مدفع السكك الحديدية العملاق لإطلاق طائرات تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى الفضاء، خطة الصين الجريئة

عبدالله أسحاق · 16/3/24

مدفع السكك الحديدية العملاق لإطلاق طائرات تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى الفضاء، خطة الصين الجريئة
انطباع فني عن الطائرة الفضائية الآلية الصينية في مدارها.

يُزعم أن العلماء الصينيين يطورون مدفعًا كهرومغناطيسيًا عملاقًا لإطلاق طائرات تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى الفضاء. وستكون الطائرة الفضائية أكبر من طائرة بوينج 747، ويمكن أن تساعد التكنولوجيا في خفض تكاليف الإطلاق.

وذكرت صحيفة ساوث تشاينا مورنينج بوست (SCMP) أنه عند تشغيل الطائرة الفضائية العملاقة التي يبلغ وزنها 50 طنًا، سيتم إطلاقها بسرعة مضاعفة لسرعة الصوت. ويعمل العلماء الصينيون على المشروع (المسمى Tengyun) منذ عام 2016، لكنهم يعتقدون أنهم قريبون جدًا من تحقيق اختراق.

سيتم إجراء الاختبارات في منشأة اختبار ماجليف عالية السرعة ذات مسار منخفض الفراغ بطول 1.2 ميل في داتونغ، والتي تستخدم بشكل عام عند البحث عن تكنولوجيا قطار الإرتفاع المغناطيسي.

المدفع الكهرومغناطيسي هو مسار إطلاق كهرومغناطيسي يستخدم لتسريع طائرة تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى 1.6 ماخ، وهو ما يقرب من ضعف سرعة الصوت (2 ماخ). ويذكر أن الطائرات الفضائية الضخمة سيتجاوز طولها 129 قدمًا (39.3 مترًا) وتزن 50 طنًا متريًا. وإذا كان هذا صحيحا، فهذا أطول من طائرة بوينج 737.

بعد الإطلاق، ستشكل الطائرة الفضائية المسار وتدخل الفضاء عند إشعال محركها. وفي حالة نجاحها، يمكن للتكنولوجيا الجديدة أن تقلل تكاليف الإطلاق بشكل كبير. وهذا يجعلها جذابة لشركات مثل NASA وSpaceX، التي لم تنجح بعد في تطوير إطلاق كهرومغناطيسي بهذا النطاق.

أطلقت مدفع السكك الحديدية طائرات فضائية

إن الاعتماد فقط على قوة الطائرة الخاصة للإقلاع سيتطلب كمية كبيرة من الوقود، كما واجه الفريق أيضًا صعوبات في إيجاد طريقة لمكافحة مخاطر الإقلاع بسرعة منخفضة.

للتغلب على هذه المشكلة، ورد أن المهندسين الصينيين اضطروا إلى التنازل عن التصميم الديناميكي الهوائي وتصميم المحرك، مما أثر على كفاءة الطيران عالية السرعة للآلات. العلماء الذين يعملون في مشروع Tengyun واثقون من قدرتهم على حل المشكلات الحالية.

وكتب العالم الرئيسي للفريق لي شاوي في ورقة بحثية نشرت في مجلة Acta Aeronautica في 6 فبراير: "توفر تقنية الإطلاق الكهرومغناطيسي حلاً واعدًا للتغلب على هذه التحديات، وقد برزت كتكنولوجيا حدودية استراتيجية تتبعها الدول الرائدة في العالم".

لاختبار النظرية، ستستخدم شركة الصين لعلوم وصناعة الطيران (CASIC) منشأة اختبار ماجليف عالية السرعة ذات المسار المنخفض بطول 1.2 ميل (1.93 كم) في داتونغ.

كان الغرض الأصلي للمختبر هو توفير منصة اختبار رئيسية لتقنية قطار الرفع المغناطيسي ذو الأنبوب المنخفض. تُستخدم الآن لاختبارات الفضاء الجوي نظرًا لقدرتها على دفع الأجسام الثقيلة بسرعة تصل إلى 621 ميلاً في الساعة (1000 كيلومتر في الساعة).

سيتم تمديد منشأة اختبار داتونغ إلى 37.2 ميلاً (60 كم / ساعة) لتحقيق سرعة تشغيل قصوى تبلغ 3107 ميلاً في الساعة (5000 كم / ساعة) في المستقبل.

مشروع طموح

وفقًا لـ SCMP، يعتبر المختبر أحد أكثر "منشآت الدفع الكهرومغناطيسي طموحًا على هذا الكوكب"، ولهذا السبب سيتم استخدامه الآن لجمع البيانات العلمية المهمة لمشروع الإطلاق الكهرومغناطيسي الفضائي.

كما قامت وكالة ناسا والبحرية الأمريكية بتجربة أنظمة الإطلاق الفضائية الكهرومغناطيسية والطائرات التي تفوق سرعتها سرعة الصوت إلى جانب الصين.

في التسعينيات، حاولت ناسا بناء خط اختبار صغير بطول 49 قدمًا (14.9 مترًا)، لكنها لم تتمكن من إكمال سوى حوالي 32 قدمًا (9.8 مترًا) بسبب الصعوبات الفنية ونقص الأموال.

قرر المسؤولون العسكريون التخلي عن مشروعهم الطموح وركزوا بدلاً من ذلك على تطوير تكنولوجيا المنجنيق الكهرومغناطيسي منخفض السرعة.

عبدالله أسحاق · 17/3/24

التكنولوجيا الصينية فى نظام الاطلاق الكهرومغناطيسى

فشل ناسا في الإطلاق

الصين ليست الدولة الأولى التي تقترح نظام إطلاق فضائي كهرومغناطيسي. ظلت مثل هذه المفاهيم تطفو على السطح منذ حقبة الحرب الباردة.

وفي التسعينيات، حاولت وكالة ناسا تحويل هذه الفكرة إلى واقع على الورق، وكانت الخطوة الأولى هي بناء خط اختبار صغير يبلغ طوله 15 مترًا (49 قدمًا).
ومع ذلك، وبسبب عدم كفاية التمويل والصعوبات الفنية، كان الطول الفعلي للمسار المكتمل أقل من 10 أمتار. في النهاية، تم إلغاء المشروع، وقام القادة الحكوميون والعسكريون بإعادة توجيه الموارد نحو تطوير تكنولوجيا المنجنيق الكهرومغناطيسي منخفض السرعة لحاملات الطائرات بدلاً من ذلك.
لكن يو إس إس فورد، أول حاملة طائرات يتم تجهيزها بهذه التكنولوجيا الجديدة، تعاني من بعض المشاكل. خلال رئاسة دونالد ترامب، اشتكى من أن الأداء الفعلي للمقاليع الكهرومغناطيسية كان أقل بكثير من أداء نظيراتها البخارية التقليدية.
كما اعترفت البحرية الأمريكية علنًا بأن معدل الفشل المرتفع بشكل مفرط في نظام المنجنيق الكهرومغناطيسي الخاص بفورد قد أدى إلى انخفاض القدرة القتالية لمجموعة حاملات الطائرات الضاربة بأكملها.

بسبب النكسات الكبيرة في تكنولوجيا الإطلاق الكهرومغناطيسي، تخلى الجيش الأمريكي عن تطوير بعض المشاريع ذات الصلة، مثل المدافع الحديدية، وحول التمويل الموفر إلى الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت.

والآن، حصلت الصين على عصا التتابع التي سلمتها لها أمريكا. ومع ذلك، فإن لي وزملائه يتوخون الحذر.

المحاكاة الحاسوبية، اختبارات نفق الرياح

في المراحل الأولى من بحثهم، اكتشفوا إغفالًا مذهلاً من قبل وكالة ناسا: لم يتم إجراء أي اختبارات لنفق الرياح للتأكد من جدوى فصل الطائرة الفضائية عن مسارها.

وكانت فكرة ناسا الأصلية هي أن تسريع مكوك الفضاء إلى 700 كيلومتر في الساعة فقط سيكون كافيا لإلغاء الحاجة إلى صاروخ في المرحلة الأولى، لكن العلماء الصينيين يعتقدون أن هذه السرعة منخفضة للغاية.

ولكن مع زيادة السرعة، يصبح تدفق الهواء بين الطائرة والزلاجة الكهرومغناطيسية التي تحملها والمسار الأرضي مكثفًا ومعقدًا للغاية. لذا فإن أحد الأشياء الأولى التي يجب على فريق المشروع تأكيدها هو أن الطائرة ستكون قادرة على الانفصال بأمان عن المسار.

ولتحقيق هذه الغاية، أجرى فريق لي عمليات محاكاة حاسوبية واسعة النطاق واختبارات أنفاق الرياح. وكشفت النتائج التي توصلوا إليها أنه عندما تخترق الطائرة حاجز الصوت، تموج موجات صدمية عديدة على طول جانبها السفلي، وتصطدم بالأرض وتولد سلسلة من الانعكاسات.

تتسبب موجات الصدمة هذه في حدوث اضطرابات في تدفق الهواء، مما يؤدي إلى إنشاء جيوب من تدفق الهواء دون سرعة الصوت وسط الطائرة والمزلجة الكهرومغناطيسية والمسار.

عندما تصل الزلاجة إلى سرعتها المستهدفة، تطلق الطائرة والمكابح فجأة، يعمل تدفق الهواء الفوضوي على تعويم المركبة في البداية، فقط لتنتقل إلى الدفع لأسفل بعد أربع ثوانٍ، وفقًا لنتيجة اختبار نفق الرياح.

إذا كان هناك ركاب على متن الطائرة، فقد يعانون من دوخة قصيرة أو انعدام الوزن. ولكن مع زيادة المسافة بين الطائرة والمسار، تقل شدة تدفق الهواء حتى يختفي تمامًا. تدخل الطائرة بعد ذلك، برفقة هدير المحرك، في مرحلة الصعود السريع.

تتطلب أقسام معينة من المركبة تعزيزًا لتحمل موجات الصدمة المنعكسة. هناك حاجة أيضًا إلى مزيد من الاختبارات الواقعية. ولكن بشكل عام، هذا النهج آمن وممكن، كما كتب فريق لي في الورقة.

مزايا الصين في أبحاث الأسلحة الحديدية

وفي مجال أنظمة الإطلاق الفضائية الكهرومغناطيسية، تتقدم الصين على اللعبة، مع بعض المزايا الواضحة التي تفتقر إليها الدول الأخرى.
لقد أنتج كبار اللاعبين في مجال الدفاع مثل CASIC بالفعل أسلحة تفوق سرعتها سرعة الصوت والتي أصبحت الآن جزءًا من ترسانة جيش التحرير الشعبي (PLA) - وتدر دخلاً لمبدعيها.
بالإضافة إلى ذلك، تتقدم الصين في أبحاث مدافع السكك الحديدية الكهرومغناطيسية، بعد أن حققت اختراقات بما في ذلك إمدادات الطاقة عالية الأداء، وتكنولوجيا التحكم الدقيقة، والطلاءات المقاومة للتآكل، وتطوير الأجهزة الإلكترونية القادرة على مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي القوي.

ويمكن لقطاع التصنيع القوي في الصين أيضًا أن يوفر أرقى المغناطيسات الأرضية النادرة وأكثرها فعالية من حيث التكلفة في العالم أو الأسلاك فائقة التوصيل لمسارات ماجليف عالية السرعة. العديد من المدن، المتلهفة لبناء قطارات ماجليف عالية السرعة، مستعدة للاستثمار.
وبعد توقف إيلون موسك عن إنتاج هايبرلوب وان في العام الماضي، تقف الصين وحدها في التزامها بتطوير هذه التكنولوجيا.

في حين أن صواريخ سبيس إكس القابلة لإعادة الاستخدام خفضت تكاليف إطلاق الأقمار الصناعية إلى 3000 دولار أمريكي للكيلوجرام الواحد، فقد قدر بعض العلماء أن نظام الإطلاق الفضائي الكهرومغناطيسي يمكن أن يخفض تلك التكاليف إلى 60 دولارًا أمريكيًا للكيلوجرام فقط.