پرواز پرنده سیاه آمریکایی در آسمان؛ همه آنچه باید در مورد هواپیمای SR-71 بدانید

هر چند که بلک برد SR-71 در اوج درگیری های جنگ سرد ساخته شد و در یک بازه زمانی ۱۷ ساله هرگز پرواز نکرد، اما هنوز هم به نظر می رسد این هواپیما به آینده تعلق دارد.

گویا آی تی – این هواپیمای جنگنده که هیچ سلاحی به همراه ندارد، نه تنها شبیه یک فضاپیما است، بلکه رکورد سریع ترین هواپیمای سرنشین دار را در سال ۱۹۷۶ به خود اختصاص داد؛ رکوردی که تا امروز بدون تغییر باقی مانده است. این هواپیما چگونه ساخته شد، و چه چیزی باعث شد این شهروند مقیم فضا به پرواز درآید؟

تولد بلک برد
SR-71، توسط شرکت لاکهید و در کارخانه مخفیانه آن به نام Skunk Works در بوربانک کالیفرنیا ساخته شد. طراحی این هواپیما، با الهام گیری از هواپیمای مخصوص شناسایی A-12 انجام شد. A-12 به عنوان جایگزینی برای هواپیمای جاسوسی U2، از دهه ۱۹۵۰ در اختیار سازمان سیا قرار گرفت. SR-71، زاییده افکار یک مهندس هوافضای آمریکایی به نام کلارنس “کِلی” جانسون بود. او مانند یک تونی استارک در دنیای واقعی، انواع نوآوری های قابل توجه را در طراحی هواپیمای خود به کار برد و باعث پیشرفت های چشمگیری در مهندسی هوافضا گردید.

SR-71، برای نیروی هوایی ایالات متحده ساخته شد و از سال ۱۹۶۴ تا ۱۹۹۸ به پرواز درآمد. بلک برد یا هابو (Habu) (نام یک مار سمی ژاپنی)، می توانست از هر هواپیما یا موشکی که آن را دنبال می کند، سبقت بگیرد. چندین رکورد سرعت و ارتفاع برای این هواپیما ثبت شده که هنوز شکسته نشده است. SR-71، یکی از اولین هواپیماهای رادارگریز بود. این هواپیما هر چه مسن تر شد، قوی تر هم شد! با وجود آنکه توسط مهندسانی ساخته شده بود که از قوانین اسلاید استفاده می کردند. این وضعیت کمی شبیه آن است که با کنجکاوی گوشی هوشمند خود را باز کنید و داخل آن یک مرد کوچک که یک چرتکه به دست گرفته ببینید.
چه انگیزه ای باعث ساخت این خنجر پرنده ی قدرتمند شد؟ پاسخ این سوال در سردترین سالهای جنگ سرد نهفته است. در دهه ۱۹۵۰، ناتو از ضرورت حیاتی حفظ فشار بر اتحاد جماهیر شوروی آگاه شد. از پایان جنگ جهانی دوم به بعد، این ضرورت به طور فزاینده ای قویتر شد و ایالات متحده تلاش کرد تصویری از خود در ذهن رقبا ایجاد کند که در آن کشوری غیرقابل مقابله با داشتن تجهیزات جنگی قوی و زرادخانه های هسته ای به تصویر کشیده شده باشد.
رئیس جمور وقت آمریکا، آیزنهاور، هم از حملات مخفیانه شوروی می ترسید و هم کابوس وقوع تصادفی یک هولوکاست هسته ای را می دید. به همین دلیل طرح “آسمان باز” را مطرح کرد. این طرح به هواپیماهای شناسایی ایالات متحده و شوروی امکان می داد در قلمرو کشور دیگر پرواز کنند. اما کرملین این طرح را نپذیرفت و به همین دلیل آمریکایی ها کار ساخت هواپیمای جاسوسی U2 را آغاز کردند. اولین پرواز این هواپیما در سال ۱۹۵۵ انجام شد.

U2 یک هواپیمای بدون موتور جت است که امروزه نیز در ماموریت های مختلف شرکت می کند. این هواپیما برای سازمان سیا طراحی و ساخته شد و وظیفه آن، پرواز در قلمرو اتحاد جماهیر شوروی و کشورهای عضو پیمان ورشو بود تا به این ترتیب اطلاعات استراتژیکی از این کشورها جمع آوری کند. متاسفانه، سازمان سیا فناوری های ضد هوایی شوروی را دست کم گرفته بود. در تاریخ ۱ می ۱۹۶۰، یک هواپیمای U2 که توسط فرانسیس گری پاورز هدایت می شد، مورد اصابت موشک های SA-2 قرار گرفت. پاورز به شکل معجزه آسایی جان سالم به در برد و توسط نیروی های شوروی دستگیر شد. او ابتدا در یک دادگاه نمایشی به جاسوسی متهم شد و سپس با یکی از جاسوسان سازمان KGB که توسط آمریکا دستگیر شده بود، یعنی رادولف آبل، در سال ۱۹۶۲ مبادله شد.
در همین سالها، جایگزین U2 همچنان به روند رشد خود ادامه می داد. شرکت لاکهید با اOxcart، هواپیمای شناسایی مافوق صوت و تک سرنشین A-12 را ساخت. انگیزه ساخت A-12 آن بود که برای غلبه بر ضعف های U2، هواپیمایی بسازیم که بتواند در ارتفاع بالاتر و با سرعت بیشتر از هر جسم پرنده دیگری که در آسمان وجود دارد، پرواز کند. A-12 باید تا حدی سریع باشد که نیازی به اسکورت و سلاح نداشته باشد. علاوه بر آن، باید دارای بدنه ای نازک و براق باشد و مواد خاصی در ساخت آن به کار رود تا شناسایی آن توسط رادارها تا ۹۰ درصد کاهش یابد.
اکثر فناوری های به کار رفته در A-12 (تصویر زیر) در SR-71 هم مشاهده می شود. این هواپیما برای اولین بار در آوریل ۱۹۶۲ به پرواز در آمد. پانزده فروند از آن ساخته شد، اما در طول جنگ ویتنام و کره شمالی فقط در ۲۹ ماموریت شرکت کردند. سپس در سال ۱۹۶۸ از ناوگان نیروی هوایی کنار گذاشته شدند.

معرفی SR-71
نیروی هوایی ایالات متحده به دنبال یک نسخه بزرگتر، سریعتر و سنگین تر از A-12 بود که بتواند دو سرنشین را حمل کند. این خواسته ها با ساخت SR-71 برآورده شد. (SR مخفف عبارت انگلیسی به معنای شناسایی استراتژیک است)
بلک برد هایی که از ماموریت های سخت جان سالم به در برده اند، امروزه در موزه های هوا فضا و پایگاههای نیروی هوایی ایالات متحده و بریتانیا سکونت دارند. اما هنوز هم اگر سوار آنها شوید می توانید با آنها پرواز کنید. SR-71، علی رغم آنکه یک هواپیمای شناسایی است، اما اصلا کوچک نیست. این هواپیما با ۱۰۷٫۴ فوت (۳۲٫۷۴ متر) طول ، با طول بالهای ۵۵٫۶ فوت (۱۶٫۹۴ متر) و ارتفاع ۱۸٫۵ فوت (۵٫۶۴ متر) در گالری هر موزه ای که قرار می گیرد، بر سایر هواپیماها فرمانروایی می کند. SR-71 وقتی خالی است، ۶۷٫۵۲۲ پوند (۳۰٫۶۰۰ کیلوگرم) وزن دارد و وقتی سوختگیری کند و محموله های حاوی حسگرها در آن قرار بگیرد، به وزن ۱۵۲٫۰۰۰ پوند (۶۹٫۰۰۰ کیلوگرم) می رسد.
SR-71 هم مانند A-12 فقط از لحاظ ظاهری شبیه هواپیماهای آینده نبود، بلکه از لحاظ ساختاری نیز اینگونه به نظر می رسید. مدرن ترین هواپیماها از آلومینیوم ساخته می شوند، اما در سرعت هایی که بلک برد با آنها پرواز می کند، این ماده دوام نمی آورد. به همین دلیل، این هواپیمای جدید را از تیتانیوم و کامپوزیت ها ساخته اند.

مشکلات تیتانیوم
در واقع SR-71، بزرگترین چیزی بود که تا آن زمان از تیتانیوم ساخته می شد. به همین دلیل ساخت آن با مشکلات زیادی مواجه بود. اولا تیتانیوم یک فلز نادر است و مقدار تیتانیومی که در ایالات متحده تولید می شد، برای ساخت بلک برد ها کافی نبود. به همین دلیل آمریکایی ها از اشخاص ثالث و شرکت های خارجی خواستند که تیتانیوم لازم را از خارج از این کشور، از جمله از اتحاد جماهیر شوروی، تهیه کنند. اما وقتی مشخص شد که ۸۰ درصد از تیتانیوم خریداری شده استاندارد نیست، مسئولان پروژه ساخت بلک برد متوجه شدند خریداری تیتانیوم راهکار خوبی نبوده است.
مشکل دیگر آن بود که کار کردن با تیتانیوم و نگهداری از آن بسیار سخت است. یعنی برای کار کردن با این ماده، لازم است همه تکنیک های طراحی و ساخت موجود را به کار بگیریم. به عنوان مثال، کوارتز شیشه جلوی هواپیما باید با استفاده از فراصوت ذوب شود و به قاب تیتانیوم جوش بخورد. علاوه بر آن، سطح این هواپیما نه صاف است و نه موجدار، و همین باعث شد برخی از مهندسان SR-71 را “فورد سه موتوره با ماخ ۳” بنامند. این نام به یک هواپیمای مسافربری متعلق به دهه ۱۹۲۰ اشاره دارد که با نام “The Tin Goose” شناخته می شد. این پوشش خاص به بدنه هواپیما اجازه می داد که وقتی گرم می شود در جهت افقی و عمودی منبسط شود. اگر سطح آن صاف می بود، در صورت گرم شدن بدنه، سطح آن شکاف خورده یا به حالت حلقه ای در می آمد. همچنین خدمه زمینی هواپیما باید همواره مراقب باشند که پای خود را کجا می گذارند.
مشکل دیگری که وجود داشت، نشت سوخت بود. بلک برد در حین پرواز گرم می شد و همین باعث می شد بدنه آن چندین اینچ منبسط شود. به همین دلیل پانل های تیتانیوم فقط برای وضعیتی که این هواپیما روی زمین داشت مناسب بودند.
پرواز در سرعت بیش از ماخ ۳، باعث می شود بدنه هواپیما تا دماهای بالا گرم شود و به همین دلیل با گذشت سالها تیتانیوم قویتر می شود. هر گاه این هواپیما با سرعت فراصوت حرکت کند، پانل های آن بازپخت می شود و گویا مجددا وارد کوره شده اند.

دهه ۱۹۶۰ در خفا گذشت
البته SR-71 فقط بانی پیشرفت کم در ساخت اشیای بزرگ با تیتانیوم نبود. این هواپیما یکی از اولین جنگنده هایی بود که برای پرواز کردن و ناپدید شدن ساخته می شد. هر چیزی که برای بلک برد ساخته می شد، به گونه ای مهندسی شده بود که تا حد امکان آن را نامرئی کند. به عنوان مثال، بدنه ی تیره و معروف آن، به آن دلیل ساخته نشد که چیزی شبیه گاراژ بتمن به نظر برسد، بلکه دلایل کاربردی داشت. بلک برد (به معنی پرنده سیاه) بر خلاف نامش سیاه رنگ نبود، بلکه به رنگ آبی تیره بود، اما در آسمان شب کاملا همرنگ محیط می شد.
این همه زاویه تیز و طرح های چشمگیری که در ساخت SR-71 به کار رفته، فقط برای رعایت اصول آئرودینامیک نیست. این هواپیما به گونه ای طراحی شده که کمترین سطح مقطع ممکن را داشته باشد و در عین حال، پرتوهای رادار را منحرف کند. پرتوهایی که منحرف نمی شد هم توسط کامپوزیت های دمای بالا و فریت های تعبیه شده در آنها، به صورت انرژی جذب می شد. در واقع، این تثبیت کننده های عظیم از کامپوزیت ها ساخته شده بودند و این اولین باری بود که چنین ماده ای برای ساختن یکی از اجزای اصلی یک هواپیما به کار می رفت.
لزوم مخفی ماندن هواپیما از چشم رادارها هم دلیل دیگری بود که باعث شد قسمت هایی دندانه ای مانند لبه چاقو در دو طرف بدنه قرار بگیرد و تا بالها ادامه داشته باشد. وقتی SR-71 پرواز کرد، مهندسان از دیدن اینکه این دندانه ها بالا رفتن هواپیما را آسان تر کرده و عملکرد کلی آن را بهبود بخشیده، شگفت زده شدند. این دندانه ها باعث شدند بلک برد ثبات بیشتری داشته باشد، احتمال کندی حرکت آن کمتر شود، بتواند وزن بیشتری را حمل کند، و در سرعت های بالا از مشکلات کمتری رنج ببرد. خیلی هم خوب !
هزینه این همه قابلیت، آن بود که SR-71 دارای یک سطح مقطع راداری ۱۰ متر مربعی (۱۰۸ فوت مربعی) باشد که تقریبا برابر با یک هواپیمای J-3 Piper Cub است. علاوه بر آن، سوخت این هواپیما با سزیم مخلوط شده بود تا گازهای خروجی از آن برای رادارها کمتر قابل مشاهده باشد. با پیشرفت فناوری و ساخت تجهیزات جدید، اجزای مختلف هواپیما به گونه ای با یکدیگر ترکیب شدند که SR-71 تا حدممکن نامرئی باشد. ایالات متحده در یک رقابت تنگاتنگ با شوروی قرار داشت و سبقت گرفتن از این رقیب بسیار دشوار بود.
وقتی همه این مراحل طی شد، نیروی هوایی ایالات متحده یک دستگاه باورنکردنی به دست آورد. دو موتور Pratt and Whitney J58-1 ، هر کدام می توانستند نیروی پیشران ۳۴۰۰۰ پوندی (۱۵۱ کیلونیوتنی) تولید کنند و در نتیجه ی تامین این نیرو، هواپیما می توانست در ارتفاع ۸۵۰۰۰ فوتی (۲۸٫۹۰۰ متری) به سرعت حداکثری ماخ ۳٫۳ (۲۲۰۰ مایل در ساعت، ۳۵۴۰ کیلومتر در ساعت، ۱۹۱۰ گره) برسد. هر چند که برد آن ۲۹۰۰۰ nm 3337 مایل، ۵۴۰۰ کیلومتر بوده، اما در حالت پرواز هم می توانست سوخت گیری کند. پس تنها عامل محدودیت کننده این هواپیما، استقامت آن خواهد بود.

در کابین خلبان
پرواز بلک برد چگونه انجام می شد؟ جای تعجب ندارد که برای هواپیمایی که برای پرواز در شرایطی نزدیک به شرایط فضایی طراحی شده ، آیین های قبل از شروع پرواز مشابه با آیین های فضانوردان باشد. پیش از هر ماموریت، دو سرنشین این هواپیما خدمات پزشکی دریافت می کردند و سپس یک جلسه توجیهی برای اعلام برنامه دقیق پرواز برگزار می شد. بعد از آن، یک صبحانه غنی از پروتئین که شامل استیک و تخم مرغ می شود، می خورند. این کار باعث می شد فرماندهان اطمینان یابند سرنشینان این هواپیما برای پرواز طولانی به اندازه کافی تغذیه شده اند. این وعده غذایی به گونه ای طراحی شده بود که نیاز به دفع نیز به حداقل برسد. احساس نیاز به دستشویی در ارتفاع ۸۵۰۰۰ فوتی، اصلا خوشایند نیست!
سپس زمان آن رسید که سرنشینان لباس پرواز را به تن کنند. هر یک از این لباسها که به صورت اختصاصی توسط شرکت دیوید کلارک ساخته شده بودند، ۱۲۰ هزار دلار آمریکا هزینه داشت. به دلیل آنکه لازم بود از این لباسها در ارتفاع بالا استفاده شود، بسیار شبیه لباس خدمه شاتل فضایی طراحی شده بودند. یک کلاه مخصوص، اکسیژن خالص برای آنها فراهم می کرد تا احتمال افت ناگهانی فشار هوا کاهش یابد.

علاوه بر آن، یک تخلیه اضطراری در زمانی که هواپیما به سرعت ماخ ۳٫۲ می رسد، سرنشینان را به دمای حدود ۴۵۰ درجه فارنهایت (۲۳۰ درجه سانتیگراد)، و سپس به دماهای زیر صفر می رساند، که موجب می شود آنها به طور همزمان منجمد و خفه شوند. در عین حال، خون آنها در شرایط نزدیک به خلاء که در یک دهم بالایی جو زمین برقرار است، به جوش می آید. همه این اتفاقات پیش از آنکه فرصتی برای باز شدن چتر نجات وجود داشته باشد، رخ می دهند. به همین دلیل حفاظت کامل از سرنشینان، به معنای واقعی کلمه لازم و حیاتی بود.
وقتی دو سرنشین SR-71 لباسهای خود را به تن کردند، در یک ون مجهز به صندلی های راحت به نزدیکی هواپیما منتقل شدند. هنگام ورود به هواپیما، خلبان روی صندلی جلو می نشست و افسر سیستم های شناسایی (RSO) روی صندلی عقب قرار می گرفت. پس از آنکه مرحله استقرار سرنشینان در کابین خلبان به پایان رسید، باید مدتی در همان حالت می ماندند تا کارشناسان مطمئن شوند همه چیز رو به راه و امن است، صندلی پرتاب آماده است، و پوشش کابین کاملا بسته می باشد.

بلند شدن هواپیما از زمین
SR-71، هواپیمای خودآغازگری نبود. برای روشن کردن موتورهای J58 آن لازم بود یک آغازگر کمکی که دو موتور Biuck V8 را حمل می کرد، کار کند. این موتورها به محور محرک (درایو شفت) متصل می شدند و زمانی که به سرعت ۳۲۰۰ دور در دقیقه می رسیدند، صدای خاصی تولید می کردند. بعدها یک دستگاه پنوماتیک که با هوای فشرده کار می کرد، جایگزین آنها شد.
هرچند که مقر اصلی اجرای برنامه SR-71 در ایالات متحده بود، اما دو پایگاه اصلی آن، پایگاه نیروی هوایی سلطنتی میلدنهال بریتانیا و پایگاه کادنا AFB در اوکیناوای ژاپن بودند. با این حال تفاوتی نداشت این هواپیما از کدام پایگاه پرواز کند؛ در هر دو پایگاه فرآیند مشابهی برای پرواز SR-71 طی می شد. ابتدا روی زمین حرکت می کرد و وقتی سیگنال “برو (go)” دریافت می شد، موتورهای قدرتمند این هواپیما آن را از زمین می کندند و به آسمان می بردند.
این بلند شدن سریع هواپیما، فقط برای جلب توجه و انجام حرکات نمایشی نبود. شتاب گیری سریع SR-71، در واقع یک مانور ایمنی بود. زیرا قرار بود بلک برد به لایه استراتوسفر جو برسد و در آن ساکن شود و در نتیجه لازم بود در نزدیکی زمین وضعیت مطلوب خود را نشان دهد. خلبان باید با حداکثر سرعت ممکن هواپیما را از زمین بلند می کرد تا اگر یکی از موتورها آسیب دید، بتواند برای فرود یا تخلیه امن اقدام کند.
ویژگی دیگر بلند شدن SR-71 از زمین آن بود که جدا از اطلاع رسانی های مختلف در مورد ترافیک هوایی محلی و کنترل رویدادهای اطراف، این هواپیما در سکوت رادیویی کامل پرواز می کرد. این حالت تا زمانی که هواپیما به پایگاه بازگردد حفظ می شد. به همین دلیل گوش های کنجکاو، هیچ چیزی در مورد این هواپیما یا اهداف آن نمی شنیدند.

سوخت گیری مجدد
اولین کاری که SR-71 بعد از بلند شدن از زمین انجام می داد، سوخت گیری مجدد بود. البته این کار به دلیل مصرف سوخت بالای این هواپیما در هنگام بلند شدن یا به دلیل نشت سوخت از پانل های تیتانیوم نیست. بلکه عمدا با حداقل مقدار ممکن سوخت آن را به پرواز در می آورند تا فشار وارد بر بدنه در حین بلند شدن هواپیما به حداقل برسد. از طرف دیگر فضای خالی موجود در مخزن سوخت با هوا پر می شود. وقتی هواپیما به سرعت مافوق صوت می رسد و سوخت آن تا دمای ۳۵۰ درجه فارنهایت (۱۷۷ درجه سانتیگراد) داغ می شود این هوا برای آغاز احتراق سوخت به کار میرود.
SR-71 برای سوخت گیری باید با یک ناوگان متشکل از حداکثر سه KC-135Q Stratotankers ملاقات کند. این ناوگان به گونه ای اصلاح شده که وقتی هواپیما با حداکثر سرعت خود در حال پرواز است، بتواند از آن سوخت دریافت کند. وقتی عمل سوخت گیری به اتمام برسد، شش مخزن اصلی بلک برد با ۸۰٫۲۵۰ پوند (۳۴٫۴۰۱ کیلوگرم) سوخت پر می شوند و اگر فضای خالی در آنها باقی بماند، انباشته از نیتروژن برودتی می گردد.

صعود و شتابگیری
زمانی که SR-71 در بالاترین ارتفاع قرار بگیرد، می تواند ماموریت خود را آغاز نماید. خلبان سر هواپیما را رو به بالا می گیرد و به دریچه هوا ضربه می زند تا هواپیما شتاب بگیرد و بدون هیچ زحمتی به سرعت مافوق صوت و فراتر از ماخ ۳ برسد.
آنچه این فرآیند را ممکن می ساخت، دو موتور Pratt and Whitney J58 بودند. این هیولاها ۴٫۷۵ فوت (۱٫۴۵ متر) عرض و ۱۷٫۸۳ فوت (۵٫۴۴ متر) طول داشتند و وقتی داغ می شدند ۶ اینچ (۱۵ سانتی متر) دیگر به ابعاد آنها اضافه می شد. هر کدام از آنها ۶۰۰۰ پوند (۲٫۷۰۰ کیلوگرم) وزن و ۳۴٫۰۰۰ پوند رانش داشتند.
موتور J58 که اساسا برای نیروی دریایی ایالات متحده طراحی شده بود، هر چند که همه خصوصیات یک موتور Turboramjet را ندارد، اما معمولا با همین عنوان شناخته می شود. زیرا هم عملکردی شبیه موتور های توربوفن دارد و هم مانند یک رم جت عمل می کرد و با صعود و شتابگیری هواپیما، در همان حین پرواز خود را مجددا تنظیم می نمود. به این ترتیب موتور بدون آنکه ذوب شود می تواند در ماخ ۳٫۲ به طور مستمر کار کند.

حرارت، همیشه برای SR-71 مشکل ساز بوده است. حرارت بدنه این هواپیما چنان بالا می رود که وقتی به زمین برگشت، خدمه زمینی باید مراقب باشند در اثر تماس با بدنه پوستشان نسوزد. موتور SR-71 از یک روغن روان کننده مخصوص استفاده می کند که در دمای ۶۰۰ درجه فارنهایت (۳۱۵ درجه سانتیگراد) پایدار باقی می ماند. شیشه های کابین از کوارتز ساخته شدند تا در این دمای بالا شکل خود را حفظ کنند. برای خنک نگه داشتن موتور و سایر سیستم ها، سوخت در میان دندانه ها به گردش در می آید. آنها به عنوان رادیاتور عمل می کنند.
خود سوخت، از نوع JP-7 بود. احتراق این سوخت به حدی سخت است که به خدمه زمینی اجازه داده می شود کار روی هواپیما را در حین عملیات سوخت گیری ادامه دهند. هر سوخت دیگری می تواند SR-71 را به سریع ترین کوکتل مولوتف متحرک جهان تبدیل کند! برای به آتش کشیدن JP-7، محفظه سوخت با تری اتیل بوران (TEB) پر می شود. این ماده وقتی در تماس با هوا قرار می گیرد به صورت خود به خود مشتعل می شود. TEB به حدی خطرناک است که سیستم سرمایش و تخلیه خاص خودش را دارد.
وقتی هواپیما با سرعت ماخ ۳٫۲ پرواز می کند، موتورهای J58 در بهترین حالت قرار دارند. البته در این زمان هم مشکل دیگری به وجود می آید. همان طور که بالاتر هم اشاره کردیم، این موتورها در هنگام شتابگیری SR-71 توانایی چشم گیری در تنظیم مجدد خود و بازیابی و استفاده مجدد از بیشترین مقدار انرژی ممکن دارند.
وقتی هواپیما تا ماخ ۲ (۱٫۵۲۳ مایل در ساعت، ۲۴۵۰ کیلومتر در ساعت) شتاب می گیرد، J58 مانند موتورهای توربوجت عمل می کند. هوا از قسمت جلوی موتور به داخل کشیده می شود و توسط یک کمپرسور شش مرحله ای فشرده می گردد. سپس این هوای فشرده وارد محفظه احتراق می شود. در آنجا با سوخت مخلوط می گردد و باعث احتراق آن می شود و نیروی پیشران را تولید می کند. تا اینجا، هیچ تفاوتی با جت های مسافربری ندارد. اما وقتی بلک برد به سرعت مافوق صوت برسد، ماده پس سوز وارد قسمت پشتی موتور می شود و پس از تماس با TEB مجددا می سوزد. این امر، انرژی لازم برای شتابگیری هواپیما تا سرعتهای خیلی بالاتر را فراهم می آورد.

استفاده از پس سوز، قبل از طراحی SR-71 هم در جت های نظامی دیده شده بود. اما اولین جت های جنگنده، فقط برای مدت کوتاهی با سرعت مافوق صوت حرکت می کردند. زیرا پس سوزها ، سوخت را به سرعت می خوردند. این عملکرد برای بلک برد که با سرعت ماخ ۳٫۲ پرواز می کرد اصلا خوب نبود.
کلید طراحی شاهکاری مثل موتور J58، شیوه مدیریت هوا در این موتور بود. هر چه سرعت بلک برد بیشتر می شد، قسمت های متحرک موتور بیشتر به یک مانع تبدیل می شدند تا یک کمک. زیرا کشش بیشتر و بیشتری تولید می کردند. در ماخ ۲٫۲، هوا با استفاده از شش لوله عبور دهنده که هوا را مستقیما از کمپرسور وارد پس سوز می کنند، از کمپرسور خارج می شود.

این عمل، موتور را به یک رم جت تبدیل می کند. رم جت ها، موتورهای ساده تر و سریعتری هستند که در آنها با حرکت سریع هواپیما به سمت جلو، هوا به صورت خود به خود فشرده می شود. به این ترتیب، پس سوز J58 با بازده بسیار بالاتری کار می کند و به این موتور امکان می دهد در دمای حداکثر ۸۰۰ درجه فارنهایت (۴۲۷ درجه سانتیگراد) عمل کند.
در عین حال، در قسمت جلوی موتور یک آیرواسپایک به انجام وظیفه می پردازد. آیرواسپایک به صورت یک شیء نوک تیز به نظر می رسد، اما وقتی به سطح مقطع آن نگاه کنید، یک شیء توپی شکل مانند یک گلوله شاقول (وزنه سربی) است. هدف آن، ایجاد یک موج ضربه ای (موج شوک) در مقابل دهانه ورودی موتور است تا از موتور در برابر فشار هوای مقابلش حفاظت کند. آیرواسپایک، در داخل دهانه ورودی هم امواج ضربه ای را ایجاد می کند تا سرعت هوا را پیش از ورود آن به کمپرسور کاهش دهد و به سرعت های مادون صوت برساند.
بهترین نقطه برای ایجاد این موج ضربه ای، بسته به سرعت هواپیما متغیر است. به همین دلیل، آیرواسپایک به گونه ای طراحی شد که در یک بازه ۲۶ اینچی به جلو و عقب برود. مکان قرارگیری آن به سرعت هواپیما بستگی دارد. به این ترتیب، به جای آنکه موج ضربه ای حرکت کند، موتور، خود را مجددا تنظیم می کند. بنابراین موج در موقعیت بهینه باقی می ماند و بیشترین بازده سوخت تولید می شود.

نکته هوشمندانه دیگری که در طراحی این سیستم اعمال شده، آن است که خود اسپایک، جامد نیست. این دستگاه هوا را به صورت بسته هایی حبس می کند، سرعت این بسته ها را کاهش می دهد تا به حد فروصوت برسد، و آنها را به اطراف موتور و داخل ناسل می فرستد تا موتور را خنک نگه دارد. چند دهانه دیگر هم برای ورود هوا در قسمت جلو و عقب موتور وجود دارد که وقتی موتور هواپیما با سرعت کمتر از صوت فعالیت می کند، خصوصا در هنگام بلند شدن از زمین و فرود، هوای خارجی را وارد موتور می کنند. علاوه بر آن، یک مجموعه دیگر از دریچه های ورودی در پشت موتور قرار دارند که در سرعت های خیلی کم، برای جلوگیری از کشیدن هوا به داخل موتور باز می شوند.
مهم ترین چیز آن است که J58 نه تنها می تواند خود را به گونه ای تنظیم کند که هواپیما با سرعت ماخ ۳٫۳ پرواز نماید، بلکه با سرعت های فروصوت هم پرواز می کند تا امکان سوخت گیری مجدد در حین پرواز فراهم شود.

همه این امور، توسط خلبان و کامپیوترهای آنالوگ ساده کنترل می شوند. اگر فشار داخلی بسیار زیاد شود، موج ضربه ای از جلوی موتور به صورت انفجاری خارج می شود و باعث بروز حالت “عدم شروع” (unstart) می گردد. این حالت باعث می شود پس سوز تعطیل گردد و هواپیما به شدت منحرف شود. سپس با تلاش خلبان و سیستم ها، انحراف برطرف می گردد. طبق گفته خلبانان این هواپیما، حالت عدم شروع در غیرمنتظره ترین زمان ممکن رخ می دهد؛ یعنی زمانی که همه چیز رو به راه به نظر می رسد.

شناسایی با استفاده از ستاره ها
وقتی SR-71 به سرعت و ارتفاع لازم برای گشت زنی می رسید، زمان آن بود که روی ماموریت خود تمرکز کند. ماموریت این هواپیما جمع آوری اطلاعات در مورد کشور های متخاصم و احتمالا متخاصم با استفاده از دوربین ها و حسگرها بود. وظیفه خلبان، هدایت هواپیما و نظارت بر سیستم های اتوماتیک بود تا مطمئن شود آنها کار خود را به درستی انجام می دهند. در همین حال، RSO دوربین ها، حسگرها و سیستم بسیار مهم ناوبری astro-inertial ANS را هدایت می کرد.
ANS، نسخه قدیمی GPS است که در دهه ۱۹۶۰ رایج بود، اما به جای استفاده از ماهواره ها برای تعیین موقعیت، از ستاره ها استفاده می نمود. به همین دلیل است که پیش از اختراع شبکه های مدرن هدایت ماهواره ای، هیچ راهی برای ردیابی SR-71 در حین پرواز وجود نداشت. لازم بود این هواپیمای جاسوسی بتواند موقعیت خود را در منطقه ای با ابعاد ۱۸۵۵ فوت (۵۷۵ متر) در ۳۰۰ فوت (۹۱ متر) که مسیر پروازش در مرکز آن قرار داشت، حفظ کند. این حفظ موقعیت باید در سرعت های بالا و حداکثر برای ۱۰ ساعت انجام می شد.
ANS، به طور همزمان حداقل دو ستاره از ستاره های فهرست شده در یک کاتالوگ خارجی را ردیابی می کرد و با کمک یک زمان سنج، مکان ثابت SR-71 بر فراز زمین را محاسبه می نمود. قبل از هر بار پرواز، این سیستم مجددا برنامه ریزی می شد و تنظیم اولیه هواپیما و برنامه پرواز آن روی یک نوار پانچ شده ثبت می شد تا به خلبان بگوید که به کجا برود، چه زمانی برگردد، و چه زمانی حسگرهای آن روشن و خاموش شود. از طریق یک پنجره کوارتزی خاص، ستاره ها دیده می شدند. یک رهیاب ستاره خاص هم در این سیستم وجود داشت که می توانست ستاره ها را در روز هم ببیند.

انجام وظایف مربوط به ANS، به عهده RSO بود. RSO مسئولیت کنترل دوربین ها و حسگرها را نیز به عهده داشت. این دوربین ها و حسگرها در محفظه های باری موجود در دندانه های بدنه و دماغه ی SR-71 قرار داشتند. دوربین های زاویه باز آن می توانستند مناطقی تا فاصله ۲۹۵۲ nm 3.397 مایل، ۵۴۶۷ کیلومتر را پوشش دهند و تصاویری معمولی و کنج نگارانه در ناحیه مرئی و مادون قرمز طیف امواج الکترومغناطیس ثبت کنند. وضوح این تصاویر بر حسب اینچ اندازه گیری می شد.
یک دوربین مادون قرمز خاص هم وجود داشت که مسیر ماموریت را از آغاز تا پایان ثبت می کرد. هر چند که SR-71 از فراز کشورهای زیادی عبور کرد، اما هرگز به قلمرو اتحاد جماهیر شوروی یا جمهوری خلق چین نفوذ نکرد. دوربین ردیاب، هواپیما را در برابر هر نوع اتهامی که در این مورد به آن وارد می شد، بیمه می کرد.
حسگرها شامل یک رادار هوابرد جانبی (SLAR) می شدند که توسط شرکت گودیر (Goodyear) ساخته شده بود، و یک مجموعه از قطعات الکترونیکی هوشمند (ELINT) را در خود جای داده بودند. بعدها، سیستم رادار روزنه ای سنتزی پیشرفته (ASARS-1) که ساخت شرکت لورال بود، جایگزین SLAR شد. سیستم های رادار برای نقشه برداری زمینی به کار می رفتند، در حالی که ELINT برای ثبت سیگنالهای الکترونیکی در منطقه پرواز کاربرد داشت.
ELINT از اهمیت خاصی برخوردار بود، زیرا اطلاعاتی را در مورد رادار، دستگاههای الکترونیکی، سیگنال های ردیابی و هدایت برای موشک ضد هوایی SA-10 شوروی و سایر سیستم های تسلیحاتی فراهم می کرد. یکی از مزایای ارسال SR-71 به آسمان قلمرو دشمن یا به نزدیکی این قلمرو، آن بود که SR-71 می توانست بلافاصله توجه زیادی را به سمت خود جلب کند. در این روش رایج، از بلک برد برای به هم زدن لانه زنبور و ثبت نوع دستگاههای الکترونیکی که آن را روشن کرده بودند استفاده می شد. گاهی پیش می آمد که به طور همزمان ۵۰۰ دستگاه به طور همزمان در حال فعالیت بودند.

در این سناریو، گاهی هواپیمای جاسوسی در هماهنگی با یک هواپیمای شناسایی RC-135 کار می کند. در این میان بلک برد به عنوان طعمه عمل می کند. زمانی که SR-71 پاسخی ارسال می کند، RC-135 با استفاده از حسگرهای گسترده تر خود تعداد دستگاههایی که در یک فاصله امن قرار دارند را ثبت می کند.
در شرایط اضطراری…
در حین کار با هواپیمایی مثل SR-71 که در ارتفاعات بالا و فوق العاده سریع پرواز می کند، واکنش به شرایط اضطراری چالش بزرگی است. به عنوان مثال، RSO به هیچ وجه به خلبان کمک نمی کند و هیچ کنترلی بر پرواز ندارد. اگر خلبان ناتوان شود، تنها امیدش به آن است که ANC را به گونه ای تنظیم کند که SR-71 را به قلمرو دوست ببرد و سپس آنجا از هواپیما بیرون بپرد. البته این کار در سرعت ماخ ۳٫۲ اصلا خوشایند نیست…
جای تعجب ندارد که ممکن است دردسر بزرگتری پیش بیاید، و آن اقدام دشمن است. شوروی ها فقط به دنبال ردیابی SR-71 نبودند. در موارد متعددی آنها رهگیرها و موشک هایی ارسال می کردند که هدف آنها اصابت به SR-71 بود. اما در تمام طول عمر عملیاتی بلک برد، هرگز موفق نشدند.
اگر حسگر وجود یک قفل رادار هدف را تشخیص می داد، کارش راحت می شد. RSO بر تجهیزات رادار اتوماتیک نظارت می کند و در صورتی که نیاز باشد، دخالت دستی خلبان هم به آن اضافه می شود. شاید این کار کمی ساده به نظر برسد، اما با وجود طراحی پنهان SR-71، دستگاههای تولید پارازیت، ارتفاع پرواز و افزایش ناگهانی سرعت آن، این هواپیما عملا شکست ناپذیر است.

اگر یک رهگیر یا یک موشک زمین به هوا از پشت سر SR-71 به سمت آن شلیک می شد، هیچ امیدی نداشت که بتواند قبل از خروج این هواپیما از بازه برد موشک، به آن برخورد کند؛ البته در صورتی که افزایش سرعت ناگهانی، قفل رادار را دچار خطا نکند. حتی اگر یک موشک موفق به تعقیب SR-71 می شد، باید به ارتفاعات بالا می رسید و در این حالت مجبور بود به سرعت از سوخت خود استفاده کند. اما سیستم های هدایت آن نمی توانستند با ضخامت کم لایه هوا در ارتفاعات بالا مقابله کنند.
اگر دشمنان تلاش می کردند یک جت جنگنده یا موشک را از جلو به سمت SR-71 بفرستند، نتیجه مشابه آنچه گفتیم به دست می آمد. بلک برد چنان سریع به مهاجمان نزدیک می شد که رادار به سختی قفل می شد و کامپیوترهای ساده آن زمان نمی توانستند قبل از آنکه هواپیما دور شود، سرعت آن را محاسبه و مسیرش را رهگیری کنند.
در مجموع، ۸۰۰ موشک به سوی SR-71 ها شلیک شد. هیچ یک از آنها حتی به این هواپیما نزدیک هم نشدند. البته یک موشک در زمانی که این هواپیما در آسمان لیبی در حال پرواز بود، خدمه آن را ترساند. دلیلش آن بود که بدون قفل رادار پرتاب شده بود. اولین نشانه ای که از وجود این موشک در نزدیکی هواپیما دیده شد، دودی بود که به آسمان می رفت و خلبان SR-71، یعنی برایان شال، دریچه ها را در حالت کامل قرار داد و به سرعت غیرررسمی ماخ ۳٫۵ (۲٫۶۶۵ مایل در ساعت، ۴۲۸۸ کیلومتر در ساعت) رسید.

بازگشت به زمین
در پایان ماموریت، زمان آن رسید که SR-71 به زمین برگردد، اما این کار آنقدرها هم که به نظر می رسید ساده نبود. وقتی هواپیما به سرعت های مادون صوت رسید و عملیات بسیار سنگین آن پایان یافت، خلبان کنترل زیادی روی شرایط دریچه سوخت نداشت. خلبان بر موتورها نظارت می کرد تا از عملکرد بد آن جلوگیری کند. در این زمان، بلک برد به مقدار قابل توجهی کاهش ارتفاع می دهد و از سرعت آن کاسته می شود.
برای حفظ سوخت، زمان بندی کاهش شتاب باید با دقت انتخاب شود. یعنی سوخت باید زمانی به حداقل مقدار خود برسد که بلک برد تا حد امکان به نزدیکی یک ناوگان سوخت گیری مجدد یا پایگاه هوایی رسیده باشد. اگر هواپیما در اوکیناوا می نشست، محل سوخت گیری آن تقریبا در بالای این جزیره بسیار کوچک بود. اما اگر محل فرود هواپیما را انگلستان تعیین می کردند، باید قبل از رسیدن به آن منطقه سوخت گیری انجام می شد تا نیروی وحشتناک آن باعث شکستن شیشه ساختمانهای آنجلیای شرقی نشود. در هنگام فرود نیز همانند زمان بلند شدن از روی زمین، باید سکوت رادیویی برقرار شود و این سکوت تا زمانی که هواپیما به طور کامل روی زمین بنشیند، ادامه یابد. تمام تماس ها، جز تماس های مربوط به درخواست تعیین مسیر از طرف مرکز کنترل ترافیک هوایی قطع می شوند.
فرود این هواپیما هم درست مانند برخاستن آن از زمین جذاب و دیدنی است. SR-71 با سرعت ۱۵۵ گره (۱۷۵ مایل در ساعت، ۲۸۷ کیلومتر در ساعت) و در حالتی که دماغه ی آن به اندازه ده درجه رو به بالاست و فقط حدود ۱۰ هزار پوند (۴۵۳۵ کیلوگرم) از سوخت آن باقی مانده، روی باند می نشیند. به دلیل آنکه این هواپیما دماغه بلندی داشت، خلبان نمی توانست نشانه ها و آسفالت باند را ببیند. در حین حرکت مستقیم و پرسرعت هواپیما به سمت زمین، بالهای دلتای آن هوای زیر هواپیما را حبس میکرد و از برخورد شدید آن به زمین جلوگیری می نمود.
چرخ های عقب از مخلوط خاصی از لاستیک و آلومینیوم ساخته شده و با نیتروژن پر شدند تا از آتش گرفتن آنها جلوگیری شود. هر یک از این چرخ ها ۲۳۰۰۰ دلار آمریکا هزینه داشته و برای انجام حدود ۲۰ ماموریت کار می کرد. برای کمک به کاهش سرعت هواپیما و حفظ سلامت چرخ ها، خلبان یک دسته که به مجموعه ای از سه drogue متصل بود را می کشید. این drogue ها از ۴۰ اینچ تا ۴۰ فوت قطر داشتند. در این هنگام خلبان اجازه می دهد تا چرخ جلوی هواپیما با زمین تماس پیدا کند. وقتی سرعت آن دقیقا به ۵۰ گره (۶۳ مایل در ساعت، ۱۰۲ کیلومتر در ساعت) رسید، خلبان می تواند از ترمز ها استفاده کند.

آینده هواپیماهای جاسوسی مافوق صوت
SR-71 تا اکتبر ۱۹۹۹ در عملیات باقی ماند. البته بخش اعظم ناوگان متشکل از این هواپیما در سال ۱۹۸۹ و زمانی که برنامه ماموریت آن رسما پایان یافت، غیرفعال شد. در طی این مدت، تعداد ماموریت بلک برد ها از یک بار در هفته به یک بار در روز رسید و از ۳۲ فروند ساخته شده، ۱۲ فروند از دست رفت. علت همه آنها، تصادف و شکست های مکانیکی بود.
بلک برد، قبل از آنکه به موزه برود مجموعه قابل توجهی از اطلاعات و سوابق را جمع آوری کرده بود. در ۲۸ جولای ۱۹۷۶، کاپیتان رابرت هلت، رکورد ارتفاع در پرواز با بلک برد را شکست و به ارتفاع ۸۵٫۰۶۹ فوت (۲۵٫۹۳۹ متر) رسید. در همان روز، یک SR-71 دیگر، رکورد رسمی سرعت پرواز با یک جت سرنشین دار را با سرعت ماخ ۳٫۳ (۲۱۹۳٫۲ مایل در ساعت، ۳۵۲۹٫۶ کیلومتر در ساعت) به نام خود ثبت کرد.
این هواپیما رکورد پرواز سریع در یک مسافت مشخص، یعنی حرکت از نیویورک به لندن را نیز شکست. SR-71 این مسافت را در مدت یک ساعت و ۵۴ دقیقه و ۵۶٫۴ ثانیه طی کرد. این نشان می دهد که مسافت مذکور را با سرعت میانگین ماخ ۲٫۷۲ (۲٫۰۷۱ مایل در ساعت، ۳٫۳۳۲ کیلومتر در ساعت) پیموده است. هواپیمای کنکورد، همین مسافت را در مدت ۲ ساعت و ۵۲ دقیقه طی کرد. اما هواپیماهای مسافربری امروزه در مدت شش ساعت از نیویورک به لندن می رسند. علاوه بر آن، رکورد پرواز سریع از لس آنجلس تا واشنگتن دی سی، از ساحل غربی ایالات متحده تا ساحل شرقی آن، از کانزاس سیتی ایالت میسوری تا واشنگتن دی سی، و از سنت لوئیس تا سینسیناتی، نیز همگی به SR-71 تعلق دارند و تا زمانی که جایگزینی برای این هواپیما ساخته شود به نام همین هواپیما باقی خواهند ماند.
چه هواپیمایی جایگزین آن خواهد شد؟ ویژگی های هواپیمای جایگزین به ماموریت آن بستگی دارد. ماهواره های نظارتی پیشرفته، وظایف بلک برد را با هزینه کمتری انجام می دادند و ساخت و توسعه این ماهواره ها بسیار مفید بود. در حالی که Google Earth می تواند به شما بگوید که در شهر ولادیووستوک روسیه چه خبر است، چرا باید صدها میلیون دلار برای ساخت یک زیرساخت پیچیده هزینه کنیم تا SR-71 به پرواز خود ادامه دهد؟

البته ماهواره های جاسوسی محدودیت های جدی دارند. مدارهای آنها قابل پیش بینی بوده و رسیدن یکی از آنها به مکان هدف، می تواند ۲۴ ساعت طول بکشد. در حال حاضر بحث هایی در این مورد وجود دارد که یک هواپیمای جاسوسی جدید ساخته شود که متناسب با نیازها پرواز کند.
در حال حاضر یک جایگزین احتمالی در شرکت لاکهید مارتین ساخته می شود. SR-72، هواپیمای جدیدی است که فقط قابلیت پرواز با سرعت مافوق صوت را ندارد، بلکه هایپرصوت است. یعنی می تواند با سرعت ماخ ۶ (۴٫۵۶۸ مایل در ساعت، ۷٫۳۵۰ کیلومتر در ساعت) پرواز کند و به لطف سیستم جدید پیشرانش سیکل ترکیبی مبتنی بر توربین که در آن تعبیه شده، می تواند در مدت یک ساعت قاره های جهان را بپیماید. سیستم مذکور، ترکیبی از یک موتور توربینی و یک رمجت دوگانه است.
در حال حاضر، نیروی هوایی ایالات متحده علاقه زیادی نسبت به SR-72 نشان نمی دهد، اما اگر ذهنیت خود را نسبت به آن عوض کند، به گفته شرکت لاکهید این هواپیما می تواند در سال ۲۰۱۸ به پرواز در آید و تا سال ۲۰۳۰ خدمت کند.