وتشهد صناعة الطيران تحولا أساسيا في مواجهة الحاجة الملحة إلى تخفيض آثارها البيئية، وفي قلب هذا التحول يكمن تطور اتجاه الطائرات - النظم التي تدفع الطائرات عبر السماء - وتستمر محركات الطائرات التقليدية التي سادت الطيران التجاري منذ عقود في تحديد مواقعها، وتزداد فيها القدرة على توليد الطاقة الكهربائية، والهيكلات المختلطة، والطاقة الهيدروجينية، والوقود المستدام المتطور.

التحول نحو تحقيق الاستدامة

ويساهم قطاع الطيران العالمي بما يقرب من 2.5 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي يتسبب فيها الإنسان، وهو رقم يرتفع عندما تُدرج آثار غير ثاني أكسيد الكربون مثل المخالفات، ومع توقع نمو الطلب على السفر الجوي، لا يمكن للصناعة أن تعتمد على مكاسب الكفاءة وحدها لتحقيق الأهداف المناخية، وتكنولوجيات الدفع الجديدة أساسية، وخلافا للتحسينات التدريجية التي لوحظت في تصميم تربين الغاز على مدى السنوات الخمسين الماضية، فإن ابتكارات اليوم تستهدف تخفيضاً تدريجياً في الانبعاثات الناجمة عن الوقودية في دورة الحياة.

نظم التبريد الكهربائي

ويستخدم الدفع الكهربائي الطاقة المخزنة في البطاريات أو التي تنتجها خلايا الوقود لحمل السيارات الكهربائية التي تنقل الدفعات أو المعجبين، والمزية الرئيسية هي عدم وجود انبعاثات مباشرة أثناء الطيران، أما بالنسبة للطرق القصيرة الأجل - التي تعرف بأنها رحلات تقل عن 500 ميل - فإن الطائرات الكهربائية يمكن أن تصبح صالحة تجاريا في غضون هذا العقد، وتضع شركات مثل الحيز الجوي الخفيف طائرات إقليمية شاملة، بينما تعتمد حركة الطيران الحضرية بالفعل على مركبات الإطلاق.

الحد من البطاريات والاختراقات

والعقبة الرئيسية أمام الرحلة الكهربائية الأوسع نطاقا هي كثافة الطاقة، ومخزون البطاريات الحالية للليثيوم - الأسيون يناهز 250 إلى 300 ساعة لكل كيلوغرام، وهو أقل بكثير من 000 12 وقود الطائرات/كغ عند حساب كفاءة المحرك، ومقياس الحد الأقصى للتفاوت وحمولة البطاريات، غير أن البطاريات تتقدم بسرعة، ومركبات تحويل الكبريت - الليثيوم - الكبريت، و 400 مادة إلكترونية

Electric Motor and Propeller Innovations

وقد دخلت محركات الكهرباء ذات القدرة العالية - باستخدام المغناطيسات الدائمة، والمواد المشغلة السطحية، أو التبريد المتقدم - نظماً تمكينية للتوجهات التي تتنافس مع المصابيح الصغيرة في الأداء، حيث تم تصفيف محركات صغيرة متعددة على طول الجناح، وتحسن كفاءة الطيران، وتخفض الضوضاء، وتتيح هذه التصميمات أيضاً إعادة التموين وسلطة رقابة أكبر، وهي مهمة للغاية بالنسبة للبيئة الحضرية.

الهندسة المعمارية الهجينة

ويجمع الدفع بالكهرباء بين محرك للغاز أو محرك الاحتراق الداخلي مع نظام كهربائي للمحركات والبطارية، ويتيح هذا التشكيل للمحرك العمل في أكثر نقاطه كفاءة، بينما يوفر المحرك الكهربائي زخما إضافيا أثناء الإقلاع والتسلق، أما بالنسبة للنسب، فيمكن للمحركات أن تعمل كمولدات لتغذية البطاريات، وتعمل النظم الهجينة كتكنولوجيا للجسر، مما يتيح إجراء تخفيضات ذات مغزى في الانبعاثات قبل أن يكون التكّب كاملا ممكنا.

Series vs. Parallel Hybrids

وفي سلسلة من الهجينات، يقود المحرك مولدا كهربائيا يزود المحركات الكهربائية حصرا؛ ولا توجد صلة ميكانيكية بالناقلات، مما يسمح للمحرك بالسير بسرعة ثابتة ومثلى بصرف النظر عن الطلب على الدفع، وفي مجرى متزامن، يمكن للمحرك والمحرك أن يدفعا الناقل مباشرة، مع المساعدة الآلية خلال مراحل القوى العالية، ويستخدم كل هيكل طائرات ذات مواهب ذات وزن وتعقيد وكفاءة.

الإدارة الحرارية وتوزيع الطاقة

وتولد النظم الهجينة حرارة كبيرة من كل من المحرك والمكونات الكهربائية، إذ يلزم أن تُستخدم الإدارة الحرارية المتقدمة باستخدام مواد التبريد السائل أو مواد التغيير التدريجي أو المضخات الحرارية لمنع تدهور الأداء، كما أن توزيع الطاقة يطرح تحديات: تتطلب الأسلاك ذات الحركة العالية (800V أو أكثر) حرق دقيق وحماية من أخطاء القوس، كما أن محولات القوى الخفيفة والعاملات الخارقة ذات الحرارة العالية هي مجالات بحث نشطة تبلغ 30 في المائة.

Hydrogen: Fuel Cells and Combustion

فالهيدروجين هو أحد أكثر الخيارات الطويلة الأجل واعدة فيما يتعلق بالتوجه المستدام للطيران، ويمكن استخدامه بطريقتين: في خلايا الوقود لإنتاج الكهرباء للمحركات الكهربائية، أو الحرق مباشرة في توربينات الغاز المعدلة، وعندما يولد من مصادر متجددة (هيدروجين) ينتج عنه صفر من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، والمنتج الثانوي الرئيسي لعملية احتراق الهيدروجين أو خلايا الوقود هو بخار الماء، الذي له آثار مناخية في حد ذاته، ولكن يعتبر قابلاً لإدارة.

خلية الوقود

(ب) خلايا الوقود التي تحوّل الهيدروجين والأكسجين إلى كهرباء وحرارة ومياه ذات كفاءة عالية - حوالي 50 إلى 60 في المائة مقابل 30 إلى 40 في المائة بالنسبة للطيورانات الصغيرة، ويمكنها أن تُستخدم محركات كهربائية لأجهزة الدفع أو مراوح الطراز الموصل، والعقبات الرئيسية هي وزن وحجم تخزين الهيدروجين، فضلاً عن كثافة الطاقة المحدودة للزجاجات الحالية.

Hydrogen Combustion Engines

(ب) إن نسبة الهيدروجين إلى توربينات الغاز المعدلة هي مسار أبسط من خلايا الوقود، مما يغذي الخبرة الحالية في مجال تصنيع المحركات، ويمكن أن تحقق [التركيبات الهيدروجينية] ذات الوزن الحراري مقارنة بمحركات السائل، ولكنها تتطلب إعادة تصميم أجهزة الاحتراق لمراقبة درجة حرارة اللهب وتقليل درجة الميزة الخاصة بالنيتروجين (NOx1].

تخزين الهيدروجين والهياكل الأساسية

وتحتاج شركة " ليكيد هيدروجين " إلى دبابات عالية الضغط (350-700 بار) أو صهاريج سائلة مبردة، وهي توفر كثافة أفضل للطاقة، ولكنها تتطلب نظماً مبردة متطورة للحفاظ على درجة الحرارة، وتزيد هذه الصهاريج من وزنها الفارغ إلى 30 في المائة مقارنة بمركبات الكيروسين.

الوقود المستدام للطيران ودورها

وفي حين أن تكنولوجيات الطاقة الكهربائية والهيدروجين تلتقط عناوين رئيسية، فإن الوقود المستدام للطيران هو أكثر الحلول انتشارا على الفور للحد من انبعاثات الكربون من الطائرات الموجودة، أما المواد الكيميائية المولدة من الوقود المتدفق المستخرج من المواد الوسيطة المتجددة مثل زيت الطهي المستخدم، والمخلفات الزراعية، والنفايات البلدية، ويمكن أن تختلط مع المواد الجيتية التقليدية ألف-1 بنسبة 50 في المائة (وسرعة 100 في المائة مع الموافقة على الآلات) دون أي تعديلات في إنتاج الدراج.

مسارات الإنتاج في القوات المسلحة السودانية

(أ) إنّ مسارين رئيسيين هما: (الستيرات المجهزة بالهيدروا و(إيزوتي إيسيدز (HEFA) و(الكحول-إلى الجيلي (ATJ) و(HFA) هو أكثر الطرق نمواً، باستخدام النفط والدهون (ATJ) يحوّل الإيثانول أو الأيزوبوتانول إلى وقود الطائرات، وتشمل طرقاً أكثر تقدماً تركيبة في الدراجات من الكتلة الأحيائية أو مُسرة

التوافق والتصديق

وتُصدَّق على المواد الانشطارية الخاصة بأنها " مُنْزَلة " لأن خصائصها الكيميائية مطابقة تقريباً لوقود الطائرات التقليدية، وهذا يعني أنه لا يلزم إدخال تغييرات على المحركات أو نظم الوقود أو خزانات التخزين، غير أنَّ هذه المواد تتطلب اختباراً إضافياً لضمان التوافق المادي وممتلكات التدفقات الباردة، وقد وافقت الهيئات التنظيمية مثل شركة س.

تصميمات الهندسة التالية

وحتى بدون تغيير نوع الوقود، يدفع مصانع المحركات حدود كفاءة التربين الغازي، ويحقق أحدث جيل من المحركات العالية التفاف، مثل Pratt & Whitney GTF وFLT:LAP[FM LEAP، نسبة تتراوح بين 15 و20 في المائة من تصميمات الوقود المتطورة في الفترة 1990.

Fan and Unducted Fans

(ب) مفاهيم المعجبين المفتوحة تزيل الناتيل المحيطة بالمروحة، مما يتيح للمراوح الكبيرة والنسب الالتفافية الأعلى دون وزن وسحب قناة، ويمكن لهذا الترتيب أن يحقق أوجه الكفاءة الدافعة قرب تلك التي تنطوي عليها الاضطرابات، مع الاحتفاظ بسرعة وراحة الاضطرابات، وتقوم المنظمة الدولية لمصائد الأسماك بتطوير برنامج " الابتكار غير الطوعي من أجل المحركات المستدامة " ، الذي يشمل إنشاء نظام شامل لخفض الانبعاثات.

تعزيزات توربفان

ويستخدم هيكل توربفان الموجه مجموعة أدوات للتخفيض للسماح للمروحة وللتوربين المنخفض الضغط بالتناوب بأقصى سرعة ممكنة، مما يحسن الكفاءة ويقلل الضوضاء، ويمكن أن تتضمن نماذج الجيل القادم من مجموعة برات وويتني المعززة وفرقة العمل المعنية بالإجراءات المالية العالمية نماذج متطورة للارتفاعات الهوائية، والمصفوفات المركبة للمصفوفات السيرامية، والتحسينات الإضافة للوقود تحقق وفورات إضافية متوافقة مع الشكل.

بـاء - ابتلاع باوندري لاير

(ج) إن ابتلاع طبقة حديدية هو مفهوم للدفع حيث يشعل المحرك الهواء الأبطأ قرب سطح الطائرة، وهذا يقلل الطاقة اللازمة للتعجيل بالهواء، وتحسين كفاءة الدافع العام بنسبة تصل إلى 10 في المائة.

الهياكل الأساسية والحواجز التنظيمية

ولا يمكن أن تنجح تكنولوجيات الدفع المتطورة دون إجراء تغييرات مقابلة في الهياكل الأساسية للمطارات وأطر التصديق، إذ تتطلب الطائرات الكهربائية محطات شحن ذات طاقة عالية، وغالبا ما تكون مجهزة بشحنات من طراز ميغاوات، لتمكين شركات النقل السريع، وتحتاج طائرات الهيدروجين إلى محطات للتصفح، ومجالات التخزين، وشاحنات إعادة الإمداد بالأجهزة الخفية أو هيدرات ثابتة، ويجب بناء مرافق إنتاجية تابعة للقوات المسلحة السودانية بالقرب من المطارات أو ربطها بخطوط أنابيب الاستثمار.

معايير التصديق والسلامة

وتقوم الوكالات التنظيمية، مثل FAA] و]EASA، بوضع توجيهات جديدة لنظم الدفع الكهربائية والهيدروجينية، فمثلا، يجب إنشاء الظروف الخاصة للنظم العالية الفولطية، وكشف تسريب الهيدروجين، وسلامة صهاريج التبريد، وعملية التصديق على هياكل الدفع الجديدة(10).

قوة العمل الماهرة والتدريب

ويتطلب الحفاظ على نظم الدفع الجديدة وتشغيلها مهندسين وفنيين ذوي خبرة في النظم الكهربائية، ومناولة الهيدروجين، والمواد المتقدمة، ويجب أن تستثمر الصناعة في برامج التدريب والشراكات مع الجامعات لبناء هذه القوة العاملة، وقد بدأ مقدمو الخدمات في الخطوط الجوية ومرورورو (الخدمة والإصلاح والإصلاحات، وإصلاحها) بالفعل في تقديم دورات عن السلامة العالية التطور وخدمة خلايا الوقود.

الطريق إلى الطائرة الصافية بحلول عام 2050

(ب) أن الهيئات الدولية مثل الوكالة الدولية للطاقة الذرية ومنظمة الطيران المدني الدولي قد حددت هدفاً لانبعاثات الكربون الصافية من الطيران بحلول عام 2050، وهذا الجدول الزمني عدواني ويتطلب حافظة من الحلول: تجديد الأسطول بالطائرات الفعالة، وزيادة استخدام طائرات SAF، وإدخال طائرات كهربائية وهيدروجين لأجهزة قصيرة الأجل، وتعويضات الكربون للانبعاثات.

"الميلستون" الرئيسي

  • 2024-2025:] First commercial flights with 100% SAF on widebody aircraft. Hydrogen fuel cell demonstrator flights for 50-seat regional routes.
  • ]2026-2028:] Entry into service of all-electric aircraft (9-19 seats) for short training and commuter routes. First hybrid-electric regional aircraft test flights.
  • 2030-2032:] Commercial introduction of 100-seat hybrid-electric aircraft. Hydrogen combustion test flights on 200-seat aircraft. SAF blending mandates in Europe and North America reach 5-10%.
  • ]2035-2040:] First commercial hydrogen-powered narrowbody aircraft (Airbus ZEROe or similar) enters service. SAF production scales to meet 30 -50% of demand. Electric aircraft for 150 -200 km routes become common in urban air mobility networks.
  • 2045-2050:] Hydrogen and electric propulsion account for the majority of new deliveries for short and medium-haul. SAF covers long-haul. Net-zero emissions achieved through a combination of technology and compensates.

ولن يكون الانتقال خطيا، بل إن الانتكاسات أمر لا مفر منه - قد يستغرق اندلاع البطاريات وقتا أطول مما كان متوقعا، وقد لا ينخفض وزن تخزين الهيدروجين بسرعة كافية، وقد تظل تكاليف إنتاج القوات المسلحة السودانية مرتفعة دون دعم قوي في مجال السياسات، غير أن الزخم الذي خلف تكنولوجيات الدفع المستدام للطيران لم يسبق له مثيل، وقد تجاوز الاستثمار في عمليات الدفع بالكهرباء والهيدروجين 10 بلايين دولار منذ عام 2020، وقد التزم كل مصانع الرئيسي للمحركات والحواسيب الجوية بإلغاء خامات.

دور السياسات والاستثمار

(ب) العمل الحكومي عامل حفاز قوي: فالولايات التي يكلفها الاتحاد الأوروبي بتنظيم الطيران بزيادة مستويات الدمج في القوات المسلحة السودانية من 2 في المائة في عام 2025 إلى 70 في المائة بحلول عام 2050.() ويشمل قانون خفض التضخم في الولايات المتحدة الائتمانات الضريبية لمنتجي القوات المسلحة السودانية وإنتاج الهيدروجين.() وتمول الصين واليابان البحوث في مجال حرق الهيدروجين والدفع الكهربائي، وتخفض هذه السياسات المخاطر المالية بالنسبة للمستثمرين الخاصين وتخلق شراكات في السوق.

الاستنتاج: مستقبل متعدد التكنولوجيا

إن مستقبل التوجه في الطيران المستدام ليس فائزا واحدا، بل هو مزيج متناسق بعناية من الطاقة الكهربائية، والهجينة، والحلول القائمة على الوقود، والدفع الكهربائي سيخدم أقصر البعثات هندسية، وسيغطي السفر الهجين طرقا إقليمية، وسيتوافر الطاقة الكهربائية في المستقبل، وسيظل التعاون المستدام في مجال الطاقة الكهربائية في فترة أطول من حيث التكلفة، حيث يعتمد التحول إلى الهياكل الأساسية ذات السرعة القصوى في الانبعاثات.