This post is also available in:
English (אנגלית)
מחקר חדש מציע תובנה מפתיעה על עתיד הטיסה העל-קולי (hypersonic), וטוען שעקרונות העיצוב של המטוסים של ימינו עשויים להמשיך להיות רלוונטיים גם במהירויות הגבוהות פי עשרה ממהירות הקול.
טיסה על-קולית, המוגדרת בדרך כלל כנסיעה במהירות מאך 5 ומעלה, נחשבת זה זמן רב להבטחה שתשנה את פני התחבורה העולמית. טיסה כמו מסידני ללוס אנג'לס, שנמשכת כיום כ-15 שעות, עשויה להימשך שעה אחת בלבד. עם זאת, עיצוב מטוסים שיכולים לעמוד במערבולות אוויר (turbulence) ובעומסי חום קיצוניים במהירויות כאלה הוא אתגר הנדסי עצום.
חוקרים ממכון סטיבנס לטכנולוגיה שבניו ג’רזי סיפקו כעת גילויים חדשים המצביעים על כך שהתנהגות זרימת מערבולות האוויר במהירויות על-קוליות אינה שונה באופן דרמטי מזו המתרחשת במהירויות נמוכות יותר. ממצאים אלה תומכים בתיאוריה אווירודינמית ותיקה הידועה כהשערת מורקובין (Morkovin’s Hypothesis).
השערה זו, שהוצעה לפני למעלה מחמישים שנה, גורסת כי אף שצפיפות האוויר והטמפרטורה משתנות במידה רבה במהירויות גבוהות, המבנה הבסיסי של זרימת מערבולות האוויר נותר דומה לזה שבמהירויות נמוכות יותר. אם הדבר נכון, המשמעות היא שהמהנדסים יוכלו להמשיך להשתמש במודלים אווירודינמיים קיימים, במקום לפתח מודלים חדשים לגמרי עבור מטוסים על-קוליים.
כדי לבחון את ההשערה, קבוצת המחקר ערכה ניסויים במנהרת רוח על-קוליות ייעודית שנבנתה במיוחד. החוקרים הזרימו גז קריפטון לתוך זרימת האוויר והשתמשו בלייזרים כדי ליינן אותו, וכך יצרו קו בהיר ודק שבאמצעותו אפשר לעקוב אחר תנועת מולקולות האוויר ברזולוציה חסרת תקדים. התוצאות הראו כי גם במהירות מאך 6, דפוסי הזרימת מערבולות האוויר דומים מאוד לאלה של זרימות איטיות יותר.
על פי דיווח של TechXplore, להשלכות של ממצא זה יש חשיבות רבה. אם ניתן לדמות מערבולות אוויר על-קוליות באמצעות מסגרות עיצוב קיימות, הדבר עשוי לפשט משמעותית הן את הסימולציות הממוחשבות והן את פיתוחם של מטוסים מעשיים שיכולים לטוס באופן ממושך במהירויות על-קוליות.
מעבר לתחבורה אזרחית, לממצאים עשויים להיות גם השלכות צבאיות משמעותיות. ברחבי העולם מושקעים משאבים רבים בפיתוח טכנולוגיות על-קוליות לצרכים התקפיים והגנתיים, החל ממטוסי סיור מהירים במיוחד ועד לפלטפורמות טילים מדור חדש. פישוט ההבנה של האווירודינמיקה מאחורי מערכות אלו עשוי להאיץ את תהליכי הבדיקה והפריסה, להפחית עלויות ולשפר את אמינותם של כלי טיס הפועלים במהירויות קיצוניות – תחום ההולך ותופס חשיבות אסטרטגית בעידן המרוץ הגלובלי ליכולות על-קוליות.
למרות שטיסה על-קולית עדיין עומדת בפני אתגרים הנדסיים וחומריים גדולים, הממצאים החדשים מעוררים אופטימיות זהירה. אם מחקרים עתידיים יאשרו שמערבולות אוויר מתנהגות באופן צפוי גם במהירויות קיצוניות, המהנדסים יוכלו להתקרב לעיצוב מטוסים שיטוסו בין יבשות — ואף לחלל — בתוך דקות במקום שעות. לעת עתה, המחקר מהווה צעד חשוב בהפיכת הטיסה העל-קולית ממושג תיאורטי לטכנולוגיה מעשית בעלת השלכות מרחיקות לכת על תחבורה, ביטחון וגישה לחלל.
המחקר פורסם בכתב העת Nature Communications.
