ปรากฏการณ์ Transonic ของเครื่องบิน F35 มูลค่า 3 พันล้านที่ ทอ.ใฝ่ฝัน

รู้จักปรากฏการณ์ Transonic, Vapor Cone และ Sonic boom จากเครื่องบินรบ F35 ลำละ 3 พันล้านบาท พร้อมเทคโนโลยีล้ำหน้า ที่กองทัพอากาศไทยเคยอยากได้ 

เครื่องบินรบ F35 Lightning II กองทัพอากาศสหรัฐ ซ้อมบินโชว์งานครบรอบ 88 ปีกองทัพอากาศไทย เรียกเสียงฮือฮาจากผู้คนจำนวนมาก ด้วยนี่เป็นเครื่องบินรบที่เรียกว่า “ทันสมัยที่สุด” บรรจุเทคโนโลยีที่ดีที่สุด และบินเร็วที่สุดเหนือเสียง (ปัจจุบันมีนักบินทำความเร็วจากเครื่อง F35 ได้สูงสุด 1,931 กม./ชม.)

ในปี 2565 ประเทศไทยเคยแสดงความสนใจซื้อเครื่องบินรุ่นนี้ โดยรัฐบาลไทยอนุมัติงบประมาณ 13,800 ล้านบาท ให้กองทัพอากาศจัดหาเครื่องบินขับไล่ทดแทนเครื่องบิน F-16 ด้วยงบประมาณประจำปี 2566 ขณะที่ พล.อ.อ.นภาเดช ธูปะเตมีย์ ผู้บัญชาการทหารอากาศ เปิดเผยว่า ไทยสนใจที่จะซื้อเครื่องบินขับไล่ F-35 จำนวน 8 ลำ

ภาพที่มักปรากฏ คือ ภาพมวลละอองอากาศก่อรูปเป็นกรวยรอบเครื่องบิน ขณะเร่งความเร็ว ซึ่งหลายคนเรียกว่านี่คือภาวะ Sonic boom แต่ภาพกรวยไอน้ำรอบเครื่องบิน เรียกว่า vapor cone

Vapor Cone – Transonic – Sonic boom

Vapor Cone หรือ Prandtl-Glauert Singularity เกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ใกล้ความเร็วเสียง (ประมาณ Mach 1 หรือ ~1,235 กม./ชม. ที่ระดับน้ำทะเล) ทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำในอากาศรอบตัวเครื่องบิน

โดย ละอองอากาศรอบเครื่องบิน เกิดจากปัจจัยเหมาะสม คือ ความดันลดลงอย่างรวดเร็ว: เมื่อเครื่องบินเร่งความเร็วใกล้ Mach 1 ความดันอากาศบริเวณรอบเครื่องบิน โดยเฉพาะที่ปีกและส่วนท้าย จะลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้อุณหภูมิลดลง และอีกปัจจัย คือ การควบแน่นของไอน้ำ กล่าวคือ หากอากาศมีความชื้นสูง ไอน้ำในอากาศจะควบแน่นเป็นหยดน้ำเล็ก ๆ ทำให้เกิดกลุ่มหมอกสีขาวรอบตัวเครื่องบิน

ความเร็วที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ โดยทั่วไปเกิดขึ้นเมื่อเครื่องบินเร่งความเร็วเข้าใกล้ Mach 0.95 – Mach 1.05 ความเร็วเสียงที่ระดับน้ำทะเลอยู่ที่ 1,235 กม./ชม. แต่จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความกดอากาศของแต่ละชั้นบรรยากาศ

ซึ่งความเปลี่ยนแปลงของอากาศฉับพลันรอบรอบเครื่องบินที่กำลังเร่งความเร็วเข้าใกล้กำแพงเสียง เรียกว่า Transonic ซึ่งในระหว่างนี้จะยังไม่เกิดเสียงดังและคลื่นกระแทก (Shock wave) ซึ่งเป็นปรากฎการณ์ระเบิดของคลื่นเสียงหรือ “โซนิกบูม”

ในส่วนของละอองอากาศรอบเครื่องบิน หรือ Vapor Cone ไม่เป็นอันตรายต่อเครื่องบินหรือผู้โดยสาร เพราะมันเป็นเพียงผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของความดันและอุณหภูมิในอากาศ ซึ่งทำให้ไอน้ำควบแน่นกลายเป็นหมอกสีขาวชั่วคราว

ปรากฎการณ์ดังกล่าว สังเกตได้จากเครื่องบินรบความเร็วสูง เช่น F/A-18 Hornet, F-35, F-22 Raptor, เครื่องบินโดยสารที่ทำความเร็วใกล้เสียง เช่น Concorde (ในอดีต), เครื่องบินไล่ล่าทางทหารที่บินในบรรยากาศชื้น

ปรากฏการณ์นี้เป็นเรื่องทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับอากาศพลศาสตร์ ไม่ได้เกี่ยวข้องกับ “Sonic boom” โดยตรง แต่สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน

ในขณะที่ Sonic boom เป็นปรากฏการณ์คลื่นเสียงที่เกี่ยวข้องกับคลื่นกระแทกหรือช็อกเวฟ เกิดขึ้นจากการที่แหล่งกำเนิดเสียงเคลื่อนที่ในอากาศด้วยอัตราเร็วที่มากกว่าความเร็วเสียง โซนิกบูมทำให้เกิดพลังงานเสียงปริมาณสูง เสียงคล้ายระเบิด เช่น เสียงของลูกปืนที่วิ่งในอากาศ หรือเสียงของการเหวี่ยงแส้

หากเครื่องบินทำโซนิกบูม โดยเร่งความเร็วทะลุผ่านกำแพงเสียง (Mach 1+) หรือ 1,235 กม./ชม. และจะมีเสียงดังคำราม 2 ครั้งตอนทำความเร็วได้เท่าเสียง กับตอนที่เร่งเร็วกว่าเสียง ด้วยขนาดเครื่องบินและความเร็วจะปลดปล่อยคลื่นกระแทกตามมา

ดังนั้นหากเกิด sonic boom ในขณะบินโชว์ที่สนามบินดอนเมือง อาจส่งคลื่นกระแทก (Shockwave) จะสร้างแรงสั่นสะเทือนและเสียงดังมาก กระทบต่อกระจกและหน้าต่างอาคารสูงละแวกนั้น รวมถึงกระทบต่อโครงสร้างเครื่องบิน หากออกแบบมาไม่เหมาะสม

เครื่องบินที่ ทอ.ใฝ่ฝัน

F-35 ถือเป็นเครื่องบินรบทันสมัยที่สุดรุ่นหนึ่งของโลก และเป็นสินค้าส่งออกที่มีความอ่อนไหวสูงของสหรัฐ โดยรัฐบาลสหรัฐจะขายให้เฉพาะพันธมิตรที่ใกล้ชิดที่สุดเท่านั้น ซึ่งในภูมิภาคอินโด-แปซิฟิกนั้น มีเพียงออสเตรเลีย ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และสิงคโปร์ที่มีเครื่องบินรบรุ่นดังกล่าว และพันธมิตรทั่วโลกมีราว 20 ประเทศเท่านั้นที่ได้ครอบครอง

F35 จนเป็นเครื่องบินล่องหน (Stealth) โดยติดตั้งระบบ Stealth ที่หลีกเลี่ยงการตรวจจับเรดาร์ของศัตรู ผลิตโดยบริษัท ล็อกฮีด มาร์ติน (Lockheed Martin ) เป็นเครื่องบินขับไล่ในยุคที่ 5 (Fifth Generation) ซึ่งเป็นยุคที่มีเทคโนโลยีระดับสูง ไม่ว่าจะเป็น Data link ระบบการกระจายข้อมูลระหว่างเครื่อง Super Thrust ระบบขับเคลื่อนความเร็วเหนือเสียง ที่ใช้เครื่องยนต์ Pratt & Whitney F135 Turbofan สามารถทำความเร็วสูงสุด 1,930 กิโลเมตร/ชั่วโมง (Mach 1.6+) แม้แต่หมวกนักบินยังมีระบบ HMDS (Helmet-Mounted Display System) ซึ่งแสดงผลด้านการบินและภารกิจผ่านทางกะบังหน้าหมวก

โดยในปัจจุบันมีทั้งหมด 3 รุ่น ได้แก่ F-35A แบบขึ้นลงปกติ เหมาะกับกองทัพอากาศที่มีสนามบินและรันเวย์ปกติ (ซึ่งเป็นรุ่นที่กองทัพอากาศอยากได้) ราคาประมาณ 2.8 พันล้านบาท

F-35B แบบขึ้นและลงจอดในแนวดิ่ง ราคาราว 3.6 พันล้านบาท และ F-35C ใช้บนเรือบรรทุกเครื่องบิน สามารถพับปีกได้ ราคาราว 3.2 พันล้านบาท

ราคายังไม่รวมสัญญาซ่อมบำรุง การติดตั้งอาวุธ