Viagem supersônica sem o Sonic Boom: dentro do avião X-59 da NASA –

Imagine voar mais rápido que a velocidade do som. Com seu X-59, a NASA poderia reabrir a porta para viagens supersônicas, desta vez sem o boom explosivo.

Por décadas, voar mais rápido do que a velocidade do som significou cruzar os céus em uma aeronave que cria um poderoso estrondo sônico – um enorme ruído que viaja até o solo abaixo como o estrondo de um trovão.

Mas imagine ser capaz de viajar pelo mundo a mais de 1.600 quilômetros por hora, sem aquele ruído desconcertante e assustador. De repente, um novo mundo de viagens e aviação de consumo se abriria – algo que não era possível há décadas.

A NASA quer tornar esse sonho uma realidade. No Armstrong Flight Research Center, nos arredores de Lancaster, Califórnia, a agência espacial está trabalhando no avião X-59 QueSST (abreviação de Quiet SuperSonic Technology) – uma aeronave de demonstração projetada para voar mais rápido que a velocidade do som, gerando nada mais do que um “baque sônico”,

Aeronaves supersônicas tradicionais podem criar um estrondo sônico superior a 100 decibéis durante o voo – um problema que levou a Administração Federal de Aviação dos EUA a proibir o voo supersônico comercial sobre a terra em 1973.

Mas o X-59 foi moldado para minimizar as ondas de choque que causam um estrondo sônico durante o vôo, reduzindo seu som ao nível do solo para 75 decibéis. De acordo com a NASA, isso é tão alto quanto uma porta de carro batendo na rua.

Para projetar esta aeronave “low-boom”, a NASA e a Lockheed Martin retornaram aos princípios básicos da aerodinâmica. O resultado é um avião incrivelmente avançado e elegantemente simples.

“Esses princípios da física, da aerodinâmica, existem desde o início dos tempos”, disse o diretor do programa X-59 da Lockheed Martin, David Richardson. “Isso é o que a Mãe Natureza quer ver. Assim como os pássaros são perfeitamente projetados, este avião está sendo perfeitamente projetado para voar supersônico o mais silenciosamente possível.”

Em um hangar sem janelas no alto deserto da Califórnia, os trabalhadores montaram o X-59 e o colocaram à prova para seu primeiro voo de teste. De perto, o avião de bico fino parecia ter saído das páginas de uma história em quadrinhos de ficção científica dos anos 1950 – todas as linhas amplas e curvas ininterruptas, uma cabine estreita escondida no centro. Projetado e construído pela NASA e pela Lockheed Martin, é considerado o avião supersônico do futuro.

O objetivo é convencer reguladores como a FAA de que a proibição de viagens supersônicas de passageiros por terra pode ser anulada. Essa mudança pode abrir as portas para um futuro em que as viagens supersônicas não são mais apenas para pilotos de caça, e voar mais rápido que a velocidade do som pode ser possível novamente pela primeira vez desde que o Concorde foi aposentado em 2003.

A ciência do som

Para entender como funciona um estrondo sônico, você precisa saber um pouco sobre a física básica do som.

O som é essencialmente uma onda de ar comprimido – imagine-o como um pulso em um furtivo, movendo-se do ponto A ao ponto B a uma velocidade de aproximadamente 340 metros por segundo. Quando um avião voa pelo ar, ele empurra o ar à sua frente, criando essas ondas de compressão.

Mas quando um avião voa a velocidades supersônicas (acima de Mach 1), ele está viajando mais rápido do que aquelas ondas de ar comprimido podem sair do caminho. Como resultado, o avião gera ondas de choque que descem até o solo, onde são percebidas como um estrondo sônico.

Qualquer grande variação na forma do corpo do avião, como o cockpit projetando-se na frente ou a cauda projetando-se na parte de trás do avião, pode produzir uma onda de choque. Para minimizar as ondas de choque que viajam até o solo, você precisa alterar a forma do avião e torná-lo muito mais aerodinâmico, suavizando as variações de forma e espalhando-as por um corpo muito mais longo.

Foi o que a NASA e a Lockheed fizeram com o X-59. O avião tem 99 pés e 7 polegadas de comprimento, mas transporta apenas um passageiro; com mais de 30 pés de comprimento, o nariz ocupa cerca de um terço do avião e conduz perfeitamente às asas enflechadas e um único motor na parte traseira.

De acordo com Larry Cliatt, líder técnico de testes acústicos da NASA para o X-59, todos esses recursos se combinam para garantir que as ondas de choque produzidas no ar sejam “bem comportadas”.

“Queremos manter [as ondas de choque] paralelas e separadas umas das outras para que não se combinem em um estrondo sônico alto”, disse Cliatt. “Portanto, estamos prolongando essas mudanças de volume, tornando-as muito graduais em todo o corpo do avião.”

Uma nova forma de voar

O X-59 é tão longo e aerodinâmico que seu cockpit não tem janela frontal.

Em vez disso, o piloto usa um Sistema de Visão Externa (XVS) criado pela NASA para pilotar o avião. O XVS usa duas câmeras acima e abaixo da aeronave para criar uma visão em tempo real da frente do avião mostrada em uma tela HD. Mas o XVS também atua como um head-up display, ou HUD, mostrando dados como altitude, velocidade e trajetória de voo.

Em Armstrong, a NASA testou o XVS em seu simulador de vôo X-59. O piloto de testes da NASA, Nils Larson, será um dos pilotos que eventualmente pilotará o X-59 usando o XVS e ele me mostrou como o sistema funciona.

Depois de passar a manhã fazendo um voo de teste de rotina em um dos F-15 da NASA, Larson saiu do calor de 114 graus lá fora, voltou para o ar condicionado e colocou o simulador de voo à prova. Para Larson, a experiência de voar com uma janela de cockpit e usar o display do XVS não é tão diferente.

O benefício vem da combinação da visão do mundo real das câmeras com o tipo de dados que você vê em um head-up display monocromático em um caça a jato. O XVS permite que os pilotos vejam avisos piscantes ou texto colorido no horizonte, coisas que normalmente não veriam através de uma janela do cockpit.

“Você a usa como faria com qualquer outra janela”, disse Larson. “Mas, por ser uma tela, na verdade nos dá mais recursos do que você poderia ter se fosse apenas uma janela.”

o baque sônico

Ao longo de 2022, a Lockheed e a NASA realizaram verificações iniciais no X-59, mas o teste real da aeronave vem com o primeiro voo. Isso acontece em 2023, quando no que é conhecido como a fase de “validação acústica”, quando a NASA voará o X-59 para garantir que o estrondo sônico tenha sido reduzido de forma satisfatória para um baque sônico.

A NASA enviará o X-59 com um jato de combate F-15 que atuará como um avião de perseguição, medindo as ondas de choque produzidas pela aeronave durante o vôo. E talvez o mais impressionante de tudo, a NASA irá capturar imagens das ondas de choque – um processo conhecido como fotografia schlieren.

Fotografar um avião se movendo mais rápido que a velocidade do som não é tarefa fácil.

“O X-59 precisa eclipsar o sol porque usamos o sol como pano de fundo”, disse Cliatt, o líder do teste acústico. “Tudo isso tem que acontecer perfeitamente. É como enfiar a linha em uma agulha para obter aquela imagem linda.”

Mas a grande decisão será o som no chão. Na fase de teste acústico, a NASA instalará uma série de microfones em um trecho de 30 milhas do Deserto de Mojave, na Califórnia, para medir o baque sônico e garantir que seja tão silencioso quanto o pretendido.

Após a grande verificação de som do X-59, vem a terceira fase de testes em 2025, quando a aeronave voará sobre um punhado de cidades e vilas nos Estados Unidos para avaliar a resposta da comunidade. A NASA enviará seus dados aos reguladores com o objetivo de alterar as restrições em torno do voo supersônico.

Afinal, nos anos 70, quando o Concorde começou a voar e a FAA proibiu o vôo comercial supersônico sobre a terra, o ruído era o problema. Isso limitou o Concorde a voos transatlânticos e, por fim, soou como a sentença de morte para a empresa. Mas se a NASA puder provar que os aviões supersônicos podem voar sem o boom, isso poderá abrir as viagens supersônicas para uma nova geração.

O X-59 pode abrir caminho para empresas privadas e companhias aéreas reintroduzirem voos supersônicos para passageiros comuns em todo o mundo. De acordo com David Richardson, da Lockheed Martin, os voos para o público em geral podem ocorrer já em 2035. E eles mudarão o jogo.

“Você não vê apenas essa demanda de consumidores sofisticados, você vê isso de todos – todos gostariam de ‘chegar lá’ mais rápido”, disse ele.

O piscar de olhos

Visitando o hangar da Lockheed Martin Skunk Works, tive uma noção da escala da construção do X-59. A aeronave parece mais um dardo gigante do que um avião, com aquelas asas voltadas para trás e o nariz que se estende por metros e metros.

Richardson, que até então trabalhou em projetos altamente confidenciais para a Lockheed, foi meu guia durante o dia, mostrando-me os andaimes no topo do avião para apontar os componentes eletrônicos sendo instalados pela equipe de engenharia. Ele me entregou um capacete e me levou para baixo do corpo do avião para mostrar os sensores que enviarão dados ao XVS. Ele me deixou aparecer na cavidade onde o trem de pouso irá e olhar através do esqueleto do avião, olhando onde o motor seria instalado mais tarde.

Para Larry Cliatt, da NASA, o programa X-59 envolveu anos de projeto, teste e construção que levarão a um momento de verdade durante o primeiro voo de teste.

“Teremos muitas pessoas olhando para os dados, esperando para ver a primeira batida sônica do X-59 para garantir que todo o nosso trabalho tenha valido a pena”, diz Cliatt. “Você sabe, isso vai acontecer em um piscar de olhos. Um estrondo sônico dura 200 milissegundos. E é disso que se trata – 200 milissegundos.”