تصاميم طموحة لطائرات كهربائية بعضها خارق لجدار الصوت

يشهد العالم سعيا حثيثا لإنتاج طائرات كهربائية، وتفيد منظمة «إي إتش إس» الدولية للطيران بأنّ أكثر من 50 شركة حول العالم تمر حالياً بمرحلة ما من البحث والتطوير لإنتاج طائرات كهربائية للإقلاع والهبوط العمودي. وتدور معظم هذه الأفكار الجديدة حول تصاميم للسفر على علوّ منخفض لتقليص تكلفة تشغيل طائرة ثابتة الجناحين. ويتناول المحللون في صناعة الطيران أهم ملامح التقنيات التي سيعتمد عليها لتشغيل طائرات المستقبل.
طائرات هجينة
وفي هذا السياق نفسه، يظهر معظم صناع المعدات الأصلية اهتماماً بالقدرة المستقبلية لطائرات الدفع الكهربائية الهجينة. فقد استحوذت شركة بوينغ مثلاً على شركة «أورورا» لعلوم الطيران البحثية عام 2017، والتي تركز أبحاثها لسنوات قادمة على استخدام التقنيات الكهربائية للإقلاع والهبوط العمودي (ت ك إ ه ع eVTOL) electric vertical takeoff and landing بتصميمات مختلفة. كما خصصت شركة «إيرباص» وحدة مهمتها بحث التطور المستقبلي للطيران، تجري أبحاثها حالياً في هذا المجال على سيارة «فاهانا» الطائرة للأجرة في سيليكون فالي.
ويشهد هذا المجال أيضاً بحث وتطوير أنواع أخرى من هياكل 2020 الميكانيكية في فئة الطائرات النفاثة التجارية الخارقة للصوت. وتحتلّ شركات مثل «آييريون»، «بوم للتقنية» و«لوكهيد مارتن» الصدارة في هذه الصناعة لتركيزها على برامج تطوير طيران خارق للصوت.
ومن المتوقع أن يحدث مفهوما الطائرات الخارقة للصوت و«ت ك إ ه ع eVTOL» تحولاً جذرياً في رحلات الركاب الخاصة والتجارية، وسيتطلب كلاهما جيلاً جديداً من تقنيات الطيران.

إقلاع وهبوط عموديان
تتزعّم شركة «أوبر»، التي عقدت قمّتها السنوية الثانية «أوبر إيليفيت» في لوس أنجليس، أخيرا مسار الجهود المستقبلية لتحويل فكرة سيارة الأجرة الطائرة بهذه التقنية «ت ك إ ه ع «eVTOL إلى حقيقة. ولكنّ أوبر ليست الشركة الوحيدة التي تعمل بشكل جدي باتجاه تطبيق هذا المبدأ على أرض الواقع، ففي معرض الإلكترونيات الاستهلاكية 2018 كشفت شركة إنتل عن فيديو يظهر رئيسها التنفيذي براين كرزانيك يقود أوّل طوافة تحلّق بـ«ت ك إ ه ع» وتعرف باسم «فولوكوبتر». هذه «الفولوكوبتر» هي عبارة عن طائرة كهربائية تامة تعمل بالتقنية الكهربائية الجديدة وتضمّ في تصميمها 18 محركا ليست من محرّكات الاحتراق الذاتي. هذه الطائرة، المصممة لتطير دون طيّار أو مع طيار في حجرة الطاقم، تتضمن 18 محركا كهربائيا وتتزوّد بالطاقة بواسطة بطاريات ذات سعة كبيرة.
وتتصوّر الشركة الألمانية الناشئة التي تقف خلف تطوير «فولوكوبتر» استخدام أسطح مكشوفة تحمل اسم «منافذ فولو»، حيث يستطيع ما يقارب 1000 راكب في الساعة، الطيران والهبوط في سيارات الأجرة الطائرة.
يقول ألكسندر زوسيل، الشريك المؤسس لـ«فولوكوبتر» ورئيس قسم الابتكار فيها في حديث نقلته مجلة «أفييشن ويك» المعنية بصناعة الطيران: «في الحقيقة، نرى أن أكبر التحديات التي تواجه تحقيق هذا الحلم هي سعة البطارية وتوليد الطاقة وليس أنظمة التحكّم بالطيران».
وعلى صعيد برمجة مبدأ الـ«فولوكوبتر»، تعمل إنتل على تزويد الطائرة بنظام التحكّم بالطيران وتقنية أجهزة الاستشعار التي استخدمتها في تطوير طائرتها التجارية الذاتية القيادة «فالكون 8+». وهذا البرنامج مصمم لجمع بيانات المحيط بواسطة عدد كبير من أجهزة الاستشعار لتوفير قراءة دقيقة حول وضعية الطائرة خلال الطيران، بالإضافة إلى إمكانية معالجة أي خلل عند وقوع بعض أعطال الطيران والتعامل مع الرياح غير المتوقعة. ويشمل تصميم هذا المبدأ أيضاً ضوابط تصحيحية ذاتية لمركز جاذبية الـ«فولوكوبتر» للمساعدة في تحقيق توازن وضعية المركبة.

تقنيات خارقة للصوت
هل بات قطاع الطيران العام جاهزاً للطيران التجاري الخارق للصوت؟ شركات كثيرة تعمل على تصميم هياكل ميكانيكية طائرة خارقة للصوت ترى أنه كذلك، حتى أن الكثير من خطوط الطيران أبدت اهتماماً كبيراً بهذا الاتجاه.
في أواخر عام 2017، أعلنت شركة «بوم» للتقنية عن استثمار بقيمة 10 ملايين دولار وطلب مسبق لـ20 طائرة خارقة للصوت من الخطوط الجوية اليابانية. وبموجب هذا الاتفاق، ستساعد الشركة اليابانية على صقل تصميم الطائرة ورسم معالم تجربة السفر في الطائرات الخارقة للصوت. تعمل «بوم» مبدئياً على تصميم طائرتها الخاصة التي تتسع لـ55 راكبا وتطير بسرعة تصل إلى 1451 ميلا- الساعة، أو 2.2 ماك (ماك وحدة تقابل سرعة الصوت). وكانت الشركة قد صرحت تكراراً أن طائرتها الأولى الخارقة للصوت ستدخل في الخدمة بحلول عام 2023.
بعد مرور عدة أسابيع على توقيع شركة «بوم» والخطوط الجوية اليابانية لاتفاقيتهما، أعلنت شركتان مهمتان لإنتاج المعدات الأساسية عن شراكة جديدة تهدف إلى تسريع الدخول في صناعة الطيران المدني الخارق للصوت. فقد وقّعت شركة «آييريون»، التي أطلقت برنامج طائرتها التجارية الخارقة للصوت الأول عام 2014 اتفاقاً مع شركة «لوكهيد مارتن» لتطوير إطار عمل يشمل جميع مراحل البرنامج من هندسة وترخيص وإنتاج. كما بدأت «آييريون» سلفاً التعامل مع شركتي «إيرباص» و«جي إي للطيران» كشريكين في الهندسة وصناعة المحركات.
وبعد أشهر قليلة، أبدت «ناسا» أيضاً التزامها بالمساهمة في تحقيق رؤية الطيران الخارق للصوت بحلول 2020 من خلال تلزيم عقد بقيمة 247.5 مليون دولار لشركة «لوكهيد مارتن» لتطوير طائرة X خارقة للصوت. وبموجب هذا العقد، ستبني «لوكهيد» هيكلَ طائر سيصل تحليقه إلى ارتفاع إلى 55000 قدم بسرعة قصوى تبلغ 1.5 ماك. وستتميز هذه الطائرة بحجرة طيران تتسع لطيّار واحد بناء على تصميم طائرة T - 38 التدريبية.
وكانت ناسا قد استكملت عام 2017 بالتعاون مع شركة «هانويل» اختبارا استمرّ لمدة عامين، تضمّن استخدام برنامج خارق للصوت قادر على التنبؤ، وتقنية نظام عرض قمرة القيادة على حجرة قيادة طائرة تجارية. وعرض هذا الاختبار كيف يمكن للربّان أن يتوقع تأثير زمان ومكان حصول دوي اختراق الصوت الصادر عن الطائرات التجارية الخارقة للصوت على المناطق السكانية على الأرض خلال مسارات رحلاتها. وعلى الرغم من أنّ اختبارات الطيران لم تبلغ سرعة حقيقية خارقة للصوت، نجح العرض في محاكاة السفر الخارق للصوت في فضاء الطيران الحقيقي عبر استخدام التفاعل الواقعي مع ضابط العمليات الجوية وأجهزة التحكم بحركة الطيران.

عجينة لطلاء شمسي

يقول يوشين شميد، المدير الأول لشركة «مستقبل القيادة الكهربائية» Future Electric Drive، للبحث والتطوير في «مرسيدس بنز» الذي يستكشف تقنيات السيارات الكهربائية في مرحلة مبكرة: «نحن ننتج مئات السيارات يومياً، وسطح السيارة مساحة كبيرة جداً. فلماذا لا نستخدمها لحصاد طاقة الشمس؟».

إن المادة الكهروضوئية التي تبحثها شركة مرسيدس تشبه العجينة التي يمكن وضعها على الجزء الخارجي للسيارة. يبلغ سمك الطلاء 5 ميكرومترات فقط (يبلغ متوسط سمك شعرة الإنسان نحو 100 ميكرومتر)، ويزن 50 غراماً لكل متر مربع.

وقود شمسي لآلاف الكيلومترات

في سيارة رياضية متعددة الأغراض SUV متوسطة الحجم، ستشغل العجينة، التي تطلق عليها مرسيدس أيضاً طلاءً شمسياً، نحو 118 قدماً مربعة، ما ينتج طاقة كافية للسفر لمسافة تصل إلى 7456 ميلاً (12000 كم) في السنة. ويشير صانع السيارة إلى أن هذا يمكن أن يتحقق في «ظروف مثالية»؛ وتعتمد كمية الطاقة التي ستحصدها هذه العجينة بالفعل على قوة الشمس وكمية الظل الموجودة.

طلاء مرن لصبغ المنحنيات

ولأن الطلاء الشمسي مرن، فيمكنه أن يتناسب مع المنحنيات، ما يوفر فرصاً أكبر للطاقة الشمسية مقارنة بالألواح الشمسية الزجاجية التي لا يمكن ثنيها، وبالتالي لا يمكن تثبيتها إلا على سقف السيارة أو غطاء المحرك. يُعدّ الطلاء الشمسي جزءاً من طلاء متعدد الخطوات يتضمن المادة الموصلة والعزل والمادة النشطة للطاقة الشمسية ثم الطلاء العلوي لتوفير اللون (يشكل كل ذلك معاً عمق بـ5 ميكرونات).

لن تكون هذه الطبقة العلوية طلاءً قياسياً للسيارات لأنها لا تحتوي على صبغة. بدلاً من ذلك، ستبدو هذه الطبقة أشبه بجناح الفراشة، كما يقول شميد، وستكون مادة شديدة الشفافية مليئة بجسيمات نانوية تعكس الأطوال الموجية من ضوء الشمس. كما يمكن تصميمها لتعكس أطوال موجية محددة، ما يعني أن السيارات الكهربائية يمكن أن تأتي بألوان أخرى.

وسيتم توصيل الطلاء الشمسي أيضاً عن طريق الأسلاك بمحول طاقة يقع بجوار البطارية، الذي سيغذي مباشرة تلك البطارية ذات الجهد العالي.

تأمين أكثر من نصف الوقود

ووفقاً للشركة فإن متوسط سير السائق هو 32 ميلاً (51.5 كم) في اليوم؛ هناك، يمكن تغطية نحو 62 في المائة من هذه الحاجة بالطاقة الشمسية من خلال هذه التكنولوجيا. بالنسبة للسائقين في أماكن مثل لوس أنجليس، يمكن أن يغطي الطلاء الشمسي 100 في المائة من احتياجات القيادة الخاصة بهم. يمكن بعد ذلك استخدام أي طاقة إضافية عبر الشحن ثنائي الاتجاه لتشغيل منزل شخص ما.

على عكس الألواح الشمسية النموذجية، لا يحتوي هذا الطلاء الشمسي على أي معادن أرضية نادرة أو سيليكون أو مواد سامة أخرى. وهذا يجعل إعادة التدوير أسهل. وتبحث «مرسيدس» بالفعل عن كيفية جعل إصلاحه سهلاً وبأسعار معقولة.

يقول شميد: «قد تكون هناك مخاوف من أن سيارتي بها خدش، فمن المحتمل أن لوحة الباب معطلة»، وتابع: «لذا اتخذنا احتياطاتنا، ويمكننا بسهولة القول إن لدينا تدابير مضادة لذلك».

ومع تغطية المركبات الكهربائية بالطلاء الشمسي، لن يكون هناك الكثير من القلق بشأن شبكات الشحن، أو الحاجة إلى قيام الناس بتثبيت أجهزة الشحن في منازلهم. ويقول شميد : «إذا كان من الممكن توليد 50 في المائة أو حتى أكثر من قيادتك السنوية من الشمس مجاناً، فهذه ميزة ضخمة ويمكن أن تساعد في اختراق السوق».

ومع ذلك، فإن حقيقة طلاء سيارتك الكهربائية بالطاقة الشمسية لا تزال على بعد سنوات، ولا تستطيع مرسيدس أن تقول متى قد يتم طرح هذا على طرازاتها، لكنها شركة واثقة من تحقيقها.

* مجلة «فاست كومباني»، خدمات «تريبيون ميديا».

تصاميم طموحة لطائرات كهربائية بعضها خارق لجدار الصوت

خبراء يتوقعون انطلاقها خلال أعوام