مشروع بيرلان

مشروع بيرلان هو منظمة غير ربحية للاستكشاف الجوي وأبحاث علوم الغلاف الجوي تستخدم الطائرات الشراعية (الطائرات الشراعية) المصممة للطيران على ارتفاعات عالية للغاية.

في 29 أغسطس 2006، حطم ستيف فوسيت وإينار إينيفولدسون ، طيارا مهمة بيرلان الأولى، الرقم القياسي الحالي للارتفاع للطائرات الشراعية من خلال التحليق إلى ارتفاع 50671 قدمًا (15460 مترًا) في طائرة شراعية قياسية باستخدام موجات الهواء الستراتوسفيرية.

أقرّ الاتحاد الدولي للملاحة الجوية الرقم القياسي للارتفاع البالغ 22,657 مترًا (74,334 قدمًا) الذي تم تحقيقه في 2 سبتمبر 2018، ^{[ 1 ]} وهو تحسن ملحوظ عن أفضل ارتفاع سُجّل في العام السابق والبالغ 15,902 مترًا (52,172 قدمًا) ، والذي تم تحقيقه في 3 سبتمبر 2017. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} استُخدمت في هذه الرحلات طائرة شراعية من طراز "ويندوارد بيرفورمانس بيرلان 2" عالية الارتفاع، مصممة ومُصنّعة خصيصًا ومضغوطة ، برعاية شركة إيرباص . كما جُمعت بيانات حول الغلاف الجوي للأرض وطبقة الأوزون.  

تُعدّ الأمواج الجبلية الثابتة مصدرًا للهواء الصاعد المستخدم في رياضة الطيران الشراعي . وقد شاع استخدام ركوب هذه الأمواج، الذي يُشبه إلى حدٍ ما ركوب الأمواج في المحيط، للوصول إلى ارتفاعات شاهقة بالطائرات الشراعية منذ اكتشافها من قِبل طيارين ألمان، من بينهم وولف هيرث ، عام 1933 في جبال رايزنجيبيرج . ^{[ 5 ]} تعتمد هذه الطريقة على قوة الهواء الصاعد والهابط في الأمواج الجبلية ، حيث تصعد الطائرات الشراعية بانتظام في هذه الأمواج إلى ارتفاعات عالية.

قبل رحلة 4 سبتمبر 2017، كان الرقم القياسي العالمي المطلق لارتفاع الطائرات الشراعية 15,460 مترًا (50,727 قدمًا)، وهو الارتفاع الذي وصل إليه ستيف فوسيت وإينار إينيفولدسون خلال مهمة بيرلان الأولى. وكان الرقم القياسي السابق 14,938 مترًا (49,009 قدمًا)، وقد سجله روبرت ر. هاريس عام 1986، عندما حلق من مدينة كاليفورنيا ووصل إلى ارتفاعه القياسي فوق جبل ويتني في كاليفورنيا. ^{[ 6 ]} قد يكون هذا الارتفاع قريبًا من الحد الأقصى لارتفاعات الموجات الجبلية الثابتة في المناطق المعتدلة، مع العلم أنه في ظروف جوية استثنائية، قد يكون من الممكن الوصول إلى ارتفاعات أعلى بكثير.

لا تمتد الموجات الثابتة عادةً فوق التروبوبوز في خطوط العرض المعتدلة. وعادةً ما تضعف الرياح الغربية القوية فوق التروبوبوز، مما يُعيق أو يمنع انتشار الموجات الجبلية الثابتة صعودًا. مع ذلك، عند الحدود الخارجية للدوامة القطبية ، في فصل الشتاء، يتواجد تيار نفاث قطبي ليلي في طبقة الستراتوسفير . ويمكن أن يتحد حقل رياحه مع حقل رياح التيار النفاث القطبي . والنتيجة هي رياح تزداد سرعتها مع الارتفاع عبر التروبوبوز وصولًا إلى 100,000 قدم أو أعلى. وعندما يحدث هذا التقاء الرياح فوق جبل حاجز، تنتشر الموجات الجبلية الثابتة عبر نطاق الارتفاع بأكمله. وقد سعى إينار إينيفولدسون ، طيار الاختبار السابق في وكالة ناسا ، إلى إثبات جدوى ركوب هذه الموجات الجبلية الثابتة في طبقة الستراتوسفير. والظروف الجوية المواتية، وإن لم تكن مطلوبة في كل الحالات للصعود إلى الموجات الستراتوسفيرية، ليست استثنائية. وقد وردت قائمة المتطلبات التالية لمحاولات تحطيم الأرقام القياسية في مقال نُشر عام 2014: ^{[ 7 ]}

• ظروف الفص الجبهي
• سرعة الرياح على قمة التلال ≥ 40 عقدة
• الرياح في نطاق 30 درجة من التعامد على خط القمة
• رياح قوية منخفضة المستوى
• جو مستقر
• زيادة تدريجية في سرعة الرياح مع الارتفاع
• تروبوبوز ضعيف

تحدث هذه الظروف غالباً خلال أواخر الشتاء وأوائل الربيع فوق جبال الأنديز الجنوبية واسكندنافيا. ^{[ 7 ]}

من المرجح أن تحدث هذه الظروف في المنطقة الجنوبية من باتاغونيا من ثلاث إلى أربع مرات سنوياً بين منتصف أغسطس ومنتصف أكتوبر. ويُحتمل حدوثها في نيوزيلندا، ولكن بوتيرة أقل؛ وفوق شبه جزيرة أنتاركتيكا بوتيرة أكبر؛ وفي عدة مواقع في نصف الكرة الشمالي، ولكن بالقرب من القطب الشمالي عند خطوط عرض تزيد عن 60 درجة شمالاً.

يهدف المشروع بشكل عام إلى إثبات إمكانية الطيران بالطائرات الشراعية إلى طبقات الجو العليا، وتحديداً إلى ارتفاع يقارب 90,000 قدم، بأمان وبشكل متكرر واقتصادي. وتُعدّ الطائرة الشراعية منصة مثالية للعديد من المساعي البحثية العلمية والتكنولوجية.

• يمكن للطائرة الشراعية أن تناور بدقة على ارتفاعات عالية جدًا لعبور أو البقاء ثابتة نسبيًا في جزء مرغوب من بنية الموجة، حيث يتم تحديد البنية أثناء الطيران.
• يمكن للطائرة الشراعية أن تبقى في مكانها لعدة ساعات لتسجيل تطور الموجة.
• إن الطائرة الشراعية المزودة بأجهزة حديثة وصغيرة الحجم ومنخفضة الطاقة تتيح تسجيل حركة الكتلة الهوائية بدقة، بالإضافة إلى جمع العينات لتحليلها لاحقًا على الأرض أو تحليلها أثناء الطيران.
• تتميز الطائرة الشراعية بقوة عالية وقدرة تحكم فائقة. وهي مثالية لاختراق الأمواج المتكسرة لتحديد بنية الاضطراب وديناميكيات الطيران الناتجة.
• تحلق طائرة شراعية على ارتفاع 90 ألف قدم في نفس النظام الديناميكي الهوائي تقريبًا - أرقام ماخ ورينولدز - الذي تواجهه طائرة متوسطة الحجم تحلق بالقرب من سطح المريخ.
• قد تحمل الطائرة الشراعية أجهزة قياس ديناميكية هوائية لقياس سلوك الطبقة الحدية في هذا النظام بشكل أفضل مما يمكن القيام به في أي نفق هوائي.

بدأ إينار إينيفولدسون المشروع عام ١٩٩٢، بعد أن شاهد صورًا جديدة بتقنية الليدار لأمواج جبلية ثابتة غرب كيرونا، السويد ، والتي كان فولفغانغ رينجر من مركز الفضاء الألماني (DLR) في أوبربفافنهوفن ، ألمانيا، قد علّقها على جدار مكتبه. جمع إينيفولدسون أدلةً حول موقع وانتشار وقوة الأمواج الجبلية في طبقة الستراتوسفير خلال الفترة من ١٩٩٢ إلى ١٩٩٨. ابتداءً من عام ١٩٩٨، وسّعت إليزابيث أوستن نطاق تحليل البيانات ووضعت المشروع على أساس أرصادي متين، وذلك من خلال ملاحظة أن التيار النفاث الليلي القطبي في طبقة الستراتوسفير هو العامل الرئيسي الذي يُتيح انتشار الأمواج الجبلية الثابتة إلى طبقات الستراتوسفير الوسطى. في ذلك الوقت، قام فريق صغير في مركز درايدن لأبحاث الطيران التابع لناسا بتحليل ديناميكيات الطيران والديناميكا الهوائية للطائرات الشراعية حتى ارتفاع ١٠٠ ألف قدم.

في عام ١٩٩٩، علم ستيف فوسيت أن إينيفولدسون يسعى للحصول على تمويل، فسارع إلى طلب الانضمام إلى المشروع. وبناءً على طلب من وكالة ناسا، قدّمت القوات الجوية الأمريكية للمشروع بدلات ضغط كاملة. تم تعديل طائرة شراعية بمحرك من طراز جلاسر-ديركس DG-500 (DG 505M) لإزالة المحرك والمعدات ذات الصلة، بالإضافة إلى المساحة المستخدمة لتخزين الأكسجين السائل وكمية كبيرة من بطاريات الليثيوم-كبريتات _{الأولية} . استُبدلت معظم الأجهزة والإلكترونيات بمعدات مناسبة للارتفاعات الشاهقة التي ستواجهها الطائرة الشراعية. قام دنكان كامينغز ، من سان بيدرو، كاليفورنيا ، بتصميم وحدات تحكم حرارية خاصة وخفيفة الوزن وفعالة وموثوقة. كما قامت شركة بتلر للمظلات بتصميم مظلات خاصة مُثبّتة على ارتفاعات عالية.

قام إينيفولدسون وفوسيت بقيادة الطائرة الشراعية من مدينة كاليفورنيا لإجراء تجارب أولية ورحلات تجريبية على ارتفاعات عالية في جبال سييرا نيفادا بكاليفورنيا، حيث وصلا إلى ارتفاع يزيد عن 42000 قدم في ربيع عام 2002. وفي صيف العام نفسه، تم شحن الطائرة الشراعية إلى أوماراما في نيوزيلندا، حيث حلقت لثلاثة فصول شتاء دون أن تصل إلى طبقة الستراتوسفير. كان التوقيت مبكرًا جدًا في الموسم.

صُممت مهمة بيرلان الأولى لإثبات فرضية إينيفولدسون من خلال التحليق فعليًا داخل أمواج جبال الستراتوسفير والصعود إليها. في عام 2005، شُحنت الطائرة الشراعية إلى إل كالافات ، الأرجنتين، وهي بلدة صغيرة تقع عند خط عرض 50° جنوبًا. باءت خمس محاولات خلال ثلاثة أسابيع بالفشل، ولم تكن أي منها في ظروف جوية مواتية. في عام 2006، توقعت الأرصاد الجوية ظروفًا مواتية للغاية في 28 أغسطس، ولكن على ارتفاع 33,000 قدم، وأثناء صعود حاد، انتفخ بدلة الضغط الخاصة بستيف فوسيت قبل الأوان وبشكل مفرط، ما أدى إلى إلغاء الرحلة. في اليوم التالي، 29 أغسطس، وبعد تغيير أحد منظمات ضغط بدلة الضغط، ونظرًا لأن الظروف الجوية كانت لا تزال مواتية، قام الفريق بمحاولة أخرى. بعد صعود استغرق أربع ساعات، وصل إينيفولدسون وفوسيت إلى الارتفاع القياسي البالغ 50,671 قدمًا (15,460 مترًا)، ما أكد صحة الفكرة.

بعد أن أثبتت الرحلة القياسية في 29 أغسطس 2006 صحة فرضية إينيفولدسون، وافق ستيف فوسيت على تمويل المهمة التالية تدريجيًا: بناء طائرة شراعية ذات غرض خاص مزودة بمقصورة مضغوطة للتحليق على ارتفاع 90,000 قدم. عند وفاة ستيف في 3 سبتمبر 2007، كان التصميم الهيكلي والديناميكي الهوائي لجسم الطائرة قد اكتمل، إلى جانب التصميم الديناميكي الهوائي للطائرة الشراعية بأكملها. وبوفاة ستيف، انقطع التمويل المتبقي لمشروع بيرلان، وبدأ البحث عن تمويل جديد.

بعد وفاة فوسيت عام ٢٠٠٧، بدا لفترة أن المهمة قد توقفت نهائيًا. إلا أن فريقًا جديدًا تشكّل تدريجيًا حول إينيفولدسون، وتم تأمين تمويل جزئي بفضل التزامات من شركاء في الولايات المتحدة وأستراليا . وفي سبتمبر ٢٠٠٨، أفاد إينار إينيفولدسون أن مورغان ساندركوك ، وهو طيار متمرس في الطائرات الشراعية من أستراليا ، قدّم تمويلًا لإعادة إطلاق المشروع. وُجّه هذا التمويل لإكمال هيكل الطائرة مع مقصورة الضغط وإجراء الاختبارات الهيكلية عليها، ولكن كانت هناك حاجة إلى تمويل إضافي لإكمال الطائرة .

في يونيو 2010، انضم دينيس تيتو إلى المهمة كطيار وممول رئيسي، مما مكّن من إحراز تقدم كبير نحو إكمال الطائرة . وفي العام نفسه، انضم جيم باين ، حامل العديد من الأرقام القياسية العالمية في الطيران الشراعي، إلى المشروع كطيار رئيسي.

قام جريج كول من شركة ويندوارد بيرفورمانس بجهود تصميمية كبيرة لإثبات أن تصميم طائرة شراعية لارتفاع 90,000 قدم أمرٌ يسير نسبيًا، بينما يُمكن تصميم طائرة لارتفاع 100,000 قدم، وإن كان ذلك أكثر صعوبة وتكلفة. ستقوم ويندوارد بيرفورمانس بتصنيع الطائرة الشراعية باستخدام مواد عالية الأداء مُسبقة التشريب، وباستخدام أدوات إنتاج عالية الجودة. تطلّب تصميم الطائرة الشراعية وتحليلها وبنائها مستوىً عاليًا نسبيًا من الدقة لضمان سلامتها من الارتعاش عند سرعات جوية عالية جدًا، وقوتها الكافية لتحمّل الاضطرابات الجوية الشديدة المحتملة على ارتفاع 90,000 قدم. كما يجب أن تحتوي على أنظمة ضغط وإعادة تدوير هواء المقصورة، مُثبتة الكفاءة وموثوقة.

في عام 2014، وافقت شركة إيرباص على أن تصبح الراعي الرئيسي للمشروع، وأن توفر التمويل الكافي لإتمام تصنيع الطائرة، وإجراء اختبارات الطيران، والرحلات التجريبية على ارتفاعات عالية. وتم تغيير اسم المهمة إلى " مهمة إيرباص بيرلان الثانية" . وتولت شركة "آر دي دي إنتربرايزز" ، وهي شركة أبحاث وتصميم وتطوير طيران مقرها في ريدموند، أوريغون ، تصنيع طائرة بيرلان 2 .

حملات الطيران

اكتمل بناء الطائرة في صيف عام ٢٠١٥، وكان من المقرر أن تحلق لأول مرة في ٧ سبتمبر. إلا أن الرياح العاتية في ذلك اليوم حالت دون إجرائها، والتي تمت أخيرًا في ٢٣ سبتمبر. ^{[ ٨ ]} بدأت اختبارات الطيران في ميندن، نيفادا، في خريف وشتاء عام ٢٠١٥، باستخدام حظيرة طائرات جديدة تبرع بها تيتو. ^{[ ٩ ]} ستُطلق المحاولات الأولى للوصول إلى ارتفاع ٩٠ ألف قدم من إل كالافات ، الأرجنتين ، في عمق جنوب باتاغونيا ، في نصف الكرة الجنوبي ، بعد ذلك بوقت قصير في صيف عام ٢٠١٦.

سجّل جيم باين (الولايات المتحدة الأمريكية) ومورغان ساندركوك (أستراليا) رقماً قياسياً جديداً في الارتفاع بلغ 15,902 متراً (52,172 قدماً) من مطار كوماندانتي أرماندو تولا الدولي في إل كالافات، الأرجنتين. وقد جرت الرحلة في 3 سبتمبر 2017. ^{[ 3 ] [ 10 ]}

أُقيم موسم 2018 مجدداً في إل كالافات. واقتنى المشروع طائرة شراعية من طراز Grob G 520 Egrett ذات محرك توربيني لاستخدامها كطائرة سحب. وقد مكّن هذا من سحب طائرة بيرلان 2 إلى ارتفاع 44,000 قدم (13,411 متراً) ^{[ 11 ].} ويبدو أن هذا هو أعلى ارتفاع تم تسجيله لسحب طائرة شراعية، على الرغم من عدم وجود سجلات رسمية لمثل هذه الحالات.  

في 26 أغسطس 2018، وصل جيم باين ومورغان ساندركوك إلى ارتفاع 18,492 مترًا (60,669 قدمًا) . ^{[ 12 ] [ 2 ]} تبع ذلك وصول جيم باين وميغيل إيتورميندي إلى ارتفاع 19,439 مترًا (63,776 قدمًا) في 28 أغسطس 2018. ^{[ 2 ]} وفي 2 سبتمبر 2018، وصل جيم باين وتيم غاردنر إلى ارتفاع 22,657 مترًا (74,334 قدمًا) ، ^{[ 2 ]} متجاوزين بذلك الارتفاع البالغ 73,737 قدمًا (22,475 مترًا) الذي حققه جيري هويت في 17 أبريل 1989 على متن طائرة لوكهيد يو-2 : أعلى رحلة مأهولة، أثقل من الهواء، دون سرعة الصوت. بإمكان طائرة بيرلان 2 التحليق إلى ارتفاع 90,000 قدم (27,000 متر) إذا سمحت الظروف، وهو أعلى من الرقم القياسي لأعلى ارتفاع طيران مأهول لطائرة إس آر-71 بلاكبيرد البالغ 85,069 قدم (25,929 متر) . ^{[ 12 ]} كانت الأرقام القياسية السابقة تُقاس باستخدام ضغط الارتفاع ؛ أما الآن، فتتطلب الأرقام القياسية للتحليق على ارتفاعات عالية بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . ^{[ 13 ]}            

• الموقع الرسمي لمشروع بيرلان
• موجز ناسا التقني DRC-00-08: التحليق إلى ارتفاع 100,000 قدم على أمواج جبال الستراتوسفير