آژانس فضایی اروپا در حال بررسی چالش‌ها و فرصت‌های موجود در صنایع هوا و فضا برای ساخت فضاپیماهایی با سرعت هایپرسونیک (بالاتر از ۵ برابر سرعت صوت) است؛ اهداف اولیه چنین انقلاب در صنعت حمل و نقل، کاهش زمان سفر و صرفه‌جویی در مصرف سوخت است. حالا مهندسان اروپایی رویای بازگشت به فضا را در آینده و با سرعت‌های مافوق تصور در سر می‌پرورانند.
معنا و مفهوم هایپرسونیک
سرعت مافوق صوت (Supersonic)، به سرعت‌های بین ۱ تا ۵ برابر سرعت صوت گفته می‌شود و سرعت هایپرسونیک یا فراصوت (Hypersonic) در واقع سرعتی بیش از ۵ برابر سرعت صوت است.
دانشمندان واحد سرعت صوت را که ۳۴۰ متر بر ثانیه یا ۱۲۰۰ کیلومتر بر ساعت است، به افتخار ارنست ماخ (Ernst Mach)، فیزیکدان اتریشی، «یک ماخ» نام‌گذاری کرده‌اند؛ به این ترتیب هر وسیله‌ای که با سرعت ۵ ماخ یا بالاتر (حدود ۶ هزار کیلومتر بر ساعت) حرکت کند، هایپرسونیک در نظر گرفته می‌شود.
تلاش‌های اروپا
اوایل بهار ۲۰۲۴ کارشناسان صنعت، محققان دانشگاهی و آژانس‌های بخش‌های هوانوردی و فضایی در کارگاهی ۲ روزه در آلمان گرد هم آمدند. دیدیه اشمیت (Didier Schmitt)، رهبر گروه آماده‌سازی آینده آژانس فضایی اروپا (ESA)، در این رابطه می‌گوید: «هدف ما ارائه راه‌حل‌های مشخص نبود؛ بلکه ابتدا به دنبال شناسایی چالش‌ها و وابستگی‌های فنی بین حوزه‌ها بودیم؛ در واقع این نقطه شروعی برای بهره‌گیری از وسایل نقلیه هایپرسونیک با قابلیت استفاده مجدد است.»
شروع فنی برای فناوری جهشی با حضور حدود ۷۰ کارشناس و بررسی سوالات و چالش‌های کلیدی و راهکارهای موجود در راستای ساخت فضاپیمایی که فضانوردان را به مدار پایین زمین (LEO) می‌برد، بود. دیدیه می‌گوید: «برای اعمال تغییری تحول‌آفرین برای وسایل نقلیه با قابلیت استفاده مجدد با سرعت هایپرسونیک، نیازمند طراحی بدنه بالابر برای دسترسی خدمه اروپایی به فضا و فرود بر روی سکوی فرود یا فرار هستیم.»
مباحث مهم و قابل‌توجه
شرکت‌کنندگان در این کارگاه، فهرستی از موضوعات مهم را برای تحقق رویای ساخت فضاپیمای خدمه برای مدار پایین زمین لیست کردند:
- نیروی محرکه با تنفس طبیعی هوا به عنوان کلیدی برای رسیدن به سرعت‌های هایپرسونیک.
- طراحی بدنه بال و شکل‌گیری ساختارها: هندسه‌های قابل تطبیق و ترکیب آن با موادی سبک وزن با قابلیت تحمل دمای بالا برای افزایش حداکثر کارایی آئرودینامیکی (Aerodynamics) که به مطالعه حرکت هوا به ویژه هنگامی که تحت تاثیر یک جسم جامد است، می‌پردازد.
- مدیریت عایق و حرارت: سامانه‌های حفاظت حرارتی، مواد جدید و پیشران برودتی.
- هدایت، ناوبری و کنترل (GNC): چالش‌های خاص مرتبط با پرواز با سرعت بالا، از جمله دقت.
- استفاده مجدد از مواد سبک وزن با قابلیت تحمل دمای بالا، ارزیابی قابلیت‌های پرواز برای دو فاکتور مجزا: ورود مجدد کنترل شده و پروازهای طولانی‌مدت.
- ملاحظات ایمنی خدمه وسایل نقلیه: نیاز به تنظیم نقش‌ها و مسئولیت‌های انسانی که شامل تمایز بین مسافران، اعضای خدمه، اپراتورهای زمینی و ملاحظات محیطی است.
- سامانه‌های بقای خدمه: ایمنی خدمه و سامانه‌های بقا به عنوان محرک‌های اصلی در طراحی وسیله نقلیه.
- سامانه‌های ذخیره‌سازی و توزیع برودتی: فناوری ذخیره‌سازی سوخت برودتی و اکسیدکننده‌ها و مدیریت آن‌ها
آژانس فضایی اروپا و مفهوم مافوق صوت
آژانس فضایی اروپا، درباره مفاهیم پیشرانه، مواد هایپرسونیک و آیروترمودینامیک (Aerothermodynamics) که به مطالعه اجسام متحرک در هوا و یا هوای متحرک اطراف اجسام می‌پردازد، تلاش‌های متعدد مطالعاتی انجام داده است؛ یکی از این مطالعات هکسافلای (HEXAFLY) بوده که از دهه ۲۰۰۰ آغاز شده و طی آن اطلاعات گسترده‌ای در مورد قابلیت‌های هایپرسونیک گردآوری شده است.
همچنین، پروژه اسپیس رایدر (Space Rider) در واقع اولین سامانه‌های حمل و نقل فضایی با قابلیت استفاده مجدد اروپاست که به تحقیقات در مورد پرتابگرهایی با قابلیت استفاده مجدد می‌پردازد. آژانس فضایی اروپا فناوری‌های ورود مجدد حیاتی را با موفقیت آزمایش کرد و در سال ۱۹۹۸، بازگشتی هدایت شده به زمین را انجام داد.
در سال ۲۰۱۵، فضاپیمای IXV به مدار ۲۵ هزار کیلومتری رسید و فرود و سقوط ایمن را در نقطه موردنظر در اقیانوس آرام انجام داد. به گفته دیدیه، حالا زمان آن رسیده که اروپا به بلوغ برسد و این مفاهیم جدید را با فناوری‌های نوآورانه روی یک وسیله نقلیه پرسرعت آزمایش کند.