خودرو ThrustSSC؛ نخستین خودروی عبورکننده از سرعت صوت روی زمین

خودرو ThrustSSC یک خودروی جت‌محور بریتانیایی است که برای شکستن رکورد جهانی سرعت زمینی و عبور از سرعت صوت روی سطح زمین طراحی شد. پروژه به رهبری ریچارد نوبل، رکورددار پیشین سرعت زمینی، توسعه پیدا کرد و هدف اصلی آن ساخت نخستین وسیله نقلیه زمینی بود که بتواند دیوار صوتی را بشکند. نام SSC مخفف SuperSonic Car به معنی «خودروی فراصوت» است و از همان ابتدا نشان می‌داد که این پروژه تنها افزایش چند کیلومتر بر ساعت سرعت نبود، بلکه یک آزمایش مهندسی در مرزهای فناوری محسوب می‌شد.

پیش از ThrustSSC، رکورد سرعت زمینی در اختیار خودروهای مجهز به موتورهای جت و راکت بود، اما هیچ وسیله چرخ‌داری نتوانسته بود به شکل رسمی از سرعت صوت عبور کند. مهندسان این پروژه باید مشکلاتی مانند پایداری در سرعت‌های نزدیک به Mach 1، کنترل موج‌های ضربه‌ای هوا، طراحی چرخ‌ها، سیستم فرمان و کاهش خطر بلند شدن خودرو از سطح زمین را حل می‌کردند.

طراحی خودرو ThrustSSC از سال‌های ابتدایی دهه 1990 آغاز شد و تیم مهندسی پس از تحقیقات گسترده روی آیرودینامیک، آزمایش مدل‌های کوچک و بررسی رفتار خودرو در سرعت‌های فراصوت، ساخت نمونه نهایی را آغاز کرد. این خودرو در نهایت در سال 1997 در صحرای Black Rock ایالت نوادا آمریکا رکورد تاریخی خود را ثبت کرد.

مشخصات کامل خودرو ThrustSSC

مشخصات	جزئیات ThrustSSC
نام کامل	Thrust SuperSonic Car (ThrustSSC)
کشور سازنده	بریتانیا
سال ثبت رکورد	1997
محل ثبت رکورد	صحرای Black Rock، نوادا، آمریکا
راننده	Andy Green، خلبان جنگنده نیروی هوایی سلطنتی بریتانیا
رکورد سرعت	1227.985 کیلومتر بر ساعت
سرعت نسبت به صوت	Mach 1.020
موتور	دو موتور جت Rolls-Royce Spey 202
نوع پیشرانه	توربوفن پس‌سوز (Afterburning Turbofan)
نیروی رانش	حدود 222 کیلونیوتن (50,000 پوند نیرو)
طول خودرو	16.5 متر
عرض خودرو	3.7 متر
وزن	حدود 10.6 تن
طراحان اصلی	Richard Noble، Ron Ayers، Glynne Bowsher و تیم مهندسی ThrustSSC
هدف طراحی	شکستن رکورد سرعت زمینی و عبور رسمی از سرعت صوت
وضعیت رکورد	رکورد رسمی جهانی سرعت زمینی

موتور جت رولزرویس در ThrustSSC

قدرت ThrustSSC از دو موتور توربوجت Rolls-Royce Spey 202 تأمین می‌شد؛ موتورهایی که در هواپیماهای جنگنده مورد استفاده قرار گرفته بودند. دو موتور در مجموع حدود 50 هزار پوند نیروی رانش تولید می‌کردند و توان لازم برای رساندن یک خودرو با وزن بیش از 10 تن به سرعت‌های نزدیک و بالاتر از سرعت صوت را فراهم کردند.

انتخاب موتور جت به جای موتورهای معمولی یک تصمیم مهندسی ضروری بود. موتورهای احتراق داخلی خودرو توان تولید نیروی کافی برای مقابله با مقاومت شدید هوا در سرعت‌های بالای 1000 کیلومتر بر ساعت را نداشتند. در چنین سرعتی، مقاومت هوا به شدت افزایش پیدا می‌کند و تنها موتورهای جت یا راکت می‌توانند نیروی پیشران لازم را فراهم کنند.

ویژگی‌های اصلی سامانه پیشرانه ThrustSSC شامل موارد زیر بود:

• دو موتور Rolls-Royce Spey 202 توربوجت
• نیروی رانش مجموع حدود 222 کیلونیوتن
• استفاده از موتورهای نظامی اصلاح‌شده برای کاربرد زمینی
• توان خروجی معادل هزاران خودرو معمولی

موتورهای Spey در این پروژه به گونه‌ای تنظیم شدند که بتوانند شتاب‌گیری طولانی‌مدت روی سطح بیابان را تحمل کنند. برخلاف هواپیما که موتور جت پس از رسیدن به ارتفاع مناسب شرایط متفاوتی دارد، در ThrustSSC موتور باید در نزدیکی سطح زمین و در محیطی پر از گردوغبار و ذرات سخت کار می‌کرد.

هدف اصلی مهندسان از طراحی ThrustSSC

هدف اصلی تیم ThrustSSC ثبت یک رکورد جدید نبود؛ بلکه ایجاد نخستین خودروی زمینی فراصوت در تاریخ بود. مهندسان قصد داشتند ثابت کنند که عبور کنترل‌شده از سرعت صوت با یک وسیله چرخ‌دار روی زمین امکان‌پذیر است.

برای رسیدن به این هدف، پروژه روی چند موضوع کلیدی تمرکز داشت:

• ایجاد پایداری خودرو در سرعت‌های نزدیک Mach 1
• طراحی بدنه‌ای که موج‌های ضربه‌ای هوا را کنترل کند
• ساخت چرخ‌هایی که بتوانند فشارهای بسیار زیاد را تحمل کنند
• ایجاد سیستم کنترل دقیق برای راننده
• آزمایش رفتار خودرو در شرایط واقعی بیابان

یکی از نگرانی‌های اصلی مهندسان این بود که موج‌های فشار ایجادشده هنگام عبور از سرعت صوت بتوانند خودرو را از مسیر خارج کنند. در سرعت‌های پایین‌تر، خودروهای رکوردشکن بیشتر با مشکلات مکانیکی روبه‌رو بودند، اما در ThrustSSC مسئله اصلی رفتار هوا و نیروهای آیرودینامیکی بود.

راننده ThrustSSC چگونه رکورد جهانی را ثبت کرد؟

راننده خودرو اندی گرین (Andy Green)، خلبان جنگنده نیروی هوایی سلطنتی بریتانیا بود. انتخاب او به دلیل تجربه پرواز با سرعت‌های بالا، توانایی کنترل شرایط بحرانی و آشنایی با نیروهای شدید شتاب انجام شد. گرین در کابین باریک خودرو قرار می‌گرفت و تمام اطلاعات حیاتی مانند سرعت، وضعیت موتور و شرایط خودرو را از طریق سامانه‌های داخلی دریافت می‌کرد.

ثبت رکورد تنها به فشردن پدال و حرکت مستقیم محدود نبود. گرین باید خودرو را در مسیری مشخص نگه می‌داشت، تغییرات سطح بیابان را کنترل می‌کرد و در پایان مسیر با استفاده از چترهای ترمز و سیستم‌های کاهش سرعت، خودرو را متوقف می‌کرد.

در روز ثبت رکورد، خودرو در صحرای Black Rock نوادا دو بار مسیر اندازه‌گیری‌شده را طی کرد. قوانین رکورد جهانی سرعت زمینی نیازمند ثبت میانگین دو حرکت در جهت مخالف است تا تأثیر باد و شرایط محیطی کاهش پیدا کند.

رکورد 1228 کیلومتر بر ساعت خودرو ThrustSSC چگونه ثبت شد؟

در 15 اکتبر 1997، ThrustSSC توانست رکورد رسمی سرعت زمینی را با میانگین سرعت 763.035 مایل بر ساعت ثبت کند که معادل حدود 1227.985 کیلومتر بر ساعت است. این رکورد هنوز به عنوان رکورد جهانی سرعت زمینی شناخته می‌شود.

فرایند ثبت رکورد شامل دو حرکت در مسیر یک مایلی بود:

• حرکت اول با سرعت بیش از 759 مایل بر ساعت
• حرکت دوم با سرعت بیش از 763 مایل بر ساعت
• محاسبه میانگین دو حرکت برای ثبت رسمی رکورد

در جریان این آزمایش، خودرو برای نخستین بار به شکل رسمی از سرعت صوت عبور کرد. صدای انفجارمانند ناشی از موج صوتی خودرو در مناطق اطراف صحرای نوادا شنیده شد و این رویداد به یکی از مهم‌ترین لحظات تاریخ مهندسی خودرو تبدیل شد.

عبور ThrustSSC از سرعت صوت در سطح زمین

عبور از سرعت صوت روی زمین بسیار دشوارتر از پرواز در ارتفاع بالا است. در هواپیماها، خلبان با محیطی سه‌بعدی برای کنترل وسیله روبه‌رو است، اما خودرو تنها چند سانتی‌متر از سطح زمین فاصله دارد و کوچک‌ترین تغییر مسیر می‌تواند پیامدهای خطرناکی داشته باشد.

ThrustSSC در زمان رکورد به سرعت Mach 1.020 رسید؛ یعنی حدود 2 درصد سریع‌تر از سرعت صوت در شرایط ثبت رکورد. این اتفاق نخستین عبور رسمی و تأییدشده یک وسیله زمینی از دیوار صوتی بود.

عبور از سرعت صوت باعث ایجاد موج ضربه‌ای شد که مانند هواپیماهای فراصوت، صدای شکستن دیوار صوتی ایجاد کرد. این موضوع نشان داد طراحی آیرودینامیکی خودرو توانسته فشارهای پیچیده ناشی از جریان فراصوت هوا را کنترل کند.

سیستم فرمان و کنترل خودرو در سرعت‌های بسیار بالا

فرمان دادن به ThrustSSC شبیه کنترل یک خودرو معمولی نبود. در سرعت‌های بیش از 1000 کیلومتر بر ساعت، کوچک‌ترین حرکت فرمان می‌توانست نیروی جانبی بسیار بزرگی ایجاد کند. به همین دلیل سیستم فرمان خودرو بسیار دقیق طراحی شد.

ThrustSSC از سیستم فرمان چرخ‌های عقب استفاده می‌کرد تا تغییر مسیرها نرم‌تر و پایدارتر انجام شوند. همچنین سامانه‌های کامپیوتری و کنترل فعال، وضعیت خودرو را بررسی می‌کردند تا زاویه بدنه نسبت به سطح زمین در شرایط مناسب باقی بماند.

مهم‌ترین تجهیزات کنترلی خودرو شامل موارد زیر بود:

• سیستم ثبت داده‌های لحظه‌ای
• کنترل فعال وضعیت بدنه
• فرمان دقیق برای اصلاح مسیر
• سامانه‌های ترمز با چتر

مهندسی آیرودینامیک برای جلوگیری از ناپایداری خودرو

طراحی بدنه ThrustSSC یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های پروژه بود. خودرو طولی حدود 16 متر داشت و شکل باریک آن برای کاهش مقاومت هوا و افزایش پایداری طراحی شده بود. مهندسان تلاش کردند مرکز فشار هوا را در موقعیتی قرار دهند که خودرو تمایل به حرکت مستقیم داشته باشد.

در سرعت‌های فراصوت، جریان هوا دیگر مانند حرکت معمولی خودرو رفتار نمی‌کند. ایجاد موج‌های ضربه‌ای می‌تواند باعث تغییر ناگهانی نیروهای واردشده به بدنه شود. برای مقابله با این مشکل، تیم طراحی از آزمایش‌های تونل باد، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و آزمایش مدل‌های کوچک استفاده کرد.

بدنه خودرو، موقعیت موتورهای جت و محل قرارگیری کابین همگی برای حفظ تعادل طراحی شدند. موتورهای دوقلو در دو طرف کابین قرار گرفتند تا وزن در بخش جلویی خودرو افزایش پیدا کند و پایداری بهتر شود.

مقایسه ThrustSSC با خودروهای رکوردشکن دیگر

ThrustSSC در میان خودروهای رکوردشکن جایگاه ویژه‌ای دارد، زیرا تنها وسیله‌ای است که توانست به شکل رسمی سرعت صوت را روی زمین پشت سر بگذارد.

مقایسه چند خودرو رکوردشکن:

خودرو	رکورد سرعت	ویژگی مهم	وضعیت رکورد
ThrustSSC	1227.985 کیلومتر بر ساعت	نخستین خودروی زمینی عبورکننده از سرعت صوت با دو موتور Rolls-Royce Spey	رکورد رسمی سرعت زمینی
Bloodhound LSR	1010 کیلومتر بر ساعت	آزمایش سرعت بالا با موتور جت Eurojet EJ200 و طراحی برای رکورد بالاتر	هنوز رکورد رسمی ThrustSSC را شکست نداده است
Thrust2	1019 کیلومتر بر ساعت	خودروی جت‌محور ریچارد نوبل پیش از ThrustSSC	رکورد سال 1983
Blue Flame	1014.6 کیلومتر بر ساعت	استفاده از موتور راکتی برای ثبت رکورد دهه 1970	رکورد سال 1970
Vesco Turbinator II	738 کیلومتر بر ساعت	خودروی توربینی با تمرکز بر رکورد خودروهای چرخ‌محور	رکورد کلاس توربینی

پس از ThrustSSC، پروژه‌هایی مانند Bloodhound SSC برای رسیدن به سرعت‌های بالاتر و آزمایش فناوری‌های جدید طراحی شدند، اما به دلیل پیچیدگی مهندسی، توسعه سامانه‌های پیشران و هزینه‌های آزمایش، اجرای آن‌ها دشوارتر بود. هزینه پروژه ThrustSSC حدود 2.48 میلیون پوند اعلام شد، در حالی که پروژه Bloodhound SSC برای توسعه خودرو، آزمایش‌های آیرودینامیکی و آماده‌سازی رکورد جدید به سرمایه‌گذاری بسیار بیشتری نیاز داشت. در ادامه این مسیر، پروژه‌هایی مانند خودرو JCB Hydromax نیز با تمرکز بر فناوری هیدروژن وارد رقابت سرعت زمینی شدند؛ این خودرو با دو موتور احتراق هیدروژنی توسعه‌یافته توسط JCB برای ثبت رکورد سرعت خودروهای هیدروژنی طراحی شد.

هزینه ساخت و آزمایش پروژه خودرو ThrustSSC

پروژه ThrustSSC با بودجه‌ای بسیار کمتر از بسیاری از پروژه‌های مدرن سرعت بالا انجام شد. هزینه کلی ساخت، آزمایش و اجرای پروژه حدود 2.48 میلیون پوند اعلام شده است. تأمین مالی پروژه از طریق حمایت شرکت‌ها، اسپانسرها و مشارکت مهندسان انجام شد. بیش از 200 شرکت در بخش‌های مختلف مانند مواد، قطعات هوافضا، الکترونیک و آزمایش‌های مهندسی همکاری کردند.

منبع: transport-museum