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Aug 01, 2023

¿Alguna vez volaremos supersónicamente sobre la tierra?

Por Matthew Hutson En 1947, Chuck Yeager, el piloto de pruebas de la Fuerza Aérea, se convirtió en el

Por Matthew Hutson

En 1947, Chuck Yeager, el piloto de pruebas de la Fuerza Aérea, se convirtió en la primera persona en romper la barrera del sonido. Lo hizo en un pequeño avión de color naranja llamado Bell X-1, esencialmente, una cabina y dos alas conectadas a un motor de cohete. Como todos los voladores supersónicos, Yeager arrastraba un estampido sónico detrás de él. El principio detrás del boom es simple: el sonido viaja a través del aire en forma de ondas de compresión, llamadas así porque ocurren cuando el aire se vuelve más y más denso; cuando vuela un avión, las ondas se expanden en todas direcciones a la velocidad del sonido. Pero cuando el propio avión supera esa velocidad, alrededor de setecientas setenta millas por hora al nivel del mar, o alrededor de seiscientas sesenta a altitud de crucero, alcanza las olas que se expanden frente a él. Comienzan a acumularse, y esta ola única fusionada llega al suelo de una sola vez, creando un boom. Sigue una zona de baja presión, el valle de la ola, y luego regresa la presión de aire normal, creando su propio sonido. (A menudo, los estampidos sónicos hacen boom-boom.) No es coincidencia que los estampidos sónicos suenen como un trueno; el trueno es un estampido sónico, causado por ondas de choque que se expanden alrededor de relámpagos. Las balas viajan lo suficientemente rápido como para causar explosiones sónicas, al igual que las colas de los látigos. Al contrario de lo que puedas imaginar, un avión provoca un estampido sónico no solo una vez, cuando rompe la barrera del sonido, sino continuamente durante todo el tiempo que es supersónico. El estallido barre todo lo que está debajo, una especie de escoba sónica que tiene aproximadamente una milla de ancho por cada mil pies de altitud del avión.

Los planes para el avión que se convertiría en el Concorde, el primer "transporte supersónico" comercial o SST, comenzaron en los años cincuenta. La NASA comenzó a trabajar en el transporte supersónico desde su fundación, en 1958, y finalmente se decidió por un diseño de Boeing. Pero estas iniciativas comenzaron antes de que se entendieran completamente los estampidos sónicos. En un resumen técnico escrito en 1960, los científicos de la NASA advirtieron que las "presiones de ruido de las ondas de choque" podrían ser "de suficiente intensidad para dañar partes de las estructuras de los edificios como las ventanas, además de causar molestias". Sin embargo, tomaría un tiempo medir el alcance total de esa molestia. Durante diez meses en 1961 y 1962, la Fuerza Aérea y la Administración Federal de Aviación (FAA) llevaron a cabo la Operación Bongo, volando bombarderos B-58 sobre St. Louis y preguntando a los ciudadanos sobre los ciento cincuenta o más booms creados por los aviones; los autores solo concluyeron que, después de repetidos auges, "se puede esperar alguna reacción". ("El estampido sónico es un problema de relaciones públicas de máxima prioridad", dijo un mayor de la Fuerza Aérea a The New Yorker, en 1962). Una imagen más clara surgió en 1964, cuando la Operación Bongo II creó más de mil estampidos sónicos sobre la ciudad de Oklahoma. La gente se quejaba de interrupciones en el sueño, las conversaciones y la tranquilidad, y de grietas ocasionales en el yeso o el vidrio. Al final, aproximadamente uno de cada cuatro dijo que no podía aprender a vivir con el ruido. Estos estudios, junto con decenas de miles de reclamos contra la Fuerza Aérea por daños a la propiedad (supuestamente, los caballos y los pavos habían muerto o se habían vuelto locos), llevaron a la FAA a prohibir los vuelos supersónicos terrestres civiles en 1973.

Hay muchas razones por las que el Concorde, que voló por primera vez en 1969, dejó de volar en 2003. Entre ellas está el hecho de que el servicio solo podía alcanzar velocidades supersónicas sobre el océano. Este mes, United Airlines anunció planes para comprar aviones de Boom Supersonic, una startup de Denver que tiene como objetivo producir una nueva generación de aviones de pasajeros supersónicos. Pero el avión de Boom, el Overture, seguirá explotando y, por lo tanto, seguirá siendo una bestia en el extranjero, al menos a toda velocidad. El viaje supersónico por tierra—JFK a SFO en tres horas, más o menos—depende de la invención de un boom más silencioso.

Solo en los últimos veinte años, con modelos informáticos mejorados de aerodinámica, se ha hecho posible una especie de golpe sónico. "La teoría básica para dar forma al estampido sónico realmente existió durante el desarrollo del Concorde, allá por los años sesenta", me dijo Michael Buonanno, líder de vehículos aéreos en Lockheed Martin. Desafortunadamente, continuó, "las computadoras no eran lo suficientemente poderosas en ese momento para ejecutar las simulaciones avanzadas necesarias para marcar realmente" la forma ideal. En 2003 y 2004, usando mejores simulaciones, la NASA voló el Demostrador de Estampido Sónico en Forma, un Northrop Grumman F-5 con una cirugía de nariz; Los investigadores ahorraron dinero injertando una parte removible en la parte inferior de un jet preexistente, llamando al avión resultante Pelican, debido a su perfil bulboso. En 2006 y 2007, la NASA persiguió una idea similar en asociación con Gulfstream, colocando un McDonnell Douglas F-15 con un "Quiet Spike", que sobresalía unos ocho metros de su morro.

En ambos casos, la idea era redondear el pico de la ola de compresión líder, convirtiendo un tsunami de bordes afilados en un oleaje más gradual. Los planos, con sus formas distintivas, en realidad causan muchas ondículas distintas; a medida que las ondas se acercan al suelo, se unen en las ondas de proa y cola que provocan los estallidos. Si puede modificar la forma del avión para que las ondas no se combinen, extendiéndolas, por ejemplo, por medio de una nariz extra larga, entonces los estampidos sónicos serán de menor intensidad. En este sentido, Pelican y Quiet Spike fueron éxitos modestos; sus auges no eran tan estruendosos. En 2015, JAXA, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, confirmó el hallazgo básico con un proyecto a menor escala, llamado D-SEND. La agencia dejó caer un elegante planeador sin motor de ocho metros desde un globo diecinueve millas sobre Suecia. Alcanzó Mach 1,39, es decir, 1,39 veces la velocidad del sonido, y produjo una onda relativamente aplanada.

El proyecto actual de la NASA, el X-59 QueSST (para Quiet SuperSonic Technology), tiene como objetivo explorar la tecnología de bajo boom y estudiar la respuesta de la comunidad a los booms amortiguados. "El avión es esencialmente solo un boom o, en este caso, un generador de golpes", dijo David Richwine, subdirector de proyectos de tecnología de QueSST de la NASA. Los acústicos tienen muchas medidas de volumen; La NASA está utilizando el nivel de decibelios percibidos, o PLdB. El boom del Concorde fue de alrededor de ciento tres PLdB, aproximadamente el volumen de un trueno cercano, o la puerta de un automóvil que se cierra de golpe mientras está dentro del automóvil; setenta y cinco PLdBs, el objetivo de la NASA para QueSST, es aproximadamente una octava parte del volumen: el equivalente a un trueno distante o la puerta de un automóvil que se cierra de golpe a seis metros de distancia. (Al igual que los decibeles o los terremotos, los PLdB se miden en una escala logarítmica). Lockheed Martin está construyendo actualmente el avión, que volará sobre ciudades estadounidenses en 2024. (Buonanno es el ingeniero jefe de la empresa en el proyecto).

Con su morro puntiagudo y alas delta, el X-59 de un asiento se parece a un mini-Concorde en algunos aspectos y difiere en otros. Tendrá cien pies de largo, con una envergadura de diez, un motor centrado en la cola y más superficies de las que parecen necesarias: estabilizadores horizontales tanto en la parte inferior como en la parte superior de la cola, y también en la nariz. "Todos esos se usan para ajustar esos choques", dijo David Richardson, director del programa del X-59 en Lockheed Martin. El equipo espera estirar el frente de la onda expansiva de un solo milisegundo a veinte o treinta. ("He estado en Skunk Works durante unos treinta años, haciendo muchos programas diferentes", agregó Richardson. "Este es mi primer programa no clasificado, por lo que es realmente bueno poder hablar de él no solo con el mundo sino a mi familia").

En última instancia, al ejecutar una especie de Operación Bongo III, el equipo X-59 espera persuadir a la FAA para que revise su prohibición de 1973 sobre el transporte supersónico; la agencia podría acordar, en cambio, emitir estándares de certificación para SST comercial. El avión contiene otra tecnología que podría traducirse en un diseño comercial. Una característica prometedora es el sistema de visión eXternal, o XVS. El X-59 es demasiado puntiagudo para un dosel de cabina, por lo que el equipo lo ha equipado con cámaras y monitores de alta definición; los pilotos observarán pantallas que les permitirán mirar "a través" del avión, en una especie de realidad aumentada. Los diseñadores del Concorde, que era igualmente puntiagudo, permitieron que sus pilotos vieran la pista por medio de un elaborado mecanismo que doblaba físicamente el morro del avión hacia abajo antes de aterrizar, lo que agregaba un gran peso y gasto a un avión que ya estaba por encima del presupuesto. Lockheed Martin probablemente no haría una versión comercial del avión, pero podría asociarse con otras empresas; la compañía predice que una versión para pasajeros del X-59 tendría doscientos treinta pies de largo, aproximadamente la longitud de un Boeing 777, y transportaría alrededor de cincuenta personas.

Algunas empresas ya están buscando aviones de pasajeros supersónicos de bajo brazo. Gulfstream ha obtenido patentes en el área, y una compañía llamada Spike Aerospace dice que está usando "Tecnología de Vuelo Supersónico Silencioso" para desarrollar un avión comercial de dieciocho pasajeros con un estampido sónico de setenta y cinco PLdBs. (Ninguna de las empresas respondió a las consultas).

Exosonic, una empresa nueva de California, está realizando pruebas en un túnel de viento a escala de lo que sería un avión supersónico de setenta asientos. Su enfoque es similar al de la NASA: "Lo que hacemos es cambiar la forma de la onda del estampido sónico a algo que sea mucho menos audible", me dijo John Morgenstern, jefe de aerodinámica y estampido de Exosonic. (Uno de los colegas de Morgenstern describió el objetivo de Exosonic como un "soplo" sónico). En septiembre pasado, la compañía recibió un contrato militar de un millón de dólares para explorar la posibilidad de usar el avión como un Air Force One. Morgenstern se unió a Exosonic en abril, después de trabajar en Lockheed Martin como diseñador del X-59; en su nuevo rol, tiene diferentes variables para equilibrar. El avión debe ser algo más que un simple generador de golpes: su diseño debe optimizar la intensidad de la pluma, la seguridad de los pasajeros, el ruido del motor al despegar y aterrizar y la eficiencia del combustible. (El Consejo Internacional de Transporte Limpio ha estimado que los aviones supersónicos quemarán de tres a nueve veces más combustible por pasajero que los regulares, una buena razón, como escribió Bill McKibben, a principios de este mes, para probar Zoom, no Boom). El avión de Exosonic volará a Mach 1,8, que es una velocidad ideal para los SST: los aviones más lentos reducen los tiempos de vuelo de manera insuficiente, mientras que los más rápidos requieren motores más ruidosos. Le pregunté a Morgenstern si era arriesgado invertir en un avión comercial de pluma baja mientras los vuelos supersónicos terrestres aún estaban prohibidos. “Diría que es menos riesgoso que salir con un avión que no tiene esa tecnología”, dijo. Esbozó un escenario en el que las regulaciones cambian alrededor de 2028 y Exosonic comienza los vuelos de prueba cuatro o cinco años después.

En 2016, el Mercatus Center, un grupo de expertos libertarios de la Universidad George Mason, publicó "Make America Boom Again", un libro blanco que argumenta que, dada la nueva tecnología, deberíamos recuperar el transporte supersónico. Los autores del artículo, Eli Dourado y Samuel Hammond, lamentaron "el estancamiento y el retroceso en la aviación supersónica", que rompió "una tendencia de rápido progreso" en los viajes aéreos que había comenzado con los hermanos Wright. Y, sin embargo, hay razones para creer que, incluso si estuviera permitido, el vuelo supersónico nacional tendría un atractivo comercial limitado. Richwine, de la NASA, me dijo que cree que SST podría reducir algunos tiempos de vuelo a la mitad. Pero, dijo, el vuelo supersónico no reduciría proporcionalmente el tiempo total de viaje hasta que arreglemos nuestra infraestructura: ¿Cuánto mejor es volar de LAX a JFK en dos o tres horas si pasas el doble de ese tiempo en aeropuertos y tráfico?

Durante la mayor parte de los años durante los cuales voló el Concorde, un viajero podía entrar al aeropuerto y llegar directamente a la puerta de embarque. En 2013, Doug Robinson, columnista de un periódico de Utah, recordó la velocidad de los aeropuertos anteriores al 11 de septiembre: "En una de las hazañas atléticas más grandes de mi vida, una vez llegué a la acera del aeropuerto tres minutos antes de la hora programada de mi avión. para salir y corrió escaleras arriba y bajó la explanada hasta la puerta de embarque, llegando solo unos segundos antes de que cerraran la puerta del avión", escribió. Hoy, con una mayor seguridad, las aerolíneas recomiendan que los pasajeros lleguen dos horas antes para los vuelos nacionales y tres horas antes para los vuelos internacionales, aproximadamente el tiempo que podrían ahorrar las velocidades supersónicas. Y así, hay más de un sentido en el que el vuelo supersónico es un regreso al pasado. Con la sofisticada tecnología de la NASA, volveremos a estar donde estábamos hace veinte años.