Magazyn TVN24

Grzegorz Kuczyński

Cztery "bańki" i trójkąt suwalski. Problem NATO, Polska też zagrożona

Zobacz

Patrycja Król

ZobaczNocne rewizje, areszty domowe, bicie. Republika przegrywa ze strachem

Justyna Kobus

ZobaczPo pierwsze: Polska. Andrzej Wajda kończy 90 lat

Marek Szymaniak

Zobacz Bo za dobrze mu się powodzi... Polska Rzeczpospolita Donosicielska

Tomasz Wiśniowski

Zobacz "Przeszedłem przez piekło. Cięższe od wszystkich ciężarów"

Maciej Kucharczyk

ZobaczZ Warszawy do Nowego Jorku w pięć godzin. Nadchodzi rewolucja

Podziel się

Głośny huk wstrząsający szybami, uruchamiający alarmy w samochodach i budzący wszystkich w okolicy. To zjawisko, przez które od dekad nie może się dokonać rewolucja w transporcie. NASA deklaruje, że jest blisko znalezienia rozwiązania. Czy kolejna próba zrealizowania marzenia o podróżowaniu szybciej od dźwięku się uda?

Technologie budowy samolotu pasażerskiego, który jest w stanie osiągnąć prędkość 2000 km/h, zostały opracowane już w latach 60. XX wieku. Nie ma jednak jeszcze rozwiązania, które wyciszyłoby dużą maszynę naddźwiękową na tyle, aby ludzie mieszkający pod trasą jej przelotu nie podnieśli buntu.

Tak się stało w przypadku słynnego Concorde'a, który w efekcie mógł przekraczać barierę dźwięku tylko nad morzem. Drastycznie ograniczyło to jego ekonomiczność, a co za tym idzie, w długiej perspektywie storpedowało cały projekt podróżowania z prędkością 2000 km/h.

Podróżowanie szybciej od dźwięku »

OglądajPodróżowanie szybciej od dźwięku
Tak będzie wyglądał kosmiczny Concorde NASA? / Wideo: NASA

Poszukiwania rozwiązania

Teraz NASA twierdzi, że po dekadach badań jest blisko rozwiązania problemu. Ostatniego dnia lutego amerykańska agencja ogłosiła, że uruchamia projekt Quiet Supersonic Technology (technologia cichego lotu naddźwiękowego), w skrócie QueSST (ang. quest – poszukiwanie). Koncern Lockheed Martin został wybrany do zbudowania samolotu eksperymentalnego, który będzie wykorzystywał dotychczasowe osiągnięcia w badaniach nad gromem dźwiękowym.

Nowa maszyna X (eXperimental – Amerykanie oznaczają tak swoje maszyny prototypowe lub eksperymentalne) o jeszcze nieznanym numerze ma wzbić się w powietrze pierwszy raz w 2020 r. Po przejściu wstępnych prób zostanie skierowana do trwających prawdopodobnie kilka lat badań nad pustyniami Kalifornii oraz sąsiedniej Nevady.

W ich trakcie nowy samolot ma udowodnić, że stosując odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, można znacząco osłabić zjawisko gromu dźwiękowego, czyli że samolot lecący szybciej od dźwięku nie musi być przekleństwem dla osób mieszkających pod jego trasą. Ma to doprowadzić do tego, że amerykańskie i europejskie agencje odpowiadające za regulacje w lotnictwie zniosą zakaz pasażerskich lotów naddźwiękowych nad lądem. W efekcie otworem staną drzwi do zupełnie nowej generacji samolotów cywilnych.

Problematyczna fala uderzeniowa

Projekt QueSST jest zwieńczeniem wielu dekad badań NASA (Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej). Obecnie najbardziej znana ze swoich działań w kosmosie agencja prowadzi również szerokie prace nad rozwojem technologii lotniczych. To było jej głównym zadaniem do końca lat 50., kiedy funkcjonowała jeszcze pod nazwą NACA (Narodowy Komitet Doradczy ds. Aeronautyki). Zadaniem NASA jest rozwój technologii, z której później mogłoby skorzystać wojsko lub firmy cywilne – oczywiście przede wszystkim amerykańskie.

Badania nad gromem dźwiękowym są prowadzone ze zmiennym natężeniem od lat 60. W tym okresie trwał wyścig do pierwszego pasażerskiego samolotu naddźwiękowego. Europejczycy pracowali nad swoim późniejszym Concorde'em, a Amerykanie nad SST. Liczono na rewolucję w transporcie i znaczące skrócenie podróży lotniczych. Ze względów prestiżowych w wyścig zaangażował się też ZSRR ze swoim późniejszym Tu-144. Podczas prac nad tymi konstrukcjami największymi wyzwaniami było znalezienie odpowiednio potężnego napędu, kształtu kadłuba i materiałów znoszących wysokie temperatury wywołane tarciem powietrza.

Mniejszą uwagę przywiązywano do kwestii hałasu, jaki będą wywoływać maszyny. Problem w tym, że każdy samolot zbliżający się do bariery dźwięku (około 1225 km/h na poziomie morza, mniej na większej wysokości) pcha przed sobą falę skompresowanego powietrza. Gdy bariera dźwięku jest przekraczana, samolot wyprzedza ową falę i zaczyna ją ciągnąć za sobą. W powietrzu wytwarza się fala uderzeniowa w postaci stożka podwyższonego ciśnienia rozchodzącego się od maszyny, którą ludzkie ucho rejestruje jako huk.

Wbrew powszechnemu mniemaniu, ów "grom" nie pojawia się tylko w momencie przekroczenia bariery dźwięku przez samolot. Po prostu osoba stojąca w jednym punkcie pod trasą przelotu słyszy go raz, gdy dociera do niej ciągnąca się za samolotem fala uderzeniowa. Kolejna osoba stojąca kilometr dalej również zostanie przezeń dosięgnięta i usłyszy taki sam huk. Pędzący z prędkością naddźwiękową samolot wywołuje więc grom dźwiękowy na całej trasie swojego przelotu.

Z czym wiąże się latanie szybciej od dźwięku / Źródło: tvn24.pl / Krystiana Konieczna

Głośny test na mieście

Początkowo zakładano, że wystarczy latać na dość dużej wysokości, a fala uderzeniowa ciągnąca się za samolotem będzie dochodzić do ziemi na tyle rozproszona, iż nie sprawi ludziom problemu. W połowie lat 60. Amerykanie przeprowadzili testy w ramach przygotowań do budowy SST, by potwierdzić, iż wywoływane przez nie grom dźwiękowy będzie do zniesienia.

Na "ofiarę" wybrano miasto Oklahoma City, nad którym przez pół roku latały myśliwce i bombowiec B-58. Łącznie mieszkańcy doświadczyli ponad tysiąca gromów dźwiękowych. W efekcie zostały rozbite szyby w 150 oknach, a elewacje wielu budynków popękały. W sondażu większość mieszkańców miasta stwierdziła, że z taką uciążliwością można żyć, jednak 25 proc. było przeciwnego zdania, a niespełna 3 proc. podniosło bunt, wywołując burzę polityczną oraz medialną. Kontrowersje wywołane tym testem zdecydowanie obniżyły entuzjazm Amerykanów wobec SST.

Kolejnym sygnałem, że grom może być znacznie poważniejszym problemem, niż się wydaje, był program budowy bombowca strategicznego XB-70 Valkyrie. Maszyna była największym samolotem naddźwiękowym (rozwijała do 3000 km/h i była rozmiarów współczesnego samolotu pasażerskiego), zanim w powietrze wzbiły się Concorde i Tu-144. Wywoływany przez nią hałas okazał się być potężny. Na dodatek ze względu na dużą długość kadłuba (57,6 m) XB-70 wywoływał nie jeden grom, ale dwa.

Teoretycznie robią tak też mniejsze samoloty, bo wszystkie ciągną za sobą dwa stożki podwyższonego ciśnienia – jeden zaczynający się na dziobie, a drugi na ogonie. Jednak w przypadku np. myśliwców oba docierają do Ziemi w odstępie około 0,1 s i ludzkie ucho ich nie rozróżnia. Dla samolotów rozmiarów XB-70 czy Concorde'a odstęp ten wynosi już 0,5 s i to wystarczający czas dla człowieka, aby zarejestrował oba. Dlatego podczas swojej kariery Concorde był znany między innymi ze względu na swój charakterystyczny "podwójny grom".

Cios dla superszybkich podróży

Testy przy pomocy XB-70 i pierwsze loty europejskiego naddźwiękowca dobitnie wykazały, że wywoływany przez nie huk nie jest czymś, nad czym można przejść do porządku dziennego. Nie pomagało latanie na dużych wysokościach. Nie wiedziano, jak zaradzić temu zjawisku. Dla XB-70 nie był to problem, bo i tak jedyny ocalały egzemplarz (drugi się rozbił) trafił do muzeum. Dla Concorde'a i SST okazało się to jednak katastrofą.

Między innymi z powodu niesławnego testu nad Oklahoma City i wyników badań XB-70 amerykańskie władze ostatecznie wycofały się z prac nad naddźwiękowym samolotem pasażerskim w 1971 r. Mający go zbudować Boeing musiał schować swój projekt B-2707 do szuflady, bo bez pieniędzy państwowych nie było szans na realizację tak awangardowego przedsięwzięcia.

Podczas gdy zapał do lotów naddźwiękowych w USA gasł, rządy Francji i Wielkiej Brytanii postanowiły brnąć dalej i w 1969 r. wzbił się do pierwszego lotu Concorde. Szybko okazało się, że jego też dotyczy problem gromu dźwiękowego. Dodatkowo maszyna wymagała użycia głośnego dopalania podczas startu, przez co była podwójne uciążliwa. Pod naciskiem obywateli władze USA w 1976 r., gdy Concorde miał zaczynać loty komercyjne, w ogóle zakazały jego lotów nad terytorium swojego kraju.

Koniec wizji

Ostatecznie zakaz złagodzono i pozwolono Concorde'owi na korzystanie z kilku lotnisk. Szkody zostały już jednak poczynione. Samolot zyskał złą prasę i wiele innych państw wydało zakaz korzystania tym maszynom ze swoich lotnisk. Z czasem większość z nich cofnięto, ale utrzymał się w życiu praktycznie całkowity zakaz lotów naddźwiękowych nad lądem. Podwójny grom dźwiękowy wywoływany przez Concorde'a okazał się zbyt uciążliwy – był średnio trzy razy głośniejszy niż ten powodowany przez myśliwiec.

W efekcie rewolucyjna maszyna nie mogła w pełni wykorzystywać swoich możliwości, co ograniczało jej ekonomiczność. Dodatkowo kryzys naftowy w 1973 r. spowodował drastyczny skok cen paliwa, którego cztery silniki Concorde'a zużywały gigantyczne ilości. Ostatecznie samolot dobił kryzys całej gospodarki światowej i spadek popytu na drogie bilety. Zbudowano zaledwie 20 maszyn, choć w pewnym momencie zamówień było na niemal 100. Rewolucja w transporcie przez chwilę wydawała się na wyciągnięcie ręki, ale skończyła się na garstce maszyn. Concorde'y działały do końca swojej służby na granicy opłacalności lub wręcz pod nią.

Do pomysłu pasażerskich samolotów naddźwiękowych wracano wielokrotnie w kolejnych dekadach. Pojawiały się nawet koncepcje samolotów hipersonicznych, które miały wylatywać na granicę kosmosu. Żadna nie wyszła jednak poza stadium wczesnych pomysłów. Problem pozostawał ten sam: przez zakaz lotów nad lądem opłacalność samolotów naddźwiękowych była bardzo niska lub wręcz nieistniejąca.

Drugie podejście pół wieku później

NASA przez cały ten czas prowadziła badania nad gromem dźwiękowym. Już od lat 70. przypuszczano, że rozwiązaniem może być odpowiednie ukształtowanie kadłuba, zwłaszcza dziobu samolotu. Brakowało jednak konkretnej wiedzy o tym, co i jak należy zrobić, aby stożek ciśnienia docierał do ziemi maksymalnie rozproszony.

W latach 2003-2004 przeprowadzono serię testów przy użyciu przebudowanego myśliwca F-5, które były praktyczną próbą rozwiązań wypracowanych podczas wielu lat badań laboratoryjnych. Maszyna była o 30 proc. cichsza niż klasyczny F-5. Może się wydawać, że to niewiele, ale taka redukcja hałasu w przypadku Concorde'a oznaczałaby możliwość uznania go za znośny dla ludzi.

Na podstawie wyników prób z F-5 rozpoczęto prace nad wstępnymi koncepcjami samolotów zbudowanych od podstaw z myślą o redukcji gromu dźwiękowego. Badano między innymi najróżniejsze modele kształtów kadłubów w tunelach aerodynamicznych. Na tej bazie NASA postanowiła teraz przejść do następnego etapu, czyli programu QueSTT. Jeśli zbudowana w jego ramach maszyna udowodni, że grom dźwiękowy można osłabić do akceptowalnego poziomu, mogą otworzyć się drzwi do renesansu transportu naddźwiękowego. Lot z Warszawy do Nowego Jorku trwałby zatem pięć godzin zamiast niemal dziesięciu.

Zwiń

Tamara Barriga

Zobacz"Skorpion" zabijał, bo lubił patrzeć, jak ludzie umierają

Daniel Gryt

ZobaczTanie paliwo to zła wiadomość? Na horyzoncie "oilmageddon"

Jacek Stawiski

ZobaczNie ma wolności dla wrogów wolności?

Poprzedni weekend
2 tygodnie temu
3 tygodnie temu
4 tygodnie temu
5 tygodni temu