تمكن الباحثون بمساعدة الحواسيب الفائقة من إعادة تصميم جناح طائرة بوينغ 777 بشكل قد يخفض حوالي 1,000 كيلوغرام من وزنها ويوفر ما يصل إلى 200 طن من الوقود كل عام
بقلم عساف بن ناريا، زيفاتا، وكالة أنباء العلوم والبيئة
القلة الذين نظروا إلى التفاصيل الدقيقة لتذكرة الطيران الإلكترونية ربما لاحظوا، في مكان ما بين رسوم الأمتعة الزائدة ووقت فتح البوابة، معلومة صغيرة لا تبدو ذات أهمية خاصة: حصتنا النسبية من كمية الكربون ثاني أكسيد الكربون المنبعث من الطائرة أثناء الرحلة. السفر على متن رحلة جوية من تل أبيب إلى برلين، على سبيل المثال، هو المسؤول عن انبعاث 470 كجم من ثاني أكسيد الكربون - حتى لو كانت هذه الحقيقة غير ملحوظة حقًا داخل مقصورة الركاب المغلقة.
منذ حوالي عام، وقعت 191 دولة على واحدة من أهم الاتفاقيات في صناعة الطيران. لا، هذه ليست اتفاقية السماء المفتوحةولكن بالنسبة لاتفاقية من شأنها أن تساعد شركات الطيران على تثبيت انبعاثاتها الكربونية - وفي صناعة مسؤولة عن حوالي 2 في المائة من إجمالي انبعاثات الكربون في العالم، فإن هذه خطوة مهمة. خطة خفض الكربون في صناعة الطيران كورسياتم تنفيذه تحت قيادة منظمة الطيران المدني الدولي، وبحلول عام 2026 سيتم تنفيذه طوعًا من قبل شركات الطيران. إن الطيران على الطرق الأكثر كفاءة وفقًا للظروف الجوية، وتقليل وزن الطائرة وإجراءات توفير الوقود، ليست سوى بعض الخطوات التي تخطط الدول الموقعة لاتخاذها.
إحدى طرق تقليل استهلاك الصناعة للوقود، وبالتالي الغازات الدفيئة المسببة لانبعاثاتها، هي تقليل وزن الطائرة. دراسة جديدة نشرت في مجلة الطبيعة يقدم طريقة مدهشة للقيام بذلك.
من جهاز كمبيوتر على جناح الطائرة
تتأثر كل مجالات حياتنا اليوم تقريبًا بأجهزة الكمبيوتر - حيث تعد أجهزة الكمبيوتر عاملاً مهمًا في السيارات التي نقودها، وفي مكان العمل، وفي المدارس، وحتى في بعض رياض الأطفال. يعتمد الرؤساء ورؤساء الوزراء على أجهزة الكمبيوتر لتوصيل رسائلهم إلى الناخبين، ولن تعمل المطارات بدون أنظمة الكمبيوتر الخاصة بها.
لذلك، ليس من المستغرب أن تشكل أجهزة الكمبيوتر عنصرًا مهمًا في عملية تصميم أي مكون هندسي، بدءًا من أنابيب المياه وحتى جناح الطائرة. ولكن على الرغم من التقدم الكبير في قدرات الحوسبة، فإن النماذج الحاسوبية تقتصر على الأشكال الهندسية البسيطة نسبيا، والسبب في ذلك هو الحد من الدقة. الآن، يدعي باحثون من الجامعة التقنية في الدنمارك أنهم تمكنوا من زيادة الحد الأقصى للدقة بأكثر من مائة مرة مما كان شائعًا حتى الآن. ستسمح مثل هذه الزيادة بتصميم أشكال أكثر تعقيدًا من تلك المقبولة اليوم. ولكن ما الفرق بين هذا وبين استهلاك الوقود في طائرة الركاب؟
عند التخطيط لهيكل جسم هندسي معقد، ليس الشكل الهندسي الخارجي فقط مهمًا جدًا، ولكن أيضًا طريقة توزيع الكتلة داخل الجسم. لتوفير الوزن، غالبًا ما تكون الأجسام الهندسية مجوفة من الداخل، والمواد الصغيرة التي ستبقى داخل الجسم، أي الهيكل العظمي للجسم، ستمنحه القوة والمرونة التي يحتاجها. ولتوفير الوزن والتكاليف، سيختار المصمم مجموعة متنوعة من الأشكال التي ستعطي القوة والمرونة من ناحية، ومن ناحية أخرى تكون خفيفة قدر الإمكان. لكن عملية التحسين هذه مكلفة من الناحية الحسابية، لذلك يقتصر عمل المهندسين على الأشكال الهندسية البسيطة، حتى تلك التي تكرر نفسها في كثير من الأحيان.
إن القوة الحسابية الأكبر بكثير مما هو موجود اليوم، مثل تلك التي وعد بها الباحثون من الدنمارك، ستمكن من تصميم أجسام أكثر تعقيدًا بكثير مما نعرفه اليوم، وإمكانية تحقيق ذلك هائلة. ولإظهار قدرات النظام، استخدم الباحثون جناحًا قياسيًا لطائرة بوينغ 777، ومن خلال إعادة تصميم توزيع المادة في الجناح، تمكنوا من تقليل وزنه بنسبة خمسة بالمائة، مع الحفاظ على خصائص قوته ومرونته. قد يبدو الأمر صغيرًا، ولكن في مجال مثل الطيران يعد هذا توفيرًا كبيرًا. ومن المتوقع أن يوفر نفس الوزن ما بين 40 إلى 200 طن من الوقود لكل طائرة كل عام، وهي كمية من الوقود يمكن أن تكون كافية لرحلة تصل مدتها إلى 18 ساعة.
يبدو جسم الجناح الجديد وكأنه عرض فني في متحف أكثر من كونه جناح طائرة، ولسوء الحظ، مع التقنيات المستخدمة اليوم، فإن إنتاجه التسلسلي غير ممكن. لكن الباحثين يأملون أنه في المستقبل القريب، مع تحسن مجال الطباعة ثلاثية الأبعاد، سيصبح إنتاج مثل هذا الجناح، وبشكل عام الأجسام المعقدة من وجهة نظر التصميم، ممكنًا. وحتى ذلك الحين، يمكننا أن نحاول تقليل عدد الرحلات التي نقوم بها كل عام على الرغم من الأسعار المغرية، ومحاولة إيجاد طرق للاستدامة عطلة خضراء.
