Representación del artista del HTV-2. Ver más fotos de vuelos. Imagen cortesía de DARPA Algunos vuelos pasan tan rápido que los asistentes apenas tienen tiempo para sacar el carrito de bebidas. Otros se demoran lo suficiente para cenar, unas cuantas películas y una noche de sueño completo. ¿Y si pudieras sacar lo mejor de ambos? paseando de Nueva York a Tokio en, decir, ¿90 minutos? ¿Te arriesgarías a ser la madre de todo el jet lag si pudieras cruzar el país en menos tiempo del que se necesita para pasar por la seguridad del aeropuerto?
Tales eran las preguntas en nuestras mentes al leer sobre el segundo vuelo de prueba del vehículo de tecnología hipersónica Falcon (HTV-2), una aeronave de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) que promete velocidades de vuelo de Mach 20 o más, o 20 veces la velocidad del sonido.
El Lockheed Martin HTV-2 no era un avión de pasajeros ni siquiera un avión de combate, sino más bien un no tripulado, banco de pruebas lanzado por cohetes para tecnologías hipersónicas. Con los datos que proporcionó, el Pentágono planea desarrollar vehículos Prompt Global Strike - aviones capaces de alcanzar objetivos en todo el mundo con poca o ninguna advertencia - idealmente, en 60 minutos o menos. Piense en ellos como los no tripulados, equivalentes de cohetes de avión de misiles de crucero, o como conductores de pizza de Domino's muy violentos (no hay reembolsos por entregas que demoren más de 30 minutos) [fuentes:DARPA; Weinberger].
Desafortunadamente, Segunda prueba de HTV-2 de DARPA, como su primera, comenzó con la pérdida de contacto y terminó con una zanja de autodestrucción en el Océano Pacífico [fuentes:AFP; Pappalardo]. En un caso clásico de buenas noticias, malas noticias, DARPA mejoró la estabilidad aerodinámica durante la primera prueba solo para observar golpes inesperados que arrancan grandes franjas de piel de la nave en la segunda [fuentes:DARPA; Ferran].
¿Dónde deja eso al futuro viajero? ¿Quién está más interesado en realizar reuniones que en encargar misiles? Es difícil de decir. En noviembre de 2012, un puñado de candidatos se ha alineado para llenar el espacio de mercado vacío de Concorde, de gigantes como Boeing y European Aeronautic Defence and Space Company N.V. (EADS), la empresa matriz de Airbus, a empresas emergentes como XCOR e HyperMach. Mientras tanto, Virgin Galactic y Sierra Nevada Space Systems mantienen su enfoque en el desarrollo de planos espaciales suborbitales.
Todavía, a pesar de cómo podrían llamarlos sus fanáticos del marketing, la mayoría de estos vehículos son supersónicos, no hipersónico, y por una buena razón. Cruzando el umbral de castigo de Mach 5, la delineación tradicional entre supersónico e hipersónico, significa lidiar con la física atmosférica enloquecida.
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La representación de este artista muestra el vehículo de investigación X-43A Hyper-X de la NASA bajo el poder de un scramjet en vuelo. La tecnología Scramjet es una de las adaptaciones especializadas que se considera clave para el vuelo hipersónico. NASA a través de Getty Images La segunda prueba del ahora desaparecido HTV-2 da testimonio de la implacable realidad del vuelo hipersónico [fuente:Pappalardo]. Incluso Concorde, que remató en un supersónico 1, 350 mph (2, 172 km / h), se cerró después de 27 años debido a problemas de seguridad y costos [fuente:Novak].
La física es un capataz severo. Mientras un avión acelera hacia la barrera del sonido, el aire deja de "salirse del camino" y se comprime en una pared que un avión debe atravesar. Arrastrar, la elevación y la combustión se vuelven francamente ardientes a tales velocidades, y algunas adaptaciones supersónicas, como alas delta y ramjets - motores a reacción simples que comprimen el aire gracias al impulso de avance de la nave - varían de ineficientes a ineficaces a velocidades más bajas [fuentes:Darling; NASA].
Los aviones hipersónicos implican soluciones aún más especializadas, como una armadura ablativa que desprende calor y ramjets de combustión supersónica , o scramjets , para propulsión [fuentes:Darling; NASA]. Incluso a velocidades hipersónicas "bajas" (Mach 5-10), las moléculas de aire se ionizan en plasma electrificado y químicamente reactivo, produciendo reacciones exotérmicas (de liberación de calor) que se suman al ya monstruoso calor de fricción [fuentes:Fletcher; NASA].
Para llegar de Nueva York a Los Ángeles en 12 minutos, sería necesario volar 22 veces más rápido que un avión comercial. A tales velocidades, el aire no fluye a tu alrededor, lo atraviesas, generando presiones castigadoras y fundición de acero 3, 500 F (1, 900 C) temperaturas superficiales. Los aviones supersónicos lucen líneas afiladas para cortar el aire, pero los aviones hipersónicos deben adoptar una forma más roma para desprender mejor el calor, no muy diferente a una cápsula de mando de Apolo. Los flaps luchan por superar la inercia del vehículo, y las maniobras requieren sensores precisos y una respuesta casi instantánea [fuentes:DARPA; Fletcher; NASA].
Volver a agregar personas a la mezcla aumenta la dificultad en un orden de magnitud. Es difícil imaginar un fuselaje de un avión de pasajeros compatible con la aerodinámica del vuelo hipersónico. Es más, cualquier avión capaz de superar este problema tendría que pasear, no esprintar, para ponerse al día, no sea que sus pasajeros se quejen de ser aplastados como panqueques durante los despegues, aterrizajes y giros.
Un cuerpo humano puede soportar una carga de fuerza de 2-3 G (dos o tres veces la gravedad de la Tierra) durante bastante tiempo, especialmente en la dirección de avance, pero no espere que un cliente bien pagado tolere la incomodidad de incluso 1 G durante más de unos pocos minutos. Todavía, tales aceleraciones pueden ser inevitables:para volar a velocidades hipersónicas, los aviones pueden depender de especializaciones que los conviertan en cerdos difíciles de manejar a velocidades más bajas; por lo tanto, pueden requerir propulsores de cohetes - y las fuerzas G que conllevan - para alcanzar la altitud y velocidad de vuelo [fuentes:NASA; Zuidema y col.].
Los requisitos de un verdadero avión hipersónico, y mucho menos uno de Mach 20, podría no funcionar bien con los requisitos de comodidad y seguridad de un avión de pasajeros. Todavía, si crees en el bombo Los vehículos hipersónicos pronto dominarán los cielos militares y civiles.
Fuera de este mundoEl vuelo espacial tiene una relación especial con el vuelo hipersónico. Algunos de los vuelos sin motor más rápidos de la historia fueron las cápsulas de comando Apollo, que voló a 33 millas (53 kilómetros) de altitud y 24, 600 mph (39, 600 kph) velocidad, o Mach 32,5, durante el reingreso [fuentes:Fletcher].
Las naves espaciales que entran en las atmósferas de otros planetas han alcanzado velocidades aún más rápidas. La sonda Galileo entró en la atmósfera de Júpiter el 21 de septiembre. 2003, en 134, 200 mph (216, 000 km / h) a una altitud de 620 millas (1, 000 kilómetros). Aunque la velocidad de entrada de Galileo superó con creces a la de Apolo, equivale solo a Mach 28. ¿Por qué? La velocidad del sonido se relaciona con la compresibilidad y el flujo de un fluido, que es función de su temperatura, presión y composición - en este caso, una atmósfera de hidrógeno-helio a una temperatura de alrededor de 800 K (980 F, o 527 C) [fuentes:Fletcher].
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Los aviones de pasajeros hipersónicos, y los vuelos de una hora de Nueva York a Londres, se han promocionado durante unos 60 años. La pregunta no es si algún avión militar o privado logrará este objetivo, pero cuándo, o si, Joe y Jane Carryon viajarán en uno.
En su discurso sobre el estado de la Unión de 1986, El presidente de los Estados Unidos, Ronald Reagan, pidió el desarrollo de un '' Orient Express, '' un avión que podría volar de Nueva York a Tokio en dos o tres horas. El planeado Rockwell X-30, un revestimiento espacial de pasajeros de una sola etapa a órbita (SSTO), fue eliminado antes de llegar a la etapa de prototipo [fuente:Sanger].
El vuelo supersónico podría regresar pero probablemente no pronto. En 2012, un contendiente en desarrollo es el sistema de transporte hipersónico de emisión cero (Zehst), la creación impulsada por biocombustibles de algas marinas de una colaboración entre EADS y Japón, que planean lanzar la nave alrededor de 2040 o 2050 [fuentes:Jones; Pared]. Zehst viajará al doble de la velocidad y altitud de Concorde, a un precio de entrada de unos 6 €, 000 ($ 8, 500) [fuente:Lichfield].
Si tiene éxito, Zehst transportará de 50 a 100 personas entre París y Tokio en 2,5 horas (en comparación con las 11 actuales) utilizando tres sistemas de propulsión. Dos turbofans impulsarán el avión en una subida empinada a alrededor de Mach 0.8, después de lo cual dos propulsores de cohetes se harán cargo, acelerando el vehículo a Mach 2.5 - lo suficientemente rápido como para que los ramjets se activen e impulsen el avión a alrededor de Mach 4. Al acercarse a su destino, el avión se deslizaría, con sus turbofans encendidos de nuevo, y tierra bajo energía [fuente:Muro].
Principal competidor de Airbus, Boeing, abandonó su supersónico Sonic Cruiser para desarrollar el subsónico 787 Dreamliner, pero nunca se puede descartar por completo a la empresa, especialmente teniendo en cuenta sus contratos militares, que lo mantienen firmemente en el juego de aviones de alta velocidad. A pesar de su dudoso historial de pruebas, la tecnología detrás del X-51A WaveRider de Boeing, que vuela con su propia onda de choque y ha roto Mach 5 varias veces, podría formar la base para eventuales aplicaciones espaciales o comerciales [fuentes:Bartkewicz; Boeing].
Mientras tanto, La empresa aeronáutica europea HyperMach ha anunciado SonicStar, un avión sin boom sónico diseñado para volar dos veces más rápido que el Concorde. Según HyperMach, SonicStar navegará a Mach 3.6 a una altitud de 60, 000 pies (18, 300 metros) y transporta de 10 a 20 pasajeros entre Nueva York y Dubai en dos horas, 20 minutos. La compañía cree que puede hacer volar el avión para junio de 2021 [fuente:Jones].
Tomando un enfoque suborbital, La empresa aeroespacial con sede en California XCOR está trabajando en Lynx, un avión comercial de dos asientos diseñado para grandes altitudes, vuelo supersónico. Si tiene éxito, Lynx cruzará a más de 2, 500 mph (4, 000 kph) a una altitud de 62 millas (100 kilómetros), luego desciende, minimizando la molesta resistencia atmosférica, fricción y turbulencia [fuente:Waldron].
Todas las cosas consideradas, Cambiar el sueño hipersónico por un vuelo hiperbólico podría tener sentido práctico.
El "Concordski"Aunque Concorde gobierna los cielos supersónicos en la memoria de las personas, el Tupolev Tu-144 de fabricación soviética lo superó como el primer avión de transporte supersónico en entrar en servicio comercial. Concorde superó con creces a su competidor soviético, sin embargo:en 1978, Tu-144 interrumpió el servicio después de 102 vuelos de pasajeros, asesinado por la falta de alcance del avión y numerosos fallos técnicos. Posteriormente, la NASA y Rusia utilizaron un Tu-144 modificado como laboratorio de vuelo para estudiar el vuelo supersónico [fuente:NASA].
El cazador de sueños en desarrollo en febrero de 2011 Bill Ingalls / NASA a través de Getty Images El problema con el vuelo rápido es que las perturbaciones pueden propagarse tan rápido a través de un fluido, incluido el aire. Acérquese o exceda esa velocidad, y es la diferencia entre deslizarse a través de un charco de agua y desplomarse con la panza después de la inmersión alta. En lugar de pelear una batalla tan brutal, algunos optan por evitar la atmósfera por completo y hacer lúpulos suborbitales que rozan el espacio.
Los aviones espaciales, naves espaciales totalmente reutilizables que vuelan en el espacio o la atmósfera, y las tolvas comerciales de gran altitud han resurgido con el crecimiento de la industria de vuelos espaciales comerciales. Idealmente, tales embarcaciones podrían despegar y aterrizar desde las pistas pero, por ahora al menos, siguen siendo una quimera. Igual de subsónico, Los diseños supersónicos e hipersónicos funcionan mejor en sus propios regímenes de vuelo, Los sistemas de propulsión y control atmosféricos difieren de los que funcionan bien en el espacio. Teniendo esto en cuenta, la mayoría de los diseños se basan en un plan de dos etapas, ser transportados en alto por un avión o cohete "barco nodriza" antes de activar sus sistemas de vuelo a bordo.
Por ejemplo, La empresa de Richard Branson, Galáctica Virgen, planea llevar pasajeros al borde del espacio (alrededor de 62 millas, o 100 kilómetros) en SpaceShipTwo, un 60 pies (18 metros), planeador cohete para seis personas colgado debajo del avión VirginMothership Eve. Cuando el portaaviones de doble fuselaje llega a 50, 000 pies (15, 240 metros), SpaceShipTwo se separará, vuela y se desliza hacia la Tierra después de ralentizar su reentrada a través de una técnica especial de arrastre de "plumaje" [fuente:Chang]. La empresa de Branson también ha firmado un acuerdo de cooperación con Sierra Nevada Space Systems, posiblemente para actuar como distribuidor para reservar vuelos espaciales a bordo de su nave de pasajeros planificada, Dream Chaser [fuente:Chang].
El Dream Chaser es un mini-transbordador reutilizable basado en el Bor-4, el difunto diseño del transbordador espacial de la Unión Soviética. Se lanzará a través de un cohete Atlas V y aterrizará como un avión. Sierra Nevada planea contratar a agencias espaciales para transportar hasta siete astronautas y carga entre la Estación Espacial Internacional (ISS) y la Tierra [fuente:Chang]. En agosto de 2012, el proyecto recibió $ 212,5 millones del programa de capacidad integrada de tripulación comercial de la NASA (CCiCap) para continuar con el desarrollo [fuente:Sierra Nevada].
Los aviones espaciales podrían necesitar a esos pasajeros comerciales si no pueden ponerse al día con la competencia por las entregas espaciales. Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) entregó carga a la ISS en octubre de 2012 utilizando un enfoque más tradicional de cohetes y cápsulas. Orbital Sciences Corp., que estaba desarrollando un avión espacial hasta que el proyecto perdió la financiación de la NASA, ha adoptado una versión no reutilizable de este método para sus ciclos de suministro de ISS planificados [fuente:Orbital].
Supersónico, Los vuelos suborbitales hipersónicos o de alto salto podrían ser la ola del futuro, pero solo el tiempo dirá si despegarán o cuándo despegarán.
El más rápido y el más altoToda esta charla sobre la velocidad del aire y la altitud que roza el espacio puede hacer que te preguntes qué tan alto o qué tan rápido ya hemos ido.
En noviembre de 2012, el avión cohete X-15 tiene el récord de velocidad no oficial del mundo, 4, 520 mph (7, 274 kilómetros por hora, un Mach 6.7 hipersónico), y récord de altitud no oficial, 354, 200 pies (107, 960 metros) [fuentes:Darling; Fletcher; NASA]. El X-15 era el nieto experimental del X-1 de Chuck Yeager, que rompió por primera vez la barrera del sonido a Mach 1.06 (702 mph, o 1, 130 km / h), y es antepasado del transbordador espacial y los aviones espaciales modernos [fuente:Darling].
En cuanto a respirar aire, aviones propulsados, Eldon W. Joersz estableció el récord de velocidad, 2, 193,17 mph (3, 529,56 km / h), en un Lockheed SR-71 Blackbird el 28 de julio, 1976 [fuente:FAI]. El 31 de agosto 1977, El piloto soviético Alexandr Fedotov estableció el récord de altitud, subiendo a 123, 524 pies (37, 650 metros) en su MiG E-266M [fuente:FAI].
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Cartas sobre la mesa:no puedo imaginar un avión hipersónico que pueda transportar suficientes pasajeros para hacer un modelo de negocio que valga la pena; tampoco puedo concebir uno que no asuste a sus pasajeros cada vez que lo suban. Todavía, de alguna manera, la idea de los saltos suborbitales, en particular lanzados desde la nave nodriza de un avión, no me desconcierta.
Tal vez solo pienso en volar al espacio aunque sea por unos minutos, Valdría la pena el riesgo. Es una pena que Virgin Galactic no incluya una clase turista y probablemente nunca lo hará; para esa vista, Viajaría en un portaequipajes.
Espero estar equivocado pero no puedo ver el turismo espacial o los "viajes diarios al espacio" como algo más que un patio de recreo para los ricos, si eso. La tragedia de esto es incluso si despegan del suelo, los rostros de sus pasajeros probablemente permanecerán enterrados en sus BlackBerry durante todo el vuelo.
Lo que trae a colación otro punto:en ningún momento de la historia hemos tenido menos necesidad de viajar y más necesidad de conservar recursos. Vivimos en una era de teletrabajo, teleconferencias y reuniones virtuales, donde "cara a cara" está a un clic de distancia. El nuestro también es un momento de cambios ambientales inminentes y precios de combustible vertiginosos. Sabiamente los diseñadores de aviones como el Zehst se han centrado en tecnologías y combustibles más ecológicos, pero quizás ese dinero podría gastarse mejor en otra parte.
