هواپیماهای آینده؛ پرواز با برق و هیدروژن یا تنها ظاهری متفاوت؟

شرکت ایرباس ماه‌ها است که هواپیمای جدید و متفاوتی را در مکانی نامشخص آزمایش می‌کند. این هواپیما که سه متر عرض دارد، با وجود جثه کوچکش می‌تواند شروع تغییری بزرگ در صنعت هوانوردی باشد. بدنه سه‌گوش آن در اصطلاح با طرح “بلندد-وینگ” یا همان بال-تلفیقی شناخته می‌شود. ایرباس، این هواپیمای کنترل از راه دور را “ماوریک” نامیده و تاکید کرده است در حال حاضر، تنها ساختار و ترکیب آن را آزمایش می‌‌کند. با این حال این شرکت می‌گوید: “این طرح قابلیت‌های ویژه‌ای دارد.” ممکن است در آینده نسخه‌ بزرگتر و مسافربری این هواپیما ارائه شود. در هواپیماهای معمولی، بدنه بسیار سنگین است و برای پرواز به بال‌های بزرگی نیاز دارد. اما در طرح بال-تلفیقی، کل ساختار به بلند کردن هواپیما کمک می‌کند و با اینکه قابلیت حمل بار متناسبی دارد، می‌تواند سبک‌تر و کوچک‌تر از هواپیماهای معمولی باشد. ماوریک یکی از پروژه‌های نسل جدید هواپیماهای ایرباس و دیگر شرکت‌های هوانوردی است. هدف از ساخت این تولیدات کاهش ۵۰ درصدی آلاینده‌های حمل و نقل هوایی تا ۳۰ سال آینده است. ساندرا بورشافر، مدیر اجرایی ایرباس آپ‌نکست که فناوری‌های جدید را برای شرکت‌های مهم هوافضایی اروپا بررسی می‌کند در این باره می‌گوید: “چالش بزرگی پیش روی ما است. جامعه توقع زیادی از ما دارد و این وظیفه ما است که آن را برآورده کنیم. ما باید به دستاوردهای مهمی در تکنولوژی برسیم.” هم زمان یک ایده غیرمعمول دیگر نیز در دانشگاه تکنولوژی دلفت هلند در حال بررسی است. گروهی از محققان در این دانشگاه روی طرح “فلایینگ-وی” یا همان “وی پرنده” کار می‌کنند. این پروژه، طرحی جدید برای یک هواپیمای دوربرد است که به گفته این محققان می‌تواند تا ۲۰ درصد کارآمدتر از هواپیماهای خوش ترکیب و مدرنی مانند ایرباس A350 باشد. بدنه این هواپیما نیز مانند ماوریک، نامتعارف و شبیه به یک سر‌‌نیزه است. دو بال این هواپیما به عقب کشیده شده و به شکل یک حرف وی انگلیسی طراحی شده است. مسافرین و بار نیز داخل دو بال مستقر می‌شوند. طراحان فلایینگ-وی معتقدند ساخت بال‌های این هواپیما نسبت به بال تلفیقی ماوریک که بدنه‌ای یک پارچه دارد، ارزان‌تر است. چون قطعات بدنه فلایینگ-وی را می توان جداگانه تولید کرد و دو بال آن به بقیه سازه متصل می‌شود. مدیر پروژه فلایینگ-وی می‌گوید: “ما فکر می‌کنیم که در مقایسه با طرح‌هایی که اجزای غیرمعمول‌تری دارند، می‌توانیم هزینه تولید کمتری داشته باشیم.” ایده اصلی فلایینگ-وی متعلق به تز یک دانشجوی کارشناسی ارشد بود. این هواپیما با کمک شرکت هواپیمایی هلند، KLM و شرکت ایرباس تولید می‌شود. تابستان پارسال برای اولین بار نسخه کوچک فلایینگ-وی از یک پایگاه هوایی در آلمان با موفقیت پرواز کرد. فاصله بین دو بال این نسخه آزمایشی حدود سه متر بود. این هواپیما الکتریکی بود. فلایینگ-وی در پرواز دچار کمی نوسان آیرودینامیکی شد که حفظ تعادل در بال‌ها را با مشکل مواجه کرد. این اتفاق موجب شد فرود تقریبا سختی داشته باشد و در زمان فرود کمی آسیب ببیند. با این وجود، محققان این آزمایش را موفقیت آمیز خواندند. اطلاعات به دست آمده از این آزمایش در دست بررسی است و در یک شبیه ساز پرواز به کار گرفته شده است. با اینکه شیوع ویروس کرونا موجب کاهش شدید درآمد شرکت‌های هواپیمایی شده است، شرکت KLM می‌گوید همچنان به تحقیق و توسعه فلایینگ-وی کمک خواهد کرد. سود و درآمد صنعت مسافرت‌های هوایی به کنترل هزینه‌ها وابسته است. بنابراین از هواپیماهای مقرون به صرفه و کارآمد استقبال می‌شود. به خصوص که حالا برای کاهش تاثیرات مخرب بر محیط زیست، فشار بر این صنعت بیش از پیش شده است. اما از آن جایی که ساختار هواپیماهای مسافربری دهه‌ها است تغییر چندانی نکرده است باید به مسائل کاربردی دیگری هم توجه کرد. یکی از آن‌ها نحوه سوار یا پیاده شدن مسافران است. برای مثال در هواپیماهایی با بال‌های تلفیقی، مانند ماوریک، قسمت پهن مرکزی موجب می‌شود که به زمان بیشتری برای سوار شدن مسافران نیاز باشد. همچنین مسافرانی که در قسمت میانی می‌نشینند از درهای خروج اضطراری دور هستند. مسئله دیگر، راحتی مسافران است. در هواپیماهای بال-تلفیقی، اوج‌گیری و فرود با شیب بیشتری صورت می‌گیرد. بنابراین مسافرانی که در ردیف‌های کناری می‌نشینند و به لبه بال‌ها نزدیک‌ترند در زمان چرخش هواپیما حرکت بیشتری را حس می‌کنند. علاوه بر این‌ها ساخت هواپیماهای جدید چالشی برای صنعت هوافضا است. برای مثال در حال حاضر شرکت ایرباس، قطعات و بخش‌های هر هواپیما را در مناطق مختلفی در اروپا تولید کرده و در مرحله پایانی و مونتاژ، آنها را به هامبورگ آلمان یا تولوز فرانسه منتقل می‌کند. استفاده از تخصص منحصر به فرد هر منطقه در تولید یک هواپیما، روند و زنجیره‌ای جاافتاده است. استیو رایت، متخصص الکترونیک هوابرد از دانشگاه بریستول می‌گوید: “فرآیند کارآمد تولید کنونی، دیگر جوابگو نخواهد بود و این روند باید از نو شکل بگیرد”. ایرباس تاکید می‌کند که در حال رسیدگی به این مسائل است و آنها را همگام با روند طراحی پیش می‌برد. با این حال شکی نیست که ارائه طرح‌های منحصر به فردی همچون بال-تلفیقی و فلایینگ-وی، برای هر تولید‌کننده ریسک بزرگی خواهد بود. رقیب این شرکت، بوئینگ نیز سال‌ها است روی طرحی نسبتا غیرمعمول به نام TTBW کار می‌کند. این هواپیما ظاهری تقریبا عادی دارد. اما بال‌های آن بلندتر و نازک‌ترند و پایه‌ای مقاوم آن‍ها را از قسمت پایین بدنه به سمت بالا نگه می‌دارد. علاوه بر این، قابلیت تاشدگی بال‌ها به جابجایی این هواپیما در فرودگاه کمک می‌کند. بوئینگ می‌گوید این طرح جدید، نسبت به هواپیماهای معمولی، ۹ درصد سوخت کمتری مصرف می‌کند. تحقیقات جدید علاوه بر جنبه آیرودینامیک به منابع انرژی هواپیماهای آینده هم می‌پردازند. باتری می‌توا‌ند برای پروازهای کوتاه مدت با مسافران محدود گزینه مناسبی باشد. یکی از این طرح‌ها هواپیمای آلیس است که در سال ۲۰۱۹ در نمایشگاه صنعت هوایی پاریس به نمایش درآمد. باتری اما برای پروازهایی با مسافت طولانی ناکارآمد است. نه تنها انرژی آن محدود است، بلکه وزن بالای آن نیز مشکل‌آفرین است. صنعت هوانوردی گزینه‌هایی مانند تلفیق نیرو را هم بررسی می‌‌کند. در این روش بخشی از نیروی رانش هواپیما از برق تولید می‌شود. یکی از تحقیقات مهم در این زمینه، پروژه مشترک سه شرکت، ایرباس، رولزرویس و زیمنس بود. در این پروژه یک موتور برقی 2MV روی هواپیمای آزمایشی چهار موتوره BAe146 نصب شده بود. اما شیوع ویروس کرونا موجب شد ایرباس در اولویت‌ برنامه‌هایش بازنگری کند و این پروژه منتفی شد. یکی از برنامه‌های جدید این شرکت، تحقیقات در مورد نیروی رانش هیدروژن است. ایرباس قصد دارد تا ۱۵ سال دیگر اولین هواپیمای بدون آلاینده جهان را بسازد. این شرکت در تلاش است با ترکیب موتورهای توربین هیدروژن‌سوز و پیل‌های سوختی هیدروژنی، نیروی برق تولید کند. سپتامبر گذشته، این شرکت از سه طرح برای استفاده از سوخت هیدروژنی پرده برداری کرد. یکی از ایده‌های مطرح شده، هواپیماهای بال-تلفیقی بود که نشان می‌دهد سوخت هیدروژن حتی می‌تواند در طرح‌های غیرمعمول هم کارآمد باشد. اما این ایده با یک مشکل اساسی مواجه است. بیشتر منابع هیدروژن از متان گرفته می‌شود. برای این کار متان که یک سوخت فسیلی است در فشار بالا با بخار ترکیب می‌شود. این فرآیند به انرژی فراوانی نیاز دارد و مقدار زیادی دی اکسید کربن تولید می‌کند. برای به صفر رساندن تولید آلاینده‌ها، هیدروژن مورد نیاز هواپیما را باید بتوان از روش‌هایی سازگار با محیط زیست تولید کرد. اما به گفته گلن لولین، نایب رئیس هواپیماهای بدون آلاینده ایرباس، در نهایت، جامعه خودش راه حل این مسئله را ارائه خواهد کرد. او می گوید: ” در یک دهه آینده، جامعه جهانی برای عمل به معاهده پاریس و رسیدن به اهداف محیط زیستی مشخص شده، باید به مصرف هیدروژن تجدیدپذیر روی بیاورد.”