Renderização artística do HTV-2. Veja mais fotos de voos. Imagem cedida pela DARPA p Alguns voos passam tão rápido que os atendentes mal têm tempo de abrir o carrinho de bebidas. Outros se arrastam o suficiente para o jantar, alguns filmes e uma noite inteira de sono. E se você pudesse obter o melhor de ambos, passeando de Nova York a Tóquio em, dizer, 90 minutos? Você arriscaria perder o fuso horário se pudesse cruzar o país em menos tempo do que leva para passar pela segurança do aeroporto?
p Essas eram as perguntas em nossas mentes enquanto líamos sobre o segundo vôo de teste do Falcon Hypersonic Technology Vehicle (HTV-2), uma aeronave da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA) prometendo velocidades de voo iguais ou superiores a Mach 20, ou 20 vezes a velocidade do som.
p O Lockheed Martin HTV-2 não era um avião de passageiros ou mesmo um caça a jato, mas sim um não tripulado, test bed lançado por foguete para tecnologias hipersônicas. Com os dados fornecidos, o Pentágono planeja desenvolver veículos Prompt Global Strike - aviões capazes de atingir alvos em todo o mundo com pouco ou nenhum aviso - de preferência, em 60 minutos ou menos. Pense neles como não tripulados, equivalentes de avião-foguete de mísseis de cruzeiro, ou como motoristas de pizza Domino muito violentos (sem reembolso para entregas que demorem mais de 30 minutos) [fontes:DARPA; Weinberger]. p Infelizmente, Teste de HTV-2 segundos da DARPA, como o primeiro, começou com a perda de contato e terminou com uma vala de autodestruição no Oceano Pacífico [fontes:AFP; Pappalardo]. Em um caso clássico de boas notícias, más notícias, O DARPA melhorou a estabilidade aerodinâmica em relação ao primeiro teste apenas para observar um golpe inesperado arrancar grandes faixas de pele da nave no segundo [fontes:DARPA; Ferran]. p Onde isso deixa o futuro viajante, quem está mais interessado em fazer reuniões do que em distribuir mísseis? É difícil dizer. Em novembro de 2012, um punhado de candidatos fez fila para preencher o espaço de mercado há muito vazio do Concorde, de gigantes como a Boeing e a European Aeronautic Defense and Space Company N.V. (EADS), a empresa controladora da Airbus, para novatos como XCOR e HyperMach. Enquanto isso, A Virgin Galactic e a Sierra Nevada Space Systems mantêm seu foco no desenvolvimento de aviões espaciais suborbitais. p Ainda, apesar de como seus flagrantes de marketing os chamam, a maioria desses veículos são supersônicos, não hipersônico, e por um bom motivo. Cruzando o limiar de punição de Mach 5, a delimitação tradicional entre supersônico e hipersônico, significa lutar com a física atmosférica enlouquecida.
Conteúdo
A representação deste artista mostra o veículo de pesquisa X-43A Hyper-X da NASA sob a força de scramjet em vôo. A tecnologia Scramjet é uma das adaptações especializadas consideradas a chave para o vôo hipersônico. NASA via Getty Images p O segundo teste do agora extinto HTV-2 atesta as realidades implacáveis do vôo hipersônico [fonte:Pappalardo]. Até Concorde, que culminou em um supersônico 1, 350 mph (2, 172 kph), foi fechado após 27 anos devido a questões de segurança e custos [fonte:Novak].
p A física é um mestre severo. Enquanto um avião acelera em direção à barreira do som, o ar para de "sair do caminho" e se comprime em uma parede que um avião deve atravessar. Arrastar, a sustentação e a combustão se tornam francamente sinuosas em tais velocidades, e algumas adaptações supersônicas, como asas delta e ramjets - motores a jato simples que comprimem o ar graças ao impulso para a frente da nave - variam de ineficientes a ineficazes em velocidades mais baixas [fontes:Darling; NASA].
p Planos hipersônicos envolvem soluções ainda mais especializadas, como armadura ablativa com derramamento de calor e Ramjets de combustão supersônica , ou scramjets , para propulsão [fontes:Darling; NASA]. Mesmo em velocidades hipersônicas "baixas" (Mach 5-10), moléculas de ar ionizam em plasma eletrificado e quimicamente reativo, produzindo reações exotérmicas (de liberação de calor) que aumentam o já monstruoso calor de fricção [fontes:Fletcher; NASA]. p Para viajar de Nova York a Los Angeles em 12 minutos, seria necessário voar 22 vezes mais rápido do que um jato comercial. Em tais velocidades, o ar não flui ao seu redor - você o rasga, gerando pressões punitivas e fusão de aço 3, 500 F (1, 900 C) temperaturas de superfície. Os aviões supersônicos exibem linhas afiadas para cortar o ar, mas a aeronave hipersônica deve assumir uma forma mais cega para melhor dissipar o calor, não muito diferente de uma cápsula de comando Apollo. Os flaps lutam para superar a inércia do veículo, e manobrar requer sensores precisos e resposta quase instantânea [fontes:DARPA; Fletcher; NASA]. p Adicionar pessoas de volta à mistura aumenta a dificuldade em uma ordem de magnitude. É difícil imaginar uma fuselagem de jato de passageiros compatível com a aerodinâmica do vôo hipersônico. Além disso, qualquer avião capaz de superar esse problema precisaria passear, não sprint, para se atualizar, para que seus passageiros não se queixem de serem esmagados como panquecas durante as decolagens, pousos e voltas. p Um corpo humano pode suportar uma carga de força de 2-3 Gs (duas a três vezes a gravidade da Terra) por um bom tempo, especialmente na direção para frente, mas não espere que um cliente com altos salários tolere o desconforto de até 1 G por mais do que alguns minutos. Ainda, tais acelerações podem ser inevitáveis:Para voar em velocidades hipersônicas, aviões podem contar com especializações que os tornam porcos pesados em velocidades mais baixas; portanto, eles podem precisar de foguetes propulsores - e as forças G que eles envolvem - para atingir altitude e velocidade de vôo [fontes:NASA; Zuidema et al.]. p Os requisitos de um verdadeiro plano hipersônico, muito menos um Mach 20, pode não funcionar bem com os requisitos de conforto e segurança de um jato de passageiros. Ainda, se você acredita no hype, veículos hipersônicos em breve governarão os céus militares e civis. Fora deste mundo
O vôo espacial tem uma relação especial com o vôo hipersônico. Alguns dos voos não motorizados mais rápidos da história foram as cápsulas de comando Apollo, que voou a 33 milhas (53 quilômetros) de altitude e 24, 600 mph (39, 600 kph) velocidade, ou Mach 32,5, durante a reentrada [fontes:Fletcher].
p As naves espaciais que entram na atmosfera de outros planetas alcançaram velocidades ainda mais rápidas. A sonda Galileo entrou na atmosfera de Júpiter em 21 de setembro, 2003, em 134, 200 mph (216, 000 km / h) a uma altitude de 620 milhas (1, 000 quilômetros). Embora a velocidade de entrada de Galileu superasse em muito a de Apollo, equivale a apenas Mach 28. Por quê? A velocidade do som está relacionada à compressibilidade e fluxo de um fluido, que é uma função de sua temperatura, pressão e composição - neste caso, uma atmosfera de hidrogênio-hélio a uma temperatura de cerca de 800 K (980 F, ou 527 C) [fontes:Fletcher]. consulte Mais informação
p O vôo supersônico pode retornar, mas provavelmente não em breve. Em 2012, um concorrente em desenvolvimento é o sistema Zero Emission Hypersonic Transportation (Zehst), a ideia movida a biocombustível de algas marinhas de uma colaboração entre a EADS e o Japão, que planejam lançar a nave por volta de 2040 ou 2050 [fontes:Jones; Muro]. Zehst viajará com o dobro da velocidade e altitude do Concorde, com o preço do ingresso em torno de € 6, 000 ($ 8, 500) [fonte:Lichfield]. p Se for bem sucedido, Zehst transportará de 50 a 100 pessoas entre Paris e Tóquio em 2,5 horas (em comparação com as 11 atuais) usando três sistemas de propulsão. Dois turbofans irão impulsionar o avião em uma subida íngreme para cerca de Mach 0,8, após o qual dois impulsionadores de foguete assumirão, acelerando o veículo para Mach 2,5 - rápido o suficiente para os ramjets entrarem em ação e impulsionar o avião para cerca de Mach 4. Aproximando-se de seu destino, o avião iria planar, com seus turbofans ligando novamente, e terra sob energia [fonte:Wall]. p O principal concorrente da Airbus, Boeing, abandonou seu supersônico Sonic Cruiser para desenvolver o subsônico 787 Dreamliner, mas você nunca pode desconsiderar a empresa por completo - especialmente dados seus contratos militares, que o mantém firmemente no jogo de aeronaves de alta velocidade. Apesar de seu histórico de teste duvidoso, a tecnologia por trás do Boeing X-51A WaveRider - que voa em sua própria onda de choque e quebrou Mach 5 várias vezes - poderia formar a base para eventuais aplicações espaciais ou comerciais [fontes:Bartkewicz; Boeing]. p Enquanto isso, A empresa aeronáutica europeia HyperMach anunciou o SonicStar, um avião sem estrondo sônico projetado para voar duas vezes mais rápido que o Concorde. De acordo com HyperMach, SonicStar fará um cruzeiro a Mach 3,6 a uma altitude de 60, 000 pés (18, 300 metros) e transportar 10-20 passageiros entre Nova York e Dubai em duas horas, 20 minutos. A empresa acredita que poderá fazer o avião voar até junho de 2021 [fonte:Jones]. p Fazendo uma abordagem suborbital, A empresa aeroespacial XCOR, com sede na Califórnia, está trabalhando no Lynx, uma aeronave comercial de dois lugares projetada para alta altitude, vôo supersônico. Se for bem sucedido, O Lynx fará um cruzeiro a mais de 2, 500 mph (4, 000 kph) a uma altitude de 62 milhas (100 quilômetros), então desça, minimizando o arrasto atmosférico problemático, atrito e turbulência [fonte:Waldron]. p Todas as coisas consideradas, trocar o sonho hipersônico pelo vôo hiperbólico pode fazer sentido prático. O "Concordski"
Embora o Concorde governe os céus supersônicos na memória das pessoas, o Tupolev Tu-144, de construção soviética, foi o primeiro a entrar em serviço comercial como a primeira aeronave de transporte supersônico. O Concorde superou em muito seu concorrente soviético, no entanto:Em 1978, Tu-144 descontinuou o serviço após 102 voos de passageiros, morto pela falta de alcance do avião e inúmeras falhas técnicas. Posteriormente, a NASA e a Rússia usaram um Tu-144 modificado como um laboratório voador para estudar o vôo supersônico [fonte:NASA].
O Dream Chaser em desenvolvimento em fevereiro de 2011 Bill Ingalls / NASA via Getty Images p O problema com o vôo rápido é que os distúrbios podem se propagar tão rapidamente através de um fluido, incluindo ar. Aproxime-se ou exceda essa velocidade, e é a diferença entre deslizar em uma piscina e cair de barriga no mergulho alto. Em vez de lutar uma batalha tão brutal, alguns optam por evitar totalmente a atmosfera e fazer lúpulos suborbitais que exploram o espaço.
p Aviões espaciais - naves espaciais totalmente reutilizáveis que voam no espaço ou na atmosfera - e tremonhas comerciais de alta altitude ressurgiram com o crescimento da indústria de voos espaciais comerciais. Idealmente, tal nave poderia decolar e pousar nas pistas, mas, por agora pelo menos, eles continuam a ser sonhos impossíveis. Tão subsônico, designs supersônicos e hipersônicos funcionam melhor em seus próprios regimes de voo, os sistemas de propulsão e controle atmosféricos divergem daqueles que funcionam bem no espaço. Com isso em mente, a maioria dos projetos depende de um plano de duas fases, sendo carregados por uma "nave-mãe", avião ou foguete antes de iniciarem seus sistemas de vôo a bordo.
p Por exemplo, A empresa de Richard Branson, Galáctico virgem, planeja transportar passageiros até o limite do espaço (cerca de 62 milhas, ou 100 quilômetros) na SpaceShipTwo, um 60 pés (18 metros), planador-foguete de seis pessoas pendurado abaixo do avião VirginMothership Eve. Quando o transportador de fuselagem dupla chega a 50, 000 pés (15, 240 metros), SpaceShipTwo irá separar, voe e deslize em direção à Terra depois de desacelerar sua reentrada por meio de uma técnica especial de arrastar "penas" [fonte:Chang]. A empresa de Branson também firmou um acordo de cooperação com a Sierra Nevada Space Systems, possivelmente para atuar como um revendedor para reservar voos espaciais a bordo de sua nave de passageiros planejada, Dream Chaser [fonte:Chang]. p O Dream Chaser é um mini-ônibus espacial reutilizável baseado no Bor-4, o projeto do ônibus espacial extinto da União Soviética. Ele será lançado através de um foguete Atlas V e pousará como um avião. A Sierra Nevada planeja um contrato com agências espaciais para transportar até sete astronautas e carga entre a Estação Espacial Internacional (ISS) e a Terra [fonte:Chang]. Em agosto de 2012, o projeto recebeu US $ 212,5 milhões do programa Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap) da NASA para continuar o desenvolvimento [fonte:Sierra Nevada]. p Os aviões espaciais podem precisar desses passageiros comerciais se eles não puderem alcançar a concorrência pelas entregas espaciais. A Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) entregou carga à ISS em outubro de 2012 usando uma abordagem mais tradicional de foguete e cápsula. Orbital Sciences Corp., que estava desenvolvendo um avião espacial até que o projeto perdeu o financiamento da NASA, adotou uma versão não reutilizável desse método para suas execuções planejadas de fornecimento de ISS [fonte:Orbital]. p Supersônico, voos suborbitais hipersônicos ou de alto salto podem ser a onda do futuro, mas só o tempo dirá se - ou quando - eles decolarão. O mais rápido e o mais alto
Toda essa conversa de velocidade de rasgar o ar e altitude de varredura do espaço pode fazer você se perguntando o quão alto ou o quão rápido já fomos.
p Em novembro de 2012, o avião-foguete X-15 detém o recorde não oficial de velocidade do mundo, 4, 520 mph (7, 274 km / h, um Mach hipersônico 6.7), e registro não oficial de altitude, 354, 200 pés (107, 960 metros) [fontes:Darling; Fletcher; NASA]. O X-15 era o neto experimental do X-1 de Chuck Yeager, que primeiro quebrou a barreira do som em Mach 1,06 (702 mph, ou 1, 130 kph), e é ancestral do ônibus espacial e dos aviões espaciais modernos [fonte:Darling]. p Quanto à respiração de ar, aviões movidos, Eldon W. Joersz estabeleceu o recorde de velocidade, 2, 193,17 mph (3, 529,56 kph), em um Blackbird Lockheed SR-71 em 28 de julho, 1976 [fonte:FAI]. Em 31 de agosto, 1977, O piloto soviético Alexandr Fedotov estabeleceu o recorde de altitude, subindo para 123, 524 pés (37, 650 metros) em seu MiG E-266M [fonte:FAI]. consulte Mais informação
