ปืนแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์อาจส่งเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงขึ้นสู่อวกาศได้

ทีมนักวิจัยกำลังมองหาการสร้างปืนแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถส่งเครื่องบินขึ้นสู่อวกาศด้วยความเร็วสูง

การออกแบบเครื่องบินอวกาศของจีน ภาพ: Weibo — การออกแบบเครื่องบินอวกาศของจีน ภาพ: *Weibo*

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวจีนทำงานเพื่อผสมผสานความก้าวหน้าที่สำคัญทั้งในด้านการเปิดตัวด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าและการบินความเร็วเหนือเสียง โดยพื้นฐานแล้ว เป้าหมายของพวกเขาคือการใช้รางปล่อยแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์เพื่อช่วยให้เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงเร่งความเร็วได้ถึงความเร็ว 1.6 มัค (1,975 กม./ชม.) จากนั้นเครื่องบินจะแยกออกจากเส้นทาง จุดระเบิดเครื่องยนต์ และเข้าสู่อวกาศด้วยความเร็ว 7 เท่าของเสียง (8,643 กม./ชม.) เครื่องบินอวกาศน้ำหนัก 50 ตัน ซึ่งยาวกว่าโบอิ้ง 737 เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Tengyun ที่ประกาศในปี 2016 ตามที่ Mail รายงานเมื่อวันที่ 14 มีนาคม

การใช้พลังงานของเครื่องบินเพื่อขึ้นบินต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมหาศาล เพื่อให้แน่ใจถึงความปลอดภัยในระหว่างการขึ้นบินด้วยความเร็วต่ำ นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจำเป็นต้องปรับการออกแบบอากาศพลศาสตร์และเค้าโครงเครื่องยนต์ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการบินด้วยความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม ทีมผู้เชี่ยวชาญที่ทำงานในโครงการนี้มั่นใจว่าโครงการนี้สามารถแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ได้มากมาย

“เทคโนโลยีการเปิดตัวด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแนวทางแก้ปัญหาที่มีแนวโน้มดีในการเอาชนะความท้าทายดังกล่าว และกลายมาเป็นเทคโนโลยีเชิงกลยุทธ์ที่ประเทศชั้นนำในโลกต่าง ๆ มุ่งมั่นแสวงหา” นักวิทยาศาสตร์ Li Shaowei จากสถาบันวิจัยเทคโนโลยียานยนต์ทางอากาศของบริษัท China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC) กล่าวในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Acta Aeronautica

เพื่อทดสอบสมมติฐานดังกล่าว CASIC ซึ่งเป็นผู้รับเหมาด้านการป้องกันประเทศและอวกาศรายใหญ่รายหนึ่งของประเทศจีน ได้สร้างศูนย์ทดสอบแม่เหล็กความเร็วสูงสูญญากาศต่ำระยะทาง 2 กม. ในเมืองต้าถง มณฑลซานซี โรงงานนี้สามารถขับเคลื่อนวัตถุหนักได้ด้วยความเร็ว 1,000 กม./ชม. ซึ่งใกล้เคียงกับความเร็วเสียง ในปีต่อๆ ไป ความยาวของแทร็กทดสอบจะเพิ่มขึ้นจนถึงความเร็วสูงสุดที่ 5,000 กม./ชม.

ซึ่งเป็นโรงงานขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าโดยเฉพาะเพื่อรองรับการพัฒนาระบบรถไฟความเร็วสูงรุ่นต่อไป ขณะเดียวกันก็รวบรวมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และเทคนิคที่สำคัญสำหรับโครงการปล่อยยานอวกาศด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย ขณะเดียวกัน ในเมืองจี่หนาน เมืองหลวงของมณฑลซานตง เส้นทางรถไฟแม่เหล็กขนาดยักษ์อีกเส้นหนึ่งที่รองรับการทดลองรถลากแม่เหล็กไฟฟ้าความเร็วสูงพิเศษ ก็กำลังดำเนินการอยู่ภายใต้การกำกับดูแลของสถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CAS) เช่นกัน

จีนไม่ใช่ประเทศแรกที่เสนอระบบการเปิดตัวอวกาศด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ความคิดดังกล่าวมีมาตั้งแต่สมัยสงครามเย็น ในช่วงทศวรรษ 1990 NASA พยายามทำให้แนวคิดดังกล่าวกลายเป็นความจริงโดยเริ่มด้วยการสร้างรางทดสอบขนาดเล็กความยาว 15 เมตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดเงินทุนและมีปัญหาทางเทคนิค ความยาวจริงของร่องที่สร้างเสร็จแล้วจึงน้อยกว่า 10 ม. ในที่สุด โครงการดังกล่าวก็ถูกยกเลิก โดยผู้นำรัฐบาลและกองทัพเปลี่ยนทรัพยากรไปพัฒนาเทคโนโลยีเครื่องดีดแม่เหล็กไฟฟ้าความเร็วต่ำสำหรับเรือบรรทุกเครื่องบินแทน แต่เรือบรรทุกเครื่องบิน USS Ford ซึ่งเป็นเรือบรรทุกเครื่องบินลำแรกที่นำเทคโนโลยีใหม่นี้มาใช้งานก็ประสบปัญหาเช่นกัน เนื่องจากความล้มเหลวครั้งใหญ่ในเทคโนโลยีการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กองทัพสหรัฐฯ จึงหยุดพัฒนาโครงการที่เกี่ยวข้องบางโครงการ เช่น ปืนเรล และหันไปทุ่มงบประมาณให้กับขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงแทน

ในช่วงต้นของการศึกษา หลี่และเพื่อนร่วมงานได้ค้นพบว่า NASA ไม่ได้ดำเนินการทดสอบในอุโมงค์ลมใดๆ เพื่อให้มั่นใจว่ายานอวกาศจะสามารถรอดชีวิตจากการแยกตัวจากร่องลึกได้ แนวคิดเดิมของ NASA คือการเร่งความเร็วของกระสวยอวกาศให้ถึง 700 กม./ชม. ซึ่งเพียงพอที่จะไม่จำเป็นต้องใช้จรวด แต่กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ชาวจีนบอกว่าความเร็วเท่านี้ต่ำเกินไป อย่างไรก็ตาม ในขณะที่ความเร็วเพิ่มขึ้น การไหลของอากาศระหว่างเครื่องบิน รถลากแม่เหล็กไฟฟ้า และร่องพื้นดินก็จะซับซ้อนมากขึ้น ดังนั้น สิ่งแรกๆ อย่างหนึ่งที่ทีมโครงการต้องยืนยันคือเครื่องบินจะแยกตัวออกจากรางอย่างปลอดภัย

ทีมของหลี่ได้ทำการจำลองคอมพิวเตอร์และทดสอบอุโมงค์ลม ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ขณะที่เครื่องบินข้ามกำแพงเสียง คลื่นกระแทกหลายคลื่นจะแพร่กระจายไปตามส่วนล่างของเครื่องบิน กระทบพื้นและเกิดการสะท้อนกลับ คลื่นกระแทกจะรบกวนการไหลของอากาศ ทำให้เกิดช่องอากาศอินฟราโซนิกระหว่างเครื่องบิน รถลากจูงที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า และร่องลึก เมื่อรถลากไปถึงความเร็วเป้าหมาย ปล่อยเครื่องบินและเบรกกะทันหัน กระแสลมที่ปั่นป่วนจะยกเครื่องบินขึ้นก่อน จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นแรงขับลงหลังจากผ่านไป 4 วินาที ตามผลการทดสอบในอุโมงค์ลม

หากผู้โดยสารอยู่บนเครื่องบินอาจประสบกับอาการเวียนศีรษะหรือไร้น้ำหนักเป็นช่วงสั้นๆ แต่เมื่อระยะห่างระหว่างเครื่องบินกับร่องเพิ่มขึ้น ความเข้มข้นของกระแสลมก็จะลดลงจนหายไปหมด เมื่อได้ยินเสียงเครื่องยนต์ เครื่องบินก็เข้าสู่ช่วงไต่ระดับอย่างรวดเร็ว แม้ว่าจะต้องทดสอบเพิ่มเติมในทางปฏิบัติ แต่ทีมงานก็สรุปได้ว่าวิธีนี้ปลอดภัยและมีความเป็นไปได้ แม้ว่าจรวดที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ของ SpaceX จะช่วยลดต้นทุนการปล่อยดาวเทียมลงเหลือ 3,000 เหรียญสหรัฐต่อกิโลกรัม แต่กลุ่มนักวิทยาศาสตร์บางส่วนประเมินว่าระบบการปล่อยดาวเทียมด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าน่าจะช่วยลดต้นทุนลงได้เหลือ 60 เหรียญสหรัฐต่อกิโลกรัม

อัน คัง (ตาม เมล์ )

ลิงค์ที่มา