وتطالب البعثات التي تدوم طويلا بالطائرات التي يمكن أن تظل في حالة مزودة بفترات ممتدة أحيانا تمتد إلى أيام أو حتى أسابيع، سواء استخدمت في المراقبة أو في نقل الاتصالات أو الرصد البيئي أو الدعم القتالي، تضع هذه البعثات مطالبا شديدة على الأطقم الجوية، ونظم الدفع، وإدارة الوقود، والتخطيط التشغيلي، ولا يقتصر تشكيل طائرة لهذه المهام على إضافة مخططات إضافية للوقود، بل يتطلب اتباع نهج شامل في تصميم الطائرات.

تحقيق الاستخدام الأمثل للطائرات المصممة للرحلات الجوية الموسعة

إن الأساس لأي منصة طويلة الأجل هو تصميمها، وكل غرام يهم عند النظر في كفاءة الوقود والحجم الجوي على مدى آلاف ساعات الطيران، ومجالات التصميم التالية حاسمة.

مواد وهيكلات الوزن الخفيف

كما أن خفض الوزن الفارغ هو أكثر الطرق فعالية لزيادة القدرة على الوقود أو الحمولة دون تجاوز الوزن الأقصى للإقلاع، كما أن المركب المتقدم - مثل البوليمرات المجهزة بالكربون - المجهزة بقوة عالية - الوزن - مقاومة شديدة للثديين، كما أن الأكواب الجوية مثل صهريج شمالروب Grumman RQ-4 العالمي يستخدم هياكل مركبة واسعة النطاق لتحقيق أكثر من 30 ساعة من التفاؤلات الجوية غير الضرورية.

الكفاءة الأيرودينامية

إن انخفاض الجر هو أمر أساسي للتحمل، إذ أن أجنحة عالية الأطياف، وهي طويلة ومرنة، تولد رفعاً مع جر أقل من ذلك، ويحتوي الصقر العالمي على نسبة جانبية من الجناحين تتجاوز 25، مما يتيح له أن يرتفع ارتفاعاً عالياً لفترات طويلة، كما أن المناشير أو الأجنحة المنزوعة تقلل من جر الدوافع وتحسن توزيعها.

اختيار نظام النطق

ويؤثر اختيار المهندسين تأثيرا مباشرا على استهلاك الوقود وموثوقيته، إذ إن خلايا التربوف والتوربوبس ذات النسب التفافية العالية شائعة بالنسبة لمنصات التحمل الكبيرة لأنها توفر استهلاكاً من الوقود محدداً أفضل من المحركات ذات القفز المنخفض، ومحركات التركيب تتسم بالكفاءة بوجه خاص في سرعة متوسطة من عمليات المراقبة.

استراتيجيات إدارة الوقود

وحتى الطائرات الأكثر كفاءة لا يمكنها الطيران بعيدا بدون إدارة وقود ذكية، والهدف هو حمل الكمية الصحيحة من الوقود، واستخدامه على الوجه الأمثل، ورصد الاستهلاك في الوقت الحقيقي.

صندوق الوقود الأمثل

ويزيد حمل الوقود الفائض من وزنه ويقلل من الكفاءة، بينما لا يكفي الحد من الوقود في البعثة، ويحسب مخططو البعثة احتياجات الوقود استنادا إلى المسار المقصود والاحتياطيات وخيارات التحويل، وبالنسبة للبعثات المتعددة القطاعات، يمكن تجهيز حمولة الوقود: صهريج رئيسي داخلي بالإضافة إلى خزانات قطر خارجية يمكن أن تكون فارغة، وفي بعض التشكيلات، يتم تركيب خزانات وقود إضافية داخل مقصورات الشحنات أو على أجنحة.

الوقود - الكفاءة في التصريف والعرض

ويؤثر الريحان تأثيرا كبيرا على التحمل، ويضم برنامج تخطيط الرحلات الجوية نماذج لاختيار الارتفاعات بأحسن المعالم، ويتفادى وجود ريح قوية، ويمكن التقليل إلى أدنى حد من التغيرات المباشرة عن طريق التحليق في طرق المركبات الكبيرة، وبالإضافة إلى ذلك، تتيح صور الطوافات المركبة للطائرات أن تحترق كحروق للوقود، مع الحفاظ على ارتفاع يعمل فيه المحرك على ذروته.

رصد الوقود في الرحلات الجوية وإدارتها

ويمكن أن يُتوقع من أجهزة الاستشعار عن تدفق الوقود في الوقت الحقيقي، ومن اختبارات كمية الصهاريج، أن تُبث بيانات عن الطاقم أو النظم الآلية، ويمكن أن يُتوقع أن تبقى متحملة بدقة عالية، وأن تُعدل البيئات التي تُستخدم فيها الصهاريج لتمديد وقت الصهاريج، وإذا ما تخلف نظاماً لمراقبة الرحلات الجوية أو تطوراً سريعاً، فإن أجهزة التحكم في المحرك الإلكتروني الحديثة (EECs) تشمل أيضاً

الأساليب التنفيذية لتحقيق أقصى قدر من الانعكاس

وفيما عدا تخطيط المعدات والوقود، فإن أساليب التنفيذ اليومية حيوية، ويمكن لهذه الخيارات التشغيلية أن تضيف ساعات إضافية من وقت الإقامة.

ألف - التخصيب الأمثل

ولكل طائرة ارتفاع محدد حيث تكون كفاءة السحب والمحركات أكثر توازنا، وبالنسبة للمنصات ذات القدرة العالية على الارتفاع في التربفان، فإن هذا الارتفاع غالبا ما يكون طبقة أقل من طبقة الاستراتوسفير )٠٠٠ ٤٥-٦٥٥ قدما( وعلى هذه المستويات، تكون الكثافة الجوية منخفضة، وتخفض من جرها، وتشغل محركات الطائرات المتحركة بالقرب من أفضل مركب للطائرات العاملة بالطاقة الشمسية أثناء النهارية لتخزين الطاقة والارتفاع الثابت ليلازلت

إدارة السرعة

فالسرعة التي ترتفع بسرعة كبيرة جدا من جر السحب بسرعة كبيرة، والطيران يخفض ببطء شديد من كفاءة الرفع، وعادة ما تكون السرعة القصوى للرفع إلى الارتفاع (L/D) السرعة القصوى، وبالنسبة لطائرات الطائرات، فإن هذا يقترب من السرعة القصوى للطائرات المروحية، بينما تكون سرعة الرفع عند الحد الأدنى من الطاقة المطلوبة، وبعض الطائرات المتحملة لديها وسائل " محركة " تُحمل تلقائياً على أسرع من سرعة الهواء غير الضرورية.

Energy Conservation

وكل حمل كهربائي يستمد الطاقة من مولد المحركات، الذي يتطلب الوقود، فالإضاءة، والفيون، ونظم التحكم البيئي، والحمولات تستهلك الطاقة، وبالنسبة للبعثات الطويلة الأجل، فإن المشغلين يقللون من الاستخدام الكهربائي غير الأساسي، ولا يساعد الإضاءة، وإمدادات الطاقة الكفاء، والجدول الزمني لشحنات الطاقة، وقد تتحول الطائرات التي لديها وحدات إضافية لتوليد الطاقة إلى مولدات كهربائية تعمل على تشغيل المحرك إلا عند الضرورة.

إدارة الطاقم والسوقيات

وتتطلب بعثات التحمل المأهولة مرافق راحة الطاقم، والغذاء، وإدارة النفايات، كما أن إدخال أفراد طاقم الإغاثة، والجداول الزمنية للتناوب، وحتى الأرصفة (كما هو الحال في محطة لوكهيد WC - 130) يمدد نطاق التحمل العملي، إذ يجب أن تكون محطات المراقبة الأرضية مزودة بأجهزة نقل غير مأهولة، كما أن الربط بين البيانات هو أيضاً وسيلة اتصال ذات عوامل يمكن أن تكون كثيفة الاستخدام في خطوط الموجات الترددية.

شركات الدفع المتطورة

وتعيد الابتكارات الأخيرة تحديد معنى " استمرار " ، إذ تتيح عدة تكنولوجيات للبعثات التي لم تدخل بشري في الأسابيع أو الأشهر الماضية.

Solar and Electric Propulsion

() تستخدم طائرات ذات قدرة هائلة مثل زيفير إس وهايليوس (التي انفصلت للأسف في عام 2003) خلايا فولطية ضوئية على سطح الجناح لتوليد الكهرباء أثناء النهار، وتزيد رسوم الطاقة التي يمكن شحنها، والتي تعمل على توليد الطاقة الكهربائية خلال الليل، وتحتفظ شركة زيفير بسجلات الليونيوم بالنسبة لطائرة من طراز UAV في أكثر من 64 يوماً من الرحلات الجوية المستمرة.

خلايا الوقود الهيدروجينية

(أ) خلايا الوقود الهيدروجينية التي تستخدم الهيدروجين والأكسجين إلى الكهرباء، مع الماء كمنتج ثانوي وحيد، وهي تعرض كثافة طاقة فوق البطاريات، مما يجعلها جذابة بالنسبة لمركبات الدفع فوق المدارية المتوسطة (10-48 ساعة) و المراقبة العالمية كانت تعمل في وقت مبكر على إنتاج الوقود العالي.

مراقبة الرحلات الجوية والتحسين الذاتي

)أ( إن نظاماً آلياً متطوراً يؤديان أكثر من الارتفاع والتوجه، ويضمان التعلم الآلي لتحقيق الحد الأمثل من خنق المحركات، والتلفاز، ومسار الطيران في الوقت الحقيقي، وبتحليل درجات الرياح، وتحول درجات الحرارة، وخرائط كفاءة المحرك، يمكن لمراقب الطيران أن يحسب أفضل محطة توليد الطاقة لكل ثانية من فترات الطيران، بل إن بعض النظم يمكن أن تستغل الصيغ الحرارية )مثل ارتفاعات(

دبابات الوقود الموحدة والوحدوية

ويقتصر الحجم الداخلي دائما على دبابات الوقود الموحّدة (مركبات الكربون المفلورة) التي تُحمل على أسطح الصمامات المُنَقَّدة أو الأجنحة، مما يضيف قدرة على الوقود دون إحداث جرّ كبير، وتُستخدم مركبات العجلات المُعدّلة في الطائرات المقاتلة (مثلاً F-15SE) ولكن يجري تكييفها من أجل التحمل، كما أن الصهاريج الداخلية النموذجية تسمح للمشغل بإعادة تشكيل الطائرة من أجل مختلف صور الوقود المُخرفة.

الاتصالات الساتلية وضوابط التحكم في البصر

وللعمل لأيام على المناطق النائية، يجب أن تظل الطائرة مرتبطة بمشغليها، وتوفر وصلات ساتلية من طراز كوينك وكابد القيادة العالية النطاق ونقل البيانات، غير أن محطات السواتل تستهلك طاقة كبيرة، وتستخدم محطات طرفية حديثة هوائيات ذات قدرة على الوصل على مراحل ثابتة تتبع السواتل بكفاءة، وتطبق بعض منابر التحمل " وصلة البيانات على الطلب " ، ولا تنقل سوى بيانات عالية الجودة عند الضرورة.

اعتبارات الصيانة والاعتماد

وتضغط البعثات الطويلة الأمد على كل عنصر، إذ يصبح تسرب النفط الذي سيقع في مهمة مدتها ست ساعات أمراً بالغ الأهمية في غضون 30 ساعة، ولذلك فإن التصميم القوي للموثوقية والقابلية للاستمرار أمر أساسي.

النظم الزائدة عن الحاجة

فالنظم الجوية - الهجائية - الهجائية - الجيل الكهربائي - التي يمكن أن تكون ذات ازدواجية أو ثلاثية، ولا ينبغي أن يضطر فقدان أحد المولدات إلى إجهاض البعثة، كما أن الحواسيب المجهزة بالتحكم في الرحلات الجوية الاحتياطية والمحاضرين تسمحان للطائرة بالاستمرار إذا فشلت النظم الأولية، فالجهاز العالمي للصوت، مثلا، له سيطرة ثلاثية على الطيران وحافلات كهربائية مستقلة متعددة.

الصيانة الافتراضية

وتتوقع المقاييس عند وصول المكونات إلى عتبات الفشل، مما يسمح بإنهاء البعثة قبل حدوث انهيار، وهذا أمر مهم بصفة خاصة بالنسبة للمحركات؛ ويمكن أن يؤدي عيب صغير في حملها إلى فشل كارثي بعد ساعات عديدة.

التبريد والمراقبة البيئية

وكثيرا ما تنطوي الرحلة العالية الارتفاع على درجات حرارة شديدة البرودة )-٧٠ درجة مئوية(، في حين أن حبوب الحمولة قد تولد حرارة كبيرة، ويجب أن تحتفظ نظم المراقبة البيئية بأجهزة الملاحة الجوية والمشغلات )إذا كانت مجهزة( داخل النطاقات المقبولة، أما بالنسبة للطائرات الكهربائية، فإن إدارة حرارية البطاريات تنزف بشكل حرج، وتخفض بشدة من الكفاءة والعمر، وتستخدم بعض الطائرات ذات التردد العالي التبريد.

دراسات الحالات: منابر العالم البعيدة المدى

ويوضح بحث البرامج الناجحة كيف يتم الجمع بين هذه الاستراتيجيات في الممارسة العملية.

Northrop Grumman RQ —4 Global Hawk

إن الصقر العالمي هو أول طائرة استطلاعية من طراز HALE، وهو يتكون من جناح مركب رفيع المستوى، وهيكل مركب، وتربفان رولز رويس أي 3007H، وتصل إلى 34 ساعة تحمل على ارتفاع 000 60 قدم، وتتجاوز طاقة الوقود 000 17 جنيه، وتستخدم الطائرات نظاماً مستقلاً للإغاثة من الكوارث يربط بين الزهرة العالمية وأجهزة الصقر ذات الورد الآلي.

Airbus Zephyr S

(زفير) هو جهاز هضوب كهربائي يعمل في الغلاف الجوي الستراتوسفيري، ولا يزن سوى 75 كيلوغراماً، ويغطي خلايا شمسية مساحة قدرها 25 متراً، ويسمح محركان كهربائيان تعملان ببطاري الليثيوم بالعملية اليومية/الليلية، ويضع نظام زيفير S سجلاً للاستمرارية مدته 64 يوماً في عام 2022، ويُعدل نظامه لمراقبة الطيران تلقائياً ملصقات الوقود والزونات الكهرباء إلى أقصى حد ممكن.

"أغلقت "مارتن أون 2 سيدة التنين

وكان متغير يو - ٢ المأهول طائرة تجسس طويلة الأمد منذ الخمسينات، ويمكنه الطيران لأكثر من ١٢ ساعة على ارتفاعات فوق ٠٠٠ ٧٠ قدم، ويستخدم متغير يو - ٢ توربان كهربائي عام من طراز F118-101 ويحمل الوقود في خزانات الجناحين، ويرتدي الطيار بذلات ضغط ويتحمل درجة عالية من البرودة، وقد كان مجتمع يو - ٢ رائدا في إدارة الوقود ذات الارتفاع العالي والتدابير المضادة.

خاتمة

إن إنشاء طائرات لبعثات طويلة الأجل يتطلب تآزراً في التصميم الذكي، وتخطيط الوقود الدقيق، والعمليات التكييفية، وتكنولوجيا التقطيع، والهياكل المركبة ذاتية الوزن، والدفع العالي الكفاءة، والمركبات الهوائية المتقدمة، توفر خط الأساس، وتزيد إدارة الوقود الذكية - بما في ذلك الحمل الأمثل، والارتفاع، ورصد سرعة التشغيل، والتفاؤل الذي يبرز في المستقبل.