Γιατί το Hypersonic Flight, όπως φαίνεται στο Top Gun:Maverick, είναι τόσο μεγάλη;

Η υπερηχητική πτήση είναι σημαντική για εμάς, καθώς προάγει τον στρατό και τις πληροφορίες, τις επιστήμες υλικών και την εμπορική αεροπορία.

Η επιδίωξη του ανθρώπου για τη φιλοδοξία του δεν περιορίζεται στα όμοιά του. εκτείνεται σε δυνάμεις πολλές φορές μεγαλύτερες από τις δικές του. Είτε περιέχει ποτάμια, δαμάζοντας ανέμους και ηλιακό φως, είτε χωρίζει το απειροελάχιστο άτομο, η αξία και η αποφασιστικότητα του ανθρώπου δύσκολα μπορεί να απαξιωθεί. Ανάμεσα σε ένα από τα πολλά τέτοια επιτεύγματα είναι η επιδίωξη της ταχύτητας.

Οι λάτρεις του κινηματογράφου και της αεροπορίας ανάμεσά μας θα θυμούνται την ακολουθία του Τομ Κρουζ να πιέζει ταχύτητες 10 Mach σε ένα μυστικό αεροσκάφος στην ταινία Top Gun:Maverick. Αλλά σήμερα, για τον μέσο άνθρωπο, γιατί η υπερηχητική πτήση είναι τόσο μεγάλη υπόθεση; Ας μάθουμε!

Βασικά στοιχεία των ηχητικών ταχυτήτων

Η ταχύτητα του ήχου είναι ένα από τα πιο σημαντικά ορόσημα με γρήγορο ρυθμό, δεύτερο μόνο μετά την ταχύτητα του φωτός. Ενώ η φυσική χωρίζεται σε ένα σώμα με μη μηδενική μάζα που επιτυγχάνει την ταχύτητα του φωτός, η ταχύτητα του ήχου δεν παρουσιάζει τέτοιο εμπόδιο. Όταν τα αντικείμενα επιτυγχάνουν υψηλές ταχύτητες συγκρίσιμες με την ταχύτητα του ήχου, οι ταχύτητες τους μετρώνται ως αναλογία της ταχύτητας του ήχου στο ίδιο μέσο. Αυτή η αναλογία, γνωστή ως Αριθμός Mach, είναι χρήσιμη για να βάλετε σε προοπτική την ταχύτητα.

Το σπάσιμο του ηχητικού φράγματος για την είσοδο σε υπερηχητικές ταχύτητες είναι ρουτίνα για τα περισσότερα στρατιωτικά αεροσκάφη (Photo Credit :Flickr)

Δεδομένου ότι οι αριθμοί Mach γενικά ορίζονται για αεροσκάφη και άλλα αερομεταφερόμενα σώματα, η ταχύτητα του ήχου θεωρείται ότι είναι περίπου 761 μίλια την ώρα, στο μέσο επίπεδο της θάλασσας, σε θερμοκρασία 20 βαθμών Κελσίου. Κάθε πτήση που εκτελείται με ακριβώς την ταχύτητα του ήχου καταλήγει σε αριθμό Mach 1 και ονομάζεται ηχητική πτήση.

Τα καθεστώτα Mach έχουν οριστεί για διάφορες περιοχές σε αυτούς τους λόγους και συνοψίζονται ως εξής:

Αριθμός Mach = Ταχύτητα αντικειμένου / Ταχύτητα ήχου σε αυτό το μέσο	Καθεστώς Μαχ	Εύρος Αρ. Μαχ
	Υψηλό – υπερηχητικό	10,0-25
	Υπερηχητικό	5,0-10,0
	Υπερηχητικό	1.3-5.0
	Υπερηχητικό	0,8-1,3
	Υποηχητικός	<0.8

Γιατί η ταχύτητα του ήχου είναι τόσο σημαντικό σημείο αναφοράς για εμάς;

Η υπερηχητική πτήση δεν είναι τόσο πρόσφατη όσο η ταινία Top Gun:Maverick μπορεί να σε κάνει να πιστέψεις. Αρχικά επιτεύχθηκε τόσο σε επανδρωμένο όσο και σε μη επανδρωμένο επίπεδο τη δεκαετία του 1950.

Τι σχέση έχει μια ταινία με την πραγματική ζωή, ίσως ρωτήσετε; Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω σε αυτό, ακολουθεί μια κριτική για το Top Gun:Maverick από επιστημονική άποψη.

Οι πτήσεις που πραγματοποιούνται με υπερηχητικές ταχύτητες και υψηλότερες είναι πράγματι μεγάλη υπόθεση. Επηρεάζουν διάφορα πεδία της επιστήμης, της τεχνολογίας και του εμπορίου, καθιστώντας χρήσιμη τη μελέτη τους.

1. Ενισχύστε τις στρατιωτικές δυνάμεις

Η ικανότητα επίτευξης πτήσης υψηλού Mach μειώνει σημαντικά τον χρόνο πτήσης, και κατά συνέπεια, τον χρόνο αντίδρασης, για τις ένοπλες δυνάμεις. Ωστόσο, ο ταχύτερος χρόνος απόκρισης δεν είναι το μόνο πλεονέκτημα που παρουσιάζουν οι υπερηχητικές πτήσεις. Τα υπερηχητικά οχήματα, από τη σχεδίασή τους, έχουν χαμηλή διατομή ραντάρ, γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολο τον εντοπισμό τους από το ραντάρ. Αυτός ο σχεδιασμός τους επιτρέπει επίσης να είναι πολύ ευέλικτοι, μειώνοντας τις πιθανότητές τους να αναχαιτιστούν από εχθρικά σκάφη, καθώς και από πυραύλους.

Η ανίχνευση υπερηχητικών πτήσεων απαιτεί την ανάπτυξη μεγάλων και ισχυρών ραντάρ σε μια μεγάλη γεωγραφική περιοχή (Photo Credit :Ivan Baranov UA/Shutterstock)

Από την άλλη πλευρά, οι εξελίξεις στην υπερηχητική πτήση ωθούν επίσης τις εξελίξεις στις συσκευές υπερηχητικής αναχαίτισης. Αυτό προωθεί την ανάπτυξη στην τεχνολογία ραντάρ και δορυφορικών επικοινωνιών.

2. Προόδους στη διαστημική πτήση

Σε έρευνα που έγινε από διαστημικές υπηρεσίες όπως η NASA, η χρησιμότητα των υπερηχητικών πτήσεων έχει καθοριστεί ξεκάθαρα. Τα υπερηχητικά οχήματα έχουν ταχύτητες παρόμοιες με τις απαιτήσεις για την τοποθέτηση διαστημικού σκάφους σε τροχιά.

Προς το παρόν, το μεγαλύτερο εμπόδιο που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί αεροναυπηγών είναι η χρήση ενισχυτών πυραύλων. Οι ενισχυτές πυραύλων είναι αποσπώμενες δεξαμενές καυσίμου που παρέχουν εύφλεκτο οξυγόνο για να βοηθήσουν τα διαστημόπλοια να ξεφύγουν από τη βαρυτική έλξη της Γης. Ωστόσο, προσθέτουν στο βάρος του πλοίου, μειώνοντας έτσι την απόδοσή του.

Η χρήση πυραυλικής πρόωσης με ενισχυτές πυραύλων καθιστά τα διαστημόπλοια ογκώδη, λιγότερο αποτελεσματικά και δύσκολα στους ελιγμούς. (Φωτογραφία:3Dsculptor/Shutterstock)

Τα υπερηχητικά συστήματα πρόωσης, δηλαδή οι κινητήρες ramjet και scramjet, έχουν δείξει πολλά υποσχόμενα από αυτή την άποψη. Μπορούν να προωθήσουν διαστημόπλοια με δική τους ισχύ, εξαλείφοντας έτσι την πρόωση πυραύλων. Βασίζονται επίσης στο οξυγόνο από την ατμόσφαιρα, εξαλείφοντας περαιτέρω την ανάγκη μεταφοράς ενισχυτών πυραύλων. Αυτό έχει τη δυνατότητα να μειώσει την ογκώδη υποδομή που απαιτείται για την κατασκευή και την ασφαλή μεταφορά διαστημικού σκάφους στο διάστημα.

3. Προόδους στη μηχανική υλικών

Η κρισιμότητα της αλληλεπίδρασης ενός κινούμενου σώματος με την άμεση ατμόσφαιρά του αυξάνεται με την ταχύτητά του. Σε υπερηχητικές ταχύτητες, τα μόρια του αέρα χωρίζονται σε δύο ή περισσότερα μέρη σε αυτό που είναι γνωστό ως μοριακή διάχυση. Αυτό δημιουργεί τεράστια θερμομηχανικά φορτία, ικανά να θρυμματίσουν ακόμη και τους ισχυρότερους χάλυβες. Η υπερηχητική πτήση επηρεάζει επίσης τη βιολογία κάθε πιλότου, λόγω των τεράστιων και παρατεταμένων δυνάμεων G, οι οποίες μπορεί να είναι θανατηφόρες εάν δεν ληφθούν υπόψη σωστά.

Τα υψηλά θερμομηχανικά φορτία μπορούν να προκαλέσουν αποσύνθεση των επιφανειών του αεροσκάφους (Photo Credit :schusterbauer.com/Shutterstock)

Η λύση είναι η ανάπτυξη σύνθετων υλικών και συστημάτων προστασίας που μπορούν να αντέξουν αυτές τις δυνάμεις χωρίς να επηρεάσουν την ταχύτητα του αεροσκάφους. Έτσι, η επιδίωξη της υπερηχητικής πτήσης πιέζει για προόδους στη διασταύρωση της βιολογίας, των επιστημών των υλικών και της τεχνολογίας.

4. Ταχύτερα και πιο αξιόπιστα εμπορικά αεροπορικά ταξίδια

Προκειμένου οι υπερηχητικές πτήσεις να είναι μια μακροπρόθεσμη λύση σε ένα μεγαλύτερο πρόβλημα από ένα απλό πείραμα, έχουν γίνει ισχυρές εξελίξεις στην τεχνολογία και την ασφάλεια των κινητήρων. Σε εμπορικό επίπεδο, έχει ήδη επιχειρηθεί υπερηχητική πτήση από το θρυλικό αεροσκάφος Concorde. Αν και δεν ήταν βιώσιμο εκείνη τη στιγμή, τα αεροπορικά ταξίδια με ταχύτητες συγκρίσιμες ή μεγαλύτερες από την ταχύτητα του ήχου είναι τώρα έτοιμο να επιστρέψουν.

Το πρόγραμμα Concorde ήταν η πρώτη εμπορική αεροπορική εταιρεία που πέταξε με υπερηχητικές ταχύτητες (Φωτογραφία:John Selway/Shutterstock)

Αν και οι υποστηρικτές της σύγχρονης υπερηχητικής πτήσης υποστηρίζουν ότι η επιλογή είναι πιο καθαρή και πιο πράσινη από την εμπορική αεροπορία, δεν υπάρχει σαφής απάντηση για την επίτευξή της. Το εάν αυτή η τεχνολογία μπορεί να προσαρμοστεί εκ των υστέρων στην υπάρχουσα υποδομή αεροσκαφών είναι επίσης ασαφές σε αυτή τη συγκυρία. Ωστόσο, ο μειωμένος χρόνος ταξιδιού χωρίς συμβιβασμούς στην ασφάλεια είναι το πιο προφανές όφελος των υπερηχητικών και υπερηχητικών πτήσεων.

Μια τελευταία λέξη

Σίγουρα, γίνεται πολύς λόγος για το ότι οι υπερηχητικές πτήσεις είναι μεγάλη υπόθεση, αλλά τι είναι αυτό για εσάς;

Γνωρίζατε ότι οι αντιχαρακτικοί φακοί που χρησιμοποιείτε προέρχονται από τη NASA; Όπως και η δορυφορική πλοήγηση, τα αόρατα σιδεράκια, ο αφρός μνήμης και ακόμη και τα ασύρματα ακουστικά που μπορεί να είναι στο κεφάλι σας αυτή τη στιγμή! Όλα αυτά είναι να πούμε ότι η επιστήμη και η τεχνολογία έχουν αποτέλεσμα σταδιακά. Συχνά διαπιστώνεται ότι εκπληρώνουν περισσότερους σκοπούς από αυτούς για τους οποίους σχεδιάστηκαν αρχικά και, ως εκ τούτου, διατίθενται στο εμπόριο, ώστε να μπορούμε όλοι να απολαμβάνουμε τα οφέλη τους.

Έτσι, η επιδίωξη της φιλοδοξίας που επιδιώκει να προϊδεάσει ακόμη και τις πανίσχυρες δυνάμεις της φύσης, ενώ μπορεί να φαίνεται σπάταλη εκ πρώτης όψεως, έχει πολλά περισσότερα να προσφέρει μακροπρόθεσμα.