگنده برتری هوایی پنهانکار و رادارگریز نسل ۵ آمریکایی اف-۲۲ رپتور (F-22 Raptor)، جنگنده تهاجمی پنهانکار و رادارگریز اف-۱۱۷ نایت هاوک (F-117 Nighthawk)، جنگنده چندمنظوره پنهانکار و رادارگریز نسل ۵ آمریکایی اف-۳۵ لایتنینگ ۲ (F-35 Lightning II) و طرح‌های بی‌همتای بسیار دیگری همگی از دستاوردهای بخش اسکانک ورکس هستند. بوئینگ نیز به عنوان دومین کمپانی دفاعی بزرگ دنیا دارای بخشی مشابه اسکانک ورکس است که فانتوم ورکس (Phantom Works) نام دارد.

موتور پایه توربینی با چرخه ترکیبی

کار ساخت TBCC بسیار سخت خواهد بود. چراکه موتور جت توربینی عادی (مرحله اول کارکرد موتور TBCC) می‌تواند هواپیما را به سرعت ۲.۵ ماخ برساند،‌ اما موتور رم جت در سرعت بالای ۳.۵ ماخ فعال می‌شود. پس دارپا و آیئروجت راکت‌داین باید بتوانند TBCC را طوری طراحی کنند تا در حالت موتور جت توربینی به سرعتی بیش از ۲.۵ ماخ برسد و از سوی دیگر این موتور در حالت رم جت، در سرعتی کمتر از ۳.۵ ماخ فعال شود. مشکل دیگر اینجاست که رم جت سرعت هوایی را که به دورن خود می‌کشد را به فروصوت کاهش می‌دهد، اما اسکرم جت هوا را با سرعت فراصوت به داخل خود می‌کشد. پس چالش دیگر این است که موتور TBCC بتواند بین این دو حال تغییر کند.

نماد آئروجت راکت‌داین

مشکلاتی دیگر همچون گرمای تولیدی در همه فازهای رانش، سیستم رانش یکپارچه و تغییر حالت کارکرد موتور، هدایت جریان جرم از بین چند مسیر، راه اندازی دوباره موتور در سرعت و فشار حرکتی بالا و… از دیگر مواردی هستند که دارپا و آئروجت راکت‌داین باید بر آن‌ها چیره شوند. کار روی طراحی و در نهایت ساخت این موتور از سال ۲۰۱۸ آغاز می‌شود. هم اکنون علاوه بر بوئینگ و لاکهید مارتین، چندکمپانی هوافضا و دفاعی آمریکایی دیگر همچون نورثراپ گرومن (Northrop Grumman) همگی مشغول طراحی هواگردهای هایپرسونیک هستند و موتور TBCC می‌تواند در همه آن‌ها به کار گرفته شود. هواپیماهای فضایی نیز می‌توانند از دیگر میزبان‌های موتورهای TBCC باشند.

اما این همه ماجرا نیست. سازندگان هواپیما نیز می‌بایست از سنسورها و سیستم‌های الکترونیکی و کامپیوتری،‌ سامانه‌های هدایتی، ناوبری و ارتباطی مخصوصی استفاده کنند که مناسب هواگردهایی با این سرعت باشد. همچنین بدنه هواپیما باید ضمن داشتن سطح مقطع راداری بسیار اندک و ناچیز، بسیار سبک و مقاوم بوده و گرم نیز نشود. زیرا هنگام پرواز با سرعت هایپرسونیک، بدنه در اثر برخورد مولکول‌های هوا بسیار گرم شده و این گرما خود عامل لو دادن محل هواپیماست. گرچه پنهانکاری و بقاپذیری این هواپیماها به واسطه سرعت بالایشان است و پنهانکاری راداری و گرمایی در درجه‌های بعدی اهمیت قرار می‌گیرند.

تصویر گرافیکی از HTV-2 که برای اولین بار در سال ۲۰۱۰ آزمایش شد.

البته ناگفته نماند سازندگان چنین هواپیماهایی،‌ موارد عنوان شده در بالا را به چشم چالش نمی‌بینند،‌ زیرا از پیش به فناوری‌های لازم دست یافته‌اند و در ساخت هواگردهای هایپرسونیک مشکلی ندارند. برای نمونه لاکهید مارتین با همکاری دارپا و نیروی هوایی آمریکا هواگردهایی آزمایشی با سرعت ۲۰ ماخ (به نام HTV-2) نیز ساخته است و تجربه و دانش لازم برای ساخت سیستم‌های الکترونیکی و بدنه مورد نیاز اس آر-۷۲ را دارد. مسئله اصلی ساخت موتور است که دارپا و آئروجت را‌کت‌داین عهده‌دار آن ‌هستند.