การบินสร้างประวัติศาสตร์ พาเขาสูงกว่า 36 เมตรเพียงเล็กน้อยใน 12 วินาทีที่เขาใช้เวลาอยู่ในอากาศเหนือผืนทราย ในขณะที่เราเฉลิมฉลองครบรอบหนึ่งร้อยปีของเที่ยวบินนั้น ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการล่มสลายของเครื่องบินโดยสารความเร็วเหนือเสียงเพียงลำเดียวในโลก นั่นคือ ความพยายามมากมายทั่วโลกกำลังดำเนินการเพื่อพัฒนาเครื่องบินที่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าไรท์ฟลายเออร์นับพันเท่า
ยานพาหนะ
ที่มีความเร็วเหนือเสียงดังกล่าวสามารถให้การเข้าถึงอวกาศที่เชื่อถือได้ ต้นทุนต่ำ และยังมีศักยภาพในการใช้งานทางทหารอีกด้วย อย่างไรก็ตาม คำมั่นสัญญาที่มีความเร็วเหนือเสียงขั้นสูงสุดคือการขนส่งเชิงพาณิชย์ความเร็วสูงระหว่างสถานที่สองแห่งใดๆ บนโลก หรือมากกว่านั้น
การบินไฮเปอร์โซนิกไม่ใช่เรื่องใหม่ วัตถุชิ้นแรกที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งมีความเร็วเหนือเสียงคือจรวด “บัมเปอร์” แบบสองขั้นตอนของสหรัฐฯ ซึ่งประกอบขึ้นจากจรวด V-2 ของเยอรมันที่ยึดได้ในปี พ.ศ. 2492 หนึ่งปีหลังจากการเสียชีวิตของออร์วิลล์ ไรท์ มนุษย์บินด้วยความเร็วเหนือเสียงมานานกว่าสี่ทศวรรษแล้ว
นักบินอวกาศและนักบินอวกาศล้วนมีความเร็วเหนือเสียงในขณะที่ผ่านชั้นบรรยากาศระหว่างทางไปหรือออกจากวงโคจร สิ่งที่ทำให้การวิจัยในปัจจุบันแตกต่างออกไปคือการมุ่งเน้นไปที่การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงที่ยั่งยืนภายในชั้นบรรยากาศ กระสวยอวกาศพุ่งผ่านชั้นบรรยากาศอย่างรวดเร็วที่สุด
เท่าที่จะเป็นไปได้ในระหว่างทางขึ้นสู่วงโคจร แต่ยานที่มีความเร็วเหนือเสียงจะยังคงอยู่ได้ดีในชั้นบรรยากาศของโลกตลอดช่วงขึ้นลงส่วนใหญ่ ในขณะที่กระสวยใช้แรงขับของเครื่องยนต์เพื่อต่อสู้กับแรงโน้มถ่วง พาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียงจะใช้แรงยกตามหลักอากาศพลศาสตร์ที่สร้างจากปีก
และลำตัว วิสัยทัศน์ของการบินด้วยความเร็วเหนือเสียงที่ยั่งยืนนี้ต้องใช้เครื่องยนต์ช่วยหายใจซึ่งมีประสิทธิภาพสูงเพราะจะดึงออกซิเจนจากชั้นบรรยากาศมากกว่าจากถังบนเครื่องบิน อากาศหายใจสู่วงโคจร มีรายการความท้าทายทางเทคนิคมากมายที่ต้องเอาชนะก่อนที่ยานพาหนะที่มีความเร็วเหนือเสียง
จะบินได้
ตั้งแต่การออกแบบเครื่องยนต์หายใจด้วยอากาศความเร็วสูงไปจนถึงการพัฒนาวัสดุและระบบระบายความร้อนที่สามารถจัดการกับความร้อนสูงที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างเครื่องบินกับอากาศโดยรอบ วิศวกรด้านการบินและอวกาศทั่วโลกได้ศึกษาประเด็นเหล่านี้มานานกว่าครึ่งศตวรรษแล้ว
โดยมีความสำเร็จที่โดดเด่นบางประการท่ามกลางความล้มเหลวที่ได้รับการเผยแพร่อย่างดี รายการความล้มเหลวคือสุสานจริงของยานพาหนะที่ไม่เคยสร้างมาก่อน ไม่ว่าจะเกิดจากความท้าทายทางเทคนิคที่แก้ไขไม่ได้ เงินทุนไม่เพียงพอ หรือทั้งสองอย่าง สิ่งเหล่านี้รวมถึงเครื่องบินอวกาศ X-20 ของสหรัฐฯ
จากปี 1960 ข้อเสนอกระสวยอวกาศของสหราชอาณาจักร รุ่นล่าสุด เหตุใดจึงมีความสนใจในไฮเปอร์โซนิกในทุกวันนี้ ส่วนหนึ่ง ความพยายามอย่างไม่ลดละได้นำไปสู่เหตุการณ์สำคัญของความเร็วเหนือเสียง รวมถึงการทดลองภาคพื้นดินและการทดสอบการบินที่ประสบความสำเร็จ นอกจากนี้ยังมีความรู้สึก
ในแง่ดี
ในหมู่ผู้ที่ทำงานในสาขานี้ว่าบรรยากาศทางการเมืองเหมาะสมสำหรับการสนับสนุนการวิจัยเกี่ยวกับความเร็วอย่างต่อเนื่อง อย่างน้อยในสหรัฐอเมริกา ไฮเปอร์โซนิกส์ได้รับการสนับสนุนจากบุคคลระดับสูงในกระทรวงกลาโหม ในขณะที่ NASA ก็แสดงความสนใจอย่างมากเช่นกัน และแน่นอนว่า
การสูญเสียอย่างน่าเศร้าของกระสวยอวกาศโคลัมเบียได้มุ่งความสนใจไปที่ความจำเป็นในการเข้าถึงพื้นที่ที่ดีขึ้น ยานพาหนะหายใจด้วยอากาศที่มีความเร็วเหนือเสียงอาจนำเสนอทางเลือกที่น่าสนใจและอาจปลอดภัยกว่าจรวดแบบดั้งเดิม ทำให้การบินขึ้นสู่วงโคจรเหมือนการบินบนเครื่องบินตามปกติ
และไม่เหมือนกระบวนการปล่อยจรวดที่มีราคาแพงและต้องใช้กำลังคนมากเหมือนที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน
แรงจูงใจในการบินโดยใช้อากาศหายใจนั้นง่ายมาก: ทำไมต้องพกออกซิเจนไว้ในเครื่องบินหากมีอยู่ในสภาพแวดล้อมโดยรอบ น้ำหนักส่วนใหญ่ของจรวด เช่น กระสวยอวกาศ เกิดจากออกซิเจน
ที่บรรทุกอยู่ เครื่องช่วยหายใจสามารถกำจัดน้ำหนักนี้และน้ำหนักของถังที่เกี่ยวข้องได้ การบินเหมือนเครื่องบินควรจะปลอดภัยกว่าจรวดเพราะโดยเนื้อแท้แล้วเครื่องบินสามารถเลี้ยวกลับและลงจอดได้ ในขณะที่โดยทั่วไปแล้วจรวดจะทำงานเมื่อเครื่องยนต์จุดระเบิด วิศวกรจรวดพยายาม
ที่จะปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องยิงจรวดโดยการลดน้ำหนักของจรวดหรือปรับปรุงเครื่องยนต์ ตัวอย่างเช่น โปรแกรม X-33 ของ NASA พยายามสาธิตเทคโนโลยีดังกล่าวด้วยเครื่องยนต์ “แอโรสไปค์” และถังเชื้อเพลิงแบบใหม่ที่ทำจากวัสดุผสมขั้นสูงที่ไม่ใช่โลหะ แต่ในที่สุด วิศวกร
ก็ไม่สามารถสร้างถังน้ำหนักเบาที่สามารถบรรจุเชื้อเพลิงเหลวที่เย็นจัดได้ และโปรแกรมก็ถูกยกเลิกไปในปี 2544ในทางตรงกันข้าม วิศวกรระบบไฮเปอร์โซนิกพยายามที่จะปรับปรุงยานพาหนะที่ปล่อยโดยการเพิ่มสมรรถนะของเครื่องยนต์อย่างมาก แม้ว่าจะต้องสูญเสียน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นก็ตาม
สำหรับอัตราการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงที่กำหนด เครื่องยนต์ที่ใช้อากาศหายใจสามารถส่งแรงขับได้มากกว่าเครื่องยนต์จรวดถึงสี่เท่า เพียงเพราะมันไม่ได้นำสารออกซิไดเซอร์ไปพร้อมกับเชื้อเพลิง ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดังกล่าวอาจนำไปสู่การลดต้นทุนอย่างมากในการส่งคนหรือวัตถุขึ้นสู่วงโคจร
และวันหนึ่งอาจทำให้ยานไปถึงวงโคจรได้ด้วยเชื้อเพลิงเพียงขั้นตอนเดียว นักแอโรไดนามิกส์กำหนดลักษณะความเร็วในการบินด้วยเลขมัค ซึ่งเป็นความเร็วจริงของยานพาหนะหารด้วยความเร็วที่เสียงเคลื่อนที่ผ่านอากาศ ดังนั้นเครื่องบินที่เดินทางด้วยความเร็วเสียงพอดีจึงบินด้วยความเร็ว
