Konstnärs återgivning av HTV-2. Se fler flygbilder. Bild med tillstånd av DARPA Vissa flygningar passerar så snabbt att skötare knappt hinner bryta ut dryckesvagnen. Andra drar ut tillräckligt länge för att äta middag, några filmer och en hel natts sömn. Tänk om du kunde få det bästa av båda, jaunting från New York till Tokyo i, säga, 90 minuter? Skulle du riskera all jetlags mor om du kunde korsa landet på kortare tid än det tar att passera genom flygplatsens säkerhet?
Sådana var våra frågor när vi läste om den andra testflygningen av Falcon Hypersonic Technology Vehicle (HTV-2), ett US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) flygplan som lovar flyghastigheter på eller snabbare än Mach 20, eller 20 gånger ljudets hastighet.
Lockheed Martin HTV-2 var inte ett passagerarplan eller ens ett stridsflygplan, utan snarare en obemannad, raketlanserad testbädd för hypersonisk teknik. Med de uppgifter som den lämnade, Pentagon planerar att utveckla Prompt Global Strike -fordon - plan som kan nå mål över hela världen med liten eller ingen varning - helst, på 60 minuter eller mindre. Tänk på dem som obemannade, raketplanets ekvivalenter av kryssningsmissiler, eller som mycket våldsamma Domino's pizzaförare (inga återbetalningar för leveranser som tar längre tid än 30 minuter) [källor:DARPA; Weinberger].
Tyvärr, DARPA:s HTV-2 andra test, som den första, började med förlust av kontakt och slutade med ett självförstörande dike i Stilla havet [källor:AFP; Pappalardo]. I ett klassiskt fall av goda nyheter, dåliga nyheter, DARPA förbättrade den aerodynamiska stabiliteten under det första testet bara för att se oväntad buffering slita stora delar av huden från båten i den andra [källor:DARPA; Ferran].
Var lämnar det den framtida pendlaren, vem är mer intresserad av att ta möten än att utföra missiler? Det är svårt att säga. Från och med november 2012, en handfull kandidater har ställt upp för att fylla Concordes långa tomma marknadsutrymme, från jättar som Boeing och European Aeronautic Defense and Space Company N.V. (EADS), moderbolaget Airbus, till nya användare som XCOR och HyperMach. Under tiden, Virgin Galactic och Sierra Nevada rymdsystem behåller sitt fokus på att utveckla suborbitala rymdplan.
Än, trots vad deras marknadsföringsfläckar kan kalla dem, de flesta av dessa fordon är supersoniska, inte hypersonisk, och av goda skäl. Korsar straffströskeln för Mach 5, den traditionella avgränsningen mellan överljud och överljud, betyder att strida mot atmosfärisk fysik som blivit galen.
Innehåll
Denna konstnärs skildring visar NASA:s X-43A Hyper-X forskningsfordon under scramjet-kraft under flygning. Scramjet -tekniken är en av de specialiserade anpassningarna som anses vara nyckeln till hypersonisk flygning. NASA via Getty Images Det andra testet av den nu nedlagda HTV-2 vittnar om de oförlåtande verkligheterna med hypersonisk flykt [källa:Pappalardo]. Även Concorde, som toppade en supersonisk 1, 350 mph (2, 172 km / h), stängdes av efter 27 år på grund av säkerhetsproblem och kostnadsproblem [källa:Novak].
Fysiken är en hård arbetsmästare. När ett plan far fram mot ljudspärren, luft slutar "komma ur vägen" och komprimeras till en vägg som ett plan måste slå igenom. Drag, lyft och förbränning blir direkt ekorr vid sådana hastigheter, och några supersoniska anpassningar, såsom deltavingar och ramjets - enkla jetmotorer som komprimerar luft tack vare fartygets framåtgående momentum- sträcker sig från ineffektiva till ineffektiva vid lägre hastigheter [källor:Darling; NASA].
Hypersoniska plan innebär ännu mer specialiserade lösningar, såsom värmeavgivande ablativ rustning och supersonisk förbränningsramjets , eller scramjets , för framdrivning [källor:älskling; NASA]. Vid jämna "låga" hypersoniska hastigheter (Mach 5-10), luftmolekyler joniseras till elektrifierad och kemiskt reaktiv plasma, producerar exoterma (värmeavgivande) reaktioner som bidrar till redan monströs friktionsvärme [källor:Fletcher; NASA].
Att ta sig från New York till Los Angeles på 12 minuter skulle kräva att flyga 22 gånger snabbare än en kommersiell jetfartyg. Vid sådana hastigheter, luft flyter inte runt dig - du sliter igenom den, generera strafftryck och stålsmältning 3, 500 F (1, 900 C) yttemperaturer. Supersoniska plan har skarpa linjer för att skära genom luften, men hypersoniska flygplan måste anta en trubbigare form för att bättre kasta värme, inte till skillnad från en Apollo -kommandokapsel. Flikar kämpar för att övervinna fordonets tröghet, och manövrering kräver exakta sensorer och nästan omedelbart svar [källor:DARPA; Fletcher; NASA].
Att lägga tillbaka människor i mixen spärrar upp svårigheten med en storleksordning. Det är svårt att föreställa sig ett passagerar-jet-flygplan som är kompatibelt med aerodynamiken för hypersonisk flygning. Dessutom, alla plan som kan övervinna denna fråga skulle behöva krossa, inte sprint, för att få fart, så att dess passagerare inte klagar på att bli plattade som så många pannkakor under start, landningar och svängar.
En människokropp tål en kraftbelastning på 2-3 G (två till tre gånger jordens gravitation) ett bra tag, särskilt framåt, men förvänta dig inte att en högbetalande kund tål obehag av även 1 G i mer än några minuter. Än, sådana accelerationer kan vara oundvikliga:Att flyga i hypersonisk hastighet, plan kan förlita sig på specialiseringar som gör dem otrevliga grisar med lägre hastigheter; Således, de kan kräva raketförstärkare-och G-krafterna de medför-för att nå flyghöjd och hastighet [källor:NASA; Zuidema et al.].
Kraven på ett sant hypersoniskt plan, än mindre en Mach 20, kanske inte spelar bra med komfort- och säkerhetskraven för en passagerarstråle. Än, om du tror hype, hypersoniska fordon kommer snart att styra den militära och civila himlen.
Av denna världSpaceflight har en speciell relation till hypersonisk flygning. Några av de snabbaste flygningarna i historien var Apollo -kommandokapslarna, som flög på 53 miles (53 kilometer) höjd och 24, 600 mph (39, 600 km / h) hastighet, eller Mach 32,5, under återinträde [källor:Fletcher].
Rymdfarkoster som kommer in i atmosfären på andra planeter har uppnått ännu snabbare hastigheter. Galileo -sonden gick in i Jupiters atmosfär den 21 september, 2003, vid 134, 200 mph (216, 000 km / h) på en höjd av 620 miles (1, 000 kilometer). Även om Galileos inträdeshastighet långt översteg Apollos, det motsvarar bara Mach 28. Varför? Ljudets hastighet avser kompressibilitet och flöde av en vätska, som är en funktion av dess temperatur, tryck och sammansättning - i detta fall, en väte-heliumatmosfär vid en temperatur av cirka 800 K (980 F, eller 527 C) [källor:Fletcher].
Läs mer
Hypersoniska passagerarflygplan-och en timmes flygningar från New York till London-har spottats i cirka 60 år. Frågan är inte om några militära eller privata flygplan kommer att uppnå detta mål, men när - eller om - Joe och Jane Carryon kommer att pendla på en.
I sitt tal om tillståndet i unionen 1986, USA:s president Ronald Reagan efterlyste utvecklingen av ett Orient Express, '' ett plan som kan jet från New York till Tokyo på två till tre timmar. Den planerade Rockwell X-30, ett enstegs-till-omloppsbana (SSTO) passagerarutrymme, kiboshed innan vi nådde prototypstadiet [källa:Sanger].
Supersonisk flygning kan komma tillbaka, men förmodligen inte snart. Under 2012, en utmanare under utveckling är Zero Emission Hypersonic Transportation (Zehst) -systemet, det tång-biobränsle-drivna hjärnskottet till ett samarbete mellan EADS och Japan, som planerar att rulla ut båten runt 2040 eller 2050 [källor:Jones; Vägg]. Zehst kommer att resa med dubbel Concordes hastighet och höjd, till ett biljettpris på cirka 6 €, 000 ($ 8, 500) [källa:Lichfield].
Om det lyckas, Zehst kommer att transportera 50-100 personer mellan Paris och Tokyo på 2,5 timmar (jämfört med nuvarande 11) med hjälp av tre framdrivningssystem. Två turbofan kommer att driva planet på en brant stigning till runt Mach 0,8, varefter två raketförstärkare tar över, accelerera fordonet till Mach 2.5 - tillräckligt snabbt för ramjets att sparka in och öka planet till runt Mach 4. Närmar sig sin destination, planet skulle glida in, med sina turbofanar som sparkar igång igen, och landa under makten [källa:Wall].
Airbus huvudkonkurrent, Boeing, övergav sin supersoniska Sonic Cruiser för att utveckla den subsoniska 787 Dreamliner, men du kan aldrig räkna ut företaget helt - särskilt med tanke på dess militära kontrakt, som håller den stadigt i höghastighetsflygplanet. Trots sin tvivelaktiga testrekord, tekniken bakom Boeings X-51A WaveRider-som flyger på sin egen chockvåg och har brutit Mach 5 flera gånger-kan utgöra grunden för eventuella rymden eller kommersiella tillämpningar [källor:Bartkewicz; Boeing].
Under tiden, Det europeiska flygföretaget HyperMach har meddelat SonicStar, ett plan utan sonik-bom som är utformat för att flyga dubbelt så snabbt som Concorde. Enligt HyperMach, SonicStar kryssar på Mach 3.6 på 60 höjd, 000 fot (18, 300 meter) och transporterar 10-20 passagerare mellan New York och Dubai på två timmar, 20 minuter. Företaget tror att det kan få planet att flyga i juni 2021 [källa:Jones].
Med ett suborbital tillvägagångssätt, Kalifornienbaserade flygföretag XCOR arbetar med Lynx, ett kommersiellt flygplan med två sittplatser avsett för hög höjd, överljudsflyg. Om det lyckas, Lynx kommer att kryssa vid mer än 2, 500 mph (4, 000 km / h) till en höjd av 100 kilometer, sjunka sedan, minimera besvärande atmosfäriskt drag, friktion och turbulens [källa:Waldron].
Med alla saker i åtanke, att byta den hypersoniska drömmen mot hyperbolisk flykt kan vara praktiskt meningsfullt.
"Concordski"Även om Concorde styr överljudet i människors minnen, den sovjetbyggda Tupolev Tu-144 slog ut det som det första supersoniska transportflygplanet som någonsin kom in i kommersiell tjänst. Concorde överträffade sin sovjetiska konkurrent långt, dock:1978, Tu-144 avbröt servicen efter 102 passagerarflyg, dödades av planets brist på räckvidd och många tekniska fel. NASA och Ryssland använde senare en modifierad Tu-144 som ett flyglaboratorium för att studera överljudsflyg [källa:NASA].
The Dream Chaser under utveckling i februari 2011 Bill Ingalls/NASA via Getty Images Problemet med snabbflygning är att störningar bara kan sprida sig så snabbt genom en vätska, inklusive luft. Närma dig eller överskrida den hastigheten, och det är skillnaden mellan att glida genom en vattenpöl och att magen floppar från högdykningen. Istället för att utkämpa en så brutal kamp, vissa väljer att undvika atmosfären helt och göra rymdskummande suborbital humle.
Rymdplan-helt återanvändbara rymdfarkoster som flyger i rymden eller atmosfären-och kommersiella hoppare på hög höjd har återuppstått med tillväxten av den kommersiella rymdfärdindustrin. Helst, sådana fartyg kan lyfta och landa från landningsbanor men, åtminstone nu, de förblir pipdrömmar. Lika subsoniskt, supersonisk och hypersonisk design fungerar bäst i sina egna flygregimer, atmosfäriska framdrivnings- och styrsystem avviker från de som fungerar bra i rymden. Med detta i åtanke, de flesta mönster är beroende av en tvåstegsplan, bärs upp av ett "moderfartyg" flygplan eller raket innan de sparkar in deras flygsystem ombord.
Till exempel, Richard Bransons företag, Virgin Galactic, planerar att transportera passagerare till rymdkanten (cirka 62 mil, eller 100 kilometer) på SpaceShipTwo, en 18 meter lång, sex personers raketflygplan slängde under flygplanet VirginMothership Eve. När dubbelkroppsbäraren når 50, 000 fot (15, 240 meter), SpaceShipTwo kommer att separera, flyga och glida jorden efter att först ha saktat ner återinträdet via en speciell "fjädrande" dragteknik [källa:Chang]. Bransons företag har också ingått ett samarbetsavtal med Sierra Nevada Space Systems, möjligen att fungera som återförsäljare för bokning av rymdflygningar ombord på det planerade passagerarfartyget, Dream Chaser [källa:Chang].
Dream Chaser är en återanvändbar mini-shuttle baserad på Bor-4, Sovjetunionens nedlagda rymdfärjedesign. Den kommer att starta via en Atlas V -raket och landa som ett flygplan. Sierra Nevada planerar att ingå kontrakt med rymdorganisationer för att färja upp till sju astronauter och last mellan International Space Station (ISS) och jorden [källa:Chang]. I augusti 2012, projektet fick 212,5 miljoner dollar från NASA:s Commercial Crew Integrated Capability (CCiCap) -program för att fortsätta utvecklingen [källa:Sierra Nevada].
Rymdflygplan kan behöva de kommersiella passagerarna om de inte kan hinna med konkurrensen om rymdleveranser. Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) levererade last till ISS i oktober 2012 med en mer traditionell raket-och-kapselmetod. Orbital Sciences Corp., som utvecklade ett rymdplan tills projektet förlorade NASA -finansiering, har antagit en icke-återanvändbar version av denna metod för sina planerade ISS-försörjningskörningar [källa:Orbital].
Överljuds, hypersoniska eller höghoppande suborbitalflygningar kan vara framtidens våg, men bara tiden får utvisa om - eller när - de kommer från marken.
Den snabbaste och den högstaAllt det här snacket om rivningshastighet och rymdborstningshöjd kan låta dig undra hur högt eller hur snabbt vi redan har gått.
Från och med november 2012, raketplanet X-15 har världens inofficiella hastighetsrekord, 4, 520 mph (7, 274 km / h, en hypersonisk Mach 6.7), och inofficiell höjdrekord, 354, 200 fot (107, 960 meter) [källor:Älskling; Fletcher; NASA]. X-15 var det experimentella barnbarnet till Chuck Yeagers X-1, som först bröt ljudspärren vid Mach 1,06 (702 mph, eller 1, 130 km / h), och är förfader till rymdfärjan och moderna rymdplan [källa:Darling].
När det gäller luftandning, drivna flygplan, Eldon W. Joersz satte fartrekordet, 2, 193,17 mph (3, 529,56 km / h), i en Lockheed SR-71 Blackbird den 28 juli, 1976 [källa:FAI]. Den 31 augusti, 1977, Sovjetpiloten Alexandr Fedotov satte höjdrekordet, klättrar till 123, 524 fot (37, 650 meter) i sin MiG E-266M [källa:FAI].
Läs mer
Kort på bordet:Jag kan inte föreställa mig ett hypersoniskt flygplan som kan bära tillräckligt med passagerare för att göra en värdefull affärsmodell; inte heller kan jag tänka mig en som inte skulle skrämma dagsljusen från sina passagerare varje gång de flög på den. Än, på något sätt föreställer mig inte tanken på suborbital humle - speciellt sjösatt från ett moderfartyg från ett flygplan.
Kanske tänker jag bara flyga ut i rymden, även i några minuter, skulle vara värt risken. Det är synd att Virgin Galactic inte inkluderar en tränarklass och kommer förmodligen aldrig att göra det; för den synen, Jag skulle åka i ett bagagehåll.
Jag hoppas att jag har fel, men jag kan bara inte se rymdturism eller "rymdpendlar" som allt annat än en lekplats för de rika, om det. Tragedin i det är, även om de kommer från marken, deras passagerares ansikten förmodligen förblir begravda i sina BlackBerry under hela flyget.
Vilket tar upp en annan punkt:Vi har inte vid något tillfälle i historien haft mindre behov av resor och mer behov av att spara resurser. Vi lever i en tid av distansarbete, telekonferenser och virtuella möten, där "face time" är ett klick bort. Vår är också en tid med hotande miljöförändringar och stigande bränslepriser. Klokt, designers av plan som Zehst har fokuserat på grönare teknik och bränslen, men kanske de pengarna kan användas bättre någon annanstans.
