Χ-59: Πώς λειτουργεί το «αθόρυβο» υπερηχητικό αεροπλάνο της NASA

Οι ηχητικές εκρήξεις (sonic booms) είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους δεν υπάρχουν υπερηχητικά επιβατικά αεροπλάνα που πετούν σήμερα, και ένας από τους περιοριστικούς παράγοντες της επιτυχίας του Concorde, το οποίο πέταξε για τελευταία φορά το 2003. Το υπερηχητικό αεροσκάφος περιοριζόταν σε υποηχητικές ταχύτητες όταν πετούσε πάνω από την ξηρά ή κοντά σε ακτές, και οι σημερινοί διεθνείς κανονισμοί εξακολουθούν να περιορίζουν την ταχύτητα των εμπορικών μεταφορών πάνω από την ξηρά κάτω από το Mach 1, ή την ταχύτητα του ήχου, για να αποφευχθεί η ενόχληση των ηχητικών εκρήξεων πάνω από κατοικημένες περιοχές.

Τώρα, η NASA φιλοδοξεί να αλλάξει αυτούς τους κανονισμούς μετατρέποντας την έκρηξη σε «ήχο μακρινού κεραυνού» και ανοίγοντας το δρόμο για μια νέα γενιά πιο αθόρυβων υπερηχητικών αεροσκαφών. Αυτό θα γίνει μέσω του προγράμματος Quesst, το οποίο είναι το αποτέλεσμα δεκαετιών έρευνας και επικεντρώνεται γύρω από ένα νέο αεροσκάφος, το X-59, το οποίο παρουσιάστηκε για πρώτη φορά την Παρασκευή (12/1).

Το μυστικό του Χ-59

Το X-59 είναι το τελευταίο σε μια σειρά πειραματικών αεροσκαφών, ανάμεσα στα οποία το X-1, το οποίο το 1947 έγινε το πρώτο επανδρωμένο αεροσκάφος που ξεπέρασε την ταχύτητα του ήχου, και το X-15 του 1967, το οποίο εξακολουθεί να κατέχει το ρεκόρ της ταχύτερης επανδρωμένης πτήσης που έγινε ποτέ, με ταχύτητα 6,7 Mach.

Το νέο σκάφος σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε από τον κύριο ανάδοχο Lockheed Martin Skunk Works στο Πάλμντεϊλ της Καλιφόρνια, στο πλαίσιο σύμβασης 247,5 εκατομμυρίων δολαρίων της NASA. Θα υποβληθεί τώρα σε δοκιμές ολοκληρωμένων συστημάτων, δοκιμές κινητήρων και δοκιμές τροχοδρόμησης για την προετοιμασία της πρώτης πτήσης. Θα απογειωθεί για πρώτη φορά αργότερα φέτος.

«Μέσα σε λίγα μόλις χρόνια περάσαμε από μια φιλόδοξη ιδέα στην πραγματικότητα. Το X-59 της NASA θα συμβάλει στην αλλαγή του τρόπου με τον οποίο ταξιδεύουμε, φέρνοντάς μας πιο κοντά σε πολύ λιγότερο χρόνο», ανέφερε σε δήλωσή της η αναπληρώτρια διευθύντρια της NASA, Παμ Μέλροϊ.

«Θα είναι σημαντικά πιο αθόρυβο από το Concorde ή οποιοδήποτε άλλο υπερηχητικό αεροσκάφος που υπάρχει σήμερα», είχε δηλώσει στο CNNi το 2022 ο Κρεγκ Νίκολ, ανώτερος σύμβουλος στα κεντρικά γραφεία της NASA. «Είναι εξαιρετικά μακρύ και λεπτό: Έχει μήκος σχεδόν 30,5 μέτρα, αλλά άνοιγμα φτερών μόνο περίπου 8,8 μέτρα. Το ρύγχος είναι το χαρακτηριστικό γνώρισμα του αεροσκάφους, καθώς αντιστοιχεί περίπου στο ένα τρίτο του μήκους του».

Το συγκεκριμένο σχήμα παίζει βασικό ρόλο στο να είναι το αεροσκάφος πολύ πιο αθόρυβο όταν ταξιδεύει υπερηχητικά.

Πώς αποφεύγεται η ηχητική έκρηξη

Όταν ένα αεροσκάφος ταξιδεύει με υποηχητικές ταχύτητες, τα ηχητικά κύματα που κανονικά δημιουργεί μπορούν να ταξιδέψουν προς όλες τις κατευθύνσεις – στις υπερηχητικές ταχύτητες όμως, τα ηχητικά κύματα συμπιέζονται και συνενώνονται σε ένα ενιαίο ωστικό κύμα που ξεκινά από τη μύτη του αεροσκάφους και καταλήγει στην ουρά.

Όταν αυτό το εξαιρετικά συμπιεσμένο ωστικό κύμα συναντήσει ένα ανθρώπινο αυτί, παράγει μία δυνατή ηχητική έκρηξη, η οποία δεν συμβαίνει τη στιγμή που το αεροπλάνο σπάει το φράγμα του ήχου, αλλά είναι μάλλον ένα συνεχές φαινόμενο που μπορεί να ακουστεί από οποιονδήποτε βρίσκεται σε μια περιοχή σε σχήμα κώνου κάτω από το αεροπλάνο, εφόσον αυτό υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου.

Το σχήμα του X-59 έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να εμποδίζει τα ωστικά κύματα να ενώνονται μεταξύ τους. Αντίθετα, απλώνονται, με τη βοήθεια στρατηγικά τοποθετημένων αεροδυναμικών επιφανειών. Ο κινητήρας βρίσκεται επίσης στην κορυφή και όχι στο κάτω μέρος του αεροπλάνου, το οποίο θα εμποδίζει τα ωστικά κύματα να φτάσουν στο έδαφος.

Ως αποτέλεσμα, η NASA πιστεύει ότι το X-59 θα παράγει μόλις 75 ντεσιμπέλ ήχου όταν ταξιδεύει με υπερηχητικές ταχύτητες, σε σύγκριση με τα 105 ντεσιμπέλ του Concorde.

«Αυτό σημαίνει ότι αυτό το αεροσκάφος μπορεί να ακούγεται σαν μακρινός κεραυνός στον ορίζοντα ή σαν κάποιος που κλείνει την πόρτα ενός αυτοκινήτου στη γωνία», λέει ο Νίκολ. «Μπορεί οι άνθρωποι να μην ακούσουν καν την έκρηξη, και αν την ακούσουν, σίγουρα δεν θα τρομάξουν, επειδή θα είναι χαμηλή και απλωμένη και καθόλου δυνατή».

Η προσδοκία είναι ότι το X-59 θα πετάξει με ταχύτητα 1,4 φορές την ταχύτητα του ήχου, ή 1.488 χμλ/ώρα. Πριν από αυτό, η ομάδα Quesst θα πραγματοποιήσει αρκετές δοκιμές πτήσης στο Lockheed Martin Skunk Works πριν μεταφέρει το αεροσκάφος στο Κέντρο Ερευνών Πτήσης Άρμστρονγκ της NASA στο Έντουαρντς της Καλιφόρνια, το οποίο θα χρησιμεύσει ως βάση λειτουργίας του.

Νέοι κανονισμοί, νέα αεροσκάφη

Το κρίσιμο μέρος του προγράμματος θα ξεκινήσει αργότερα μέσα στο 2024, όταν μια σειρά δοκιμαστικών πτήσεων θα πραγματοποιηθεί πάνω από επιλεγμένες κατοικημένες κοινότητες σε όλες τις ΗΠΑ. Στη συνέχεια η NASA θα μετρήσει την αντίδραση των κοινοτήτων στον θόρυβο, προκειμένου να επιβεβαιωθεί ότι μια έκρηξη 75 ντεσιμπέλ θα είναι αποδεκτή. Τα δεδομένα που θα συγκεντρωθούν θα παρουσιαστούν στη συνέχεια στην Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Πολιτικής Αεροπορίας των ΗΠΑ και στις διεθνείς ρυθμιστικές αρχές.

Η NASA πιστεύει ότι μια αλλαγή στους κανονισμούς θα ανοίξει τους ουρανούς σε μια νέα γενιά υπερηχητικών αεροσκαφών, που θα επιτρέπεται να πετούν πάνω από διαδρομές όπως η Νέα Υόρκη προς το Λος Άντζελες, μειώνοντας τον χρόνο πτήσης περίπου στο μισό.

Δεν γνωρίζουμε, ωστόσο, πώς θα μοιάζουν αυτά τα αεροσκάφη και ποιος θα τα κατασκευάσει, επειδή το X-59 δεν είναι πρωτότυπο αλλά απλώς ένα μέσο επίδειξης τεχνολογίας. Ωστόσο, κάποια σχεδιαστικά στοιχεία του θα μπορούσαν να διατηρηθούν: το εκτεταμένο ρύγχος, ορισμένα από τα συστήματα ελέγχου πτήσης και το μοναδικό σύστημα eXternal Vision System του X-59, το οποίο παρέχει στον πιλότο οθόνες υψηλής ευκρίνειας που δείχνουν τι υπάρχει μπροστά του, καθώς ο σχεδιασμός του ρύγχους δεν επιτρέπει παράθυρο που να βλέπει προς τα εμπρός.

Αρκετές εταιρείες αναπτύσσουν επί του παρόντος υπερηχητικά επιβατικά αεροσκάφη και σχεδιάζουν να τα πετάξουν μέσα σε μια δεκαετία ή λιγότερο, συμπεριλαμβανομένων των Hermeus, Boom και Spike. Ωστόσο, είναι αμφίβολο αν κάποια από αυτές θα μπορέσει να επωφεληθεί από τα ευρήματα του προγράμματος Quesst, τα οποία πιθανότατα θα αποτελέσουν πληροφορίες για την επόμενη γενιά υπερηχητικών αεροσκαφών.

Με πληροφορίες από: X-59: NASA’s ‘quiet’ supersonic plane revealed by Jacopo Prisco, CNN