Перелет между континентами будет длиться час: прорыв в гиперзвуковых технологиях

Международная команда исследователей впервые экспериментально подтвердила гипотезу Морковина, которая объясняет, как ведет себя воздух во время полета на скорости Маха 6 - около 7 300 км/ч. Согласно результатам, турбулентность при таких экстремальных скоростях напоминает поведение воздушных потоков на значительно более низких скоростях, пишет SciTechDaily.

Современные военные самолеты уже способны развивать скорость Мах 2 или Мах 3, что примерно от 2 470 км/ч до 3 705 км/ч на уровне моря. Чтобы осуществить перелет, например, Лос-Анджелес-Сидней всего за 60 минут, аппарат должен достичь скорости Мах 10, то есть в десять раз быстрее звука. Главным препятствием на этом пути остается интенсивная турбулентность и чрезмерное тепло, которые возникают при прохождении атмосферы на таких экстремальных скоростях.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, провела группа профессора Николауса Парзиале, который работает над механикой жидкостей в гиперзвуковых условиях. Команда использовала лазеры для ионизации инертного газа криптона в аэродинамической трубе, наблюдая за его движением во время сверхскоростного потока. С помощью высокоскоростных камер ученые отслеживали, как световая линия криптона изгибалась и скручивалась в воздухе, что позволило визуализировать структуру турбулентности.

"Сжимаемость влияет на то, как воздушный поток обтекает корпус, и это может изменить такие вещи, как подъемная сила, сопротивление и тяга, необходимые для взлета или удержания в воздухе", - пояснил Парзиале.

Результаты показали, что даже при скорости Мах 6 поведение турбулентного потока остается близким к "несжимаемому" воздушному потоку - то есть подобным обычным условиям полета. Это подтверждает гипотезу, сформулированную еще в середине XX века, и означает, что гиперзвуковые аппараты не потребуют полностью новых подходов к проектированию.

"Сегодня моделирование всех деталей поведения воздуха на гиперзвуковых скоростях почти невозможно. Но гипотеза Морковина позволяет нам делать упрощенные предположения, благодаря чему вычислительные требования для проектирования гиперзвуковых аппаратов могут стать более достижимыми", - отметил Парзиале и добавил, что на разработку этого исследования он потратил 11 лет.

Гиперзвуковой транспорт, который будет двигаться со скоростью 10 Мах потенциально может изменить формат международных путешествий. Перелеты, которые сейчас длятся 15-20 часов, могут сократиться до 60 минут.

Кроме того, по словам ученых, технология может иметь значение и для доступа к космосу. Аппараты, способные летать на таких скоростях, смогут выходить на низкую орбиту без традиционных ракетных систем.

"Если мы сможем построить самолеты, которые летают с гиперзвуковой скоростью, мы также сможем запускать их в космос, а не ракеты, что упростит транспортировку на низкую околоземную орбиту и с нее. Это изменит правила игры не только на Земле, но и на низкой орбите", - подытожил Парзиале.

Недавно ученые достигли прорыва в квантовой физике, разработав независимые методы, позволяющие обойти фундаментальную квантовую границу. Эти достижения могут стать основой для создания новых поколений сверхточных атомных часов, которые важны для разработки систем автономной навигации и межзвездного GPS в глубоком космосе.