(تصاویر) هواپیماهای سری M2 : پرواز بدون بال

در دهه ۱۹۶۰، ناسا پروژهای جسورانه را برای آزمایش مفهوم بدنه بالابرنده (Lifting Body) آغاز کرد. این فناوری نوین، به جای استفاده از بالهای سنتی، از شکل بدنه هواپیما برای ایجاد نیروی برآ استفاده می کرد. هدف نهایی، توسعه فضاپیماهای قابل بازگشت به زمین بود که بتوانند پس از ورود به جو، به صورت کنترل شده فرود آیند. این ایده پایه طراحی شاتلهای فضایی آینده شد.

در این مقاله، سه نمونه کلیدی این پروژه NASA M2-F1، Northrop M2-F2، و Northrop M2-F3مورد بررسی قرار می گیرند.

NASA M2-F1 آغاز یک طراحی انقلابی

زمان توسعه: ۱۹۶۲–۱۹۶۳

سازنده: تیم تحقیقاتی مرکز پروازهای فضایی ناسا (به رهبری مهندس دیل رید)

طراحی و عملکرد

M2-F1 نخستین نمونه آزمایشی بدنه بالابرنده بود که شبیه به یک «وان حمام پرنده» توصیف میشد! (البته از نظر من شبیه یک قایق است) بدنه آن نیمه دایره ای و فاقد بال بود و تنها از طریق شکل آیرودینامیک خود نیروی برآ ایجاد می کرد. این مدل ابتدا به عنوان یک گلایدر ساخته شد، اما برای افزایش کارایی، در ادامه یک موتور کوچک پروانه دار نیز به آن اضافه شد.

برای درک بهتر بدنه بالابرنده تصویر زیر کمک کننده است . ابتدا جریان هوا به نوک هواپیما بر خورد کرده بخشی از بالای هوا هواپیما عبور می کند و بخشی از زیر ، بخش بالایی جریان عبوری بخاطر کمبود موانع به سرعت از بالا عبور می کند اما بخش پایینی بخاطر عبور جریان هوا از روی بدنه قوس دار زمان طولانی تری را باید طی کند همین تفاوت زمان عبور باعث ایجاد فضای پر فشار در پایین و فضای کم فشار در بالا می شود و تفاوت فشار باعث ایجاد نیروی برآ می شود.

آزمایشها

– M2-F1 ابتدا با اتصال به یک خودروی سریع (پونتیاک) روی زمین کشیده شد تا پایداری آن تست شود.

– سپس توسط هواپیمای مادر C-47 به ارتفاع برده و رها میشد تا به صورت گلایدر فرود آید.

– خلبانان آزمایشی مانند ( میلت تامپسون) نشان دادند که این طراحی قابلیت کنترل در جو را دارد.

اهمیت:   M2-F1 ثابت کرد که بدنه بالابرنده ایده ای عملی است و راه را برای نمونه های پیشرفته تر هموار کرد.

Northrop M2-F2 : جهش به سوی پیچیدگی

زمان توسعه: ۱۹۶۴–۱۹۶۶

سازنده: شرکت نورثروپ با همکاری ناسا

در ادامه برنامه توسعه نیاز ایلات متحده به یک فضاپیما برای ورود از جو برای بمباران اتمی تاکتیکی اتحاد جماهیر شوروی که زمان واکنش کمی داشته باشد لازم بود ناسا و شرکت های تسلیحاتی همکاری داشته باشند پس همکاری با نورتروپ شروع شد و نیاز های اولیه طرح توسعه پیدا کردند.

بهبودها نسبت به M2-F1:

– بدنه باریکتر و کشیده تر با لبه های تیز برای بهبود آیرودینامیک.

– اضافه شدن موتور راکت XLR11 همانند هواپیمای X-1 برای پروازهای با سرعت بالا.

– سیستم کنترل پیشرفته تر، اما هنوز ناپایدار!

سرنوشت

M2-F2 به دلیل نوع طراحی ، کنترل دشواری داشت. در ۱۰ مه ۱۹۶۷، خلبان بروس پیترسن در حین فرود به دلیل نوسانات شدید ناشی از ورودی خلبان سقوط کرد. پیترسن زنده ماند، اما هواپیما به شدت آسیب دید.

نتایج:  اگرچه M2-F2 خطرات طراحی های افراطی را نشان داد، داده های آن برای دررفتار آیرودینامیکی در سرعتهای مافوق صوت ارزشمند بود.

Northrop M2-F3 : تولد دوباره

زمان توسعه: ۱۹۶۹–۱۹۷۱

Northrop M2-F3 چیزی نبود جز بازسازی M2-F2 آسیب دیده توسط نورثروپ اما سه تغییر عمده نیز داشت افزودن یک بالچه عمودی سوم در وسط بدنه برای افزایش پایداری ، اصلاح سیستم کنترل پرواز و کاهش حساسیت به ورودی خلبان و بهینه سازی شکل بدنه برای کاهش تلاطم جریان هوا. این سه تغییر باعث شد هواپیما پروازی ایمن با نتایج مورد قبول را داشته باشد .

دستاوردها:

– نخستین پرواز موفق در ژوئن ۱۹۷۰ با خلبان ویلیام اچ. دانا

– M2-F3 به سرعت مافوقصوت (تا ماخ ۱.۶) دست یافت و ثابت کرد که بدنه های بالابرنده برای بازگشت از فضا مناسبند.

– جمع آوری داده های حیاتی برای برنامه شاتل فضایی.

میراث M2: از آزمایش تا شاتل فضایی

پروژههای M2-F1 تا M2-F3 سنگبنای فناوریهایی بودند که در شاتل فضایی ناسا (۱۹۸۱–۲۰۱۱) به کار رفتند. مهندسان با استفاده از دادههای این پروژهها، توانستند سیستمهای کنترل و آیرودینامیک شاتلها را بهبود بخشند.   سری M2 نماد روحیه اکتشاف و ریسک پذیری ناسا در عصر طلایی فضا بودند.

 با وجود چالش ها و سوانح، این پروژه ها به درک بشر از پروازهای هایپرسونیک و قابلیت بازگشت به جو کمک شایانی کردند. امروزه، میراث آنها نه تنها در شاتل ها، بلکه در طرحهای جدید مانند فضاپیمای X-37B و پروژه های شرکتهای خصوصی مانند اسپیس اکس و موشک هایپرسونیک فرانسوی V MAX زنده است.

نکات برجسته:

– اثبات امکانپذیری فرود افقی بدون موتور.

– توسعه سیستمهای نرمافزاری برای کنترل هواپیماهای ناپایدار.

– تربیت نسل جدیدی از خلبانان و مهندسان فضایی.

منبع: جنگاوران