مظلات الإنزال الفردية: تطوُّر ايرودينامي للمِظلّات وتحكُّمٌ أدقّ بنقطة الإنزال

كما هو الحال مع أي منتجٍ، فإنّ المبادلات الرئيسية التي تؤثِّر في تصميم مِظلّة الهبوط هي الشكل، والملاءمة مع بُنية المِظلِّي، والوظيفة، والكلفة، والأداء، كما يُشدِّد السيّد بتلر، لكن نظراً إلى كون المنتجات الأوّليّة للشركة هي مِظلات للحالات الطارئة، فهي «تحفُّظيّة» جداً في توصياتها بمعظم المعدّات الملائمة لتطبيقاتٍ وظروفٍ محدّدة، حينما يتواصل معها العملاء في هذا الخصوص. فإضافة إلى الوزن الإجمالي، الذي يُعرَّف بكونه وزن جسم المستخدِم بما في ذلك ملابسه، وكذلك المِظلّة ونظام حزام المِظلّة إلى جانب أي معدّات أخرى قد تغادر الطائرة مع ذلك الشخص، يلفت السيّد بتلر إلى عامل طول المستخدِم للمساعدة على تحديد حجم «حزمة توضيب المِظلّة» pack و«حزام التحكُّم بها» harness، فضلاً عن نوع الطائرة وأدائها لتحديد متطلّبات قوة ومتانة المِظلّة، إضافة إلى ترتيبات مقاعد المِظلِّيين المتأهِّبين للإنزال في الطائرة للمساعدة على تحديد ترتيب التجهيز الكامل للمِظلّي (مِظلّة الهبوط، حزام التحكُّم وحزمة التوضيب) وذلك لضمان أنْ يكون ذلك التجهيز آمناً ومريحاً لارتدائه داخل الطائرة.وتتبدَّى «تحفُّظيّة» الشركة عموماً في التوصيات عن معدّاتٍ أكبر حجماً وأكثر متانةً وقوة ممّا يمكن توقُّعه من شركاتٍ تتخصَّص في معدّات الإنزال الجوّي والقفز بالمِظلّة.

وفي الولايات المتحدة، تقوم «إدارة الطيران الاتحادي» FAA الأميركية، المسؤولة كلّياً عن تنظيم الطيران، بتنظيم معدّات مِظلات الهبوط بموجب عملية «النظام المعياري التقني» Technical Standard Order (TSO)، ولا سيّما المعيارَين TSO C23و C23B، مع معايير أداء تستند إلى المعيار Standard 8015A لـ «جمعية مهندسِي العربات» Society of Automotive Engineers (SAE). وتُحدِّد الوثيقة الأخيرة الحدّ الأدنى لمعايير الأداء للمِظلات الشخصية. ويُصادَق على معظم مِظلات الطوارئ بموجب القواعد الناظمة TSO C23B لدى «إدارة الطيران الاتحادي» FAA الأميركية، حيث إنّ معايير هذه الإدارة مُعترَفاً بها على نطاقٍ واسع ومعتَمدة ومُقتَدى بها في أنحاء العالم.

وتُغطِّي القواعد الناظمة TSO C23B فئات مِظلّات الهبوط المعيارية والأخرى ذات السرعة البطيئة، وفيما لا تضع الفئة المعيارية حدوداً قانونية على الوزن الإجمالي لمِظلّة الهبوط أو سرعة الاستخدام، فإنّ المُصنِّعين يضعون حدوداً مادية معقولة، كما يؤكّد السيّد بتلر، الذي يلفت إلى أنّه على الرغم من كون أنظمة الفئة المعيارية غالباً ما يُطلَق عليها مِظلات «عالية السرعة»، فإنّ ذلك لا يُعترَف به كتسمية رسمية مُعتَمدة. ويواصل أنّ مِظلّات السرعة المنخفضة البطيئة يقتصر استخدامها على السرعة ما دون 129 عقدة (238.9 كيلومتراً في /الساعة)، ومع ذلك، ليس ثمة حدودٌ على الوزن الإجمالي لمِظلّة الهبوط.

وظهرت معايير اختبار الأداء الأعلى في العام 1984 مع القواعد الناظمة TSO C23C، التي جرى التصديق بموجبها على العدد القليل من مِظلات الهبوط الدائرية التقليدية، لكن شَمَل التصديق على العدد الكبير من مِظلات الهبوط الانزلاقية (كالطيران الشراعي) gliding parachutes العالية الأداء. ويتضمّن هذا المعيار فئات القوة A، و B، و C في تراتبية تصاعُدية وسِمات إلزامية تُظهِر معدّلات الوزن والسرعة. ويُشدِّد السيّد بتلر على أنّ الفئة B هي الحدّ الأدنى للاستخدام الطارئ، مع معدّلات «السرعة الجوّية المبيَّنة» Indicated Air Speed (KIAS) المقدَّرة بـ 150 عقدة (277.8 كيلومتراً في الساعة) للنشر ووزن إجمالي يُقدَّر بـ 254 رطلاً أو ليبرا (115.5 كيلوغراماً)، على الرغم من أنّ بعض مِظلّات الفئة B تُخصِّص حدوداً أدنى للتخفيف من الصدمة عند فتح مِظلّة الهبوط و/أو جعل معدّل الهبوط معتدلاً.

استجابةً إلى واقع أنّ قسماً كبيراً على نحو غير متوقّع من مستخدِمي مِظلات الهبوط يتجاوز وزنهم 254 باوند (115.5 كيلوغراماً)، بدأت «إدارة الطيران الاتحادي» FAA و«جمعية مهندِسي المركبات» SAEفي العام 1988 بمراجعة معايير الأداء رفعاً لمستوى الوزن، ما نَجَم عن ذلك في النهاية قيام إدارة FAA بنشر القواعد الناظمة TSO C23D التي لا تضع حدوداً على سُرعات الاستخدام أو الأوزان الإجمالية، وبدلاً من ذلك ألزَمَت المُصنِّعين بتحديد تلك المعايير في منتجاتهم واختبارها مع هامش سلامة، في حين أنّ فترة متطلّبات فتح المِظلّة ومعدّل الهبوط مرتبطة بالوزن الإجمالي. ويُجادل السيّد مانلي بتلر Manley Butler، مالِك شركة Butler Parachutes، بأنّه من الأفضل أن تكون مِظلّة الهبوط من النوع الذي كان قد وضعه مصمِّم الطائرة في الاعتبار سابقاً، مع اعتبار حجم المقعد، وشكله وزاويته وترتيبه من بين العوامل الأساسية إلى جانب حجم المستخدِم، وجميعها تؤثّر في اختيار قماش المِظلّة.

وتتّخذ معظم مِظلات الهبوط الطارئ شكلاً دائرياً، وهو مصطلحٌ يشتمل على أشكال ثلاثية الأبعاد: مسطَّح، ومخروطي، وثلاثي المخروطات؛ والشكل الأخير يستأثر عموماً بأعلى معامل مقاومة الهواء drag coefficients (نتيجة احتساب قوة المقاومة الهوائية، وحجم المُستَخدِم، وسرعته وكتلة الوسط الذي يتحرّك فيه). ومعظم مِظلات الهبوط الدائرية الشكل الحديثة قابلة للتوجيه، وفقاً للسيّد بتلر. وعلى الرغم من أنّ أقمشة المِظلات هي في الأساس مصنوعة من الحرير، لذلك راجت خلال «الحرب العالمية الثانية» بين طواقم الطائرات الحربية عبارة «خفق الحرير» hitting the silk في إشارةٍ إلى القفز بالمِظلّة من طائرة، فإنّ تلك الأقمشة اليوم تُنسَج من الألياف الصناعية، وعلى الأخص «نايلون - 66» nylon-66 المشتق من مركّب «البولاميد» Polyamide، وذلك بحسب أطروحة في العام 2005 تقدَّم بها خبير مِظلات الهبوط الدكتور دين ف. وولف بوريسيت أنّ القدرة المسامية للانسياب الهوائي تؤثّر على العديد من العوامل بما في ذلك عوامل مقاومة الهواء، وصدمة فتح المِظلّة (أي الخضّة الارتجاجية التي يختبرها المستخدِم عندما يمتلئ قماش المِظلّة بالهواء فجأةً)، والاستقرار وفترة الامتلاء بالهواء؛ والفترة التي يستغرقها القماش للامتلاء بالهواء بعد فتح المِظلّة، مع قماش مِظلّة الهبوط (الباراشوت) العسكري المعياري التي تتيح عموماً دخول ما بين 2.2 مترين مكعّبين في الدقيقة cmpm و 3.3 أمتار مكعبة في الدقيقة cmpm (80 قدماً مكعّباً في الدقيقة cfpm إلى 120 قدماً مكعّباً في الدقيقة cfpm)، في حين أنّ القماش العسكري يُصنَّف بأنه ذا قدرة مسامية متدنّية فيُدخِل ما بين 0.8 متر مكعّب في الدقيقة إلى 1.4 متر مكعّب في الدقيقة (30 إلى 50 قدماً مكعّباً في الدقيقة)، على الرغم من أنّ القماش ذا القدرة المساميّة المنعدِمة متوافرٌ أيضاً بحسب شركة Butler Parachutes.

ومن شأن القدرة المساميّة الأعلى أن تُضاعِف فترة الامتلاء بالهواء، وتُخفِّض صدمة فتح المِظلّة وتُحسِّن الاستقرار لكن تُخفِّض المقاومة الهوائية، وهذا يعني أنّ معدّل الهبوط الطرفي يُرجَّح أن يكون أعلى مع أقمشة المِظلّات الأكثر مساميةً. وتُستخدَم النسائج الأكثر مرونةً وقابليةً للتمدُّد في مِظلّات الهبوط ويُعتَمد استخدامها مع مقاعد القذف إذ إنّها تميل للنشر بسرعةٍ عالية في حين أنّ تمدُّد النسيج يسمح بمزيدٍ من عبور الهواء من خلاله لتخفيض أعباء الصدمة، كما يُوضح السيّد بتلر. وفيما يُعبَّر عن أحجام أقمشة مِظلات الهبوط عموماً بمصطلح القطر، فإنّ المقياس الأكثر أهمية للحجم هو مساحة المقاومة الهوائية، وهي مساحة قماش المِظلّة النهائي مضروبةً بعامل الحجم، وفقاً للشركة المذكورة.

في 3 تشرين الأول/أكتوبر العام 2016، طرحت شركة «ايربورن سيستمز» Airborne Systems مظلّتها الجديدة Hi-5، وهي الأحدث ضمن تشكيلة من مِظلات التضاغُط الهوائي ram-air parachutes العالية الأداء، مشدِّدةً على ما تتضمّنه من توليفةٍ من الأداء الانزلاقي العالي والقدرة على السماح للمِظلّي بتعديل الانزلاق والتحكُّم به للهبوط سريعاً والاستقرار على الأرض بدقّة. ومعدّل الانزلاق glide هو المسافة الأُفقية للجسم الطائر مقسومةً بالتغيير في الارتفاع. وتدّعي شركة Airborne Systems بتحقيقها معدّل انزلاقي قدره 1:5.5 يمكن تخفيضه إلى 1:1 بفضل «نظام «تعديل الانزلاق»Glide Modulation System (GMS) الخاص بالشركة الذي تُجهِّز به مِظلّة Hi-5. وخلافاً للوسائل التقليدية للتحكُّم بزاوية الهبوط على غرار جُنيحات تعديل الموازنة trim tabs للأحزمة الجانبية المثبَّتة بكتفَي المِظلِّي riser الأمامية التي تُجهَّز بها مِظلّة الانسياب الهوائي، فإنّ «نظام تعديل الانزلاق» GMS يستخدم قَبْضات أحزمة توجيه toggles إضافية إلى أحزمة رَبْط المِظلِّي الأمامية لا تزيد من السرعة الإجمالية للمِظلّة، وبالتالي توفّر انتقالاً آمناً إلى مراحل التحليق التي نوقِشت أعلاه من أي ارتفاعٍ. ويمكن القيام بتعديل الانزلاق وقَبْضات أحزمة التوجيه لا تزال في اليدين، على حدّ قول الشركة. وإضافةً إلى ذلك، تؤكّد الشركة أنّ ذلك يُبدِّد الحاجة إلى مناورات حلزونية متعدِّدة أو «انعطافات على شكل حرف S» عند الارتفاع المتدنّي للتحكُّم بالانزلاق، ويسمح بعملية هبوط فائقة الدقّة من مقاربات هبوطٍ مباشر مستقيم (من دون التواءٍ أو انحناء) أكثر أماناً.

كما هو شأن جميع العمليات العالية الخطورة، يضع الهبوط العسكري بالمِظلّة أولوية للاتصالات الواضحة فيما هو يشتمل على صعوبة تحقيق ذلك. وفي هذه الحالة، يُمثِّل ضجيج المحرّكات والهواء المندفع عند فتح الباب أو لوح الإنزال خلف الطائرة، والقفز بالمِظلّة، مشكلات واضحة للاتصالات بالصوت. وعلاوة على ذلك، هناك الحاجة إلى الحدّ من مخاطر تشابك المعدّات في حِبال تعليق قماش المِظلّة وذلك يعني أي شيء يُمكِّن من إزالة سمّاعات الرأس الراديوية ذات الحجم والأسلاك المرتبطة بها ومع ذلك يتيح للمِظلّيين التحدُّث بعضهما إلى بعض، وإلى الطائرة والقادة على الأرض. وهذا ما وجدته شركة «سونيتوس تكنولوجيز» Sonitus Technologies والموزِّع «بي سي أم جي» PCMG عند طرح نظام «جهاز الاتصال الصوتي المتقدّم الثنائي الاتّجاه» Advanced Two-way Acoustic Communicator (ATAC)، الذي استكمل في تشرين الأول/أكتوبر 2016 اختباراً لدى مشغِّلي فوج مِظلِّيي الإنقاذ Pararescue لدى سلاح الجو الأميركي، المعروف أيضاً بتسمية «بارا دجامبرز» Para Jumpers (PJ)، من سرب مِظلِّيي الإنقاذ الـ 131 لدى سلاح الجو المذكور وذلك في «الحقل الجوي موفيت فيدرال» Moffet Federal Airfield في كاليفورنيا. ويتمثَّل صميم النظام بوحدة تُثبَّت في فم المستخدِم وتشتمل على مايكروفون ومحوِّل طاقة موصول بعظمة الأذن مرتبطَين لاسلكياً بجهاز راديو معياري شخصي، ويعزلان على نحو فعّال المستشعر الذي يلتقط صوت المستخدِم والقناة التي يعبر بها الصوت ليصل إلى الأذن الداخلية عن الضجيج المحيط. والدردشة الواضحة بين الهابطين خلال اختبارات أُجريت في تشرين الأول/أكتوبر العام 2016 تُظهِر مدى دقّة الاتصالات. بدأ المِظلِّيون القفز الحرّ عن علو 3,048 متراً (10,000 قدم)، وسألهم المتُحكِّم على الأرض عبر جهاز الراديو بعدما سمعهم يقولون: «إنّنا نهبط جميعاً»، قائلاً: «أسمعكم بصوتٍ عالٍ وواضح. كيف تسمعونني؟»، فأجاب الهابطون بالمِظلات: «إنّنا نسمعك جيداً»، فأجابهم المتحكِّم: «هذا مذهلٌ أيُّها الرفاق».

تُصنِّف شركة CIMSA مِظلاتها الخاصة بالجنود بأنظمة تكتيكية للقوات الخاصة، وأنظمة مِظلات للجنود المجوقلين ولحالات الطوارئ، وتوفّر مجموعة واسعة من المنتجات لاستخدامها بدءاً من الارتفاعات المنخفضة وصولاً إلى علو 25,000 قدم (7,620 متراً) إضافةً إلى مِظلات احتياط. كما أنّ الشركة تعمل على تطوير تكنولوجيا مِظلّات عبر عددٍ من جهود الأبحاث والتطوير.

فمشروع ARC على سبيل المثال يرمي إلى تحسين التحكُّم بالانحناء أو الانبعاج في السطح الأعلى والأدنى للأشرعة القماشية ذات التضاغُط الهوائي للمِظلّة (تملك مِظلّات التضاغُط الهوائي جُنيحات ذاتية الانتفاخ يمكن للمِظلِّي استخدامها للتحكُّم بالسرعة والاتّجاه) في ظل أعباء مناورة شديدة. وقد جرى اختبار تصميم ARC بنجاح في مِظلّات هبوطٍ فائقة الأداء، كما تؤكّد الشركة.

في المقابل، صُمِّم «نظام التحكُّم المُتزامِن لتدفُّق الهواء داخل المِظلّة» Synchronized Inflow Control System (SICS) لمزامنة سياق الانتفاخ لأشرعة قماشية ذات التضاغُط الهوائي البيضاوية الشكل لضمان الإبطاء المتواصِل والاستخدام الدقيق. ونظام CIMSA، المنطبق على مِظلات هبوط عالية الأداء، يسمح بعمليات استخدام للمِظلات حساسة جداً ودقيقة حتى في ظل أعباء عالية جداً على المِظلّة.

وفي ما يتعدّى جهد «نظام التحكُّم المُتزامِن لتدفُّق الهواء داخل المِظلّة» SICS، يتحرَّى مشروع «جناح التضاغُط الهوائي النسبي الأبعاد (أي امتداد الجناح في الارتفاع إلى العرض) فوق العالي» UHARAW جدوى أجنحة قماش التضاغُط الهوائي ذات نسبة الامتداد العالية جداً القادرة على النشر في حالة أعباءٍ عالية على المِظلّة.

وختم السيّد بتلر قوله بأنّ تكنولوجيا مِظلّات الهبوط الأساسية قد تغيّرت قليلاً على مدى العقد الفائت، عقب تحسيناتٍ كبيرة لحقت بالنسائج المعاصرة التي أصبحت متوافرة قبل نحو عقدَين، على غرار نسيج النايلون المعزَّز المقاوِم للتمزُّق والمنعدِم المساميّة، ونسيج الـ «داكرون» Dacron من شركة «دوبون» Dupont المستخدم في حِبال المِظلّة، ونسيج الـ «كيفلار» Kevlar من Dupont أيضا المستخدم في مجالاتٍ عديدة بما في ذلك الحِبال وشرائط الأحزمة، ونسيج «سبكترا» Spectra من شركة «هانيويل» Honeywell المستخدم في الحِبال للحُزَم العالية الكثافة، ولو أنّ تعديلاتٍ على التصاميم تُواصِل تحسين خصائص الطيران لدى المِظلّات الانزلاقية. وفيما يغدو التصميم المعزَّز كمبيوترياً مهمّاً جداً، فإنّ ديناميات السوائل المعزَّزة حاسوبياً تبقى بحسب بتلر معقّدة في تصميم المِظلات لأنّه هناك متغايرات كثيرة جداً ينبغي التعامل معها. وفي الوقت الحاضر فإنّ وسائل التجارب والتثبُّت من الأخطاء التقليدية ستبقى على الأقل المنهج السائد في تصميم المِظلّات العسكرية.