Lot naddźwiękowy dla (zamożnych) mas. Sprawić ma to dłuuuugi nos

Pierwszy lot X-59 odbył się 28 października. Samolot wystartował z lotniska Palmdale w Kalifornii. Ponieważ amerykański rząd i jego agencje są zamknięte z powodu braku uchwalonego budżetu na aktualny rok fiskalny, NASA nie pracuje normalnie i nie opublikowała zdjęć, nagrań oraz informacji na ten temat. Zrobił to jedynie koncern Lockheed Martin, który odpowiada za budowę maszyny i najwyraźniej na własne konto przeprowadził premierowy lot.

Archiwalne nagranie prac nad X-59

Głośny problem

Na zdjęciach oraz nagraniach z historycznego lotu niezmiennie w oczy rzuca się to, co jest istotą programu i całego pomysłu za nim stojącego. X-59 jest wydłużony i niezwykle cienki. Ma wręcz absurdalnie, jak na współczesne standardy, długi nos. Gdyby przyjrzeć się bliżej, to za nim dostrzec można i inne nietypowe elementy, takie jak spotykane prawie wyłącznie w samolotach wojskowych małe skrzydełka w rejonie kokpitu (nazywane po angielsku canards, w j. polsku brak zgrabnej nazwy). Mocno wydłużone są też skrzydła - w tak zwanym kształcie delta (o trójkątnym obrysie). Podobnie stery ogonowe. Cała konstrukcja jest podporządkowana temu, aby wytwarzać jak najmniejsze fale uderzeniowe podczas przekraczania bariery dźwięku i potem lotu naddźwiękowego. Tak, aby na ziemi nie były one uciążliwe.

Problem w tym, że samoloty nie są idealnie opływowe i lecąc, pchają przed sobą nieco powietrza. Zwłaszcza przed nosem, przednimi krawędziami skrzydeł i każdego innego elementu odstającego od kadłuba, ale też za ogonem. Podobnie jak łódź czy statek w wodzie. Im szybciej leci samolot, tym bardziej skompresowane jest to pchane przed nim i ciągnięte za nim powietrze. Kiedy przekracza barierę dźwięku, to dotychczas liczne oddzielne fale ciśnienia, rozchodzące się z różnymi prędkościami (w tym do przodu), nie są już tego w stanie robić i zbijają się w jedną dużą. Powstaje wówczas tak zwany grom dźwiękowy. Tę jedną skompresowaną przez samolot falę ciśnienia ludzkie ucho rejestruje jako wyraźny basowy huk. Przy czym nie pojawia się on tylko w momencie przekroczenia bariery dźwięku przez samolot. To zjawisko ciągłe. Tak długo jak samolot leci szybciej niż dźwięk, tak długo ciągnie za sobą grom dźwiękowy. Im większa i szybsza maszyna, tym głośniejszy.

Kiedy w latach 50. samoloty eksperymentalne i wojskowe, latające szybciej niż dźwięk, stały się rutyną i zaczęto myśleć o naddźwiękowych maszynach pasażerskich, nie spodziewano się, iż grom dźwiękowy będzie problemem. Zakładano, że wywoływany przez samoloty lecące na dużych wysokościach, będzie docierał do ziemi znacznie osłabiony. Okazało się jednak, że była to płonna nadzieja. Duże bombowce naddźwiękowe takie jak B-58 Hustler czy eksperymentalny XB-70 Valkyrie, pomimo latania na znacznym pułapie i tak wywoływały potężny grom na ziemi. Eksperymenty prowadzone w ramach państwowego programu naddźwiękowego samolotu pasażerskiego SST wykazały, że jest to na tyle uciążliwe, a czasem wręcz szkodliwe dla zdrowia i budynków, iż powoduje opór społeczny. Był to jeden z głównych gwoździ do trumny wizji powszechnego latania z prędkościami naddźwiękowymi. Więcej pisaliśmy o tym w oddzielnym tekście na temat amerykańskiego programu SST.

Anglicy i Francuzi ze swojego programu naddźwiękowego samolotu pasażerskiego nie zrezygnowali i powstał Concorde. Tylko wszystkie państwa, nad którymi latał, szybko zakazały przekraczania nim prędkości dźwięku nad ziemią. Mógł to robić jedynie nad Atlantykiem, co ograniczało jego możliwości i potencjalne trasy, a przez to drastycznie ograniczyło jego przydatność. Został niszowym i drogim sposobem podróżowania głównie na trasie Paryż/Londyn – Nowy Jork. Niezależnie od tego, wizja powszechnych pasażerskich lotów naddźwiękowych pozostała żywa. Jednym z koniecznych elementów do jej spełnienia jest wyeliminowanie problemu gromu dźwiękowego. Amerykanie prowadzili w tym kierunku prace teoretyczne i eksperymenty na doraźnie zmodyfikowanych maszynach. Dały one na tyle obiecujące rezultaty, że w 2016 roku rozpoczęto program budowy samolotu od podstaw zaprojektowanego do niwelowania gromu dźwiękowego. Nazywany jest też Quesst, od Quiet Supersonic Technology, co jest też grą słów nawiązującą do słowa "quest" czyli poszukiwania czy pogoni za czymś. I teraz, z pięcioletnim opóźnieniem, X-59 wzbił się w powietrze.

Czy to będzie się opłacać?

Na razie eksperymentalny samolot najpewniej będzie wstępnie testowany przez Lockheeda żeby sprawdzić, czy po prostu działa i lata jak powinien. Będzie stacjonował w bazie Edwards na kalifornijskiej pustyni, niedaleko od Palmdale. NASA ma tam swoje centrum badawcze im. Armstronga. W pierwszej fazie testów właściwych odbędą się loty nad specjalnie przygotowanymi stanowiskami pomiarowymi, które pozwolą sprawdzić, jaki grom dźwiękowy wywołuje X-59 i czy wynik pokrywa się z teoretycznymi obliczeniami. Druga faza ma być przeprowadzana nad wybranymi miejscowościami, aby w praktyce zbadać wpływ lotów naddźwiękowych samolotu na ludzi. Na podstawie tych badań i prób mają zostać przygotowane informacje, które następnie posłużą w dyskusjach w Waszyngtonie nad zmianą prawodawstwa, dotyczącego lotów z prędkościami naddźwiękowymi nad terytorium USA. Ostatecznym celem jest stworzenie i potwierdzenie działania technologii, która pozwoli firmom prywatnym budować pasażerskie samoloty naddźwiękowe, przy jednoczesnym stworzeniu warunków prawnych do ich używania. Nadzieja jest taka, że dzięki temu amerykański biznes będzie miał możliwość zdominować tę część rynku transportu powietrznego.

Amerykańskie firmy nie czekają jednak biernie. Zwłaszcza jedna, Boom Technology. Założona w 2014 roku, wykorzystując wyniki wcześniejszych badań nad gromem dźwiękowym, pracuje aktualnie nad pełnoprawnym naddźwiękowym samolotem pasażerskim Overture. W okresie od wiosny 2024 do zimy 2025 roku przetestowała swoje założenia przy pomocy niewielkiej maszyny eksperymentalnej XB-1. Na początku 2025 roku odbyła dwa loty naddźwiękowe, w trakcie których generowany przez nią grom miał być minimalny i zgodny z założeniami teoretycznymi. Po tym XB-1 został wycofany ze służby. Pierwszy lot prototypu Overture jest planowany na 2027 rok, choć można mieć wątpliwość, że termin zostanie dotrzymany. Poważnym wyzwaniem jest bowiem opracowanie dla niego nowych silników o nazwie Symphony, pozostających na etapie testów poszczególnych elementów. Budowa stanowiska do testów całych dopiero trwa, a gotowe ma być w 2026 roku. Biorąc pod uwagę bardzo ambitne założenia całego projektu Overture, wydaje się mało realne, aby w dwa lata przejść od braku silnika i braku płatowca, po próby w locie.

Na tę kwestię nakłada się jeszcze jedna, fundamentalna. Czy tak naprawdę komercyjne jest zapotrzebowanie na loty naddźwiękowe. Firma Boom twierdzi, że owszem i celuje swoją maszynę w kadrę dyrektorską największych firm oraz bogaczy. Ze względu na nieuniknione wyższe koszty eksploatacji maszyn naddźwiękowych, cena standardowego biletu w Overture ma być na poziomie cen w klasie biznes w klasycznych samolotach. W zamian za to czasy lotów mają być o około połowę krótsze. Firma w swoich wyliczeniach widzi zapotrzebowanie na setki taki maszyn jak Overture. Wszystko zależy jednak od tego, czy będą mogły latać swobodnie nad ziemią i terenami zamieszkanymi. Bez wyciszenia gromu dźwiękowego nie ma co w ogóle zaczynać tematu. Firma wydaje się być przekonana, że to się uda. Testy X-59 na pewno będą kluczowe w potwierdzeniu tego założenia.