كيف التقليل إلى أدنى حد من الأثر البيئي مع الحفاظ على معايير الأداء

وفي صناعة الطيران، أصبح تحقيق التوازن بين الاستدامة البيئية ومعايير السلامة والأداء تحدياً معبراً، فالخطوط الجوية والمصنّعين والمنظمين يتعرضون لضغط متزايد للحد من انبعاثات الكربون والضوضاء واستهلاك الوقود، مع ضمان أن يفي كل عملية من عمليات الإقلاع بهوامش الأمان الصارمة، وأن يكون الإقلاع هو أحد أكثر مراحل الطيران كثافة من حيث الوقود، وأن أي تغييرات تعاونية في الإجراءات أو التكنولوجيا يجب أن تحافظ على الموثوقية التي يتطلبها عملية وضع السياسات على الابتكارات.

معايير الأداء

ومعايير الأداء غير تعسفية - فهي معايير صارمة وخطيرة للسلامة - حرجة تحددها سلطات الطيران مثل إدارة الطيران الاتحادية ووكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي - وهذه المعايير تكفل إمكانية التعجيل بالطائرة في سرعة الرفع الآمنة والتسلق إلى أعلى مستوى محدد في حدود طول المدرج المتاح، حتى وإن فشل المحرك في أكثر الأوقات حرجا.

وتشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء التصفية ما يلي:

• Aircraft weight:] Heavier loads require longer runways and higher speeds, increasing fuel burn and emissions during the takeoff roll.
• Airport altitude and temperature:] High-altitude or hot airports reduce air density, requiring more driven and longer distances to achieve lift.
• Runway length and surface condition:] Wet or contaminated runways demand additional safety margins, often leading to reduced takeoff weight or increased momentum use.
• Engine performance:] Engine age, maintenance status, and derate settings directly affect momentum output and fuel consumption.

وتوفر الأطر التنظيمية مثل التعميم الاستشاري للرابطة 25-7 ورقم CS-25 توجيهات مفصلة للامتثال، ويجب على الخطوط الجوية أن تحسب أداء الإقلاع لكل مغادر، مع مراعاة جميع المتغيرات لضمان أن يكون مستوى تسلق آمناً أدنى بنسبة 2.4 في المائة مع تشغيل محرك واحد في سرعة الأمان (V2).

عوامل التأثير البيئي في الطيران

وتسهم عمليات التصريف بصورة غير متناسبة في البصمة البيئية للطيران، وخلال الدقائق القليلة الأولى من الطيران، تعمل المحركات في بيئات ذات دفعات عالية، وتستهلك كميات كبيرة من وقود الطائرات وثاني أكسيد الكربون، وأكسيد النيتروجين، وبخار الماء، والجسيمات، ووفقا للمجلس الدولي للنقل التنظيف، يمكن أن تُحسب مرحلتا الإقلاع والتسلق لانبعاثات القصيرة على طول الرحلة إلى 25 في المائة من مجموع المسارات.

وفيما عدا ثاني أكسيد الكربون، فإن انبعاثات أكسيد النيتروز تتعلق بصفة خاصة لأنها تحفز ردود الفعل الكيميائية في الغلاف الجوي الذي ينتج الأوزون، وهو غاز دفيئة قوي، بالإضافة إلى أن الغيوم المتناقلة - الكريستال التي تشكل خليطا من محركات ساخنة مع الهواء البارد لها تأثير كبير على الاحترار في ظل ظروف معينة في الغلاف الجوي، كما أن تلوث الهواء الناجم عن تشغيل محركات عالية الصدأ يؤثر أيضا على الملايين الذين يعيشون بالقرب من المطارات الرئيسية، مما يؤدي إلى حظر التجول والقيود التشغيلية.

إن حروق الوقود أثناء الإقلاع أعلى من حرارة كل وحدة على مسافة الرحلة البحرية، حيث إن تقليل هذا الحرق دون التضحية بالسلامة أو الأداء هو التحدي الرئيسي، وقد حددت صناعة الطيران أهدافا طموحة: ]] [الهدف الصافي لانبعاثات الكربون الصفرية في منطقة إيتا بحلول عام 2050] يتطلب تخفيضات كبيرة في جميع مراحل الطيران، بما في ذلك الإقلاع.

الاستراتيجيات الرامية إلى التقليل إلى الحد الأدنى من الأثر البيئي

التحسينات التشغيلية

وقد اعتمدت شركات طيران عديدة إجراءات ]العمليات الميدانية[[ الإقلاع المخفضة ]العمليات[، المعروفة أيضاً باسم الإقلاع المرن أو الإقلاع المستأجر، وباستخدام أقل من الحد الأقصى للدفع المتاح مع استمرار تلبية جميع هوامش الأمان، فإن هذه التقنية تقلل من ضغط المحرك، وتخفض استهلاك الوقود، وتخفض الضجيج، مثلاً، فإن عمليات الرفع الجوي والشحن الأولي المحترقة توفر حسابات مرنة في دليل الرحلات الجوية.

(أ) إن فرض ضريبة على المحرك [(FLT:1)] هو تدبير آخر منخفض التكلفة ومرتفع الأثر، وبعد الهبوط، أو عند فرض الضرائب، لا ينقذ تشغيل سوى محرك واحد الوقود ويخفض الانبعاثات.

Continuous jump operations (CCO)] allow aircraft to jumpoff to initial cruise altitude without leveling off at middle altitudes required by conventional step-climb procedures. This reduces fuel burning and noise because motors remain in a more efficient regime. Similarly, continuous descent approaches (CDA) minimize low-alt driven use on arrival.

الوقود المستدام للطيران

وربما كان الحل الأقوى على المدى القريب هو الاعتماد الواسع النطاق لوقود الطائرات المستدامة، إذ أن القوات المسلحة السودانية المستمدة من المواد الوسيطة مثل زيت الطهي المستعملة أو النفايات الزراعية أو العمليات الاصطناعية يمكن أن تقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من دورة الحياة بنسبة تصل إلى 80 في المائة مقارنة بالوقود التقليدي للطائرات، وقد قامت شركات طيران عديدة برحلات تصل إلى 50 في المائة من هذه المزيجات (الحد الحالي لإصدار الشهادات) وثبت أن الشركاء مثل طائرات البوينغ والطائرات الجوية ذات الإنتاج الجوي لا تزال محدودة بنسبة 100 في المائة.

طائرة تصميم تكنولوجيا

وتشمل الطائرات الحديثة مثل الطائرة A350 وBeing 787 مواد مركبـة خفيفة الوزن تقلل من الوزن الهيكلي بنسبة تصل إلى 20 في المائة مقارنة بالألومنيوم، وتخفض مباشرة احتياجات وقود الاقلاع، وتظهر محركات الجيل التالي (مثلاً، شركة برات " ويتني " ، وشركة CFM LEAP) نسباً أعلى من التجاوزات والمواد المتقدمة، مما يحسن كفاءة الوقود بنسبة 15 إلى 20 في المائة.

وتخفض أجهزة الركوب (العربات، والأجنحة) الجر المسبب أثناء التسلق، مما يسمح بفتحات دفع أقل. وتستكشف التشكيلات ذات الأجنحة السائلة، وإن كانت لا تزال تجريبية، مكاسب كبيرة في الدينامية الهوائية من أجل الإقلاع والهبوط.

الصيانة والرصد

ويحتفظ غسل المحركات بانتظام، وتنظيف شفرة الضغط، والرصد الدقيق لحواف حرارة الغاز العادم بمحركات تعمل في أعلى درجة من الكفاءة، وتستخدم الخطوط الجوية بيانات حساسية من المحركات التنبؤية - التحليلية لتحديد التدخلات المتعلقة بالجدول الزمني للتحلل قبل انخفاضات الأداء، بل إن الزيادة الصغيرة في كفاءة المحركات تترجم إلى وفورات في الوقود قابلة للقياس عبر آلاف المخارج التي يقوم بها أسطول ما في السنة.

العمليات الأرضية والهياكل الأساسية

وفي المطارات، يزيل استخدام الطاقة الأرضية الكهربائية الثابتة والوحدات الجوية المستوفية للشروط اللازمة الحاجة إلى وحدات إضافية للطاقة أثناء التناوب، مما يقلل من الانبعاثات، كما أن بعض المطارات تُنشئ نظماً للرسوم الكهربائية تسمح للطائرات بالتحرك دون تشغيل المحركات الرئيسية، كما أن جرارات السحب الكهربائية وأجهزة المطارات تُزيل مركبات الديزل، وهذه التغيرات في الجانب الأرضي تدعم مباشرة خفض الانبعاثات الناجمة عن تصفية المحركات.

الموازنة بين الأداء والاستدامة

ويجب أن يقيَّن كل من هذه الاستراتيجيات على ضوء متطلبات الأداء المتعلقة بالتخلص من الوقود، فعلى سبيل المثال، لا يسمح بخفض الدافع إلى إنقاذ الوقود إلا عندما يكون المجرى طويلاً بما فيه الكفاية، ويصبح الطقس صالحاً، ويستخدم الوزن في حدوده، وتستخدم الخطوط الجوية برامجيات هندسية للأداء لحساب الحد الأقصى المسموح به للدفع بالنسبة لكل مغادر، مما يكفل أن الطائرة، حتى مع انخفاض الزخم، لا تزال قادرة على تحقيق درجات التسلق اللازمة وإزالة العقبات.

كما أن تخفيض الوزن هو عمل موازنة آخر، ففي حين أن الأكواب الجوية الخفيفة تحسن اقتصاد الوقود، يجب على شركات الطيران أن تدير بعناية حدود حمولة الشحن والمسافرين، وقد قامت بعض شركات النقل بمسح خراطيم العجلات الثقيلة من أجل نماذج أخف، وأزالت المعدات غير الضرورية على متن السفن، بل وخفضت وزن أكياس المقعد والسجاد، وكلها تسهم في حرق وقود الاقوطأة دون أن تؤثر على السلامة.

ويفيد التدريب التجريبي في استخدام ملامح تسلق مركب مركب مركب ]FLT:0[/ على سبيل المثال، أن التعجيل بوتيرة خضراء قبل تخفيض القدرة - يمكن أن يحقق مكاسب إضافية، وتشير البحوث التي تجريها شركة بوينغ إلى أن الالتزام المستمر بإجراءات التشغيل الموحدة للإقلاع والتسلق يمكن أن يقلل استهلاك الوقود بنسبة ٣٥-٥ في المائة مقارنة بالتقنيات التجريبية غير المتجانسة.

كما أن المواءمة التنظيمية آخذة في التطور، ويعمل برنامج الطاقة المنخفضة الانبعاثات والمناطق المدارية والمناطق المدارية مع الصناعة للتعجيل بالتصديق على التكنولوجيات الجديدة. ويوفر برنامج الوكالة الدولية للطاقة الذرية المستمر للطاقة المنخفضة الانبعاثات والمناطق المدارية (CLEEN) آلية قائمة على السوق للتعويض عن نمو الانبعاثات، ولكن فعالية كل مرحلة من مراحل الطيران الطويلة الأجل تتوقف على فعالية الحد من الانبعاثات.

التوقعات المستقبلية

ولا تنتظر صناعة الطيران إنجازا واحدا، بل تسعى إلى إيجاد مجموعة من الحلول التي يمكن أن تحقق معا تخفيضات كبيرة في الانبعاثات مع الحفاظ على سلامة الإقلاع، كما أن نظم الدفع الكهربائية والكهربائية تتقدم نحو تطبيقات الطائرات الإقليمية؛ وتقوم شركات مثل محطة الفضاء الجوي والخفيف بتطوير تصميمات شاملة يمكن أن تزيل الانبعاثات على متنها من أجل طرق تخزين الوقود المركب القصير المعدل بحلول أوائل الثلاثينات.

ومن الناحية التشغيلية، فإن الأدوات الرقمية مثل المعلومات الاستخبارية الاصطناعية وتحليل البيانات في الوقت الحقيقي ستؤدي إلى تحقيق الحد الأمثل من بارامترات الإقلاع التي تعمل بصورة دينامية في الطقس والحركة، وحالة الطائرات، لاقتراح أكثر الأطر كفاءة للتوجهات والزبابات بالنسبة لكل مغادر.

وفي نهاية المطاف، فإن التوازن بين الأثر البيئي والأداء المتعلق بالمقذوفات ليسا مبادلات بل تحدين تصميمي وتشغيلي، كما أن الدقة والحزم اللذين يكفلان الإقلاع الآمن يمكن تسخيرهما للتقليل إلى أدنى حد من استخدام الوقود، والحد من الضوضاء، وخفض الانبعاثات، مع استمرار الاستثمار في الوقود المستدام، والهوائيات المتقدمة، وعمليات الطيران الأذكى، يمكن للصناعة أن تفي بالتزاماتها المتعلقة بالمناخ دون المساس بمعايير الأداء التي تبقي الطيران آمنا.