برای دههها، یکی از بزرگترین چالشهای هواپیماهای مافوقصوت، صدای مهیب و آزاردهندهای بود که هنگام عبور از دیوار صوتی ایجاد میشد. این صدا نهتنها گوشخراش بود، بلکه میتوانست شیشهی ساختمانها را بشکند و موجب لرزش سازهها شود. به همین دلیل، پروازهای مافوقصوت بر فراز خشکی در بسیاری از کشورها ممنوع شده بود. اما اکنون، شرکت Boom Supersonic با آزمایش موفقیتآمیز هواپیمای XB-1 نشان داده که عبور از دیوار صوتی میتواند بدون ایجاد این صدای مهیب انجام شود.
در تاریخ ۲۸ ژانویه، این هواپیمای آزمایشی سه بار از سرعت صوت عبور کرد و در ۱۰ فوریه نیز این آزمایش موفقیتآمیز تکرار شد. اما نکتهی حیرتانگیز این بود که برخلاف انتظار، هیچ صدایی از شکستن دیوار صوتی روی زمین شنیده نشد. دانشمندان این موفقیت را به پدیدهای فیزیکی به نام برش ماخ (Mach Cutoff) نسبت میدهند که باعث میشود موج ضربهای ناشی از عبور از سرعت صوت، به جای انتشار به سطح زمین، به سمت بالا منحرف شود.
چرا هواپیماهای مافوقصوت صدای شکستن دیوار صوتی ایجاد میکنند؟
زمانی که یک هواپیما با سرعتی کمتر از ماخ ۱ حرکت میکند، امواج صوتی که تولید میکند بهآرامی در هوا پخش میشوند. اما به محض آنکه سرعت آن به بیش از ۱۲۲۴ کیلومتر بر ساعت برسد و از سرعت صوت عبور کند، امواج صوتی فرصت ندارند از یکدیگر جدا شوند. در نتیجه، این امواج روی هم انباشته شده و یک موج ضربهای (Shock Wave) را تشکیل میدهند که همان صدای مهیب شکستن دیوار صوتی (Sonic Boom) است.
این صدا به قدری بلند و ناخوشایند است که پروازهای مافوقصوت بر فراز خشکی در کشورهای مختلف ممنوع شده است. حتی کنکورد (Concorde)، یکی از پیشرفتهترین هواپیماهای مافوقصوت تجاری، به دلیل این مشکل و محدودیتهای ناشی از آن، در سال ۲۰۰۳ از خدمت خارج شد. اما اکنون، فناوریهای جدید ممکن است بتوانند این مانع بزرگ را برطرف کنند.
فناوری Mach Cutoff؛ راهحل حذف صدای دیوار صوتی
راز موفقیت XB-1 در پدیدهی برش ماخ (Mach Cutoff) نهفته است. در ارتفاعات بالا، سرعت صوت به دلیل کاهش دما کمتر از سطح زمین است. این بدان معناست که اگر یک هواپیما در شرایط جوی مناسب و در ارتفاع بهینه از دیوار صوتی عبور کند، امواج صوتی آن به جای حرکت به سمت زمین، به سمت بالا منحرف خواهند شد.
با این حال، اجرای این فناوری به سادگی تئوری آن نیست. دما، فشار جو و سرعت باد همگی بر مسیر امواج صوتی تأثیرگذار هستند. به همین دلیل، مهندسان و خلبانان باید شرایط جوی را بهدقت بررسی کنند تا بتوانند بهترین ارتفاع و سرعت را برای جلوگیری از ایجاد صدای دیوار صوتی انتخاب کنند.
برند لیبهارت (Bernd Liebhardt)، کارشناس مرکز هوافضای آلمان (German Aerospace Center) در اینباره 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، کار چندان پیچیدهای نخواهد بود.”
شرکت Boom Supersonic قصد دارد از دستاوردهای XB-1 برای ساخت نسل جدید هواپیماهای مافوقصوت تجاری استفاده کند. اوورتور (Overture)، نام پروژهای است که هدف آن، طراحی هواپیمایی است که بتواند با سرعت مافوقصوت بر فراز خشکی پرواز کند، بدون اینکه صدای شکستن دیوار صوتی روی زمین شنیده شود.
این تحول میتواند باعث کاهش ۵۰ درصدی زمان پرواز در مسیرهای بینالمللی شود. به عنوان مثال، پرواز از نیویورک به لسآنجلس ممکن است ۹۰ دقیقه کوتاهتر شود. علاوه بر این، برخلاف تصور رایج، پروازهای مافوقصوت میتوانند سوخت کمتری مصرف کنند. زیرا حرکت در سرعتی که اندکی کمتر از ماخ ۱ است، به دلیل افزایش مقاومت هوا، میتواند بیشترین مصرف سوخت را به همراه داشته باشد. بنابراین، عبور از دیوار صوتی و حرکت در سرعتهای بالاتر میتواند در برخی موارد بهرهوری سوخت را افزایش دهد.
با این حال، برند لیبهارت تأکید میکند که استفاده از فناوری Mach Cutoff در مرحلهی نخست، احتمالاً برای جتهای خصوصی و تجاری کوچک (Supersonic Business Jets) سودآور خواهد بود و هنوز چالشهایی برای استفادهی گسترده از این فناوری در پروازهای تجاری باقی مانده است.
آیندهی سفرهای مافوقصوت بدون صدای دیوار صوتی
تحقیقات در زمینهی پروازهای مافوقصوت بدون ایجاد صدای مهیب شکستن دیوار صوتی همچنان ادامه دارد. اگر این فناوری بتواند به مقیاس تجاری گسترده برسد، ممکن است در آیندهای نهچندان دور، شاهد بازگشت عصر طلایی سفرهای مافوقصوت باشیم؛ اما اینبار، بدون محدودیتهای صوتی. این پیشرفت میتواند سفرهای هوایی را متحول کرده و دوران جدیدی از پروازهای سریع و بیصدا را رقم بزند.
