از دهه ۱۹۶۰، دانشمندان نظامی از دستگاهی به نام سیستم مسیر اسارت ( captive trajectory system CTS) در طول آزمایشات تونل باد برای مطالعه توانایی تخلیه محموله بمب افکن‌ها و سایر هواپیماهای نظامی استفاده کردند. این سیستم معمولاً از یک جرثقیل کوچک برای دور کردن بمب یا موشک از هواپیما استفاده می‌کند تا جدایی دو جسم را در برابر جریان‌های قوی در یک تونل باد تکرار کنند.
محققین یک CTS مافوق صوت ساخته‌اند که از دو بازوی روباتیک برای نگه داشتن و کج کردن یک هواپیمای نمونه اولیه و محموله آن استفاده می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد در همه جهات بچرخد و غلت بزند.
در سال ۲۰۱۷، اولین CTS جهان با قابلیت عملکرد در یک تونل باد مافوق صوت در برابر امواج ضربه‌ای داغ و فوق سریع ساخته شد و دستگاه جدید ارتقاء عمده‌ای از CTS قبلی آنهاست.
در طی آزمایشی در یک تونل باد با عرض یک متر (۳٫۳ فوت)، دستگاه ارتقا یافته به محققان چینی اجازه داد تا تخلیه محموله را با سرعت ۶ ماخ – شش برابر سرعت صوت – شبیه‌سازی کنند و داده‌هایی را با جزئیات و دقت بی‌سابقه به دست آورند.
دو بازوی رباتیک دستگاه دارای ۱۲ درجه آزادی یا مفاصل مستقل هستند که به محققان اجازه می‌دهد تقریباً هر پدیده‌ای را که در حین جداسازی اتفاق می‌افتد شبیه‌سازی کنند.
این پیشرفت، چین را در مسابقه مافوق صوت به پیش می‌برد، زیرا آزمایش‌های مشابه تونل باد که در کشورهای دیگر انجام شده‌اند، نیاز به یک جزء – معمولاً هواپیما – برای ماندن دارند. همچنین، آزمایشات دیگر با سرعت کمتر از ۵ ماخ انجام شد، در حالی که پرواز مافوق صوت از ۵ ماخ فراتر رفت.
چین در حال توسعه یک سیستم حمل و نقل دو مرحله‌ای است که برای رسیدن به هر نقطه از کره زمین تنها در یک ساعت طراحی شده است. هدف این سیستم این است که از یک هواپیمای مافوق صوت بزرگ برای حمل سلاح یا کشتی با مسافران با سرعت بسیار بالا استفاده کند، سپس آنها را در ارتفاع نزدیک به فضا رها کند تا بتوانند از قاره‌ای به قاره دیگر حرکت کنند.
اما جدا کردن هواپیما از محموله آن با چنین سرعت بالایی می‌تواند خطرناک باشد.
هنگامی که یک هواپیمای مافوق صوت از جسم دیگری جدا می‌شود، سرعت و فشار زیاد ممکن است منجر به امواج ضربه‌ای، گرداب‌ها و سایر الگوهای جریان هوا شود که احتمال برخورد هواپیما و محموله آن را افزایش می‌دهد. این که آیا می‌توان بار را به طور ایمن از هواپیما جدا کرد یا خیر، به یک مشکل بزرگ تبدیل خواهد شد.
تفاوت عمده بین یک هواپیمای مافوق صوت و یک موشک بالستیک قاره پیما این است که انتظار می‌رود هواپیما پس از تحویل در فرودگاه بازگردد و فرود بیاید.
از آنجایی که پروازهای آزمایشی پرهزینه هستند، توسعه هواپیماهای مافوق صوت به آزمایش‌های تونل باد زیادی برای کمک به جلوگیری از حوادث نیاز دارد.
قرار دادن یک جفت بازوی مکانیکی در یک تونل مافوق صوت آسان نیست. دکل‌ها، اگر به درستی طراحی و قرار نگیرند، می‌توانند تونل را مسدود کنند و دقت آزمایش را کاهش دهند.
باد با چنین سرعت بالایی می‌تواند شوک‌هایی به شدت انفجار ایجاد کند. بازوهای رباتیک نه تنها باید در برابر ضربه‌های مکرر تقریباً یک دقیقه مقاومت کنند، بلکه خطای حرکت را در یک میلیونیم متر یا یک میکرومتر حفظ می‌کردند.
این شرایط شدید، تقاضاهای سنگینی را برای موتورهای دقیق، چرخ دنده‌ها و سیستم کنترل CTS ایجاد کرد.
حرکات دو بازوی رباتیک باید دقیقاً بر اساس شرایط پرواز در زمان واقعی در طول شبیه سازی زمان بندی و هماهنگ می‌شد. ارتباط بین بازوها دشوار بود زیرا ذرات باردار الکتریکی که در طول پرواز مافوق صوت رخ می‌دهند می‌توانند دستگاه‌های الکترونیکی حساس را مسدود کنند.
محققان چینی مجبور شدند حسگرهای جدید، الگوریتم‌های کامپیوتری و فناوری ارتباطات فوق سریع را برای مقابله با این چالش‌ها توسعه دهند.
در طول آزمایش ۶ ماخ، محققین تشکیل امواج ضربه‌ای را بین هواپیمای مافوق صوت و محموله در حال جداسازی مشاهده کردند. این شوک‌ها بین سطح دو بدنه به عقب و جلو برگشتند و باعث شدند محموله سرعت خود را از دست بدهد. برخی از تکان‌ها نیز به طرفین رفتند و باعث شدند هواپیما در موقعیت ناپایدار غلت بخورد. با تنظیم دقیق حرکات نسبی هواپیما و محموله آن، محققان گفتند که می‌توانند راه امن‌تری برای تخلیه بار در شرایط مختلف پرواز بیابند.
محققان چینی چندین روش را برای پرتاب بمب یا موشک از هواپیمای مافوق صوت پیشنهاد کرده‌اند. این پیشنهادات مبتنی بر شبیه سازی‌های کامپیوتری و در انتظار آزمایش در آزمایش‌های تونل باد هستند.
برخی گفته‌اند که یک سلاح می‌تواند از سوراخی در دم هواپیما رها شود تا خطر برخورد کاهش یابد. برخی دیگر پیشنهاد کرده‌اند که اسلحه را از درب کناری بدنه هواپیما پرتاب کنند یا به سادگی بمب را زیر بال‌های هواپیما حمل کنند.
منبع: scmp
