หลังจากทำงานหนักมานานกว่า 10 ปีนาซ่าได้ก้าวไปอีกขั้น เราคุ้นเคยกับ NASA ถึงเหตุการณ์สำคัญ แต่สิ่งนี้แตกต่างกันเล็กน้อย อันนี้เกี่ยวกับการถ่ายภาพประเภทหนึ่งที่จับภาพการไหลของของเหลว
เรียกว่าการถ่ายภาพ Schlieren และ schlieren เป็นภาษาเยอรมันสำหรับ "เส้นริ้ว" มันถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1864 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อ August Toepler เพื่อศึกษาการเคลื่อนไหวเหนือเสียง ตอนนี้นาซ่าใช้มันเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อเครื่องบินเจ็ททำลายกำแพงเสียงในความพยายามที่จะกำจัดเสียงดังที่มาพร้อมกับมัน และภาพที่พวกเขาได้รับนั้นค่อนข้างดี
“ เราไม่เคยใฝ่ฝันว่าจะเป็นที่ชัดเจนและสวยงามนี้”
- นักวิทยาศาสตร์ทางกายภาพ J.T. Heineck จากการวิจัย Ames ของ NASA
ยังมีสิ่งนี้มากกว่าขนมตา มันเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามในการสร้างเครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงที่เงียบกว่า ตอนนี้มีกฎเกณฑ์ที่เข้มงวดเกี่ยวกับการบินเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงเหนือพื้นดินเพราะเสียงดังมาก แต่หากสามารถแก้ไขปัญหาเรื่องเสียงรบกวนได้จะช่วยให้การเดินทางทางอากาศเร็วขึ้น
ภาพเครื่องบินเหล่านี้ถูกจับโดยเครื่องบินลำอื่นขณะที่ดูเครื่องบินไอพ่น T-38 สองลำจากฐานทัพอากาศเอ็ดเวิร์ด เครื่องบินที่ใช้กล้องเป็น B-200 และเป็นส่วนหนึ่งของโปรแกรม AirBOS (Air-to-air Background Oriented Schlieren) ของนาซ่า AirBOS เป็นส่วนหนึ่งของโครงการเทคโนโลยี Supersonic Commercial ของ NASA
รูปภาพใหม่ล่าสุดเหล่านี้มาจากระบบภาพ schlieren ที่อัพเกรดซึ่งสามารถจับภาพคลื่นกระแทกคุณภาพสูงกว่าที่เคยมีมา บูมโซนิคถูกสร้างขึ้นเมื่อคลื่นกระแทกจากส่วนต่าง ๆ ของเครื่องบินรวมเข้าด้วยกันและเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ ภาพรายละเอียดเช่นนี้จะทำให้การศึกษาปรากฏการณ์บูมโซนิคเพิ่มขึ้นอย่างมาก
“ เราไม่เคยฝันว่ามันจะชัดเจนและสวยงาม ฉันดีใจที่ภาพเหล่านี้ปรากฏออกมาได้อย่างไร” J.T. Heineck นักวิทยาศาสตร์กายภาพที่ศูนย์วิจัย Ames ในนาซ่า “ ด้วยระบบที่อัพเกรดนี้เรามีลำดับความสำคัญเพิ่มทั้งความเร็วและคุณภาพของภาพจากการวิจัยก่อนหน้านี้”
ข้อมูลจากภาพ schlieren เหล่านี้จะถูกใช้ในการออกแบบเครื่องบินทดสอบ เครื่องบินที่เรียกว่า X-59 Querson Supersonic Technology X-Plane นั้นจะเป็นเครื่องบินเจ็ตเดี่ยวขนาดกว้าง 94 ฟุต 29.5 ฟุต X-59 เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่องค์การนาซ่าเรียกว่าการบินสาธิตการบินต่ำ (LBFD) วันที่เสร็จสิ้นเป้าหมายบางครั้งในปี 2564 (รีบเร็วกว่า NASA)
T-38s ทั้งคู่กำลังบินอย่างแน่นหนาด้วยความเร็วเหนือเสียง เครื่องบินหลักนั้นอยู่ก่อนหน้าเครื่องบินที่มีความเร็วประมาณ 30 ฟุตและพวกมันจะถูกชดเชยในแนวตั้งโดยประมาณ 10 ฟุต นั่นไม่ใช่เรื่องใหญ่สำหรับนักบิน USAF ที่ผ่านการฝึกอบรมสูง แต่มีรอยย่นเพิ่มเติม B-200 อยู่ที่ประมาณ 30,000 ฟุตโดยมี T-38s 2,000 ฟุตด้านล่างใกล้กว่าระบบถ่ายภาพก่อนหน้านี้ที่ได้รับอนุญาต และ T-38s ต้องไปถึงความเร็วเหนือเสียงในเวลาที่แน่นอนที่พวกมันบินใต้ B-200 และระบบการถ่ายภาพของ Schlieren
“ ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือพยายามแก้ไขเวลาให้ถูกต้องเพื่อให้แน่ใจว่าเราจะได้ภาพเหล่านี้” Heather Maliska ผู้จัดการโครงการย่อย AirBOS
- Heather Maliska ผู้จัดการโครงการย่อย AirBOS
“ ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือการพยายามแก้ไขให้ถูกต้องเพื่อให้แน่ใจว่าเราจะได้ภาพเหล่านี้” Heather Maliska ผู้จัดการโครงการย่อยของ AirBOS กล่าว กล้องสามารถบันทึกได้ประมาณสามวินาทีเท่านั้นและหน้าต่างบันทึกสั้น ๆ นั้นต้องตรงกับเวลาสามวินาทีที่ T-38s อยู่ภายใต้ B-200 “ ฉันมีความสุขอย่างยิ่งกับการที่ทีมสามารถดึงสิ่งนี้ออกได้ ทีมงานของเราได้ทำการซ้อมรบประเภทนี้มาก่อน พวกเขารู้วิธีที่จะทำให้การซ้อมรบเกิดขึ้นและนักบินของนาซ่าและนักบินกองทัพอากาศทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในที่ที่พวกเขาต้องการจะเป็น”
“ สิ่งที่น่าสนใจคือถ้าคุณมองไปที่ด้านหลังของ T-38 คุณจะเห็นการโต้ตอบแบบช็อตเหล่านี้ในโค้ง” เขากล่าว “ นี่เป็นเพราะ T-38 ต่อท้ายกำลังบินอยู่ในการปลุกของเครื่องบินชั้นนำดังนั้นแรงกระแทกจะแตกต่างกัน ข้อมูลนี้จะช่วยให้เราสามารถพัฒนาความเข้าใจของพวกเราต่อการกระแทกเหล่านี้”
ระดับของรายละเอียดที่ไม่เคยเห็นมาก่อน
“ เราเห็นรายละเอียดทางกายภาพในระดับที่ฉันไม่คิดว่าจะมีใครเห็นมาก่อน” แดนแบ๊งส์วิศวกรวิจัยอาวุโสของนาซ่าอาร์มสตรองกล่าว “ แค่ดูข้อมูลเป็นครั้งแรกฉันคิดว่าสิ่งต่าง ๆ ทำได้ดีกว่าที่เราคาดไว้ นี่เป็นขั้นตอนที่ยิ่งใหญ่มาก”
ระบบการถ่ายภาพ schlieren ใหม่มีการอัพเกรดบางอย่างในเวอร์ชั่นก่อนหน้านี้ มันมีเลนส์มุมกว้างกว่าระบบก่อนหน้านี้ช่วยให้การวางตำแหน่งเครื่องบินแม่นยำยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังมีอัตราเฟรมที่เร็วกว่า ด้วยความเร็ว 1,400 เฟรมต่อวินาทีคุณจะเห็นรายละเอียดของคลื่นเสียงได้ง่ายขึ้น นอกจากนี้ยังมีระบบจัดเก็บข้อมูลที่เร็วขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับอัตราเฟรมที่เพิ่มขึ้น
B200 ยังได้รับการอัพเกรดด้วยระบบภาพใหม่ วิศวกรของ Avionics พัฒนาระบบการติดตั้งใหม่สำหรับกล้องเพื่อให้การติดตั้งง่ายขึ้นและเร็วขึ้น
“ ด้วยการทำซ้ำก่อนหน้าของ AirBOS มันใช้เวลาประมาณหนึ่งสัปดาห์หรือมากกว่านั้นในการรวมระบบกล้องเข้ากับเครื่องบินและทำงานได้ ครั้งนี้เราสามารถนำมันมาใช้และทำงานได้ภายในวันเดียว” ทิฟฟานี่ติตัสวิศวกรฝ่ายปฏิบัติการการบินกล่าว “ ถึงเวลาที่ทีมวิจัยสามารถใช้เพื่อออกไปและบินและรับข้อมูลนั้นได้”
นาซ่ากำลังทำงานกับเที่ยวบินความเร็วเหนือเสียงที่เงียบสงบมาระยะหนึ่งแล้วพวกเขาใช้วิธีการศึกษาที่หลากหลาย อุโมงค์ลมถูกนำมาใช้เช่นเดียวกับที่ใช้ในการออกแบบเครื่องบินทุกลำ แต่ NASA กลับมาใช้วิธีอื่น ประมาณสามปีที่แล้วพวกเขาใช้ดวงอาทิตย์เป็นฉากหลังเพื่อถ่ายภาพคลื่นเสียงจากเครื่องบินไอพ่นความเร็วสูง ลองชมวิดีโอด้านล่างจาก CNN
โครงการเทคโนโลยี Supersonic Commercial ไม่ได้มุ่งเน้นที่การลดเสียงรบกวนสำหรับบูมโซนิคเท่านั้น นอกจากนี้ยังดูที่ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงการปล่อยมลพิษและน้ำหนักโครงสร้างและความยืดหยุ่นซึ่งทั้งหมดนี้เป็นอุปสรรคในการเดินทางทางอากาศที่ดีขึ้น ข้อมูลที่รวบรวมจะถูกแบ่งปันกับหน่วยงานกำกับดูแลในสหรัฐอเมริกาและทั่วโลก
