В хангар без прозорци в пустинята в Калифорния сглобяват самолет, който може да промени авиацията. Самолет с дълъг нос, който прилича по-скоро на футуристична скица от научно-фантастичен комикс от 50-те години с изчистени линии и плавни извивки и тесен кокпит, скрит в центъра. Проектиран и построен от НАСА и Lockheed Martin, това е свръхзвуковият самолет на бъдещето. И когато полети небето, НАСА и Lockheed се надяват, че дори няма да забележите, че е там.
Клер Рейли от CNet ни отвежда за първи път в Центъра за полетни изследвания Армстронг, близо до Ланкастър, Калифорния, за да видим X-59 QueSST (съкращение от Quiet SuperSonic Technology) - демонстрационен самолет, проектиран да лети по-бързо от скоростта на звука, без да генерира експлозивен звуков бум.
Традиционният свръхзвуков самолет може да създаде звуков бум над 100 децибела, когато лети, остър звук по-силен от фойерверки. Именно този разрушителен звук накара Федералната авиационна администрация да забрани комерсиалните свръхзвукови полети над сушата през 1973 г.
Но X-59 е оформен така, че да сведе до минимум ударните вълни, които причиняват звуков бум, намалявайки нивото на земята до 75 децибела. Според НАСА това е горе-долу толкова силно, колкото захлопването вратата на кола по улицата.
За да проектират този самолет с "нисък бум", НАСА и Lockheed Martin се връщат към основните принципи на аеродинамиката. Резултатът е самолет, който е едновременно невероятно усъвършенстван и елегантно опростен.
"Тези принципи на физиката, на аеродинамиката, съществуват от началото на времето", казва програмният директор на X-59 на Lockheed Martin, Дейвид Ричардсън. "Това е, което майката природа иска да види. Точно както птиците са идеално проектирани, този самолет е проектиран идеално да лети свръхзвуково възможно най-тихо."
X-59 трябва да убеди регулаторите като FAA, че забраната за свръхзвуковите пътнически полети над сушата може да бъде отменена.
Тази промяна може да отвори вратата към бъдещето, където свръхзвуковото пътуване вече не е само за пилоти-изтребители. Ако програмата на NASA X-59 QueSST успее, летенето по-бързо от скоростта на звука може да бъде възможно отново за първи път откакто Concorde е пенсиониран през 2003 г.
Науката за звука
За да разберете как работи звуковият бум, трябва да знаете малко нещо за основната физика на звука.
По същество звукът е вълна от сгъстен въздух - представете си го като импулс, движещ се от точка А до точка Б със скорост от около 340 метра в секунда. Когато самолет лети във въздуха, той изтласква въздуха пред себе си, създавайки тези компресионни вълни.
Но когато самолет лети със свръхзвукова скорост (над 1 Мах), той се движи по-бързо, отколкото тези вълни от сгъстен въздух могат да се отдалечат. В резултат на това самолетът генерира ударни вълни, които се придвижват надолу към земята, където се възприемат като звуков бум.
Всяка голяма вариация във формата на тялото на самолета, като пилотската кабина, стърчаща отпред или опашката, стърчаща в задната част на самолета, може да предизвика ударна вълна. За да сведете до минимум ударните вълни, които се придвижват надолу към земята, трябва да промените формата на самолета и да я направите далеч по-опростена, изглаждайки вариациите във формата и разпределяйки ги в много по-дълго тяло.
Това са направили NASA и Lockheed с X-59. Самолетът е дълъг 99 фута и 7 инча, но превозва само един пътник. Дългият над 30 фута нос заема приблизително една трета от площта и безпроблемно прелива в обтекаеми крила и един двигател отзад.
Според Лари Клиат, технически ръководител на акустични тестове на НАСА за X-59, всички тези функции се комбинират, за да се гарантира, че ударните вълни, произвеждани във въздуха, са "добре овладени".
"Искаме да запазим [ударните вълни] успоредни и отделени една от друга, за да не се комбинират в силен звуков бум", казва Клиат. "Така че ние разтегляме тези промени в обема, което ги прави много постепенни по цялото тяло на самолета."
Вместо това пилотът използва система за външно виждане, създадена от НАСА, за да управлява самолета. XVS използва две камери пред и под самолета, за да създаде изглед в реално време на HD екран. Но XVS действа и като дисплей или HUD, показващ данни като надморска височина, скорост и траектория на полета.
В Армстронг НАСА тества този XVS в своя симулатор на полета с X-59. Тестовият пилот на НАСА Нилс Ларсън ще бъде един от пилотите, който в крайна сметка ще лети с X-59, използвайки XVS. Той показва как работи системата.
Ларсън е прекарал сутринта в рутинен тестов полет в един от F-15 на НАСА. Сега той се е върнал от 45-градусовата жега навън на климатика, където е симулатора на полета. За Ларсън да летиш с прозорец на пилотската кабина и да използваш XVS дисплея не е толкова различен.
Ползата идва от комбинирането на реалния изглед от камерите с вида данни, които виждате на едноцветен хед-ап дисплей в боен самолет. XVS позволява на пилотите да виждат мигащи предупреждения или оцветен текст над хоризонта, неща, които обикновено не биха могли да видят през прозореца на пилотската кабина.
"Използвате го точно както всеки друг прозорец", казва Ларсън. "Но тъй като това е дисплей, той всъщност дава повече възможности, отколкото бихте могли да имате, ако беше само прозорец."
Звуковият удар
Истинският тест на усилията на НАСА и Lockheed Martin ще дойде, когато започнат изпитанията на X-59. През 2022 г. Lockheed ще проведе първоначални летателни тестове, за да се увери, че всичко работи както се очаква и самолетът лети с правилната скорост и височина. След това Lockheed предава ключовете на НАСА, която ще започне тестване на "акустична проверка" през 2023 г., за да гарантира, че звуковият бум е задоволително намален до звуков удар.
Този втори етап на тестване ще включва изпращането на X-59 с изтребител F-15, който ще действа като преследвач, за да измери ударните вълни. И може би най-впечатляващото от всичко, НАСА ще заснеме изображения на ударните вълни - процес, известен като шлирен фотография.
Снимането на самолет, движещ се по-бързо от скоростта на звука, не е лесно.
"X-59 трябва да затъмнява слънцето, защото ние използваме слънцето като фон", казва Клиат, които води акустичните тестове. "Всичко това трябва да се случи перфектно. Да получиш това великолепно изображение е като вдяване на игла."
Но голямото решение ще бъде звукът на земята. Във фазата на акустично тестване НАСА ще създаде множество микрофони в 30-километров участък от пустинята Мохаве в Калифорния, за да измери звуковия удар и да се увери, че е толкова тих, колкото е предвидено.
След това идва третият етап на тестване през 2024 г., когато X-59 прелети над няколко градове в САЩ, за да се прецени реакцията на общността.
В края на всички тези кръгове тестове НАСА ще предостави своите данни на регулаторите с цел промяна на ограниченията за свръхзвуков полет.
В края на краищата, през 70-те, когато Concorde започна да лети и FAA въведе забраната си за комерсиале свръхзвуков полет над сушата, проблемът беше шумът. Но ако НАСА успее да докаже, че свръхзвуковите самолети могат да летят без бум, това може да отвори изцяло нов свят на авиацията.
X-59 може да проправи пътя за частните компании и авиокомпаниите да въведат свръхзвукови полети за ежедневните пътници по целия свят. Според Дейвид Ричардсън от Lockheed Martin, полетите за широката публика могат да дойдат веднага през 2035 г. И те ще променят играта.
"Не просто виждате това търсене от потребителите от висок клас, виждате това от всички - всеки би искал да "стигне там" по-бързо", казва той.
Мигване на окото
В хангара на Lockheed Martin Skunk Works се вижда какъв е мащабът на X-59, докато преминава през последните етапи. Самолетът се чувства по-скоро като гигантска стрела, отколкото като самолет.
Ричардсън, който досега е работил по силно класифицирани проекти за Lockheed, е щастлив да ни заведе до скелето в горната част на самолета, за да покаже електрониката, инсталирана от инженерния екипаж. Той ни отвежда под корпуса на самолета, за да покаже сензорите, които ще подават данникъм XVS, кухината, където ще е колесникът къде в крайна сметка ще бъде двигателят.
Изграждането се приближава до завършване и екипът се готви за първия полет.
За Лари Клиат от НАСА пътят да стигне дотук е бил дълъг. Години на проектиране, тестване и изграждане, а моментът на истина ще дойде по време на първия тестов полет.
"Ще имаме много хора, които се взират в данните, чакайки да видят първия звуков удар от X-59, за да се уверят, че цялата ни работа е изплатила", казва Клиат. "Знаете ли, това ще се случи за едно мигване на окото. Звуковият бум е дълъг 200 милисекунди. И за това е всичко - 200 милисекунди."
