Volar a velocidades supersónicas es atravesar un umbral invisible en el cielo. Volar por el aire a una velocidad más rápida de lo que las ondas de sonido pueden viajar a través de él significa superar una velocidad específica, pero esa velocidad exacta varía. En Marte, la velocidad del sonido es diferente de la velocidad del sonido en la Tierra. Y en la Tierra, la velocidad del sonido varía según la temperatura del aire por el que viaja un avión.
Romper la llamada barrera del sonido en 1947 hizo famoso a Chuck Yeager. Pero hoy en día, si una persona en un jet militar vuela más rápido que la velocidad del sonido, no es un momento significativo o incluso perceptible, al menos desde la perspectiva de los ocupantes del avión. “Hombre, en el avión no sientes nada”, dice Jessica Peterson, ingeniera de pruebas de vuelo de la Escuela de Pilotos de Pruebas de la Fuerza Aérea de EE. UU. en la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California. Las personas en tierra pueden discrepar, dependiendo de qué tan cerca estén del avión.
Esto es lo que debe saber sobre la velocidad del vuelo supersónico, un tipo de viaje que ha sido inaccesible para los civiles que quieren experimentarlo en un avión desde que el Concorde dejó de volar en 2003.
Ondas en el agua, ondas de choque en el aire
Viajar a velocidad supersónica implica navegar “más rápido de lo que las ondas de sonido pueden apartar”, dice Edward Haering, ingeniero aeroespacial del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA que ha estado investigando los estampidos sónicos desde la década de 1990.
Una forma de pensar sobre el tema es imaginar un bote en el agua. “Si estás en un bote de remos, sentado en un lago, sin moverte, es posible que salgan algunas ondas, pero no vas más rápido que las ondas”, dice. “Pero si estás en un bote a motor o en un velero, comenzarás a ver una estela en V saliendo de la proa de tu bote, porque vas más rápido de lo que esas ondas pueden quitar”. Eso es como un avión que vuela más rápido que la velocidad del sonido.
Pero, agrega, un avión supersónico atraviesa esas ondas en el espacio tridimensional. “Tienes un cono de estas perturbaciones que estás empujando”, dice.
La temperatura del aire determina qué tan rápido se mueven las ondas de sonido a través de él. En una zona de la atmósfera en la Tierra entre alrededor de 36,000 pies hasta alrededor de 65,600 pies, la temperatura es lo suficientemente constante como para que la velocidad del sonido teóricamente se mantenga igual. Y en esa zona, en un día típico, la velocidad del sonido es de unas 660 mph. Eso también se conoce como Mach 1. Mach 2, o el doble de la velocidad del sonido, sería de aproximadamente 1320 mph en ese rango de altitud. Sin embargo, dado que un día del mundo real probablemente será diferente de lo que se considera estándar, su velocidad real cuando intente volar supersónico puede variar.
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Si quisieras volar un avión a velocidades supersónicas en altitudes más bajas, la velocidad del sonido es más rápida en ese aire más cálido. A 10,000 pies, el vuelo supersónico comienza a 735 mph, dice la NASA. Sin embargo, el aire más denso requiere más trabajo para volar a esas velocidades.
Para los libros de récords: el primer vuelo supersónico
Chuck Yeager se convirtió en la primera persona documentada en volar a velocidades supersónicas el 14 de octubre de 1947. Recordó en su autobiografía, Más viejo, que estaba a 42.000 pies volando a 0,96 Mach en ese día de otoño. “Me di cuenta de que cuanto más rápido avanzaba, más suave era el viaje”, escribió.
“De repente, la aguja de Mach comenzó a fluctuar. Subió a .965 Mach, luego se salió de la escala”, recordó. “¡Pensé que estaba viendo cosas! ¡Volábamos supersónicos!”. Más tarde se enteró de que había estado yendo a 700 mph, o 1,07 Mach.
Por la radio, desde abajo, Yeagar escribió que personas en una “camioneta de rastreo interrumpieron para informar que escucharon lo que sonaba como un trueno lejano: ¡mi estampido sónico!”.
¿Por qué ya no escuchamos estampidos sónicos?
El vuelo supersónico provoca esos fuertes estampidos sónicos para los que están debajo. Por eso la FAA prohibido vuelo civil supersónico sobre los EE.UU. y cerca de sus costas. Como señala la NASA, esta prohibición formalmente cumplió 50 años en abril de 2023, y antes de que existiera, es comprensible que a la gente no le gustara escuchar explosiones sónicas. En las décadas de 1950 y 1960, dice la agencia espacial, las personas en “Atlanta, Chicago, Dallas, Denver, Los Ángeles y Minneapolis, entre otros, estuvieron expuestas a los estampidos sónicos de los aviones de combate militares y bombarderos que volaban a gran altura”. Y en 1968, un incidente específico en Colorado, en la Academia de la Fuerza Aérea, fue especialmente destructivo. El evento ocurrió el 31 de mayo, cuando un “avión de combate rompió la barrera del sonido volando 50 pies sobre los terrenos de la escuela”, NASA informes. “El estampido sónico reventó 200 ventanas en el costado de la icónica Capilla de la Fuerza Aérea e hirió a una docena de personas”.
Los estampidos sónicos ocurren gracias a las ondas de choque que se forman a partir de diferentes características en el avión. Por ejemplo, la cubierta de un avión de combate o la entrada de su motor pueden producirlos. El problema ocurre debido a la forma en que se unen esas diversas ondas de choque, fusionándose en dos. “Cuando se combinan, obtienen una presión cada vez mayor”, dice Haering. La forma en que se combinan es que una onda de choque provenga de la parte delantera del avión y otra de la parte trasera. Las personas en el terreno detectarán un “auge, auge”, dice Haering.
Curiosamente, la longitud de la aeronave es importante en este caso, lo que afecta la distancia entre esos brazos en el tiempo. El transbordador espacial, por ejemplo, medía más de 100 pies de largo. En ese caso, la gente notaría un “auge…
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El problema con estos auges está liderando a la NASA para desarrollar un nuevo avión experimental, junto con Lockheed Martin, llamado X-59. Su objetivo es volar más rápido que la velocidad del sonido, pero de una manera más silenciosa de lo que lo haría un avión supersónico típico. Sorprendentemente, en lugar de un dosel para que el piloto vea la escena frente a él, el aviador se basará en un sistema de visión externo: un monitor en el interior que muestra lo que hay frente al avión. La NASA dijo que la pruebas terminadas en 2021 por este diseño, que ayuda a mantener el avión elegante. El objetivo final es gestionar cualquier onda de choque que provenga de ese avión a través de su diseño. “En el X-59, desde la punta de la nariz hasta la parte posterior de la cola, todo está diseñado para tratar de mantener separadas esas ondas de choque”, dice Haering.
La NASA dice que planea volarlo este año, con el objetivo de ver cuánto ruido hace y cómo reacciona la gente a su firma de sonido. El X-59 podría hacer un ruido que es “muy parecido a si su vecino al otro lado de la calle azota la puerta de su auto”, especula Haering. “Si estás enfrascado en una conversación, probablemente ni siquiera lo notarías”. Pero los vuelos reales serán la prueba de esa hipótesis.
El X-59 tiene el objetivo de volar a Mach 1,4, a una altitud de alrededor de 55.000 pies. Traducido a millas por hora, esa tasa es de 924 mph. Luego imagine que el avión tiene viento de cola y su velocidad respecto al suelo podría superar las 1,000 mph. (Tenga en cuenta que los vientos en la atmósfera afectarán la velocidad de avance de un avión, la velocidad a la que se mueve el avión en comparación con el suelo debajo. Un viento de cola lo hará más rápido y un viento de frente lo hará más lento).
corredores supersónicos
En la Base de la Fuerza Aérea Edwards en California, los corredores supersónicos permiten a los pilotos volar a Mach 1 o más rápido por encima de ciertas altitudes. En un corredor, la aeronave debe estar a 30,000 pies o más. En otro, el Corredor Supersónico de Black Mountain, el avión puede ser tan bajo como 500 pies. Recuerde, la velocidad para volar supersónico será mayor a baja altura que a gran altura, y se necesitará más esfuerzo para empujar a través del aire más denso.
“Desde una perspectiva de prueba de vuelo, eso es lo que hacemos aquí en Edwards, y nos estamos enfocando en probar el nuevo avión, probar los nuevos sistemas, regularmente nos volvemos supersónicos”, dice Peterson, el ingeniero de prueba de vuelo de US Air. Escuela de Pilotos de Pruebas de Force.
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El hecho de que uno de los corredores supersónicos esté sobre la base significa que allí se escuchan explosiones sónicas, aunque la aeronave tiene que estar por encima de los 30.000 pies. “Podemos hacer sonar la base y lo escuchamos todo el tiempo”, agrega.
Ella señala que en un vuelo reciente en un T-38, cuando rompió la barrera del sonido a 32,000 pies, su avión tenía una velocidad respecto al suelo de 665 mph. Pero a 14,000 pies, era supersónica a una velocidad de 734 mph.
Pero hay una diferencia entre volar a velocidades supersónicas en un escenario de prueba y hacerlo por razones operativas. Corey Florendo, piloto e instructor también en la Escuela de Pilotos de Pruebas de la Fuerza Aérea de los EE. UU., señala que lo haría “solo cuando sea necesario”, durante una misión en el mundo real.
“Cuando me vuelvo supersónico, uso mucho gas”, agrega.
Por lo tanto, el vuelo supersónico permanece disponible para los militares en ciertos escenarios cuando están dispuestos a quemar el combustible, pero no para los viajeros regulares. Un Boeing 787, por ejemplo, está diseñado para navegar al 85 por ciento de la velocidad del sonido. Sin embargo, una empresa, llamada Boom Supersonic, pretende recuperar ese tipo de vuelo para viajes comerciales; su avión, al que llaman Overture, podría volar en pruebas en 2027. Es posible que no desee contener la respiración.
Joe Jewell, profesor asociado de la Escuela de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Purdue, reflexiona que el vuelo supersónico todavía tiene una “mística”.
“Sigue siendo algo raro y especial porque los desafíos a los que colectivamente nos referimos como la barrera del sonido todavía están ahí, físicamente”, dice Jewell. Las ondas de presión aún se acumulan frente a la aeronave a medida que avanza por el aire. “Todavía está allí, igual que en 1947, ahora sabemos cómo lidiar con eso”.
En el siguiente video, vea cómo un F-16 adelanta a un T-38; ambos aviones vuelan a velocidades supersónicas, y un sutil movimiento de balanceo es la única indicación de que las ondas de choque están interactuando con el avión. Cortesía Jessica Peterson y la Escuela de Pilotos de Pruebas de la Fuerza Aérea de EE. UU.