ناسا إكس-43

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

كانت طائرة ناسا X-43 طائرة تجريبية بدون طيار فائقة السرعة، ذات أحجام مختلفة مُخطط لها لاختبار جوانب متعددة من الطيران فائق السرعة . وكانت جزءًا من سلسلة طائرات X، وتحديدًا من برنامج Hyper-X التابع لناسا ، والذي طُوّر في أواخر التسعينيات. [ 1 ] وقد حطمت الطائرة العديد من الأرقام القياسية في سرعة الطائرات النفاثة . وتُعدّ X-43 أسرع طائرة نفاثة مسجلة على الإطلاق، حيث بلغت سرعتها حوالي 9.6 ماخ . [ 2 ] 

أُطلق صاروخ معزز مجنح ، يحمل في قمته المركبة X-43، يُطلق عليه اسم "الحزمة"، من قاذفة بوينغ B-52 ستراتوفورتريس . بعد أن أوصل الصاروخ المعزز (وهو المرحلة الأولى المعدلة من صاروخ بيغاسوس ) الحزمة إلى السرعة والارتفاع المستهدفين، تم فصلها، وحلقت المركبة X-43 بحرية باستخدام محركها الخاص، وهو محرك نفاث فرطي السرعة .

كانت الطائرة الأولى في هذه السلسلة، وهي X-43A، مركبةً للاستخدام لمرة واحدة، حيث تم بناء ثلاث منها. دُمرت أول طائرة X-43A بعد عطلٍ أثناء الطيران عام 2001. أما الطائرتان الأخريان، فقد حلقت كلٌ منهما بنجاح عام 2004، مسجلتين أرقامًا قياسية في السرعة، حيث عملت محركاتها النفاثة الأسرع من الصوت لمدة عشر ثوانٍ تقريبًا، تلتها انزلاقاتٌ لمدة عشر دقائق، ثم تحطمت عمدًا في المحيط. تم تعليق أو إلغاء خطط إنتاج المزيد من الطائرات في سلسلة X-43، واستُبدلت ببرنامج X-51 الذي تديره القوات الجوية الأمريكية .

تطوير

كانت المركبة X-43 جزءًا من برنامج Hyper-X التابع لوكالة ناسا، والذي شاركت فيه وكالة الفضاء الأمريكية وشركات متعاقدة مثل بوينغ ، ومايكرو كرافت، وأوربيتال ساينسز ، ومختبر العلوم التطبيقية العامة (GASL). قامت شركة مايكرو كرافت ببناء المركبة X-43A، بينما قام مختبر العلوم التطبيقية العامة (GASL) ببناء محركها.

كان أحد الأهداف الرئيسية لمؤسسة ناسا للطيران هو تطوير وتجربة تقنيات الطيران فائق السرعة باستخدام محركات تعمل بالهواء. بعد إلغاء برنامج الطائرة الفضائية الوطنية (NASP) في نوفمبر 1994، افتقرت الولايات المتحدة إلى برنامج متكامل لتطوير تقنيات الطيران فائق السرعة. وباعتباره أحد برامج "الأفضل والأسرع والأرخص" التي طورتها ناسا في أواخر التسعينيات، استخدم مشروع هايبر-إكس تقنيات وأبحاث برنامج NASP، مما ساهم في تطويره نحو تجربة الدفع الهوائي فائق السرعة. [ 3 ]

كان مشروع هايبر-إكس المرحلة الأولى برنامجًا تابعًا لوكالة ناسا لأبحاث الطيران وتكنولوجيا الفضاء، نُفِّذ بالاشتراك بين مركز لانغلي للأبحاث في هامبتون، فرجينيا ، ومركز درايدن لأبحاث الطيران في إدواردز، كاليفورنيا . تولى مركز لانغلي زمام المبادرة وكان مسؤولاً عن تطوير تكنولوجيا السرعات فوق الصوتية، بينما تولى مركز درايدن مسؤولية أبحاث الطيران.

كانت المرحلة الأولى برنامجًا مدته سبع سنوات بتكلفة تقارب 230 مليون دولار أمريكي للتحقق من صحة الدفع النفاث فائق السرعة ، والديناميكا الهوائية فائقة السرعة ، وأساليب التصميم. ولم تُستكمل المراحل اللاحقة، حيث تم استبدال سلسلة طائرات X-43 في عام 2006 بطائرات X-51 .

تصميم

تصور فني للطائرة X-43A مزودة بمحرك نفاث فرطي السرعة مثبت في أسفلها
انطلاق طائرة الإطلاق B-52B التابعة لناسا حاملة مركبة البحث فائقة السرعة X-43A (27 مارس 2004)

كانت الطائرة X-43A مركبة اختبار صغيرة بدون طيار، يبلغ طولها ما يزيد قليلاً عن 3.7 متر (12 قدمًا) . [ 4 ] صُممت المركبة بهيكل رافع ، حيث يوفر هيكل الطائرة قوة رفع كبيرة للطيران، بدلاً من الاعتماد على الأجنحة . بلغ وزن الطائرة حوالي 1400 كيلوغرام (3000 رطل) . صُممت X-43A لتكون قابلة للتحكم الكامل في الطيران عالي السرعة، حتى عند الانزلاق بدون دفع . مع ذلك، لم تُصمم الطائرة للهبوط والاستعادة. تحطمت مركبات الاختبار في المحيط الهادئ بعد انتهاء الاختبار.    

ينتج عن السفر بسرعات ماخ حرارة كبيرة بسبب موجات الصدمة الناتجة عن مقاومة الهواء فوق الصوتية . عند سرعات ماخ العالية، قد تصبح الحرارة شديدة لدرجة انصهار الأجزاء المعدنية من هيكل الطائرة. وقد عالجت طائرة X-43A هذه المشكلة بتدوير الماء خلف غطاء المحرك والحواف الأمامية للجدران الجانبية لتبريد هذه الأسطح. في الاختبارات، تم تفعيل نظام تدوير الماء عند سرعة ماخ 3 تقريبًا. 

محرك

نموذج بالحجم الطبيعي للطائرة X-43 في نفق الرياح عالي الحرارة في لانغلي ، والذي يبلغ طوله 8 أقدام (2 متر) . 

صُممت هذه المركبة لتطوير واختبار محرك نفاث فرط صوتي، أو ما يُعرف بـ" سكرمجت "، وهو نوع من المحركات يتم فيه الاحتراق الخارجي داخل الهواء المتدفق بسرعات تفوق سرعة الصوت. [ 5 ] صمم مطورو الطائرة X-43A هيكل الطائرة ليكون جزءًا من نظام الدفع : فالجزء الأمامي منها جزء من تدفق الهواء الداخل، بينما يعمل الجزء الخلفي كفوهة عادم. [ 6 ]

كان محرك المركبة X-43A يعمل بشكل أساسي بوقود الهيدروجين . في الاختبار الناجح، استُخدم حوالي كيلوغرام واحد (رطلين) من هذا الوقود. وللاشتعال الأولي، استُخدم مزيج من الهيدروجين مع 20% من أحادي السيلان ، وهو غاز قابل للاشتعال التلقائي . [ 7 ] على عكس الصواريخ، لا تحمل المركبات التي تعمل بمحركات سكرامجت الأكسجين على متنها لتزويد المحرك بالوقود. إن الاستغناء عن حمل الأكسجين يقلل بشكل كبير من حجم المركبة ووزنها. في المستقبل، يمكن لهذه المركبات الأخف وزنًا أن تحمل حمولات أثقل إلى الفضاء أو أن تحمل حمولات بنفس الوزن بكفاءة أعلى بكثير.

لا تعمل محركات سكرامجت إلا بسرعات تتراوح بين  4.5 ماخ أو أعلى، لذا يلزم استخدام صواريخ أو محركات نفاثة أخرى لرفع سرعة الطائرات التي تعمل بمحركات سكرامجت إلى هذه السرعة الأساسية. في حالة الطائرة X-43A، تم تسريعها إلى سرعة عالية باستخدام صاروخ بيغاسوس أُطلق من قاذفة قنابل بوينغ B-52 ستراتوفورتريس مُعدّلة . وقد أطلق أعضاء فريق البرنامج على المركبة المُدمجة X-43A وبيغاسوس اسم "المكدس". [ 6 ]

صُممت محركات مركبات الاختبار X-43A خصيصًا لنطاق سرعة محدد، حيث لا تستطيع ضغط خليط الوقود والهواء وإشعاله إلا عندما يكون تدفق الهواء الداخل متوافقًا مع التوقعات. صُممت أول طائرتين من طراز X-43A للطيران بسرعة تقارب  7 ماخ، بينما صُممت الثالثة للعمل بسرعات تتجاوز 9.8 ماخ (10,600 كم/ساعة؛ 6,610 ميل/ساعة) على ارتفاعات تبلغ 30,000 متر (98,000 قدم) أو أكثر.     

الاختبار التشغيلي

صورة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD) للطائرة X-43A بسرعة ماخ 7
إسقاط الطائرة X-43A من أسفل جناح قاذفة القنابل NB-52B ستراتوفورتريس

فشلت أول تجربة لوكالة ناسا لصاروخ X-43A في 2 يونيو 2001، بسبب فقدان معزز بيغاسوس السيطرة بعد حوالي 13 ثانية من إطلاقه من حاملة الطائرات B-52. تعرض الصاروخ لتذبذب في نظام التحكم أثناء تجاوزه سرعة الصوت ، مما أدى في النهاية إلى تعطل الجنيح الأيمن . تسبب ذلك في انحراف الصاروخ بشكل كبير عن مساره المخطط، فتم تدميره كإجراء احترازي. أشار تحقيق في الحادث إلى أن المعلومات غير الدقيقة حول قدرات الصاروخ وبيئة طيرانه ساهمت في وقوعه. أدت عدة أخطاء في نمذجة البيانات لهذه التجربة إلى نظام تحكم غير كافٍ لصاروخ بيغاسوس المستخدم، مع أنه لم يُعزى الفشل إلى عامل واحد بشكل قاطع. [ 8 ]

في الاختبار الثاني الذي أُجري في مارس 2004، انطلق صاروخ بيغاسوس بنجاح، مُطلقًا المركبة التجريبية على ارتفاع حوالي 29,000 متر (95,000 قدم) . بعد الانفصال، فُتح مدخل هواء المحرك، واشتعل، ثم تسارعت الطائرة مبتعدةً عن الصاروخ لتصل سرعتها إلى 6.83 ماخ (7,488 كم/ساعة؛ 4,653 ميل/ساعة) . استمر تدفق الوقود إلى المحرك لمدة 11 ثانية، قطعت خلالها الطائرة مسافة تزيد عن 24 كم (15 ميل) . بعد انفصال معزز بيغاسوس، شهدت المركبة انخفاضًا طفيفًا في السرعة، لكن محرك سكرامجت تسارع لاحقًا، مما ساهم في صعودها. [ 8 ] بعد احتراق الوقود، تمكن المتحكمون من توجيه المركبة والتحكم في نظام الطيران لعدة دقائق؛ ثم سقطت الطائرة في المحيط، نتيجةً لمقاومة الهواء. وبهذا الإنجاز، أصبحت الطائرة X-43A أسرع طائرة تعمل بالهواء في العالم.      

أجرت ناسا تجربة طيران لنسخة ثالثة من طائرة X-43A في 16 نوفمبر 2004. انفصل معزز صاروخ بيغاسوس عن حاملة الطائرات B-52 على ارتفاع 40,000 قدم، وانطلق الصاروخ الصلب بالطائرة إلى سرعة 10 ماخ على ارتفاع 110,000 قدم. [ 9 ] انفصلت طائرة X-43A عند سرعة 9.8 ماخ، وبدأ تشغيل المحرك عند سرعة 9.65 ماخ لمدة 10-12 ثانية بقوة دفع تعادل تقريبًا قوة السحب، ثم انزلقت إلى المحيط الهادئ بعد 14 دقيقة. [ 9 ] بلغ الضغط الديناميكي أثناء الرحلة 1,050 رطل/قدم مربع (0.50 بار) . [ 9 ] بلغت سرعتها 9.68 ماخ، [ 10 ] [ 11 ] و6755 ميلاً في الساعة (10870 كم/ساعة) على ارتفاع 109440 قدمًا (33357 مترًا)، [ 12 ] كما اختبرت قدرة المركبة على تحمل الأحمال الحرارية المصاحبة. [ 13 ]     

البدائل

في يناير 2006، أعلنت القوات الجوية الأمريكية عن صاروخ فالكون النفاث الأسرع من الصوت، القابل لإعادة الاستخدام، والذي يُطلق من الولايات المتحدة القارية . [ 14 ] وفي مارس 2006، أُعلن عن تسمية مركبة اختبار الطيران "ويف رايدر" النفاثة الأسرع من الصوت، التابعة لمختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية، بالرمز X-51A. وقد حلقت طائرة بوينغ X-51 التابعة للقوات الجوية الأمريكية لأول مرة في 26 مايو 2010، حيث أُسقطت من قاذفة بي-52.

المتغيرات

بعد اختبارات المركبة X-43 عام 2004، صرّح مهندسو مركز درايدن التابع لناسا بأنهم يتوقعون أن تُكلل جهودهم بإنتاج مركبة مأهولة ذات مرحلتين للوصول إلى المدار في غضون عشرين عامًا تقريبًا. وأعرب العلماء عن شكوكهم الكبيرة في إمكانية إنتاج مركبة مأهولة ذات مرحلة واحدة للوصول إلى المدار، مثل الطائرة الفضائية الوطنية (NASP)، في المستقبل القريب.

كان من المخطط إنتاج مركبات أخرى من طراز X-43، ولكن اعتبارًا من يونيو 2013 تم تعليقها أو إلغاؤها. وكان من المتوقع أن يكون لها نفس التصميم الأساسي لهيكل الطائرة X-43A، على الرغم من أنه كان من المتوقع أن تكون الطائرة أكبر حجماً بشكل ملحوظ.

إكس-43 بي

كانت المركبة X-43B مركبة كاملة الحجم، مزودة بمحرك توربيني ذي دورة مركبة (TBCC) أو محرك صاروخي ذي دورة مركبة (RBCC) للاستطلاع والمراقبة والاستهداف . كانت التوربينات النفاثة أو الصواريخ تدفع المركبة مبدئيًا إلى سرعة تفوق سرعة الصوت. ثم يبدأ محرك نفاث تضاغطي بالعمل عند سرعة  2.5 ماخ، ويتحول المحرك إلى محرك نفاث تضاغطي فرطي السرعة عند سرعة تقارب  5 ماخ.

إكس-43 سي

كان من المفترض أن تكون الطائرة X-43C أكبر حجمًا من الطائرة X-43A، وكان الهدف منها اختبار جدوى استخدام وقود الهيدروكربون، ربما باستخدام محرك HyTech . في حين أن معظم تصاميم المحركات النفاثة الأسرع من الصوت (سكرمجت) تستخدم الهيدروجين كوقود، فإن محرك HyTech يعمل بوقود الهيدروكربون التقليدي من نوع الكيروسين، وهو أكثر عملية لدعم المركبات التشغيلية. وقد خُطط لبناء محرك كامل الحجم يستخدم وقوده الخاص للتبريد. وكان من المفترض أن يعمل نظام تبريد المحرك كمفاعل كيميائي، حيث يقوم بتفكيك الهيدروكربونات طويلة السلسلة إلى هيدروكربونات قصيرة السلسلة لاحتراقها بسرعة.

تم تعليق مشروع X-43C لأجل غير مسمى في مارس 2004. [ 15 ] ويشير التقرير المذكور إلى تعليق المشروع لأجل غير مسمى، ومثول الأدميرال كريغ إي. ستيدل أمام جلسة استماع للجنة الفرعية للفضاء والطيران بمجلس النواب في 18 مارس 2004. وفي منتصف عام 2005، بدا أن تمويل مشروع X-43C سيستمر حتى نهاية العام. [ 16 ]

إكس-43 دي

كان من المفترض أن تكون الطائرة X-43D مطابقة تقريبًا للطائرة X-43A، ولكنها ستتجاوز سرعة  15 ماخ. وحتى سبتمبر 2007، لم تُجرَ سوى دراسة جدوى من قِبل دونالد ب. جونسون من شركة بوينغ وجيفري س. روبنسون من مركز لانغلي للأبحاث التابع لناسا . ووفقًا لمقدمة الدراسة، فإن "الغرض من الطائرة X-43D هو جمع معلومات عن بيئة الطيران بسرعات عالية (ماخ) وقابلية تشغيل المحرك، وهي معلومات يصعب، إن لم يكن من المستحيل، جمعها على الأرض". [ 17 ]

انظر أيضاً

طائرات ذات دور وتكوين وعصر مماثل

قوائم ذات صلة

مراجع

  1. ↑ "28 أبريل 2001: أول رحلة طيران محمولة لمركبة ناسا البحثية فائقة السرعة X-43A" . 28 أبريل 2021.
  2. ↑ تومسون، إلفيا، كيث هنري، وليزلي ويليامز. "أسرع من رصاصة: موسوعة غينيس تُكرّم محرك ناسا سكرامجت". مؤرشف بتاريخ 30 يوليو 2021 في أرشيف ناسا . تاريخ الاسترجاع: 1 أغسطس 2011.
  3. ↑ بيبلز، كورتيس (2010). إحدى عشرة ثانية في المجهول: تاريخ برنامج هايبر-إكس . فرجينيا: AIAA. ISBN 978-1-60086-776-7.
  4. ↑ هارشا، فيليب ت.، لويل س. كيل، أنتوني كاستروجيوفاني، وروبرت ت. شيريل. "تصميم وتصنيع المركبة X-43A". AIAA 2005-3334. تاريخ الاسترجاع: 1 أغسطس 2011.
  5. ↑ سوينيرد، غراهام. كيف تطير المركبات الفضائية: رحلات الفضاء بدون معادلات. نيويورك: سبرينغر، 2010. ISBN 978-1-44192-629-6ص 113.
  6. 1 2 مارتن، جاي. "الرائد في مجال الطيران فرط الصوتي: الطائرة X-43A". AircraftInFormation.info. تاريخ الاسترجاع: 16 أغسطس 2012.
  7. ↑ هيدينغ، برنارد؛ فيتزنر، مايكل؛ سيمون، دومينيكو؛ برونو، كلاوديو (يوليو 2008). "مراجعة لإمكانات السيلانات كوقود للصواريخ/المحركات النفاثة فائقة السرعة". مجلة أكتا أسترونوتيكا . 63 (1): 379-388 . doi : 10.1016/j.actaastro.2007.12.056 . ISSN 0094-5765 . 
  8. 1 2 بنتلي، ماثيو أ. الطائرات الفضائية: من المطار إلى الميناء الفضائي (عالم الفلكيين). نيويورك: سبرينغر، 2008. ISBN 978-0-38776-509-9، ص 110-111.
  9. ١ ٢ ٣ توماس أ. هيبنهايمر (سبتمبر ٢٠٠٧). "مواجهة حاجز الحرارة: تاريخ السرعات فوق الصوتية" (ملف PDF) . قسم التاريخ في وكالة ناسا. ص ٢٧٧. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ ٢٠ يوليو ٢٠١١. 
  10. ↑ ريتشارد ر. كازمار (2005). "الدفع الهوائي فائق السرعة في برات آند ويتني - نظرة عامة" (ملف PDF) . المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 21 أكتوبر 2007.
  11. ↑ تشارلز ماكلينتون (9 يناير 2006). إكس-43: قوة المحرك النفاث الأسرع من الصوت تكسر حاجز السرعة الفائقة (ملف PDF) . الاجتماع والمعرض الرابع والأربعون لعلوم الفضاء الجوي التابع للمعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية. مركز لانغلي للأبحاث التابع لناسا. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 24 يوليو 2011.
  12. ↑ "أسرع طائرة بمحرك تنفس الهواء: X-43" . موسوعة غينيس للأرقام القياسية . 16 نوفمبر 2004.
  13. ↑ "برنامج ناسا "هايبر-إكس" يُظهر تقنيات محركات سكرامجت" . ناسا. 7 أغسطس 2017.
  14. ↑ "فالكون". space.com. تاريخ الاسترجاع: 1 أغسطس 2011.
  15. ↑ موريس، جيفرسون. "الطائرة X-43C ومحرك RS-84 من بين ضحايا مراجعة ناسا". مؤرشف في 18 نوفمبر 2004 في موقع Wayback Machine. أسبوع الطيران ، 19 مارس 2004. تاريخ الاسترجاع: 9 يناير 2010.
  16. ↑ "الأخبار السارة تنتشر بسرعة." بوينغ فرونتيرز ، أغسطس 2005. اقتباس: "بفضل طلب تمويل بقيمة 25 مليون دولار لوكالة ناسا برعاية عضو الكونغرس الأمريكي جيم تالنت (جمهوري من ولاية ميسوري)، سيستمر العمل على برنامج X-43C حتى عام 2005."
  17. ↑ "التصميم المفاهيمي ودراسة الجدوى لـ X-43D". مؤرشف بتاريخ 29 فبراير 2008 في أرشيف الإنترنت التابع للمعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية (AIAA). تاريخ الاسترجاع: 1 أغسطس 2011.

ملحوظات