5 godzin temu
Niebo nad Oklahoma City przez sześć miesięcy w 1964 roku huczało, gdy samoloty wojskowe celowo wstrząsały mieszkańcami miasta codzienną serią potężnych huków dźwiękowych. Był to kontrowersyjny test, którego konsekwencje odczuwa się do dziś.
Wybuchy – w sumie 1253 – były częścią działań Federalnej Administracji Lotnictwa USA, mających na celu zbadanie nastawienia opinii publicznej do lotów naddźwiękowych. Loty z prędkością większą niż prędkość dźwięku mogą potencjalnie skrócić czas podróży o połowę. Jednak test okazał się ważnym katalizatorem, który ostatecznie oznaczał kres komercyjnych podróży naddźwiękowych nad Stanami Zjednoczonymi.
W 1971 roku Kongres anulował finansowanie proponowanego przez Boeinga samolotu naddźwiękowego 2707, pozostawiając w wyścigu na pasażerów tylko dwóch konkurentów: europejskiego Concorde’a i niefortunnego konkurenta ze Związku Radzieckiego, Tupolewa Tu-144. Następnie, w 1973 roku, Federalna Administracja Lotnictwa (FAA) skutecznie zakazała cywilnym lotom naddźwiękowym nad lądem w USA, zabraniając samolotom cywilnym lotów z prędkością przekraczającą Mach 1, czyli barierę dźwięku, zapobiegając w ten sposób powstawaniu huku dźwiękowego. Concorde stał się jedynym komercyjnym samolotem naddźwiękowym, latającym w przestworzach od 1976 do 2003 roku. Odrzutowiec ten nigdy nie doczekał się następcy.
Teraz, około 50 lat po wprowadzeniu zakazu, nowa era lotów naddźwiękowych wydaje się być w zasięgu ręki. FAA w czerwcu zrewiduje przepisy dotyczące lotów naddźwiękowych. Dokument zakłada przejście z normy opartej na prędkości na normę opartą na hałasie oraz uchylenie zakazu z 1973 roku. Agencja planuje sfinalizować te nowe normy do połowy 2027 roku.
„Na to czekaliśmy długo” – powiedział Juan Alonso, profesor z wydziału lotnictwa i astronautyki Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii. „Uważam, iż to mile widziane prawodawstwo i powiedziałbym, iż NASA i amerykański przemysł od dawna dążą w tym kierunku”.
Ale choćby jeżeli drzwi do podróży lądowych z prędkością naddźwiękową zostaną ponownie otwarte, branża lotnicza wciąż ma jeden — dość głośny — problem do rozwiązania.
Kiedy samolot lub statek kosmiczny przekracza prędkość dźwięku, powstaje potężna fala uderzeniowa, która generuje dźwięk zwany hukiem dźwiękowym. Na ziemi huk ten objawia się głośnym, przypominającym eksplozję hukiem, który może być przerażający, a czasem choćby powodować pękanie szyb. Niektóre badania sugerują, iż poziom hałasu generowany przez huki może mieć choćby wpływ na zdrowie ludzi.
Ankieta przeprowadzona przez Uniwersytet Chicagowski wśród 3000 mieszkańców Oklahoma City pod koniec testów w 1964 roku wykazała, iż 73% z nich uważa, iż mogłoby żyć z hukiem dźwiękowym. Jednak program wywołał natychmiastowe pozwy sądowe mające na celu wstrzymanie lotów, a FAA otrzymała około 12 400 telefonów od osób skarżących się na hałas. Agencja ostatecznie musiała wypłacić odszkodowania niektórym mieszkańcom za uszkodzenia okien i ścian.
Dwa opracowywane podejścia mogą zrewolucjonizować podróże lotnicze, zapewniając zgodność przyszłych naddźwiękowych samolotów pasażerskich z nowymi przepisami FAA dotyczącymi hałasu: firma Boom Supersonic z siedzibą w Kolorado, o której mowa w propozycji FAA, planuje wykorzystać prawa fizyki, aby zapobiec dotarciu huku dźwiękowego do ziemi, niezależnie od konstrukcji samolotu. Z kolei NASA testuje eksperymentalny samolot o nazwie X-59, który został specjalnie zaprojektowany w celu zmniejszenia intensywności huku dźwiękowego.
Sukces lub porażka tych rozbieżnych rozwiązań może zadecydować o tym, jak gwałtownie będzie można powrócić do podróży naddźwiękowych, bez skarg na hałas, które uziemiły je dziesiątki lat temu, a także o tym, jak wiele osób z nich skorzysta.
Odcięcie Macha przy zginaniu fali
Gdy w styczniu 1976 roku Concorde rozpoczął obsługę pasażerów, początkowo jedynymi trasami oferowanymi przez dwóch przewoźników — British Airways i Air France — były trasy z Londynu do Bahrajnu oraz z Paryża do Rio de Janeiro.
Samolot natychmiast spotkał się ze sprzeciwem ze względu na wysokie koszty operacyjne i hałas, w tym huki akustyczne. Loty transatlantyckie na nowojorskie lotnisko im. Johna F. Kennedy’ego rozpoczęły się dopiero pod koniec 1977 roku, po tym jak Sąd Najwyższy Stanów Zjednoczonych uchylił zakaz wprowadzony przez Zarząd Portów Nowy Jork i New Jersey w związku z obawami o hałas.
Nie mogąc latać nad lądem w Ameryce Północnej i znacznej części Europy, samolot ostatecznie był wykorzystywany wyłącznie komercyjnie do połączeń z Nowego Jorku do Paryża i Londynu oraz do obsługi drogich lotów czarterowych, głównie do luksusowych kurortów wakacyjnych. Po katastrofalnej katastrofie w 2000 roku, w której zginęło 113 osób, i krótkim powrocie do służby, Concorde został wycofany ze służby w 2003 roku. Do służby trafiło tylko 14 egzemplarzy.
Era naddźwiękowa po Concorde’ie mogłaby wyglądać zupełnie inaczej. W swojej nowej propozycji FAA wskazuje dokładny próg ciśnienia akustycznego na powierzchni, jaki każdy samolot lecący nad lądem w USA mógłby wytworzyć na poziomie 0,11 funta na stopę kwadratową, co odpowiada umiarkowanemu uderzeniu. Dla porównania, testy w Oklahomie wygenerowały huk o intensywności 1,6 funta na stopę kwadratową, czyli ponad 14 razy silniejszy niż proponowany przez FAA nowy limit.
„Producenci wykazali, iż możliwe jest latanie samolotami naddźwiękowymi bez uderzeń w powierzchnię dzięki zastosowaniu technik redukcji uderzeń dźwiękowych, co sprawia, iż całkowity zakaz cywilnych lotów naddźwiękowych poza obszarami testowymi nie jest już odpowiedni i stanowi niepotrzebne ograniczenie rozwoju sektora lotniczego w USA” – czytamy w dokumencie. FAA zauważyła, iż jedna z tych technik nazywa się odcięciem Macha. Boom Supersonic, który nazywa ją również „ rejsem bezbomowym ”, wykonał lot demonstracyjny w lutym 2025 roku.
„Chodzi o przełamanie bariery dźwięku na dostatecznie dużej wysokości, zwykle powyżej 30 000 stóp, a także o posiadanie mocy obliczeniowej i oprogramowania, które umożliwią obliczenie najszybszej i najbardziej efektywnej prędkości dźwięku w ciszy dla danej pogody” — powiedział dyrektor generalny Blake Scholl, który w 2014 r. założył firmę Boom Supersonic.
„To niezwykle proste dla pilotów” – dodał Scholl. „W naszym przyszłym samolocie pasażerskim, Overture, znajdzie się przycisk „cisza”, który automatycznie ustawi prędkość, lecąc z najwyższą i najbardziej efektywną możliwą prędkością, bez słyszalnego bum. A nad otwartym oceanem można przyspieszyć i lecieć jeszcze szybciej”.
Według Scholla, niektóre loty Concorde’a technicznie osiągnęły granicę Macha. „Jeśli porozmawiasz prywatnie z pilotami Concorde’a, powiedzą ci, iż czasami dochodziło do granicy Macha, ale nie wiedzieli, jak to zrobić niezawodnie i efektywnie” – powiedział. „Nie wynaleźliśmy fizyki, choćby jej nie odkryliśmy. Myślę, iż byliśmy pierwszymi, którzy uczynili je praktycznymi, a żeby to uczynić praktycznymi, potrzebna jest moc obliczeniowa do obliczania prędkości i wysokości w czasie rzeczywistym oraz układ napędowy, który może efektywnie latać nisko naddźwiękowo, czego Concorde nie miał”.
Kształt niskiego bomu
NASA dążyła do tego, aby w swoim eksperymentalnym samolocie X-59 samolot miał kształt „niskiego bum”, który zapobiegałby powstawaniu bardzo gęstej, skoncentrowanej fali uderzeniowej.
Wygląd X-59 jest elegancki i osobliwy: ma wyjątkowo wydłużony nos, wyjątkowo gładki spód i w ogóle nie ma okna skierowanego do przodu. Pilot ma do dyspozycji ekran 4K o ultrawysokiej rozdzielczości w kokpicie, który cyfrowo odtwarza widok z zewnątrz. Według NASA, konstrukcja pozwoli samolotowi wydawać dźwięk porównywalny z dźwiękiem zamykanych drzwi samochodu z odległości około 6 metrów, a nie głośny huk.
„W naszym podejściu projektowym sztuka polega na zaprojektowaniu samolotu tak, aby fale uderzeniowe miały względnie równą siłę i były równomiernie rozmieszczone wzdłuż samolotu” – powiedział Coen. „Jeśli uda się to osiągnąć, fale uderzeniowe przez cały czas będą się łączyć, ale tak wolno, iż system dotrze do ziemi, zanim się całkowicie połączą. Zamiast dwóch gwałtownych fal uderzeniowych, otrzymamy wiele słabszych fal uderzeniowych. Atmosfera działa na nie nieco mocniej, zmniejszając ich siłę i rozmazując je nieco bardziej. W rezultacie przy ziemi słychać jedynie uderzenie – bardzo stopniowy wzrost ciśnienia zamiast gwałtownego”.
Celem agencji kosmicznej jest zebranie wystarczającej ilości danych, aby Międzynarodowa Organizacja Lotnictwa Cywilnego (ICAO) mogła do 2031 r. ustanowić nowe globalne przepisy dotyczące uderzeń dźwiękowych.
Coen uważa, iż aby lot naddźwiękowy stał się ekonomicznie atrakcyjny dla dużych linii lotniczych, rozwiązanie problemu boomu musi umożliwić samolotom latanie z nieograniczoną prędkością nad lądem, a nie tylko nad wodą. Misja NASA Quesst dąży do tego celu dzięki X-59.
Po kilku opóźnieniach, X-59 po raz pierwszy wzbił się w powietrze pod koniec 2025 roku, a w czerwcu osiągnął swój pierwszy lot naddźwiękowy . Następnie samolot poleciał z prędkością naddźwiękową jeszcze dwa razy, osiągając prędkość maksymalną Mach 1,4. Coen powiedział, iż kolejnym krokiem będzie osiągnięcie większej prędkości oraz wykonanie dokładnych pomiarów fal uderzeniowych i poziomu hałasu wytwarzanego przez samolot, co planowane jest na koniec tego roku.
Gdy dane będą już dostępne, NASA przejdzie do najważniejszej części misji, czyli testów społecznościowych, które wykazują uderzające podobieństwo do testów przeprowadzonych w Oklahoma City w 1964 roku.
„Staramy się zrobić to samo, co w Oklahoma City – chcemy zrozumieć reakcję ludzi na dźwięk, którego normalnie nie słyszą” – powiedział Coen. „Ogromna różnica polega na tym, iż mamy dźwięk, który – jak wykazały testy laboratoryjne i wstępne – jest albo niesłyszalny, albo na poziomie, na który ludzie nie reagują negatywnie”.
Plan zakłada stopniowe wprowadzanie głośniejszych dźwięków, dodał Coen, aby odkryć poziom, przy którym dźwięk huku dźwiękowego zmienia się z akceptowalnego na nieakceptowalny. choćby jeżeli agencja kosmiczna znajdzie ten idealny punkt, sama koncepcja X-59 nie zapewni masom dostępu do lotów naddźwiękowych.
Prototyp czy eksperyment naukowy?
Scholl, dyrektor generalny Boom Supersonic, krytycznie wypowiada się na temat programu Quesst, nazywając go „marnotrawstwem pieniędzy podatników” ze względu na jego potencjał do zwiększenia skali.
„Nie rozumiem podejścia NASA. Zbudowali samolot, który, jak sądzę, będzie w stanie zademonstrować kilka starannie dobranych, niezwykle cichych dźwięków, ale gdyby go przeskalować do samolotu pasażerskiego, byłby tak długi jak boisko futbolowe” – powiedział Scholl. „Więc myślę, iż to eksperyment naukowy. Nie rozumiem, jak to się stało, iż stał się prawdziwym samolotem”. Coen stwierdził jednak, iż X-59 nie jest prototypem samolotu pasażerskiego.
„Zbudowaliśmy samolot, który pozwala nam zbierać dane dotyczące cichego lotu” – powiedział. „W miarę jak samolot staje się samolotem pasażerskim, zyskujemy większą przestrzeń do pracy. Nos samolotu będzie miał inny kształt i będzie na tyle duży, iż kokpit, podobnie jak przedział pasażerski, zostanie wciśnięty w tę sekcję”.
Chociaż NASA i Boom nawiązały współpracę podczas jednego z naddźwiękowych lotów XB-1, a NASA udostępniła firmie punkty nawigacyjne, aby sfotografować samolot przekraczający barierę dźwięku, agencja kosmiczna na chwilę obecną nie planuje badania nad osiągnięciem prędkości granicznej Macha przy użyciu X-59.
Dzięki uprzejmości Boom Supersonic
Rzecznik NASA powiedział CNN, iż chociaż agencja przeprowadziła w przeszłości szeroko zakrojone testy nad limitem Macha, X-59 został zaprojektowany tak, aby generować głośny huk przy każdej prędkości przelotowej i wysokości podczas lotu. Konstrukcja z niskim wysięgnikiem i limit Macha nie są ze sobą konkurencyjne, dodał rzecznik, ale stanowią różne podejścia do komercyjnych lotów naddźwiękowych nad lądem.
Dobrą wiadomością dla Booma, dodał Coen, jest to, iż nie muszą projektować samolotu, aby osiągnąć limit Macha. Jednak sama technika nie jest pewniakiem. Największym ograniczeniem limitu Macha jest to, iż aby zadziałał, samolot może poruszać się tylko nieznacznie szybciej niż prędkość dźwięku, zwykle Mach 1,1, czyli około 30% do 40% szybciej niż obecne samoloty pasażerskie – choć Boom twierdzi, iż zjawisko to jest możliwe przy prędkościach do Mach 1,3.
Dodał jednak, iż nowe przepisy FAA i ograniczenie prędkości Macha stwarzają okazję do ponownego wprowadzenia lotów naddźwiękowych. „Uważam, iż to bardzo istotny krok w kierunku szerszego zastosowania lotów naddźwiękowych” – powiedział Coen. „Myślę, iż docelowo następna generacja samolotów naddźwiękowych będzie wykorzystywać technologię cichego kształtowania huku dźwiękowego i wyeliminuje potrzebę lotu z ograniczeniem prędkości Macha, aby móc wykorzystać pełną prędkość przelotową nad lądem i nad wodą” – zauważył, odnosząc się do celów, do których dąży NASA w przypadku X-59.
Potencjał pasażerski
Boom osiągnął próg Macha sześć razy podczas dwóch lotów naddźwiękowych, ale zrobił to później i nie opublikował żadnych danych obserwacyjnych. Próg Macha nie był częścią pierwotnego planu, według Scholla. „Znaleźliśmy go w trakcie lotu” – powiedział.
Początkowo firma planowała również uruchomienie lotów transoceanicznych i zlecanie prac nad rozwojem silników na zewnątrz. Teraz, po tym jak wszyscy główni producenci samolotów odrzucili propozycję, uznając to przedsięwzięcie za zbyt ryzykowne i niszowe, Boom rozwija silnik we własnym zakresie i planuje rozpocząć od tras w kontynentalnej części Stanów Zjednoczonych.
Firma osiągnęła prędkość odcięcia Macha dzięki Boom XB-1, stając się pierwszym prywatnym odrzutowcem, który przekroczył barierę dźwięku. Boom wycofał z produkcji samolot jednomiejscowy po zaledwie dwóch lotach naddźwiękowych.
Firma Boom pracuje w tej chwili nad prototypem przedprodukcyjnym samolotu Overture, który docelowo będzie przewoził około 60–80 pasażerów z prędkością do Mach 1,7 nad wodą. To dwa razy szybciej niż obecne samoloty pasażerskie, co pozwala na 3,5-godzinny lot na trasach takich jak Nowy Jork–Los Angeles. Według Scholla samolot będzie gotowy do lotów pasażerskich w ciągu czterech lat.
Dzięki uprzejmości Boom Supersonic
Ponieważ o wiele łatwiej jest zaprojektować samolot, który nie ma niskiego kształtu bomu, odcięcie Macha pozwoli na szybsze wprowadzenie lotów naddźwiękowych, powiedział Alonso, profesor Uniwersytetu Stanforda.
Stwierdził jednak, iż koncepcja ta nie pozwala na osiągnięcie prawdziwych korzyści z lotów naddźwiękowych ze względu na ograniczenia prędkości. „Obiecuje się, iż prędkość naddźwiękowa docelowo osiągnie Mach 2, a może Mach 2,5 – jeżeli chcesz latać nisko w takich warunkach, naprawdę musisz rozważyć inne rozwiązania”.
Odcięcie Macha wiąże się również ze wzrostem zużycia paliwa. Silniki nie pracują w optymalnym zakresie wydajności przy prędkościach odcięcia Macha, a technika ta wymaga bardziej starannego zarządzania lotem w celu weryfikacji prędkości, wysokości, wiatru, temperatury, wilgotności i innych parametrów – dodał. Niemniej jednak, jak powiedział Alonso, odcięcie Macha jest „całkowicie wykonalne”.
Według Boom, samolot Overture będzie zużywał nawet trzy razy więcej paliwa niż dzisiejsze samoloty pasażerskie. Firma twierdzi, iż Overture został zaprojektowany do pracy wyłącznie na zrównoważonym paliwie lotniczym (SAF), będącym alternatywą dla paliw kopalnych wytwarzanych z olejów spożywczych i odpadów rolniczych, co według Międzynarodowego Zrzeszenia Przewoźników Powietrznych (IATA ) zmniejsza emisję dwutlenku węgla średnio o 80%. Jednak wdrażanie SAF w branży lotniczej przebiega powoli. Chociaż większość planów redukcji emisji jest powiązana z alternatywnym paliwem, oczekuje się, iż produkcja będzie spadać z roku na rok – a SAF pozostanie poniżej 1% całkowitego zużycia paliwa.
Chociaż nisko osadzony kształt bomu zastosowany w X-59 raczej nie sprawdzi się w przypadku dużych samolotów pasażerskich, a samolot nie został zaprojektowany z myślą o konkretnej klasie samolotów, Alonso uważa, iż zasady jego konstrukcji łatwiej będzie zastosować w mniejszych samolotach naddźwiękowych, w kategorii odrzutowców biznesowych zabierających na pokład od 15 do 20 pasażerów.
„Myślę, iż to niesamowita demonstracja czegoś, co może mieć ogromny wpływ na inną klasę samolotów niż ta, której poszukuje Boom Supersonic” – powiedział Alonso. Trudno przewidzieć, czy odcięcie Macha i konstrukcja z niskim wysięgnikiem będą współistnieć, czy też jedno zniweluje drugie. Jednak według Scholla świat niekoniecznie zmierza w kierunku przyszłości bez wysięgnika, jeżeli chodzi o podróże naddźwiękowe.
„Spodziewam się, iż ludzie przekonają się, iż choćby pełny huk dźwiękowy nie stanowi problemu. Słyszałem mnóstwo huków dźwiękowych i zdecydowana większość nie stanowi problemu” – powiedział.
„Myślę, iż może tu nastąpić druga fala deregulacji, która pozwoli na niezakłócające dźwięki, ponieważ w takim środowisku żyjemy dzisiaj. Nie żyjemy w idealnie cichym otoczeniu” – dodał Scholl. „Są burze. jeżeli możemy przyspieszyć, żeby uzyskać trochę dźwięku, myślę, iż to dobry kompromis – ale przekroczymy ten most, kiedy dotrzemy do celu”.
