“برنامج المحاكاة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت خاطئ.” العلماء الصينيون يعبثون مع وكالة ناسا

قال فريق بحث صيني إنه اكتشف خللاً قاتلاً محتملاً في برنامج الديناميكا الهوائية الذي تفوق سرعته سرعة الصوت التابع لناسا.
وقال الفريق الذي يقوده البروفيسور ليو جون، الباحث في مختبر التكنولوجيا الفائقة للصوت من الجامعة الوطنية، إن هذه الفجوة الصغيرة وسط المعادلات المتشابكة يمكن أن تؤدي إلى "نتائج خاطئة حتما" عندما يقوم العلماء بمحاكاة وتحليل أسئلة مهمة، مثل الاجتثاث في درجات الحرارة العالية. تكنولوجيا الدفاع، في مقال تمت مراجعته من قبل النظراء نُشر في المجلة الأكاديمية الصينية Acta Aerodynamica Sinica في 14 مارس.

عندما تتجاوز سرعة الطائرة 5 ماخ، يؤدي الاحتكاك الشديد مع الهواء إلى توليد درجات حرارة كبيرة يمكن أن تؤين جزيئات الهواء وتؤدي إلى تفاعلات كيميائية. يمكن لهذه التفاعلات المعقدة أن تؤدي إلى تآكل سطح الطائرة وتغيير درجة حرارة أو كثافة الهواء المحيط. قد يكون لعدم الدقة في بيانات النمذجة آثار عميقة على أداء الطائرات وسلامتها.

تم تطوير البرنامج المذكور في مقال ليو، والذي يسمى Vulcan-CFD، بواسطة مركز أبحاث لانغلي التابع لناسا. ونظرًا لاستخدامه المحتمل في تطوير أسلحة تفوق سرعتها سرعة الصوت، فإنه يخضع لضوابط التصدير مع توزيعات محدودة داخل الحدود الأمريكية.

واستمد الباحثون الصينيون معلوماتهم من بحث أكاديمي نُشر عام 2020، قدم فيه فريق تطوير البرمجيات التابع لناسا مبادئ تشغيل فولكان وبعض المعادلات الرئيسية التي استخدمها. وقال ليو ومعاونوه إن البرنامج كان "معروفا جيدا" في الصناعة.

وحصل ليو، الذي يقع مختبره في تشانغشا بمقاطعة هونان، على الدعم في البحث من قبل علماء من جامعة هندسة الطيران والفضاء التابعة لجيش التحرير الشعبي في بكين ومركز ميانيانغ لأبحاث وتطوير الديناميكا الهوائية في مقاطعة هونان في سيتشوان. وساهمت المؤسسات الثلاث في التطور السريع لتكنولوجيا الأسلحة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت في الصين على مدى العقدين الماضيين.

إن وتيرة تطوير الأسلحة الأمريكية التي تفوق سرعتها سرعة الصوت تتخلف عن نظيرتها في الصين وروسيا وتتفوق عليها تدريجياً بعض الدول الأصغر. وتقول كوريا الشمالية إنها اختبرت بنجاح صاروخ هوانغسونغ 16 بي ، وهو صاروخ أرضي تفوق سرعته سرعة الصوت، في 3 أبريل.

وفي الوقت نفسه، فشل اختبار الجيش الأمريكي لسلاح فرط صوتي طويل المدى ( LRHW) ، على غرار الصاروخ الكوري الشمالي، على التوالي في عامي 2021 و2022. وتم إلغاء أو تأجيل عمليات الإطلاق الثلاث المخطط لها التالية. لم يتم إعادة تمويل برنامج ARRW .

ARRW على B52

هذه الإخفاقات لها ثمن باهظ للغاية. وبالنسبة لميزانية عام 2025 وحدها، طلب الجيش الأمريكي 1.28 مليار دولار من دافعي الضرائب "لتقديم نموذج أولي تجريبي مع القدرة القتالية المتبقية في عام 2024". وأرجع مكتب الميزانية بالكونجرس الأمريكي التقدم غير المواتي إلى درجات الحرارة المرتفعة.

وكتب المكتب في تقرير بعد إجراء تحقيق شامل حول برامج الأسلحة الأمريكية التي تفوق سرعتها سرعة الصوت: “إن التحدي الأساسي الذي لا يزال قائما يتمثل في إدارة الحرارة الشديدة التي تتعرض لها الصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت أثناء سفرها بسرعة عالية عبر الغلاف الجوي خلال معظم رحلتها”. العام الماضي.

"إن حماية الإلكترونيات الحساسة للصواريخ التي تفوق سرعتها سرعة الصوت، وفهم أداء المواد المختلفة، والتنبؤ بالديناميكا الهوائية عند درجات حرارة مستدامة تصل إلى 3000 درجة فهرنهايت، تتطلب اختبارات طيران مكثفة. وأضافت أن الاختبارات مستمرة، لكن الإخفاقات في السنوات الأخيرة أخرت التقدم.

ويؤكد فريق ليو أنه اكتشف الخلل في المعادلة التي تستخدمها ناسا في فولكان لوصف التغيرات في تركيز المكونات الكيميائية المختلفة، مثل الأكسجين والنيتروجين، في مخاليط الغاز ذات درجة الحرارة العالية.
لا تأخذ هذه المعادلة في الاعتبار خلط ونقل المكونات الناتجة عن الاضطرابات صغيرة النطاق عندما تتغير درجات الحرارة أو تتقلب بسرعة.

نظرًا لتعقيد الديناميكا الهوائية التي تفوق سرعتها سرعة الصوت، قد يتم التغاضي عن بعض الحركات صغيرة الحجم من قبل مصممي النماذج بسبب نقص الفهم أو الحسابات التي يصعب حلها.

خطأ فادح من قبل وكالة ناسا

وقال فريق ليو في ورقته إن عدم اهتمام ناسا بهذه التفاصيل أدى إلى عدم قدرة البرنامج على التنبؤ بدقة بالتركيب الكيميائي وتغيرات درجات الحرارة على سطح المركبة، مما قد يكون له تأثير كبير على أعمال المحاكاة أو التصميم أو التحليل. التي تعتمد على البرمجيات.

كانت وكالة ناسا من بين المؤسسات الأولى في العالم التي استكشفت تكنولوجيا تفوق سرعتها سرعة الصوت، بل إنها صاغت المصطلح الذي، ومن المفارقات، تم إنشاؤه من قبل عالم صيني عمل في المؤسسة، تشيان شيويسن، "أبو الصواريخ الصينية"، الذي كان يعمل في معهد الدفع والدفع. مختبر (JPL) في عام 1946.

وقد أجرى علماء ومهندسو وكالة ناسا العديد من الدراسات واختبارات الطيران الرائدة في هذا المجال، لكنها عانت من تخفيضات مستمرة في الميزانية وهجرة الأدمغة في السنوات الأخيرة. حالة أخرى حيث التخفيضات في الميزانية لا تتفق مع التطور العلمي. إذا كان العيب هو الذي تم تحديده بواسطة الموضوع الصيني، فسيكون ذلك بمثابة خطأ مثير من شأنه أن يفسر كل الصعوبات التي تواجهها الولايات المتحدة في تطوير رحلة تفوق سرعتها سرعة الصوت.

المقالة "برنامج المحاكاة التي تفوق سرعتها سرعة الصوت خاطئ". العلماء الصينيون يخطئون ناسا ويأتي من السيناريوهات الاقتصادية .