GE Aerospace ประสบความสำเร็จในการทดสอบบินด้วยความเร็วเหนือเสียงของเครื่องยนต์แรมเจ็ตที่ใช้เชื้อเพลิงแข็ง

วันที่ 22 กันยายนที่ผ่านมา บริษัท GE Aerospace ได้ประกาศความสำเร็จในการบินทดสอบบรรทุก (Captive carry flight tests) ระบบทดสอบการบินที่ใช้พลังงาน Solid-Fueled Ramjet หรือ SFRJ รุ่นใหม่ ภายใต้โครงการ ATLAS (Atmospheric Test of Launched Airbreathing System) ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีขับเคลื่อนแรมเจ็ตเชื้อเพลิงแข็ง

เครื่องยนต์นี้เป็นตัวอย่างของเทคโนโลยีที่สามารถผลักดันยานยนต์ทางอากาศให้มีความเร็วสูงเกินกว่า 5 เท่า ของความเร็วเสียง หรือ Mach 5+ ซึ่งเป็นศักยภาพที่จะปฏิวัติสงครามและการบินด้านการทหารในยุคนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องยนต์ Solid-Fueled Ramjet หรือ SFRJ ของโครงการ ATLAS มีความโดดเด่นอย่างยิ่งในด้านระบบการทำงานที่ใช้การเคลื่อนไหวของชิ้นส่วนเครื่องยนต์น้อยลง

หลักการทำงานที่เรียบง่ายและเหนือเสียง

เครื่องยนต์แรมเจ็ต Solid-Fueled Ramjet แตกต่างจากเครื่องยนต์ไอพ่นทั่วไปที่ขับเคลื่อนเครื่องบินโดยสาร ซึ่งต้องใช้ชุดใบพัดและกังหัน (Fans and turbine impellers) ในการดูดและอัดอากาศ

ในทางตรงกันข้าม เครื่องยนต์แรมเจ็ตเปรียบเสมือน ท่อเปล่า (Empty tube) ที่ทำงานโดยหลักการที่แตกต่างออกไป เช่น 

1. เครื่องยนต์แรมเจ็ต ไม่ใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวในการบีบอัดอากาศ แต่จะใช้ ความเร็วของตัวมันเอง ขณะที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศ

2. ความเร็วสูงที่จะทำให้อากาศที่ไหลเข้ามาที่ทางเข้าเครื่องยนต์บีบอัดตัวเอง และร้อนขึ้นด้วยแรงเฉื่อย (Sheer inertia)

นอกจากนี้โครงการ ATLAS ยังเป็นการก้าวไปอีกขั้นสู่ความเรียบง่ายด้วยการเป็น Solid Fuel Ramjet (SFRJ) เช่น 

1. โครงการนี้ได้กำจัดเชื้อเพลิงเหลวออกไป โดยมีการบุภายในของเครื่องยนต์ด้วยเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนแข็ง ซึ่งมีลักษณะคล้ายยาง บริษัทไม่เปิดเผยรายละเอียดของเชื้อเพลิงและวิธีการบุภายในของเครื่องยนต์

2. เชื้อเพลิงแข็งนี้ต้องการเพียงอากาศที่ไหลเข้ามาเพื่อเป็นแหล่งออกซิเจนในการเผาไหม้ ซึ่งแตกต่างจากจรวดเชื้อเพลิงแข็งที่ต้องนำออกซิไดเซอร์ติดตัวไปด้วย

3. การแทนที่ชิ้นส่วนกลไกที่ใช้ในการจัดการเชื้อเพลิงเหลวทำให้เครื่องยนต์มีดีไซน์ที่ ง่ายมากและมีน้ำหนักเบา และมีราคาถูกลง เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้แล้วทิ้ง นอกจากนี้ยังมีประสิทธิภาพ (Specific impulse) สูงถึง 1,000 วินาที เทียบกับจรวดเชื้อเพลิงแข็งที่ทำได้ประมาณ 240 วินาที

ภาพอธิบายการทำงานของเครื่องยนต์แรมเจ็ต Solid-Fueled Ramjet

การทดสอบที่ความเร็วเหนือเสียง

โครงการ ATLAS ถูกสนับสนุนเงินทุนโดย กระทรวงสงครามสหรัฐฯ (Department of War) ผ่านกฎหมายส่วนที่ 3 ของ Title III ของกระทรวงสงครามสหรัฐฯ (Department of War) เพื่อขยายขนาดเทคโนโลยีสำหรับเพิ่มระยะการยิงของกระสุน และขยายขนาดเทคโนโลยี (Scale up the technology) ที่เกี่ยวข้องกับระบบขับเคลื่อนที่ใช้การหายใจเอาอากาศเข้า (Air-breathing propulsion)

ในการทดสอบการบินครั้งสำคัญนี้ ระบบ ATLAS Flight Test Vehicle ถูก ยึดไว้ (Bolted) กับเครื่องบิน Starfighters F-104 ซึ่งถูกดัดแปลงให้เป็นแท่นทดสอบ

1. เครื่องบินขับไล่ F-104 จะทำหน้าที่บรรทุกระบบ ATLAS Flight Test Vehicle ขึ้นสู่ความสูงและสามารถทำความเร็วได้ถึง Mach 2.2 ซึ่งเป็นการนำระบบเข้าถึงความเร็วเหนือเสียงในสภาวะบรรยากาศจริง

2. เปิดการทำงานของระบบ ATLAS Flight Test Vehicle โดยยังคงยึดติดกับเครื่องบินขับไล่ F-104 อย่างไรก็ตาม การทดสอบครั้งยังไม่มีการเร่งความเร็วสูงสุดด้วยเครื่องยนต์แรมเจ็ต Solid-Fueled Ramjet  

3. การทดสอบนี้ช่วยให้สามารถทำความเข้าใจพฤติกรรมของระบบภายใต้ปัจจัยที่ซับซ้อนในโลกจริง เช่น แรงสั่นสะเทือนและความเค้นจากอุณหภูมิ ซึ่งอุโมงค์ลมไม่สามารถให้ได้

มาร์ก เรตติก (Mark Rettig) รองประธานและผู้จัดการทั่วไปของ Edison Works Business & Technology Development ที่ GE Aerospace กล่าวว่า “นี่เป็นช่วงเวลาสำคัญสำหรับ GE Aerospace ในการนำเสนอเทคโนโลยีแรมเจ็ตเชื้อเพลิงแข็งของเราในการบินเป็นครั้งแรก” และเสริมว่า “การทดสอบแบบบรรทุกของฮาร์ดแวร์ทดสอบการบินที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้นี้ ช่วยให้สามารถทดสอบได้บ่อยขึ้นในสภาพบรรยากาศจริง เพื่อให้เข้าใจพฤติกรรมของระบบได้ดียิ่งขึ้น”

ทั้งนี้ GE Aerospace ได้ยืนยันว่า ในการบินทดสอบแบบบรรทุกครั้งนี้ เครื่องยนต์แรมเจ็ตยังไม่ได้ถูกจุดระเบิด (Ramjet wasn't lit) เนื่องจากเป้าหมายคือการศึกษาด้านอากาศพลศาสตร์ และการจุดระเบิดจริงจะถูกเก็บไว้สำหรับการทดสอบการบินอิสระในภายหลัง ความสำเร็จนี้ถือเป็นเสาหลักหนึ่งของการลงทุนที่กว้างขวางของ GE Aerospace ในเทคโนโลยีขับเคลื่อนความเร็วสูงและเหนือเสียง