کشف یک نقص کُشنده در نرم‌افزار مافوق صوت ناسا

دانشمندان چینی در یکی از برنامه‌های اصلی نرم‌افزار مدل‌سازی آیرودینامیک مافوق صوت ناسا یک نقص بزرگ را کشف کرده‌اند.

دانشمندان ادعا می‌کنند که نرم‌افزار «ولکان-سی‌اف‌دی» (Vulcan-CFD) نمی‌تواند به طور دقیق شیمی پیچیده را در سرعت‌های بالا روی سطح وسیله نقلیه مافوق صوت مدل کند.

تیم چینی گفته است که اتکا به این نرم‌افزار که توسط مرکز تحقیقات لانگلی ناسا استفاده می‌شود، می‌تواند منجر به نتایج نادرستی شود.

ساوت چاینا مورنینگ پست (SCMP) گزارش داد که این مورد هنگام شبیه‌سازی فرسایش در دمای بالا بیشتر است.

مسائل مربوط به «ولکان-سی‌اف‌دی» در مقاله جدیدی توسط آزمایشگاه فناوری هایپرسونیک دانشگاه ملی فناوری دفاع برجسته شده است.

این مقاله به رهبری پروفسور لیو جون توضیح می‌دهد که وقتی سرعت هواپیما از ۵ ماخ فراتر می‌رود، اصطکاک شدید با هوا باعث ایجاد دما‌های سوزان می‌شود که می‌تواند مولکول‌های هوا را یونیزه کند و واکنش‌های شیمیایی را ایجاد کند. به طوری که اگر به‌صورت دقیق مدل‌سازی نشود، می‌تواند بر توسعه مؤثر خودرو‌های مافوق صوت تأثیر بگذارد.

«ولکان-سی‌اف‌دی» ممکن است ناقص باشد

این واکنش‌های پیچیده ممکن است باعث فرسایش در سطح هواپیما شود و بر دما یا تراکم هوای اطراف تأثیر بگذارد. داده‌های مدل‌سازی نادرست می‌تواند منجر به عواقب قابل توجهی برای ایمنی و عملکرد هواپیما شود.

«ولکان-سی‌اف‌دی» ناسا یک نرم‌افزار بسیار پیشرفته دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که برای شبیه سازی جریان‌های تراکم پذیر و آشفته «ناویر-استوکس» (Navier-Stokes) توسعه یافته است. این نرم‌افزار برای انجام شبیه سازی‌های پیچیده شامل شیمی با نرخ محدود و فرآیند‌های غیرتعادلی ترمودینامیکی طراحی شده است.

طراحی وسایل نقلیه مافوق صوت بسیار پیچیده است و شامل مدل‌سازی دقیق و درک پدیده‌های فیزیکی مختلف از جمله گرمایش آیرودینامیکی، واکنش‌های شیمیایی در جریان، برهم‌کنش‌های موج ضربه‌ای و اثرات لایه مرزی است.

در حالی که «ولکان-سی‌اف‌دی» برای طراحی و تجزیه و تحلیل وسایل نقلیه مافوق صوت استفاده می‌شود، تنها ابزاری نیست که در دسترس مهندسان و محققان هوافضا قرار دارد. این نرم‌افزار به دلیل ماهیت حساسش تحت کنترل صادرات است و توزیع آن محدود به داخل مرز‌های آمریکا است.

با این حال، ناسا در سال ۲۰۲۰ یک مقاله آکادمیک منتشر کرد که در آن اصول کار خود و برخی از معادلات کلیدی را که به کار می‌برد، معرفی کرد.

به گفته لیو و تیمش، این نرم‌افزار به طور گسترده در صنعت شناخته شده است. با استفاده از اینها، لوی و تیمش به عمق عملکرد‌های داخلی «ولکان-سی‌اف‌دی» پرداختند و اکتشافات ادعایی خود را انجام دادند.

عقب‌ماندگی برنامه مافوق صوت آمریکا در صحنه بین المللی

این می‌تواند توضیح دهد که چرا برنامه مافوق صوت آمریکا در صحنه بین المللی عقب مانده است. به عنوان مثال، در ۳ آوریل، کره شمالی آزمایش موفقیت آمیز یک موشک مافوق صوت زمینی به نام «مارس ۱۶ بی» (Mars ۱۶B) را اعلام کرد.

در همین حال، تسلیحات مافوق صوت دوربرد ارتش ایالات متحده (LRHW) به طور متوالی در سال‌های ۲۰۲۱ و ۲۰۲۲ شکست خورد و در نتیجه سه پرتاب برنامه ریزی شده بعدی لغو یا به تعویق افتاد.

دفتر بودجه کنگره ایالات متحده گزارش داده است که «چالش اساسی باقیمانده شامل مدیریت گرمای شدیدی است که موشک‌های مافوق صوت با سفر سرعت بالای خود در جو در بیشتر پروازهایشان با آن مواجهه می‌شوند. محافظت از الکترونیک حساس موشک‌های مافوق صوت، درک نحوه عملکرد مواد مختلف و پیش‌بینی آیرودینامیک در دمای پایدار تا ۳ هزار درجه فارنهایت نیازمند آزمایش‌های پروازی گسترده است. آزمایش‌ها ادامه دارد، اما شکست‌ها در سال‌های اخیر پیشرفت را به تاخیر انداخته است.»