Γιατί είναι σχεδόν αδύνατη η επιστροφή των υπερηχητικών επιβατικών πτήσεων

Το Concorde μπορούσε να πετά με ταχύτητα περίπου διπλάσια από εκείνη του ήχου και να συνδέει τη Νέα Υόρκη με το Λονδίνο σε λιγότερο από τρεις ώρες. Περισσότερα από 20 χρόνια μετά την απόσυρσή του, όμως, κανένα άλλο επιβατικό αεροσκάφος δεν έχει καταφέρει να το διαδεχθεί.

σχετικά άρθρα

Η «κατάρα» του Οκτωβρίου – Γιατί οι αναλυτές προειδοποιούν για νέο, βίαιο κραχ στις αγορές

Η γερμανική αυτοκινητοβιομηχανία σε σταυροδρόμι: Κίνα, Αμερική ή ελεγχόμενη υποχώρηση;

Ασπίδα Αχιλλέα: Πόσο εξαρτημένη γίνεται η Ελλάδα από το Ισραήλ

Η αεροπορική βιομηχανία στράφηκε τις τελευταίες δεκαετίες περισσότερο στην αποδοτικότητα παρά στην ταχύτητα, ωστόσο η ιδέα της υπερηχητικής μετακίνησης δεν εγκαταλείφθηκε. Νέα προγράμματα επιχειρούν να επαναφέρουν πτήσεις με ταχύτητες από Mach 1,4 έως ακόμη και Mach 5, ενώ ορισμένα σχέδια προχωρούν ακόμη περισσότερο, προς τα υπερηχητικά αεροσκάφη πολύ υψηλών ταχυτήτων.

Το πρόβλημα είναι ότι οι φυσικοί και οικονομικοί περιορισμοί που αντιμετώπιζε το Concorde εξακολουθούν να υπάρχουν.

Το βρετανογαλλικό αεροσκάφος ήταν από μόνο του μια ακραία κατασκευή. Η καμπίνα του ήταν στενή και χαμηλή, ενώ τα παράθυρα ήταν πολύ μικρά ώστε, σε περίπτωση αστοχίας σε μεγάλο ύψος, να επιβραδύνεται η αποσυμπίεση.

Παρά τους περιορισμούς, η εμπειρία στο εσωτερικό του είχε σχεδιαστεί γύρω από την πολυτέλεια. Όλες οι θέσεις αντιμετωπίζονταν ως πρώτη θέση, με σαμπάνια, χαβιάρι και υψηλού επιπέδου εξυπηρέτηση, ενώ ανάμεσα στους συχνούς επιβάτες βρίσκονταν διασημότητες και μεγάλα ονόματα της μουσικής.

Ακόμη και η χαρακτηριστική μύτη του Concorde είχε σχεδιαστεί αποκλειστικά γύρω από τις απαιτήσεις της υπερηχητικής πτήσης. Κατέβαινε κατά την απογείωση και την προσγείωση ώστε οι πιλότοι να βλέπουν τον διάδρομο και επανερχόταν στη θέση της όταν το αεροσκάφος πετούσε με υπερηχητική ταχύτητα πάνω από τον Ατλαντικό.

Η αρχή του τέλους ήρθε το 2000, έπειτα από περίπου 30 χρόνια υπηρεσίας, όταν ένα Concorde συνετρίβη. Ένα ελαστικό χτύπησε αντικείμενο στον διάδρομο, εκτοξεύοντας συντρίμμια προς τις δεξαμενές καυσίμου και προκαλώντας τη φωτιά που οδήγησε στην καταστροφή του αεροσκάφους.

Οι πτήσεις επαναλήφθηκαν αργότερα, αλλά το πρόγραμμα βρισκόταν πλέον προς το τέλος του. Η τελευταία πτήση πραγματοποιήθηκε στις 26 Νοεμβρίου 2003.

Σήμερα, νέα αεροσκάφη επιχειρούν να πετύχουν ξανά αυτό που κατάφερε το Concorde. Το Overture της Boom στοχεύει περίπου στο Mach 1,7, ενώ το πειραματικό X-59 της NASA και της Lockheed Martin αναπτύσσεται με στόχο να αποδείξει ότι μπορεί να υπάρξει υπερηχητική πτήση με πολύ μικρότερο θόρυβο.

Άλλα σχέδια είναι ακόμη πιο φιλόδοξα. Το Halcyon της Hermeus σχεδιάζεται να χρησιμοποιεί ramjet σε συνδυασμό με turbofan για να φτάνει έως περίπου Mach 5, ενώ το Stargazer της Venus Aerospace βασίζεται σε διαφορετική τεχνολογία πρόωσης και φιλοδοξεί να κινηθεί σε αντίστοιχες ακραίες ταχύτητες.

Θεωρητικά, τέτοιες επιδόσεις θα μπορούσαν να μειώσουν το ταξίδι Νέα Υόρκη – Λονδίνο από περίπου επτά ώρες σήμερα σε τρεις ώρες, μιάμιση ώρα ή ακόμη και λιγότερο από μία ώρα, ανάλογα με το αεροσκάφος.

Το να κατασκευαστεί όμως ένα αεροσκάφος που μπορεί να πετά τόσο γρήγορα είναι μόνο η αρχή.

Το sonic boom και η θερμότητα που δημιουργεί η ταχύτητα

Το πρώτο μεγάλο εμπόδιο είναι ο κρότος του ηχητικού φράγματος, το sonic boom.

Όταν ένα αεροσκάφος κινείται ταχύτερα από τον ήχο, τα κύματα πίεσης συμπιέζονται και δημιουργούν ένα ισχυρό κρουστικό κύμα. Και, σε αντίθεση με μια διαδεδομένη αντίληψη, ο κρότος δεν ακούγεται μόνο τη στιγμή που το αεροπλάνο ξεπερνά το Mach 1.

Όσο συνεχίζει να πετά ταχύτερα από τον ήχο, αφήνει πίσω του ένα συνεχές ίχνος κρουστικών κυμάτων.

Για κάθε 1.000 πόδια ύψους, η περιοχή στην οποία μπορεί να γίνει αντιληπτός ο κρότος έχει πλάτος περίπου ενός μιλίου. Έτσι, ένα αεροσκάφος που κινείται υπερηχητικά στα 60.000 πόδια μπορεί να αφήνει κάτω από την πορεία του μια ζώνη περίπου 60 μιλίων στην οποία ακούγεται το sonic boom.

Στο έδαφος ο θόρυβος μπορεί να φτάσει περίπου τα 105 ντεσιμπέλ, επίπεδο που συγκρίνεται με έναν αλυσοπρίονο ή μια κόρνα αυτοκινήτου. Σε χαμηλότερα ύψη ένα sonic boom μπορεί ακόμη και να σπάσει τζάμια.

Οι αντιδράσεις για τον θόρυβο οδήγησαν τις Ηνωμένες Πολιτείες το 1973 στην απαγόρευση των υπερηχητικών εμπορικών πτήσεων πάνω από την ξηρά, ενώ αντίστοιχοι περιορισμοί εφαρμόστηκαν και αλλού. Γι’ αυτό το Concorde ανέπτυσσε υπερηχητική ταχύτητα κυρίως πάνω από τον ωκεανό.

Το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τη βιωσιμότητα των νέων αεροσκαφών, καθώς έρευνα του MIT που αναφέρεται στο υλικό υπολογίζει ότι το 78% της ζήτησης για υπερηχητικές μεταφορές αφορά διαδρομές πάνω από ξηρά, με σχεδόν 40% να αφορά εσωτερικές πτήσεις στις ΗΠΑ.

Η Boom δεν σχεδιάζει αρχικά να εξαλείψει το sonic boom του Overture. Η προσέγγισή της είναι να πραγματοποιούνται οι υπερηχητικές πτήσεις πάνω από ανοιχτό ωκεανό, όπου δεν υπάρχουν άνθρωποι για να ενοχληθούν.

Το X-59 ακολουθεί διαφορετική διαδρομή. Η NASA και η Lockheed Martin χρειάστηκαν περίπου έξι χρόνια για την κατασκευή του πρωτοτύπου, σχεδιάζοντας ολόκληρο το αεροσκάφος έτσι ώστε τα κρουστικά κύματα να φτάνουν στο έδαφος εξασθενημένα.

Ο κινητήρας βρίσκεται πάνω από την άτρακτο ώστε μέρος του κρουστικού κύματος να εμποδίζεται από το ίδιο το αεροσκάφος. Παράλληλα, η μύτη έχει μήκος περίπου 38 πόδια και έχει σχεδιαστεί ώστε να δημιουργεί ασθενέστερα και καλύτερα κατανεμημένα κρουστικά κύματα.

Ο στόχος είναι ο θόρυβος να μειωθεί από περίπου 105 σε 75 αντιληπτά ντεσιμπέλ, ώστε αντί για έκρηξη να θυμίζει περισσότερο κλείσιμο πόρτας αυτοκινήτου από την απέναντι πλευρά του δρόμου ή μακρινή βροντή.

Υπάρχει και μια θεωρητικά απλούστερη λύση: να πετάξει το αεροσκάφος πολύ ψηλότερα.

Περίπου στα 100.000 πόδια, ένα sonic boom μπορεί να γίνει μη αντιληπτό από το ανθρώπινο αυτί στο έδαφος. Αλλά εκεί εμφανίζεται ένα νέο σύνολο προβλημάτων.

Σε τέτοιο ύψος, μια ξαφνική απώλεια πίεσης της καμπίνας θα ήταν εξαιρετικά επικίνδυνη. Η καμπίνα πρέπει ουσιαστικά να προσεγγίζει περισσότερο τις προδιαγραφές ενός διαστημοπλοίου παρά ενός σημερινού επιβατικού αεροσκάφους. Σε στρατιωτικά αεροσκάφη μεγάλου ύψους, όπως το SR-71, οι πιλότοι φορούσαν ειδικές στολές παρόμοιες με διαστημικές.

Και όσο αυξάνεται η ταχύτητα, εμφανίζεται ένας ακόμη μεγαλύτερος αντίπαλος: η θερμότητα.

Η αεροδυναμική θέρμανση αυξάνεται δραματικά όσο το αεροσκάφος επιταχύνει. Ήδη το Concorde δεχόταν μεγάλες θερμικές καταπονήσεις, με ορισμένα εξωτερικά σημεία να ξεπερνούν τους 250 βαθμούς Φαρενάιτ, την ώρα που η θερμοκρασία του περιβάλλοντος σε μεγάλο ύψος μπορούσε να βρίσκεται στους -75 βαθμούς.

Το SR-71 Blackbird, που ξεπερνούσε το Mach 3, μπορούσε να φτάσει περίπου στους 600 βαθμούς Φαρενάιτ. Το πιλοτήριό του χρησιμοποιούσε ιδιαίτερα παχύ χαλαζιακό γυαλί, ενώ η άτρακτος κατασκευάστηκε από κράμα τιτανίου, περίπου δέκα φορές ακριβότερο από το αλουμίνιο.

Ακόμη και τα ελαστικά του απαιτούσαν ειδικές λύσεις λόγω των θερμοκρασιών.

Πάνω από Mach 2, 3, 4 και 5, τα συμβατικά υλικά δεν επαρκούν πλέον. Η θερμότητα γίνεται ένα από τα καθοριστικά τεχνικά προβλήματα της πτήσης.

Το τεράστιο κόστος και το πρόβλημα που ίσως δεν μπορεί να λυθεί

Η ανάπτυξη ενός νέου αεροσκάφους είναι από μόνη της εξαιρετικά ακριβή.

Το Overture βρίσκεται σε ανάπτυξη εδώ και περίπου δέκα χρόνια, ενώ το δοκιμαστικό αεροσκάφος XB-1 της Boom ξεπέρασε το φράγμα του ήχου στα τέλη Ιανουαρίου του 2025.

Το X-59 είχε ήδη κοστίσει 632 εκατ. δολάρια, ποσό που παραμένει σχετικά περιορισμένο αν συγκριθεί με το συνολικό κόστος ανάπτυξης ενός σύγχρονου εμπορικού αεροσκάφους. Τα Airbus A380 και Boeing 787 Dreamliner κόστισαν περισσότερα από 20 δισ. δολάρια για να αναπτυχθούν, παρά το γεγονός ότι πίσω τους βρίσκονταν ήδη τεράστιες βιομηχανικές υποδομές.

Στέλεχος της Boeing έχει εκτιμήσει ότι η ανάπτυξη ενός ολοκαίνουργιου αεροσκάφους σήμερα θα μπορούσε να κοστίσει 50 δισ. δολάρια.

Οι δυσκολίες αποτυπώνονται και στις εταιρείες που δεν άντεξαν οικονομικά. Η Exosonic σχεδίαζε ένα αεροσκάφος περίπου Mach 1,8 βασισμένο σε υπάρχουσα τεχνολογία κινητήρων, αλλά έκλεισε τον Νοέμβριο του 2024.

Υπάρχουν επιπλέον πρακτικά προβλήματα στις δοκιμές. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το Edwards Air Force Base αποτελεί ουσιαστικά το μοναδικό μέρος όπου μπορούν να πραγματοποιούνται συστηματικά υπερηχητικές δοκιμές πάνω από ξηρά. Η βάση βρίσκεται δίπλα σε δύο ξηρές λίμνες, παρέχοντας τεράστιες φυσικές επιφάνειες στις οποίες μπορεί να προσγειωθεί ένα αεροσκάφος σε περίπτωση προβλήματος.

Αντίστοιχο bottleneck υπάρχει και στις δοκιμές κινητήρων υψηλών ταχυτήτων. Η Hermeus δημιουργεί για τον λόγο αυτό νέα εγκατάσταση στο Cecil Airport της Φλόριντα, ώστε να μπορεί να δοκιμάζει συστήματα χωρίς να εξαρτάται αποκλειστικά από τις ελάχιστες υπάρχουσες κρατικές εγκαταστάσεις.

Η εταιρεία επιχειρεί να τροποποιήσει τον Pratt & Whitney F100, κινητήρα που χρησιμοποιείται και στο F-16, συνδυάζοντάς τον με δική της τεχνολογία ώστε ένα σύστημα που μπορεί να λειτουργεί περίπου μέχρι Mach 2 να φτάσει σε ταχύτητες Mach 4, Mach 5 και άνω.

Η ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων έχει και στρατιωτική διάσταση. Οι υπερηχητικοί πύραυλοι αποτελούν πεδίο έντονου ανταγωνισμού μεταξύ των μεγάλων δυνάμεων, ενώ η Κίνα έχει αναπτύξει εγκαταστάσεις δοκιμών για ακραίες ταχύτητες και πραγματοποιεί μεγάλο αριθμό σχετικών δοκιμών.

Όμως ένα επαναχρησιμοποιούμενο επιβατικό αεροσκάφος είναι εντελώς διαφορετική υπόθεση από έναν πύραυλο μίας χρήσης. Πρέπει να απογειώνεται, να επιταχύνει, να αντέχει τις θερμοκρασίες, να προστατεύει τους επιβάτες, να προσγειώνεται και να επαναλαμβάνει τη διαδικασία με οικονομικά βιώσιμο τρόπο.

Το Concorde είχε ένα πλεονέκτημα που οι σημερινές εταιρείες δεν διαθέτουν στον ίδιο βαθμό: τεράστια κρατική χρηματοδότηση.

Η ανάπτυξή του επιδοτήθηκε από τις κυβερνήσεις της Βρετανίας και της Γαλλίας, ενώ η Rolls-Royce ήταν κρατική κατά την εποχή του προγράμματος. Οι αεροπορικές εταιρείες δεν χρειάστηκε καν αρχικά να αγοράσουν τα αεροσκάφη με τους όρους που θα ίσχυαν σε ένα συμβατικό εμπορικό πρόγραμμα.

Σήμερα το οικονομικό μοντέλο είναι πολύ πιο δύσκολο. Και το μεγαλύτερο πρόβλημα βρίσκεται στα καύσιμα.

Ένα Boeing 737 ή Airbus A320 μπορεί, με μεγάλες διαφοροποιήσεις ανάλογα με τη διαδρομή και το βάρος, να καταναλώνει περίπου τρεις τόνους καυσίμου την ώρα. Το Concorde κατανάλωνε περίπου 22,6 τόνους την ώρα, μεταφέροντας παράλληλα πολύ λιγότερους επιβάτες.

Όσο μεγαλύτερη γίνεται η ταχύτητα τόσο χειρότερη γίνεται γενικά η ενεργειακή απόδοση. Σε ακόμη υψηλότερες ταχύτητες, όπου χρησιμοποιούνται ramjets ή πυραυλικά συστήματα, το πρόβλημα γίνεται εντονότερο.

Η Boom υποστηρίζει ότι το Overture θα είναι περίπου 30% πιο αποδοτικό από το Concorde και σχεδιάζει το αεροσκάφος ώστε να λειτουργεί με έως 100% βιώσιμο αεροπορικό καύσιμο, SAF.

Το SAF όμως παραμένει ακριβό και σπάνιο. Το κόστος του μπορεί να είναι δύο έως πέντε φορές υψηλότερο από το συμβατικό αεροπορικό καύσιμο και σήμερα αντιπροσωπεύει μόλις ένα πολύ μικρό ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης.

Με βάση τις εκτιμήσεις που παρουσιάζονται, εάν το Overture πετύχει τη σχεδιαζόμενη βελτίωση αποδοτικότητας και το SAF κοστίζει περίπου 8 δολάρια το γαλόνι, μόνο το καύσιμο για κάθε επιβάτη σε μια πτήση Λονδίνο – Νέα Υόρκη θα μπορούσε να φτάνει περίπου τα 1.500 δολάρια. Σε υψηλότερη τιμή SAF, το ποσό θα μπορούσε να πλησιάσει τα 2.000 δολάρια.

Η Boom έχει θέσει ως στόχο ένα εισιτήριο μετ’ επιστροφής περίπου 5.000 δολαρίων, υποστηρίζοντας ότι το Overture έχει σχεδιαστεί ώστε να είναι κερδοφόρο για τις αεροπορικές εταιρείες με τιμές αντίστοιχες της business και της πρώτης θέσης.

Υπάρχει όμως και περιβαλλοντικό κόστος.

Τα καυσαέρια ενός συμβατικού αεροσκάφους που πετά περίπου στα 33.000 πόδια μπορούν να παραμένουν στην ατμόσφαιρα για λίγες ημέρες. Σε ύψη γύρω στα 55.000 πόδια, όπου θα κινούνταν ένα υπερηχητικό αεροσκάφος, ο χρόνος αυτός μπορεί να φτάσει τα δύο ή τρία χρόνια, δημιουργώντας μεγαλύτερη ανησυχία για τις επιπτώσεις στο κλίμα και στο όζον.

Ούτε όλα τα SAF έχουν το ίδιο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Αν παράγονται από κατάλληλες πρώτες ύλες μπορούν να μειώνουν σημαντικά τις εκπομπές σε σχέση με τα ορυκτά καύσιμα. Αν όμως προέρχονται, για παράδειγμα, από φοινικέλαιο που συνδέεται με αποψίλωση δασών, οι συνολικές εκπομπές τους μπορεί να είναι ακόμη μεγαλύτερες.

Και ακόμη κι αν λυθούν όλα αυτά τα προβλήματα, απομένει το πιο βασικό εμπορικό ερώτημα: ποιος πραγματικά χρειάζεται να πετά τόσο γρήγορα;

Οι εταιρείες βλέπουν ως βασικούς πελάτες τους σημερινούς ταξιδιώτες business και first class. Η λογική είναι ότι ένας επιχειρηματίας θα μπορεί να ταξιδεύει στην άλλη άκρη του κόσμου, να πραγματοποιεί μια συνάντηση και να επιστρέφει πολύ γρηγορότερα από ό,τι σήμερα.

Ωστόσο, σε μια εποχή τηλεδιασκέψεων, ταχύτατων ψηφιακών επικοινωνιών και εξαιρετικά πολυτελών ιδιωτικών αεροσκαφών, δεν είναι δεδομένο ότι οι ώρες που εξοικονομούνται θα αρκούν για να δημιουργήσουν μια αγορά ικανή να χρηματοδοτήσει το τεράστιο κόστος.

Το Concorde απέδειξε πριν από δεκαετίες ότι η υπερηχητική μεταφορά επιβατών είναι τεχνικά εφικτή. Αυτό που δεν έχει αποδειχθεί ακόμη είναι ότι μπορεί να γίνει ταυτόχρονα αθόρυβη, ασφαλής, οικονομικά βιώσιμη, περιβαλλοντικά αποδεκτή και αρκετά προσιτή ώστε να υπάρχει πραγματική αγορά.

Γι’ αυτό και η επιστροφή των υπερηχητικών επιβατικών πτήσεων δεν εξαρτάται πλέον μόνο από το αν μπορεί να κατασκευαστεί ένα αεροπλάνο που θα ξεπερνά το Mach 1. Το πραγματικό στοίχημα είναι αν μπορεί να κατασκευαστεί ένα τέτοιο αεροπλάνο που να αξίζει να πετά.