NASA:s aeronautiska innovatörer är redo att ta saker överljud, men med en tyst twist.

För första gången på decennier, NASA aeronautics går framåt med konstruktionen av ett piloterat X-plan, designad från grunden för att flyga snabbare än ljud med det senaste inom tysta överljudsteknologier.

Det nya X-planets uppdrag:tillhandahålla avgörande data som kan möjliggöra kommersiella överljudsflygresor över land.

För detta ändamål, NASA tilldelade den 2 april ett kontrakt på 247,5 miljoner dollar till Lockheed Martin Aeronautics Company i Palmdale, Kalifornien, att bygga X-planet och leverera det till byråns Armstrong Flight Research Center i Kalifornien i slutet av 2021.

"Det är superspännande att vara tillbaka och designa och flyga X-plan i denna skala, sa Jaiwon Shin, NASA:s biträdande administratör för flygteknik. "Vår långa tradition av att lösa de tekniska hindren för överljudsflyg till förmån för alla fortsätter."

Nyckeln till framgång för detta uppdrag – känd som Low-Boom Flight Demonstrator – kommer att vara att demonstrera förmågan att flyga överljud, ändå generera ljudbommar så tysta, människor på marken kommer knappt att märka dem, om de hör dem alls.

Gällande regler, som är baserade på flygplanets hastighet, förbjuda överljudsflyg över land. Med lågboomsflyg, NASA avser att samla in data om hur effektiv den tysta överljudstekniken är när det gäller allmänhetens acceptans genom att flyga över en handfull amerikanska städer, som ännu inte har valts ut.

Den kompletta uppsättningen av gemenskapsresponsdata är avsedd att levereras 2025 till Federal Aviation Administration (FAA) och International Civil Aviation Organization (ICAO) från vilka de kan utveckla och anta nya regler baserade på upplevda ljudnivåer för att tillåta kommersiell överljudsflygning över landa.

År av sonic boom forskning, som började med att X-1 först bröt ljudbarriären 1947 – när NASA var National Advisory Committee for Aeronautics – banade väg för Low-Boom Flight Demonstration X-planets nästan tysta behandling av överljudsflyg.

Svaret på hur X-planets design gör en tyst ljudbom är hur dess unikt formade skrov genererar supersoniska stötvågor. Stötvågor från en konventionell flygplansdesign smälter samman när de expanderar bort från flygplanets nos och svans, vilket resulterar i två distinkta och åskande ljudbommar.

Men designens form skickar de där stötvågorna bort från flygplanet på ett sätt som hindrar dem från att mötas i två höga bommar. Istället, de mycket svagare stötvågorna når marken fortfarande åtskilda, som kommer att höras som en snabb serie av mjuka dunsar – igen, om någon som står utanför lägger märke till dem överhuvudtaget.

Det är en idé som först teoretiserades under 1960-talet och testades av NASA och andra under åren sedan, inklusive flygning från 2003-2004 ett F-5E Tiger stridsflygplan modifierat med en unikt formad nos, vilket bevisade att den boom-reducerande teorin var sund.

NASA:s förtroende för Low-Boom Flight Demonstration-designen stöds av dess nyare forskning som använder resultat från det senaste inom vindtunneltestning, och avancerade datorsimuleringsverktyg, och faktiska flygtest.

Nyligen genomförda studier har undersökt metoder för att förbättra den aerodynamiska effektiviteten hos överljudsflygplansvingar, och försökte bättre förstå ljudboomens utbredning genom atmosfären.

Till och med en 150 år gammal fotografisk teknik har hjälpt till att låsa upp de moderna mysterierna med överljuds chockvågsbeteende under de senaste åren.

"Vi har nått denna viktiga milstolpe bara på grund av det arbete som NASA har lett med sina många partners från andra statliga myndigheter, flygindustrin och framåttänkande akademiska institutioner överallt, sa Peter Coen, NASA:s Commercial Supersonic Technology-projektledare.

Så nu är det dags att skära i metall och börja bygga.

X-planets konfiguration kommer att baseras på en preliminär design utvecklad av Lockheed Martin under ett kontrakt som tilldelades 2016. Det föreslagna flygplanet kommer att vara 94 fot långt med ett vingspann på 29,5 fot och ha en fulltankad startvikt på 32, 300 pund.

Designforskningshastigheten för X-planet på en marschhöjd av 55, 000 fot är Mach 1,42, eller 940 mph. Topphastigheten blir Mach 1,5, eller 990 mph. Jetplanet kommer att drivas av en enda General Electric F414-motor, kraftverket som används av F/A-18E/F fighters.

En enda pilot kommer att vara i cockpit, som kommer att baseras på designen av det bakre cockpitsätet på T-38 träningsjet som har använts i åratal av NASA:s astronauter för att förbli skicklig i högpresterande flygplan.

Jim Less är en av de två primära NASA-piloterna på Armstrong som kommer att flyga X-planet efter att Lockheed Martins piloter har genomfört inledande testflygningar för att se till att designen är säker att flyga.

"Ett överljudsbemannat X-plan!" Mindre sagt, redan ivriga att lägga vantarna på kontrollerna. "Det här kommer förmodligen att bli en chans för mig en gång i livet. Vi är alla ganska exalterade."

Less är den ställföreträdande chefpiloten för Low-Boom Flight Demonstration. Han och hans chef, chefspilot Nils Larson, har redan gett lite input till saker som cockpitdesign och utvecklingen av simulatorerna de kommer att använda för flygträning medan flygplanet är under konstruktion.

"Det är ganska sällsynt i en testpilots karriär att han kan vara involverad i allt från designfasen till flygfasen, och egentligen hela programmets liv, "Mindre sagt.

Programmet är uppdelat i tre faser och det preliminära schemat ser ut så här:

• 2019 – NASA genomför en kritisk designgranskning av lågbommens X-planskonfiguration, som, om det lyckas, gör att den slutliga konstruktionen och monteringen kan slutföras.
• 2021 – Konstruktionen av flygplanet vid Lockheed Martins Skunk Works-anläggning i Palmdale är klar, att följas av en serie testflygningar för att visa att flygplanet är säkert att flyga och uppfyller alla NASA:s prestationskrav. Flygplanet levereras sedan officiellt till NASA, slutföra fas ett.
• 2022 – Fas två kommer att se NASA flyga X-planet i överljudstestområdet över Edwards för att bevisa att den tysta överljudstekniken fungerar som den är designad, dess prestanda är robust, och det är säkert för operationer i det nationella luftrumssystemet.
• 2022 till 2025 – Fas tre börjar med de första testflygningarna för samhällsrespons, som kommer att iscensättas från Armstrong. Ytterligare samhällsresponsaktiviteter kommer att äga rum i fyra till sex städer runt om i USA.

Alla NASA:s flygforskningscenter spelar en roll i Low-Boom Flight Demonstration-uppdraget, som inkluderar konstruktion av demonstratorn och samhällets överflygningskampanj. För själva lågbomsflygdemonstratorn, dessa är deras roller:

• Ames Research Center, Kalifornien – konfigurationsbedömning och systemutveckling.
• Armstrong Flight Research Center, Kalifornien – luftvärdighet, systemteknik, säkerhet och uppdragsgaranti, flyg-/markverksamhet, flygsystem, projektledning, och testning av samhällets svar.
• Glenn Research Center, Cleveland – konfigurationsbedömning och framdrivningsprestanda.
• Langley Research Center, Virginia – systemteknik, konfigurationsbedömning och forskningsdata, flygsystem, projektledning, och testning av samhällets svar.

"Det finns så många människor på NASA som har gjort sitt allra bästa för att få oss till denna punkt, " sade Shin. "Tack vare deras arbete hittills och det arbete som kommer, vi kommer att kunna använda detta X-plan för att generera vetenskapligt insamlade svarsdata från samhället som är avgörande för att ändra de nuvarande reglerna till att förändra flyget!"