لاکهیدمارتین X-59 QueSST؛ اولین جت مافوقصوتی که دیوار صوتی را نمیشکند
جت مافوقصوت «لاکهیدمارتین X-59 QueSST»، احتمالاً عنوان عجیبترین طراحی تاریخ هواپیماها را به نام خود ثبت کند:
دماغهی تیز آن نیمی از طول هواپیما را تشکیل میدهد؛ هیچ کابین خلبانی قابل مشاهده نیست؛ بالهای آن در مقایسه با کل بدنه بسیار کوچک به نظر میرسند و موتور بزرگی که در قسمت دم قرار گرفته است، به یک قوز یا برآمدگی عجیب شباهت دارد که در نگاه اول انتظار داریم هر لحظه سقوط کند.
البته این ظاهر دیوانهوار بیدلیل نیست. طراحی خاص X-59 را میتوانیم راز موفقیت نادر این جت مافوقصوت بدانیم که صدای مهیبی برای مردم و ساختمانهای روی زمین ایجاد نمیکند.
انفجارهای صوتی از دیرباز پاشنهی آشیل پروازهای مافوقصوت محسوب میشدند. وقتی هواپیمایی سریعتر از سرعت صوت حرکت میکند، مولکولهای هوای فشردهشده در برخورد با بدنهی هواپیما «موجهای شوک» ایجاد میکنند. این موجها با هم ترکیب میشوند و صدایی بلند و ناخوشایند به وجود میآورند که به «شکست دیوار صوتی» شهرت دارد.
تکامل پرواز مافوقصوت، روایت بیش از نیمقرن تلاش مهندسان هوافضا برای مواجهه با پیچیدهترین چالشهای آیرودینامیکی است. از زمانی که چاک ییگر در سال ۱۹۴۷ با بل X-1 رکورد سرعت یک ماخ را به ثبت رساند و دیوار صوتی را شکست، دانشمندان درگیر پدیدهای فیزیکی به نام بوم صوتی شدند.
کنکورد، بهعنوان اولین هواپیمای مسافربری مافوقصوت که در سال ۱۹۶۹ به پرواز درآمد، بوم صوتیای با شدت ۱۰۵ تا ۱۱۰ دسیبل تولید میکرد که معادل شدت انفجار مقدار اندکی TNT در فاصلهی ۱۰۰ متری بود.
پروازهای کنکورد بهدلیل آسیبهای ناشی از شکست دیوار صوتی بر فراز مناطق مسکونی ممنوع شد
این صدای مهیب که به ساختمانها آسیب میرساند و باعث شکستن شیشهها میشد، به ممنوعیت پروازهای مافوقصوت بر فراز مناطق مسکونی انجامید. مطالعات مؤسسهی پژوهشهای صوتی دانشگاه استنفورد نشان میداد که قرارگرفتن مداوم در معرض بومهای صوتی با شدت بیش از ۹۰ دسیبل میتواند عوارضی نظیر اختلالات شنوایی، افزایش فشارخون و حتی آسیبهای روانشناختی را در پی داشته باشد.
درواقع ناسا در پاسخ این چالش پروژهی جاهطلبانهی X-59 QueSST را کلید زد؛ با هدف کاهش شدت صدای بوم صوتی به تنها ۷۵ دسیبل، یعنی صدایی که میتوان آن را با بستهشدن در یک خودرو، یا شنیدن صدای ماشین ظرفشویی برای کمتر از یک ثانیه مقایسه کرد.
آغاز پروژه X-59 QueSST
پروژه X-59 نتیجهی بیش از دو دهه تحقیقات گسترده در زمینه آیرودینامیک مافوقصوت بود. این مسیر با مطالعات اولیه ناسا در دههی ۱۹۹۰ روی پروژه HSR (High-Speed Research) آغاز شد، جایی که دانشمندان برای اولینبار امکان کنترل و شکلدهی امواج شوک را بررسی کردند.
ناسا برای پروژه X-59 بودجهای معادل ۲۴۷٫۵ میلیون دلار به لاکهیدمارتین اختصاص داد
سال ۲۰۰۶، پروژهی Quiet Spike با همکاری ناسا و لاکهید مارتین، اولین گامهای عملی را در این مسیر برداشت. در این پروژه، یک دماغهی تلسکوپی روی یک F-15 نصب شد تا محققان «تأثیر طول و شکل دماغه بر تشکیل امواج شوک» را مطالعه کنند.
سرانجام سال ۲۰۱۶، ناسا با اختصاص بودجهای معادل ۲۴۷٫۵ میلیون دلار، قرارداد توسعهی X-59 را به لاکهید مارتین واگذار کرد.
در اصل ناسا مدتی قبل از تعدادی شرکتهای هوافضا خواسته بود پیشنهاد خود را برای توسعهی نمونهی آزمایشی هواپیمایی که بتواند با سرعت مافوقصوت اما صدای هواپیماهای عادی بر فراز خشکی پرواز کند، ارائه دهند. در این میان تجربهی منحصربهفرد این لاکهیدمارتین در ساخت هواپیماهای پیشرفته و سابقهی درخشان آنها در پروژههایی مانند SR-71 و F-117 کفهی ترازو را به سمت آنها سنگینتر کرد.
پروژهی ناسا ابتدا با عنوان هواپیمای X خطاب میشد و پس از دریافت مجوز از نیروی هوایی آمریکا به X-59 QueSST تغییر نام داد (مخفف Quiet SuperSonic Technology به معنی تکنولوژی مافوقصوت آرام).
تیم توسعه شامل ۳۰۰ مهندس و دانشمند از ۱۲ مرکز تحقیقاتی مختلف شامل ۳ مرکز مطالعاتی ناسا بود که هر کدام در زمینههای تخصصی خود، از آیرودینامیک گرفته تا مواد پیشرفته، مشارکت داشتند.
برنامهی توسعه X-59 با رویکرد «بهینهسازی طراحی چندرشتهای» یا MDO پیش رفت. این رویکرد شامل بهینهسازی همزمان پارامترهای مختلف از جمله آیرودینامیک، سازه، سیستم رانش و کنترل پرواز بود.
برنامه توسعه X-59 با رویکرد «بهینهسازی طراحی چندرشتهای» انجام شد
تیم طراحی با استفاده از ابررایانههای ناسا، بیش از ۱۵ هزار ساعت شبیهسازی CFD انجام داد تا به بهینهترین شکل بدنه دست یابد. این محاسبات شامل تحلیل رفتار جریان در محدودههای مختلف عدد ماخ (۱٫۴ تا ۱٫۶)، زوایای حمله (۰ تا ۵ درجه) و شرایط جوی متفاوت بود.
دیو ریچاردسون، مدیر برنامهی ایکس ۵۹ در لاکهید مارتین میگوید:
ما فناوری سوپرسونیک آرام این هواپیما را با استفاده از مواد جادویی گرانقیمت یا موتورهای عجیبوغریب نساختیم! اگر میبینید ظاهر ایکس ۵۹ بیشتر به یک سفینه فضایی انیمهای شباهت دارد تا وسیلهای که توسط انسانها ساخته شده، به این دلیل است که هواپیما در بُعدی دیگر، توسط کامپیوترها و انسانها، از طریق نرمافزار ویژهای که توسط مهندسان شرکتی مستقر در بتسدای مریلند توسعه یافته، طراحی شد.
هرچند کنکورد تا زمان بازنشستگی در سال ۲۰۰۳ به پرواز ادامه داد، اما اکثر خطوط هوایی نمیتوانستند هزینههای عملیاتی هواپیما را توجیه کنند؛ زیرا قابلیتهای مافوقصوت آن فقط میتوانست بر فراز آب استفاده شود. ریچاردسون توضیح میدهد:
پیشرفت واقعی برای پرواز مافوقصوت زمانی حاصل میشود که بتوانیم دوباره بر فراز خشکی پرواز کنیم. بهویژه در مسیرهای طولانی که در آنها این نوع پرواز مزیت و ارزش بیشتری دارد.
لاکهیدمارتین دقیقاً میخواست چنین هواپیمایی بسازد.
مطالعات اولیه و طراحی مفهومی X-59
تیم مشهور هوافضای اسکانک ورکز لاکهیدمارتین، از سالها قبل از پروژهی ایکس ۵۹ به دنبال راهحلی برای بهبود شرایط هواپیماهای پیشرفتهی مسافربری بود. آنها سال ۲۰۱۳، طراحی مفهومی هواپیمای اصلاحی C100 را توسعه داده بودند که تا حدودی شبیه نسخه کوتاهتر کنکورد بود و موتور درست روی پشت آن قرار میگرفت و دم V شکلی داشت.
سپس تیم مدل C435 را طراحی کرد که همچنان طراحی دم V شکل را نگه میداشت؛ اما بدنهی آن بسیار بلندتر، بالها کوچکتر و دماغهی هواپیما هم نوکتیزتر میشد.
لاکهیدمارتین پیش از X-59، حداقل ۵ طرح مفهومی را برای هواپیمای فراصوت آرام توسعه داده بود
سومین طراحی با نام C506 توسعه یافت که دم V شکل را با فرم سنتی جایگزین کرد، زیرا تیم پی برده بود که این فرم جدید مانور هواپیما را سختتر میکند، هرچند در کاهش انفجار صوتی عملکرد بهتری نشان میدهد.
سال ۲۰۱۵، تیم طرح جدید خود را با نام C603 ارائه داد که کاناردها را به بخش جلویی بدنهی هواپیما اضافه میکرد: کاناردها درحقیقت همان دو بالک کوچکی هستند که نزدیک کابین خلبان در انتهای دماغهی X-59 هم مشاهده میکنید.
این مدل همچنین موتور را عقبتر برد و بالها را در دو زاویه مختلف قرار داد، ابتدا به سمت بالا و سپس در اطراف قسمت میانی به سمت پایین. در نهایت پنجمین طرح یعنی C605 به نمونهی اولیهی طراحی مقدماتی X-59 تبدیل شد.
با شروع فاز اول پروژهی کوئست، تیم تحقیقاتی مشترک ناسا و لاکهید مارتین به بررسی جامع چالشهای اصلی پرداختند و با استفاده از مدلهای پیشرفته دینامیک سیالات محاسباتی، رفتار امواج شوک و نحوه شکلگیری آنها در سرعتهای مافوقصوت را بهطور دقیق تحت بررسی قرار دادند.
درواقع به لطف محاسبات سرعت بالا و مدلهای یادگیری ماشینی بود که محققان توانستند بهطور دقیق تعامل شوکهای صوتی و نحوه انتشار آنها را در ارتفاع ۵۰ هزار فوتی (حدود ۱۵ کیلومتری) زمین پیشبینی کنند. چنان که ریچاردسون میگوید:
ما تا دو دهه قبل بدون قدرت پردازشی فعلی قادر نبودیم پروسهها را اینطور تخمین بزنیم. البته ما میتوانستیم این نوع هواپیما را طراحی کنیم، بله. ولی تصور کنید که باید سیستم را با هزینههای بسیار زیاد، صدها و شاید هزاران بار در تونل باد قرار میدادیم که سالها زمان میبرد. اصلاً قابل قیاس با آنچه کامپیوترهای امروزی انجام میدهند، نبود.
طراحی نهایی ایکس ۵۹ کوئست (۲۰۱۸ تا ۲۰۱۹)
در طول طراحیها و تکرارهای پیشین ریچاردسون و تیمش چند درس مهم دربارهی بوم صوتی آموختند. اول اینکه قسمتهای سنگین و حجیم هواپیما باید تا حد ممکن در عقب قرار میگرفتند. او میگوید:
ما واقعاً هیچچیزی در جلوی هواپیما قرار ندادیم، اما میخواستیم آن نسبت ظریف و بلند بدنه را داشته باشیم. باید شوکهای مختلف را در طول هواپیما کش میدادیم و مدیریت میکردیم.
این تصمیم به دماغه و بدنهای فوقالعاده ظریف منجر شد، بدون هیچگونه ناهمواری سطحی که بتواند هنگام شکستن مرز صوت، تولید صدا کند.
همچنین آنها متوجه شدند که هر چیزی که باعث ناپیوستگی در شکل هواپیما شود، مثل شیشهی جلو یا سقف کابین، میتواند اثر انفجار صوتی را تشدید کند؛ به همین دلیل تصمیم گرفتند شیشهی جلو را بهکلی حذف کنند.
تیم توسعه شیشه جلوی هواپیما را بهطور کلی حذف کرد
در عوض X-59 از یک سیستم دید خارجی (eXternal Vision System) استفاده میکند که به گفتهی ریچاردسون، مهمترین فناوری پیشرفتهی هواپیما بهشمار میرود. خلبان با استفاده از دوربین و مشاهده بیرون از طریق یک نمایشگر بزرگ، هواپیما را هدایت میکند. این سیستم باید تأییدیه سختگیرانهای را از سازمان هواپیمایی فدرال برای استفاده در فضای هوایی ملی دریافت میکرد.
با وجود همهی تلاشهایی که در راستای بدنهای یکنواخت صورت گرفت، تیم متوجه شد که برآمدگیها اجتنابناپذیر هستند. دقیقاً به همین دلیل حتی ورودی موتور در بالای هواپیما قرار گرفته است تا شوک تولیدشده به فضا برود و نه به سمت زمین.
این همان اتفاقی است که در کنکورد به علت موتورهای زیر بالها رخ میداد. همین موضوع در مورد هر محرکی صدق میکند، یعنی موقعیت آنها در بالا باعث میشود شوکها به بالا و نه پایین فرستاده شوند.
دلیل کشیدگی دماغه هواپیما توزیع موجهای متراکم هوا بود که به انفجار صوتی منجر میشوند
دماغهی هواپیما که حدود ۱۲ متر طول دارد، بهعنوان یکی از بارزترین مشخصههای ایکس ۵۹ شناخته میشود. هدف از این طراحی باریک و بلند، پخشکردن امواج شوک صوتی و جلوگیری از تجمع آنها بود.
وقتی هواپیما با سرعت مافوقصوت پرواز میکند، فشار هوا بهتدریج و در طول این دماغهی بلند تغییر میکند، که این امر باعث کاهش چشمگیر شدت بوم صوتی میشود. همچنین، این شکل خاص دماغه با نسبت باریکشدگی ۱:۳۰ و سطح مقطع بهینه شده، به کاهش مقاومت موج در سرعتهای مافوقصوت کمک میکند.
مهندسان برای قسمت بالها از طرح دلتای اصلاحشده با لبهی حمله تیز استفاده کردند. این طراحی با زاویه جاروب (Sweep angle) ۳۰ درجه، تعادل مناسبی بین عملکرد در سرعتهای زیر صوت و مافوقصوت برقرار میکرد.
وزن هواپیما باید به سمت عقب متمایل میشد
سطوح کنترلی چندگانه شامل فلپهای لبه فرار با زاویه انحراف ۲۰ درجه، ایلرونهای دوبخشی و اسپویلرهای خودکار در بالها تعبیه شدند. این سیستم پیچیده کنترلی با استفاده از عملگرهای الکتروهیدرولیک دقیق و سیستم کنترل پرواز دیجیتال چهارگانه، کنترلپذیری هواپیما را در تمام محدودههای سرعت تضمین میکرد.
ورودی هوای این موتور باید به شیوهای توسعه مییافت که با موج شوک تولیدشده توسط دماغه تداخل نداشته باشد. به همین دلیل، ورودی هوا در بالای بدنه قرار گرفت و به سیستم کنترل جریان هوای پیشرفتهای مجهز شد که عملکرد موتور را بهینه میکند.
دم هواپیما با طراحی T شکل، نقش مهمی در پایداری و کنترل هواپیما بهعهده داشت: سطح عمودی بلند، پایداری جانبی را تأمین میکرد، درحالیکه سطح افقی در بالای دم بهگونهای طراحی شد که تداخل با موج شوک بدنه به حداقل برسد. طبق ارزیابیها سیستم کنترل الکترونیکی پرواز نیز به پایداری بیشتر هواپیما کمک میکند.
برخی از قطعات کلیدی X-59 از هواپیماهای دیگر وام گرفته شدند
مهمترین اولویت کابین خلبان ارگونومی و کارایی بود. فضای داخلی برای یک خلبان بهینهسازی شد و نمایشگرهای دیجیتال لازم در آن جای گرفتند. سیستم کنترل پرواز دیجیتال با قابلیت اطمینان بالا، همراه با سیستمهای اکسیژن و تهویهمطبوع نیز شرایط برای پرواز را در ارتفاعات بالا بهبود میدادند.
فرایند ساخت X-59 (۲۰۱۹ تا ۲۰۲۲)
طبق اولین برنامهها قرار بود ایکس ۵۹ کوئست اولین پرواز آزمایشی خود را سال ۲۰۲۱ انجام دهد، ولی این فازهای مختلف ساخت چندین بار به دلایل ِناگزیر به تعویق افتاد:
اول اینکه X-59 برای کاهش هزینهها از قطعات متنوع هواپیماهای دیگر استفاده میکرد، از جمله چرخهای فرود جنگندهی F-16، ورودیهای موتور هواپیمای شناسایی U-2، کابین خلبان و صندلی پرتاب هواپیمای آموزشی نظامی T-38 و موتور جنرالالکتریک F414-GE-100 جنگندهی F-18.
مشخصات فنی جت مافوقصوت ایکس ۵۹ کوئست | |
---|---|
حداکثر وزن ناخالص | حدود ۱۱,۳۴۰ کیلوگرم |
وزن خالص | حدود ۶۸۰۰ کیلوگرم |
سوخت | حدود ۳۹۴۶ کیلوگرم |
ظرفیت بار | حدود ۲۷۲ کیلوگرم |
ماخ | ۱٫۴ (۱۴۸۷ کیلومتربرساعت) |
میزان صدا | کمتر از ۷۵ دسیبل |
موتور | F414-GE-100 یک عدد |
چرخهای فرود | F-16 Blk25 |
طول کل | ۳۰,۳۵۴ متر |
عرض بال | ۹ متر |
ارتفاع کل | ۴٫۲۷ متر |
فاصله چرخهای جلو و اصلی | ۵٫۳۳۴ متر |
فاصله عرضی چرخها | ۲٫۳۸۸ متر |
به گفتهی جی برندون، مهندس ارشد ناسا در این پروژه، یکپارچهسازی این مجموعهی متنوع از قطعات وامگرفته، بسیار چالشبرانگیز بود، اما روی مثبت ماجرا این بود که تیم میتوانست منابع مالی و فکر خود را روی هدف اصلی یعنی کاهش صوت متمرکز کند. برندون میگوید:
هنگامیکه نمونهی آزمایشی یک هواپیمای منحصربهفرد را توسعه میدهید، طراحی و ساخت تمامی قطعات بهصورت سفارشی اصلاً مقرونبهصرفه نیست. این هواپیما قرار بود برای هدفی خاص و اثبات پیشرفتهای جدید فناوری ساخته شود. فلسفهی استفادهی مجدد از قطعات قدیمی هم هزینهها را کاهش میداد و هم سرعت توسعه هواپیماهای X را بالا میبرد. در این پروژه نیازی نداشتیم که همهی سیستمها را برای طیف وسیعی از مأموریتهای غیرمرتبط بهینهسازی کنیم.
علاوهبر هماهنگسازی سیستمهای برونسپاری شده، یکی دیگر از دلایل بهتعویقافتادن تستها وقوع همهگیری کرونا بود که فرایند زنجیرهی تأمین را آهستهتر کرد.
سیستم ورودی هوای موتور که در بالای بدنه قرار گرفت، با استفاده از تکنیکهای پیشرفته شکلدهی فلزات ساخته شد. دیوارههای داخلی کانال با آلیاژهای مخصوص با مقاومت حرارتی بالا توسعه یافتند و سطح داخلی آنها با دقت بالا پرداخت شدند تا جریان هوای یکنواختی به موتور برسد. نصب سیستمهای کنترل جریان و دریچههای متغیر با بهرهگیری از عملگرهای دقیق الکترومکانیکی صورت گرفت.
بسیاری از بخشهای فنی، مانند نمایشگرهای کابین، سنسورها، دوربینها، سیستمهای پردازش تصویر، سیستمهای الکترونیکی و کنترل پرواز هواپیما در مراحل نهایی و در کارگاهها و لابراتوارهای لاکهیدمارتین روی هواپیما مونتاژ شدند.
کابلکشیهای پیچیده و نصب حسگرها با نظارت تیمهای جداگانهای انجام میشد که مسئولیت عدم تداخل عملکرد سیستمهای چندگانه اطمینان را به عهده داشتند. در پایان تستهای جامع نرمافزاری و سختافزاری بهمنظور ارزیابی سیستمهای کنترل پرواز دیجیتال به مرحلهی اجرا رسید.
X-59 از موتور هواپیمای جنگنده F-18 استفاده میکند
در طول تمام مراحل ساخت، هر قطعه و هر مرحله باید استانداردهای ناسا مطابقت داده میشد و بعضاً مجوزهای لازم را از نیروی هوایی آمریکا دریافت میکرد. تستهای غیرمخرب شامل اشعه ایکس، اولتراسونیک و ترموگرافی برای اطمینان از کیفیت جوشها و اتصالات ضروری بود. همچنین، دادههای ساخت هر قطعه در یک سیستم مدیریت اطلاعات دیجیتال ثبت شد تا قابلیت ردیابی کامل تضمین شود.
ژانویه ۲۰۱۹ ناسا و لاکهید مارتین مسئولیت تأمین تجهیزات اویونیک، بوم روی زمین و EVS با حسگرهای مادونقرمز موج بلند را به شرکت RTX یکی از زیرمجموعههای Collins Aerospace سپردند. سیستم تصویربرداری چند طیفی این شرکت در زیر دماغه، برای فرود استفاده میشود، درحالیکه سیستم دید خارجی ناسا (XVS)، در جلوی کابین خلبان، دید روبهجلو را فراهم میکند.
سیستم رویت پیشرفته خارجی (eXternal Vision System) ناسا
همانطور که اشاره کردیم، تیم طراحی به دو دلیل شیشهی جلوی هواپیما را حذف کرد: اول بهمنظور کاهش ناهمواری سطوح و دوم اینکه اصولاً به دلیل بلندی دماغه، امکان دید مناسب خلبان وجود نداشت.
سیستم دید خارجی ناسا از دو دوربین با وضوحبالا در قسمت جلویی هواپیما استفاده میکند که تصاویر زنده را به یک نمایشگر 4K در کابین خلبان منتقل میکنند. این نمایشگر جلوی کابین، میدان دید ۳۳ درجه عمودی را برای خلبان فراهم میآورد که معادل دید طبیعی از طریق شیشهی جلو در هواپیماهای متعارف است.
سیستم XVS بهلطف فناوری پردازش تصویر پیشرفته، با ترکیب دادههای GPS، سنسورهای اینرسی و نقشههای دیجیتال زمین، موقعیت دقیق هواپیما را محاسبه میکند. این اطلاعات با تصاویر دوربینها همگامسازی شده و نشانگرهای مجازی مانند افق مصنوعی، اطلاعات سرعت و ارتفاع را روی تصویر نمایش میدهد.
سیستم XVS تصاویر زنده خارج از هواپیما را به یک نمایشگر 4K در کابین خلبان منتقل میکند
یکی از اهداف اصلی توسعهی این سیستم، کاهش تأخیر در انتقال تصویر بود. مهندسان موفق شدند تأخیر سیستم را به کمتر از ۲۰ میلیثانیه برسانند که برای عملیات ایمن هواپیما ضروری بود. همچنین برای اطمینان از عملکرد مداوم در شرایط مختلف جوی، دوربینها به سیستمهای ضدلرزش و پوششهای مخصوص برای جلوگیری از تأثیر باران و یخ نیز مجهز شدند.
XVS همچنین از یک سیستم پشتیبان با دوربینهای مستقل و مسیر پردازش جداگانه بهره میبرد تا در صورت نقص در سیستم اصلی، هیچ چالشی پرواز آرام را تهدید نکند. علاوه بر این، یک پنجره کوچک در سمت چپ کابین تعبیه شده که در شرایط اضطراری، دید مستقیم محدودی را برای خلبان فراهم میکند.
برای کمک به درک بهتر عمق و فاصله، XVS از الگوریتمهای پیشرفته پردازش استریو استفاده میکند که با تحلیل تصاویر دو دوربین، اطلاعات سهبعدی محیط را بازسازی میکند. این قابلیت بهویژه در عملیات نزدیک به زمین مانند برخاست و فرود اهمیت حیاتی دارد.
مهندسان ناسا بیش از ۱۰۰ ساعت آزمایش در شبیهسازها را برای اعتبارسنجی عملکرد این سیستم انجام دادهاند. خلبانان آزمایشی گزارش کردهاند که کیفیت تصویر و میدان دید فراهم شده توسط XVS در بسیاری موارد حتی از دید طبیعی بهتر است، بهویژه در شرایط دید محدود مانند شب یا هوای ابری.
نوامبر ۲۰۱۹، تکنسینهای مرکز اسکانک ورکز مونتاژ بالها را به پایان رساندند. این فرایند شامل آببندی داخل بالها که بهعنوان مخازن سوخت هواپیما عمل میکنند و نصب پنلهای سطح بیرونی بود.
تا اواخر سال ۲۰۲۱، بدنه اصلی (شامل کابین خلبان و سیستمهای الکترونیکی هواپیما) و بخش انتهایی که موتور و دیگر سیستمهای پروازی را پشتیبانی میکند، تکمیل شدند. این بخشها با دقت زیاد تراز و با مجموعه بالها ادغام شدند و X-59 را از مجموعهای از قطعات جداگانه به یک ساختار یکپارچه تبدیل کردند.
در تاریخ آمریکا هیچ هواپیمایی با طراحی مشابه X-59 وجود ندارد
نصب موتور جنگندهی جنرالالکتریک که تا ۲۲ هزار پوند نیروی پیشرانه تولید میکند، نوامبر ۲۰۲۲ صورت گرفت. درواقع بدون این موتور امکان رسیدن به سرعت مافوقصوت وجود نداشت.
پوستهی بدنه از کامپوزیتهای پیشرفته کربن-اپوکسی ساخته شد که در قالبهای اتوکلاو تحتفشار و دمای کنترل شده شکل میگیرند. این قطعات کامپوزیتی بادقت میکرونی ساخته میشوند تا سطح آیرودینامیکی کاملاً صاف و دقیقی ایجاد شود.
برای توسعهی دماغهی هواپیما ابتدا اسکلت داخلی از جنس تیتانیوم و با جوشکاری لیزری شکل گرفت. سپس لایههای کامپوزیتی با الگوی خاصی روی اسکلت قرار گرفتند تا استحکام و شکل موردنظر را تضمین کنند. در مرحلهی بعد پوشش محافظ حرارتی خاصی نیز روی دماغه اعمال شد تا در برابر دمای بالای پرواز مافوقصوت مقاومت کند.
بااینحال قطعات دیگر هواپیماها سیستمهای مجزایی بودند که ارتباطی با آیرودینامیک نداشتند، بنابراین نهایتاً طراحی این هواپیما یک طراحی کاملاً جدید تلقی میشد: نه درگذشته و نه درحالحاضر هیچ هواپیمایی شبیه X-59 کوئست در ناوگان هواپیمایی آمریکا وجود نداشته و ندارد.
برندون آخرین چالشهای اسمبل کردن و ساخت هواپیما را چنین توضیح میدهد:
وقتی فرایندهای نهایی را شروع کردیم، به چالشهای معمولی اما جدی زیادی برخوردیم. مثلاً اینکه چگونه چندین مایل سیم را در هواپیما جا دهیم؟ چگونه اطمینان حاصل کنیم که همه این سیمها در جای دقیق قرار میگیرند و طوری مسیردهی میشوند که جریان یک سیم تأثیری منفی بر سیگنالهای سیم دیگر نداشته باشد؟ چگونه همه سیستمها را در فضایی محدود بگنجانیم؟ نکتهی مهم این بود که برخلاف هواپیماهای دیگر، ما نمیتوانستیم خطوط بدنهی هواپیما را کوچکترین تغییری بدهیم تا فضای بیشتری برای عملگرها (سیستمهای مکانیکی حرکتی) و سایر قطعات ایجاد کنیم، زیرا شکل خاص ایکس ۵۹ دقیقاً همان چیزی بود که برای کاهش صوت نیاز داشتیم.
تستهای قبل از پرواز X-59 QueSST
خوشبختانه تمامی فرایندها با موفقیت به پایان رسیدند و هواپیما ۱۲ ژانویهی ۲۰۲۴ بهصورت رسمی در محل تأسیسات اسکانک ورکز لاکهید مارتین کالیفرنیا رونمایی شد.
موتور هواپیما در اکتبر و دسامبر ۲۰۲۴ تستهای عملکردی را با موفقیت پشت سر گذاشت
پیش از آغاز آزمایشهای پروازی، X-59 ارزیابیهای جامع زمینی را برای اطمینان از عملکرد هماهنگ تمام سیستمها پشت سر گذاشت. اواخر اکتبر ۲۰۲۴، آزمایشهای کارکرد موتور با سرعت کم و بدون اشتعال برای بررسی نشتی و تأیید ارتباطات سیستم صورت گرفت. پس از آن نیز نوبت به تست سوختگیری و حرکت با توان پایین رسید تا یکپارچگی صحیح با سیستمهای هواپیما تأیید شود.
سرانجام ۱۲ دسامبر ۲۰۲۴، ناسا اولین آزمایش کارکرد موتور را با حداکثر ظرفیت سیستم پسسوز تکمیل کرد که نقطه عطف مهمی در پیشرفت تیم به سمت پرواز بود، زیرا موتور در این حالت بیشترین فشار و حرارت را تجربه کرد و نشان داد سازهی هواپیما در برابر نیروی حداکثری مقاوم میماند.
به گفتهی ناسا مراحل ادامهی تستهای پروازی به چند مرحلهی کلیدی تقسیم میشود:
۱) آزمایشهای اولیه پرواز:
- هدف: ارزیابی ویژگیهای پایه پرواز، سیستمهای کنترل و قابلیت پرواز کلی.
- فعالیتها: مجموعهای از پروازها برای ارزیابی برخاست، فرود، کیفیتهای کنترل و عملکرد هواپیما در سرعتها و ارتفاعات مختلف انجام میشود.
۲) اعتبارسنجی عملکرد مافوقصوت
- هدف: تأیید توانایی X-59 در حفظ سرعتهای مافوقصوت در حین حفظ پایداری و کنترل پرواز.
- فعالیتها: پروازهایی که بهتدریج سرعت را تا سطوح مافوقصوت افزایش میدهند، با نظارت بر عملکرد آیرودینامیکی و یکپارچگی ساختاری.
۳) آزمایش صوتی
- هدف: اندازهگیری سطوح صدا تولید شده در طول پرواز مافوقصوت برای تأیید کاهش انفجار صوتی به یک «ضربهی صوتی».
- فعالیتها: استفاده از حسگرها و تجهیزات زمینی برای ثبت دادههای صوتی در طول عبورهای مافوقصوت از مناطق آزمایشی تعیین شده.
۴) مطالعات پرواز بر فراز جوامع
- هدف: ارزیابی درک عمومی از انفجار صوتی کاهشیافته در شرایط دنیای واقعی.
- فعالیتها: پرواز بر فراز جوامع منتخب آمریکا و جمعآوری بازخورد از ساکنان برای ارزیابی قابل قبول بودن سطوح صدا.
پل دیز، معاون پیشرانه ناسا در X-59 میگوید:
موفقیت این تستها اوج هشت سال زندگی حرفهای من خواهد بود. این تازه شروع سفر ما است: درست مثل شنیدن یک سمفونی. حالا در حال آزمایش سالها کار گروهی هستیم و بیش از هر زمان دیگری مشتاقیم پروژه را به مرحلهی پروازهای واقعی برسانیم.
طبق برنامهی زمانی ناسا، اولین پروازهای آزمایشی x-59 کوئست سال ۲۰۲۵ در مناطق غیرشهری و تا سال ۲۰۲۶ در مناطق مسکونی صورت میگیرد.
هواپیمای X-59 میتواند مدت سفرهای هوایی را بهطرز شگفتانگیزی کاهش دهد
اگر برنامه موفقیتآمیز باشد، دستاوردهای آن هم برای مسافران و هم برای خطوط هوایی قابل توجه خواهد بود. هرچند چالشهای کارایی موتور، هزینههای تولید و هزینههای نگهداری میتواند چنین جاهطلبیهایی را دور از دسترس نگه دارد، اما بسیاری از مسافران حاضرند برای سفرهای سریعتر، پول بیشتری پرداخت کنند:
یک هواپیمای کنکورد با سرعت ۲ ماخ میتوانست مسیر پاریس تا نیویورک را در تنها ۳٫۵ ساعت طی کند، درحالیکه هواپیماهای تجاری فعلی برای این مسافت به ۸ ساعت زمان نیاز دارند. ایکس ۵۹ میتواند به سرعت ۱٫۴ ماخ (۱۴۸۷ کیلومتربرساعت) برسد و تمامی معادلات را به نفع خود تغییر دهد.
شاید در آیندهای نهچندان دور، مردم به آسمان نگاه کنند و هواپیمایی با ظاهری بسیار متفاوت و سرعتی حیرتانگیز ببینند؛ روزی که پروژهی ۲۵۹ میلیون دلاری X-59 لاکهیدمارتین و ناسا که توسعهاش بیش از ۸ سال طول کشید، سرانجام از ماهیت آزمایشی فراتر رفته و عصر جدیدی را برای سفرهای پرسرعت در سراسر جهان آغاز میکند.