מפתחי מטוסי נוסעים על-קוליים מתמודדים עם אתגרים סביבתיים

מתוך מאמר בגירסה האלקטרונית של “Aviation Week” מ-25 בפברואר של Graham Warwick

למפתחי הדור הבא של מטוסי נוסעים על-קוליים (SST, או Supersonic transports), ה”קונקורד” מהווה גם השראה וגם בעיה. המהירות והאלגנטיות של המטוס הצרפתי-בריטי עדין מושכות רבים, אך הרעש שיצר ומחירו הגבוה יצרו בדעת הקהל התנגדות לטיסה מסחרית על-קולית.

לדברי תום וויס (Tom Vice), המנכ”ל של חברת Aerion המפתחת מטוס מנהלים סילוני על-קולי (1.4 מאך) שאמור לטוס כבר ב- 2026, הקדים ה”קונקורד” היפהפה את תקופתו, אך היו לו חסרונות. עוד שתי חברות עוסקות כרגע בפיתוחים חדשים: חברת Boom Supersonic המתכננת מטוס בן 55 מושבים שיטוס ב- 2.2 מאך וחברת Spike Aerospace המפתחת מטוס מנהלים שיטוס ב- 1.6 מאך, אך עם “בום” על-קולי מופחת, לקראת 2025. חברת Aerion נתמכת, כספית וטכנית, על ידי חברת “בואינג”.

תום וויס מסביר כי על המטוס יהיה לעמוד במגבלות של תקנות מחמירות, החל משלב הרישוי והתפעול ועד הצורך להיות מקובל על דעת הקהל. לשם כך מתבצע עדכון של תכנון המטוס שמטרתו להקטין לא רק רק את רעשי ההמראה והנחיתה שלו, אלא גם את הרעש שהוא מפיק בשיוט – וגם את גזי החממה של שלושת מנועיו. זאת בהתאם לתקנות שנקבעו ב-2017. תקנות אלה תחייבנה תכנון של מנועים בעלי יחס bypass גבוה יותר (מנועי  Affinity של GE, בעלי סחב של 18,000 ליברות) ועיצוב המתחבר למבנה המטוס. המתכננים בודקים אפילו שימוש בדלק אלטרנטיבי, להקטנת פליטת ה- CO2

חברת Boom קיוותה שה-FAA יפרסם תקנות רעש מקלות למטוסים על-קוליים, אך פניית ממשל טראמפ לאישור תקנות מיוחדות ל-SST נדחתה על ידי הוועדה התעופתית להגנת הסביבה של ICAO.  על כן, בינתיים יוכל המטוס, בגלל ה”בום”, להיות על-קולי רק מעל ים. הברירה, כפי אומר תומס וייס היא: “low boom and no boom”.

החברות מנסות להגיע לרעש של פחות מ-109 PLdB  (של ה”קונקורד”), אך חברת “לוקהיד-מרטין” ביחד עם נאס”א בונים דגם הקרוי X-59, שאמור להדגים יכולות של “בום” מוחלש: 75 PLdB . כרגע עומדים בפני הטכנולוגיה הזו מכשולים טכניים, מבצעיים וכלכליים האמורים להפתר במהלך העשור הקרוב. למטוסים כאלה תהייה גזרה

(fineness ratio) צרה יותר, שתביא לעליה במשקל ההמראה לאותו נפח תא-נוסעים – וכך גם לעלייה בתצרוכת הדלק.

בינתיים מתוכנן ה- Aerion לטוס מעל היבשה במהירות 1.2 מאך, שאמורה לא ליצור “בום” על הקרקע. השיוט ב-boomless cruise מנצל תופעה הקרויה Mach cutoff המתרחשת כאשר המטוס הוא על-קולי בגובה השיוט, אך מהירותו בגובה נמוך היא תת-קולית (בגלל שמהירות הקול תלויה בצפיפות האוויר)

הסבר: כאשר גלי ההלם מתפשטים באטמוספירה ההולכת ונעשית צפופה, השבירה (refraction) שלהם מקבלת צורה קשתית והם מתרחקים מהקרקע. הגובה בו הגלים הופכים מקבילים לקרקע נקרא ” caustic”. מתחתיו יש רק גלים משניים “ארעיים” חלשים שאינם יוצרים “בום”. (ראה שרטוט מצורף)

מערכת ההטסה האוטומטית של המטוס תוריד במצב boomless cruise את העומס מן הצוות, כאשר תחשב את מיקומו היחסי של המטוס לעמוד האוויר שלפניו, את גרדיאנט הטמפרטורה ואת הרוחות האופקיות והאנכיות. האלגוריתם שיווצר יוודא אי יצירת “בום” על הקרקע. הורדת מהירות השיוט לתת קולית תגדיל את טווח המטוס מ-4200 מייל ל-5400 מייל. בשיתוף עם חברת “בואינג” נבדקות האפשרויות למטוס נוסעים גדול יותר.