پرواز موفق پهپاد «روتور بلون وینگ» ساخت سیکورسکی در حالت هواپیما و هلیکوپتر

یکی از آخرین پیشرفت‌ها در حوزه هوافضا با قابلیت برخاست و فرود عمودی (VTOL)، مربوط به پهپاد مدل روتور بلون وینگ (Rotor Blown Wing) می‌شود که شرکت سیکورسکی موفق به انجام پرواز آزمایشی با آن شده است. این پهپاد کوچک توانست به‌طور عمودی پرواز کرده و فرود بیاید و همچنین در تمامی حالات پروازی، عملکردی پایدار و قابل کنترل را هنگام پرواز در حالت هواپیما از خودش نشان دهد. نسخه کوچکی که از این پهپاد طراحی کرده‌اند، با استفاده از ترکیبات کامپوزیتی ساخته شده و از باتری برای تأمین انرژی خود بهره‌برداری می‌کند.

این هواپیما که دارای بال‌های ۳.۱۴ متری است، در ژانویه ۲۰۲۵ بیش از ۴۰ بار برخاست و فرود موفقیت آمیز را ثبت کرد. پهپاد روتور بلون وینگ همچنین بیش از ۳۰ بار دشوارترین مانور طراحی شده برای خود را انجام داد که شامل تغییر بین حالت هلیکوپتری و هواپیمایی می‌شد. حداکثر سرعت کروز این هواپیما در حالت پرواز افقی ۱۵۹ کیلومتر بر ساعت بود.

ایگور چرپینسکی، مدیر نوآوری‌های سیکورسکی می‌گوید: «پهپاد روتور بلون وینگ ما توانسته قدرت کنترل و ویژگی‌های منحصربه‌فردی را نشان دهد که برای تغییر مداوم و دقیق بین حالت شناور و پرواز سریع با بال‌ها و همچنین بازگشت به حالت اولیه، ضروری است… برای اینکه این مانور انتقال به‌طور یکپارچه و کارآمد اتفاق بیفتد، به قوانین کنترلی جدیدی نیاز بود. داده‌ها نشان می‌دهند که با افزایش اندازه‌ پهپاد، قادر خواهیم بود از عرشه کشتی‌های در حال حرکت و زمین‌های ناهموار نیز عملیات انجام دهیم».

در آینده، این نوع از هواپیماهای روتور بلون وینگ می‌توانند برای فهرستی طولانی از مأموریت‌های مختلف مورد بهره‌برداری قرار گیرند که از جمله آن‌ها می‌توان به کمک‌های بشردوستانه، نظارت بر وضعیت خطوط لوله (مثل لوله‌های نفت، گاز یا آب)، پایش آتش‌سوزی‌ها و همچنین عملیات جستجو و نجات اشاره کرد. نسخه‌های بزرگ‌تر این طراحی قادر به انجام عملیات‌هایی مانند جمع‌آوری اطلاعات، نظارت، شناسایی و همکاری با پهپادهای دارای سرنشین و بدون سرنشین خواهند بود.

برای هدایت هواپیما در حین پرواز بدون نیاز به خلبان، از فناوری پرواز خودران ماتریکس شرکت سیکورسکی در تمامی مدل‌های روتور بلون وینگ که در آینده توسعه خواهند یافت، استفاده می‌شود. این نمونه تنها یکی از فناوری‌هایی به حساب می‌آید که سیکورسکی در حال توسعه آن است. این مجموعه شامل هواپیماهای تک روتور اصلی و پهپادهای برخاست و فرود عمودی (وی‌تول) با بال خواهد بود.

سیکورسکی همچنین در حال کار بر روی یک مدل نمایشی هیبریدی-الکتریکی ۱.۲ مگاواتی (HEX) است که برای حمل افراد یا محموله‌ها در مسافت‌های طولانی با استفاده از طراحی بال متحرک (tilt wing) توسعه می‌یابد. انتظار می‌رود که تا سال ۲۰۲۷، قابلیت شناور ماندن توسط یک آزمایشگاه تست سیستم قدرت HEX به نمایش گذاشته شود.

آغاز این پروژه

همه چیز از برنامه سازمان پروژه‌های پژوهشی پیشرفتهٔ دفاعی (DARPA) برای پیشرفت فناوری برخاست و فرود عمودی آغاز شد. دارپا فراخوانی منتشر کرد و شرکت‌های سیکورسکی، آورورا فلایت ساینس، بوئینگ و کارم ایرکرفت به آن پاسخ داده و برای محقق کردن اهداف بلندپروازانه به واقعیت همکاری خود را آغاز کردند. در سایت رسمی دارپا آمده است که: «برخلاف سایر سازمان‌ها، دارپا از پیشرفت‌های تدریجی راضی نمی‌شود. ما به دنبال دستاوردهای بزرگ هستیم… نوآوری‌هایی که نه‌تنها چالش‌های فعلی را حل می‌کنند، بلکه ایالات متحده را به عنوان پیشروترین موتور اختراعات استراتژیک تکنولوژیکی معرفی می‌نمایند».

دقیقاً همین هدف بود که پروژه هواپیمای آزمایشی VTOL X-Plane در سال ۲۰۱۴ برای دستیابی به آن راه‌اندازی شد. در جریان این برنامه، همه توسعه‌دهندگان رقیب تصمیم گرفتند از یک سامانه هوایی بدون سرنشین به‌عنوان نمونه‌ نمایشی فناوری خود استفاده کنند، در حالی که دارپا چنین الزامی تعیین نکرده بود.

متاسفانه در سال ۲۰۱۸، دارپا این برنامه را به دلیل عدم موفقیت در انجام پروازهای آزمایشی، متوقف کرد. در آن زمان، آورورا پتانسیل‌های زیادی از خودش نشان داد، اما پروژه در نهایت لغو شد. در سپتامبر ۲۰۲۲، دارپا پروژه جدیدی به نام ANCILLARY را آغاز نمود:

«برنامه‌ ANCILLARY (زیرساخت‌های پیشرفته بدون نیاز به تأسیسات برای پرتاب و بازیابی هواپیما) تصمیم دارد تا یک هواپیمای نمایشی X-plane را با استفاده از فناوری‌های کلیدی مورد نیاز برای بهبود عملکرد سیستم‌های پروازی با برد طولانی، برخاست و فرود عمودی و همچنین سامانه‌های هوایی بدون سرنشین توسعه داده و آزمایش‌های پروازی آن را انجام دهد».

آزمایش‌های مربوط به هواپیمای آزمایشی X-plane در چارچوب برنامه ANCILLARY برای سال ۲۰۲۶ برنامه‌ریزی شده است. این آزمایش‌ها نشان‌دهنده تمایل به توسعه هواپیماهای چابکی است که قادر به سازگاری سریع با محیط‌های مختلف هستند. شرکت‌های رقیب در این پروژه عبارتند از: AeroVironment ،Griffon Aerospace ،Karem Aircraft ،Method Aeronautics، northrop grumman و Sikorsky.

X-Plane

گروه نوآوری‌های سیکورسکی، که زیرمجموعه لاکهید مارتین است، در طراحی‌های پیشرفته و انقلابی فعالیت می‌کند. یکی از جدیدترین دستاوردهای این گروه، مربوط به پهپاد روتور بلون وینگ می‌شود؛ مدیر این گروه، ایگور چرپینسکی، مأموریت آن‌ها را این‌گونه توصیف می‌کند:

«هدف ما توسعه نسل جدیدی از هواپیماهاست که بتوانند مأموریت‌های موجود را با کارایی بالاتر و هزینه کمتر انجام دهند و در عین حال، با افزایش برد و سرعت، قابلیت‌های جدیدی را برای مشتریان نظامی و تجاری فراهم نمایند… سیستم‌های خودران و الکتریکی پیشرفته در مجموعه‌ای از محصولات ادغام خواهند شد و در نهایت به تولید هلیکوپترهای تک‌روتور کارآمد، هواپیماهای وی‌تول سریع با بال‌های ثابت و نسل جدیدی از سامانه‌های هوایی بدون سرنشین منجر می‌شوند».

برنامه آزمایشی VTOL X-Plane دارپا از «صنعت و مهندسان نوآور خواسته بود تا یک هواپیمای هیبریدی طراحی کنند که به طور همزمان در چهار حوزه مختلف دستاوردهای جدیدی به ارمغان بیاورد».

موارد زیر، از جمله معیارهایی بودند که دارپا در سال ۲۰۱۴ آن‌ها را تعیین کرده بود:

• سرعت: دستیابی به سرعت پروازی پایدار بین ۵۵۵ تا ۷۴۰ کیلومتر در ساعت
• کارایی شناور: افزایش بهره‌وری از ۶۰ درصد به حداقل ۷۵ درصد
• کارایی پروازی: بهبود نسبت لیفت به دراگ در حالت کروز به حداقل ۱۰، که از ۵-۶ قبلی بالاتر است
• ظرفیت بار مفید: حفظ توانایی انجام کار مفید با حمل باری معادل حداقل ۴۰ درصد از وزن کلی وسیله نقلیه، که حدود ۴۵۰۰ تا ۵۴۰۰ کیلوگرم است

اکنون در چارچوب برنامه ANCILLARY، هدف جدید به این صورت بیان شده: «هدف این است که توانمندی‌ سامانه‌های هوایی بدون سرنشین با قابلیت برخاست و فرود عمودی کوچک را به اندازه سه برابر فناوری پیشرفته‌ای که هم‌اکنون در حال پرواز است، افزایش دهند». این جمله را استیو کومادینا، مدیر برنامه دارپا برای برنامه ANCILLARY گفته است.

از شکست تا پیروزی

برنامه ANCILLARY به‌خوبی در حال رشد و پیشرفت است، اما سرنوشت طراحی‌هایی که به شکل‌گیری رقابت کنونی و مسیر جدید آن انجامید، چه شد؟ در فهرست جدید رقابت‌کنندگان، شرکت‌های کارم و سیکورسکی حضور دارند، اما آورورا و بوئینگ از فهرست اخیر کنار رفته‌اند.

هواپیمای فانتوم‌سوئیفت بوئینگ، شامل فن‌های داخلی لیفت و فن‌های نوک بال برای حفظ پایداری در حالت عمودی، در تمامی مراحل پرواز می‌شود. تحلیلگران سرعت‌های بالای ۷۴۰ کیلومتر در ساعت را پیش‌بینی کرده بودند که از محدودیت‌های معمول هواگردهای روتوری فراتر می‌رود. یک مدل آزمایشی در سال ۲۰۱۳ برای اثبات این مفهوم، با موفقیت پرواز کرد.

از آن زمان، گاهاً شایعاتی در مورد بازگشت این پروژه مطرح شده‌، اما هیچ طرح توسعه بیشتری از سوی بوئینگ یا هیچ‌کدام از سازمان‌های وزارت دفاع آمریکا به‌طور مشخص اعلام نشده است.

هواپیمای LightningStrike شرکت آورورا هدف‌گذاری کرده بود که نسبت لیفت به دراگ را به ۱۰ برساند و کارایی در حالت شناور را بیش از ۷۵ درصد افزایش دهد ـ طراحی آن شامل فن‌های کانارد برای بهبود کنترل و توزیع مؤثرتر نیروی رانش می‌شود. مهندسان تعدادی فن هدایت‌شده را در سراسر بال‌ها و کاناردها (پیش‌بال) نصب کردند، که هرکدام از یک موتور توربوشافت Rolls-Royce AE1107C تغذیه می‌شدند؛ این موتور با استفاده از سه ژنراتور Honeywell برق تولید می‌کرد.

نمونه کوچک و آزمایشی این وسیله نقلیه در مارس ۲۰۱۶ با موفقیت پرواز کرد و در ادامه توانست رقابت خود با VTOL X-Plane دارپا را برنده شود. با این حال، به نظر می‌رسد که آن‌ها از رقابت برای برنامه‌ای که در واقع جانشین این پروژه است و بر اساس همان مفاهیم پایه‌ریزی شده کنار رفته‌اند.

علت دقیق این موضوع هنوز مشخص نیست اما ممکن است در مرحله جدید توسعه، تمرکز بیشتر بر روی قابلیت‌های خودران و هوش مصنوعی باشد. این دو حوزه به‌طور خاص زمینه‌هایی هستند که سیستم روتور بلون وینگ در آن‌ها عملکرد بسیار برجسته‌ای از خود نشان داده است.

هوش مصنوعی در آسمان

ابتکار VTOL X-Plane ممکن است بدون انجام پروازهایی که در مقیاس واقعی پروژه را آزمایش کردند، به پایان رسیده باشد، اما نتایج مهمی شامل گسترش دانش در زمینه‌های تیلت‌روتور، تیل‌سیتر و پروازهای برقی توزیع‌شده به دست آمده است. مشارکت‌هایی که توسط دارپا در این برنامه شکل گرفت، تحقیقات در حال انجام در زمینه روتور بلون وینگ، نمونه‌های اولیه تیلت‌ویینگ و آزمایش‌های مقیاس‌کوچک هیبرید-الکتریکی را پایه‌گذاری نمود.

این چرخه توسعه همچنین زمینه‌ساز موج فعلی طراحی‌های هوش مصنوعی و سامانه‌های هوایی بدون سرنشین شد که در ANCILLARY به طور مستقیم با یکدیگر رقابت خواهند کرد. دوران VTOL X-Plane توانست در زمینه‌های آیرودینامیک، موتورهای هواپیما و سایر زمینه‌های مهندسی که در ساخت پلتفرم پروازی دخیل هستند، پیشرفت‌هایی به دست آورد.

اکنون، رقابت‌کنندگان ANCILLARY با استفاده از مبنای جدیدی که در اختیار دارند، می‌توانند برای چالش جدید خود که طراحی یک خلبان مصنوعی است، وسایل لازم و مورد نیاز را طراحی کنند. این تکنولوژی، همان‌طور که شرکت سیکورسکی در پروژه‌های قبلی خود نشان داده، پیشرفت‌های قابل توجهی داشته است.

ماتریس سیکورسکی

نمایشگاه هلیکوپتر خودران BLACK HAWK در فورت کمپبل کنتاکی نشان داد که این هواپیما پس از آن که خلبان تنظیمات کابین را از دو نفر به صفر تغییر داد و از آن خارج شد، به‌طور کامل بدون نیاز به خدمه شروع به کار کرد. این هلیکوپتر که با مدل A شناخته می‌شود و نشان دارپا را بر روی خود دارد؛ هلیکوپتر خودران BLACK HAWK تمامی مراحل بازرسی‌های پیش از پرواز و برخاستن را به‌طور مستقل انجام داد.

در عین حال، هواپیمای تحقیقاتی خودران سیکورسکی (SARA) که نسخه اصلاح‌شده‌ هلیکوپتر S-76B است، به‌عنوان یک سیستم پروازی برای آزمایش و پیشرفت فناوری ماتریکس مورد استفاده قرار گرفته؛ این هواپیما در حال پیشبرد فناوری پرواز با خلبان اختیاری است و پتانسیل استفاده‌های تجاری مختلفی مانند اطفای حریق، حمل بار و حمل‌ونقل هوایی شهری را نیز دارد.

آدام یینگلینگ، سرپرست پروژه ناسا، می‌گوید: «آزمایش‌های پروازی که با استفاده از هواپیمای تحقیقاتی خودران و OPV سیکورسکی انجام شده نشان می‌دهند که چگونه می‌توانیم فناوری‌ها را به‌صورت ترکیبی در کنار هم قرار دهیم تا به‌طور تدریجی و به شکلی قابل نگهداری و مقیاس‌پذیر، اتوماسیون افزایش یابد».

این همکاری میان دارپا، سیکورسکی و ناسا به شکل‌گیری یک دوران جدید در هوانوردی خودکار کمک می‌کند که می‌تواند برای صرفه‌جویی در منابع، هواپیما و همچنین نجات جان‌ افراد، تاثیرگذار باشد. این آزمایش‌ها همچنین به اداره هوانوردی فدرال (FAA) کمک می‌کند تا تحقیقات در زمینه سیستم‌های خودکار را با داده‌های مربوط به دستورالعمل‌های پروازی ترکیب کرده و روند معرفی سیستم‌های حمل‌ونقل هوایی پیشرفته (AAM) در فضای هوایی کشور را آسان‌تر کند.

چرخ‌ها پایین آمدند

حضور سیکورسکی در دنیای هیجان‌انگیز هواپیماهای وی‌تول، نویدبخش دستاوردهای بزرگ‌تری خواهد بود. تلاش‌های قبلی که منجر به توسعه جدیدترین سامانه هوایی بدون سرنشین و همچنین پیشرفت‌های هم‌زمان در فناوری شد، همه با هم در حال شکل دادن دوره‌ای جدید در هوانوردی هستند.

نسل بعدی هواپیماهای سرنشین‌دار و بدون سرنشین از فناوری‌هایی بهره خواهند برد که اکنون توسط این پهپاد کوچک با پروانه‌های برقی آزمایش می‌شود. هرچند این پهپاد از نظر اندازه کوچکتر است، اما با فناوری‌های نوآورانه و ایده‌هایی که روش پرواز ما را تغییر می‌دهند، آن را جبران خواهد کرد.