Boom Supersonic XB-1 lensi yliäänen nopeudella – milloin supernopea lentomatkustaminen on taas mahdollista?

Boom Supersonic XB-1 lensi yliäänen nopeudella – milloin supernopea lentomatkustaminen on taas mahdollista?

28.1.2025 tehtiin Kaliforniassa historiaa: Boom XB-1 rikkoi äänivallin ensimmäisenä siviililentokoneena sitten Concorden yli kaksi vuosikymmentä sitten. Miten lento sujui ja mitä merkitystä sillä on? Milloin Boom Supersonic saa varsinaisen yliäänimatkustajakoneensa lentoon?

01.02.2025

Yliäänimatkustajakone Concorde lensi viimeisen kerran vuonn 2003, eikä sen jälkeen ääntä nopeammin lentäminen ollut mahdollista kuin hävittäjälentäjille.

Unelma yliäänimatkustamisesta ei ole kuitenkaan kadonnut tässä parin vuosikymmenen aikana. Yhdysvaltalainen Boom Supersonic -yhtiö haluaa tehdä Concorden seuraajaan, jolla lentäminen olisi kuitenkin taloudellisesti järkevää ja joka ei saisi aikaan  niin suurta yliäänipamausta kuin Concorde. Concordehan sai lentää ääntä nopeammin vain merten päällä.

Boomin kone on nimeltään Overture, joka pystyy kuljettamaan 80 matkustajaa ja lentämään 1,7 kertaisella äänen nopeudella. Toimintasäde olisi hieman päälle 7800 kilometriä. Koneeseen siis mahtuu hieman vähemmän matkustajia kuin Concordeen ja se lentää hieman hitaammin, mutta paljon pitemmälle. Concorde pääsi juuri ja juuri Atlantin yli, mutta Overture voi lentää Tyynen valtamerenkin yli ilman tankkausta välillä.

Suuri eri Concordeen verrattuna on koneen rakennusmateriaalit, sillä Overturessa käytetään paljon kevyitä komposiittimateriaaleja. Neljä moottoria ovat myös uudenlaisia ja käyttävät paljon vähemmän polttoainetta sekä ovat hiljaisemmat kuin Concorden Olympus-moottorit. Kone voi tietysti lentää myös sataprosenttisella biopolttoaineella.

Boom on saanut koneelle jo yli 130 tilausvarausta, ja yhtiö aikoo saada koneen käyttöön vuonna 2030-luvun alkuvuosina.

Nyt lentänyt kone ei ollut Overture, vaan kooltaan noin kolmasosan siitä oleva koelentokone XB-1. Sen avulla Boom testaa monia Overturessa tarvittavia tekniikoita, ennen kaikkea moottorien ilmanottosysteemeitä, sillä ilmaottoaukkojen täytyy sopeutua lentonopeuteen, jotta ilman virtaus moottoriin pysyy mahdollisimman samanlaisena niin hitaasti kuin yliäänen nopeudellakin lennettäessä.

Ja tietysti, tärkeää on myös saada yksinkertaisesti kokemusta yliäänilentämisestä. Se on ollut Concorden jälkeen sotilaiden yksinoikeus.

Yksipaikkainen XB-1 teki ensilentonsa maaliskuussa 2024 ja on lentänyt sen jälkeen 11 kertaa ennen tätä yliäänilentoa. Kuten koelennoilla yleensä, jokaisella lennolla on menty kovempaa ja korkeammalla.

Nyt tiistaina aamulla Kalifornian aikaa XB-1 lähti Mojaven lentokentältä, noin 150 kilometrin päässä Los Angelesista pohjoiseen, ja nousi saman tien testilentokorkeuteen noin kymmenessä kilometrissä.

Kone kaartoi sopivaan suuntaan autiomaan päällä ja kiihdytti. Äänivalli meni rikki 10 600 metrin korkeudessa noin 16 ja puoli minuuttia lentoonlähdön jälkeen.

Ohjaimissa ollut Boomin pääkoelentäjä Tristan Brandenburg hidasti sen jälkeen, ja rikkoi äänivallin vielä kaksi kertaa tuon jälkeen ja lensi nopeimmillaan Mach 1,122:n nopeudella. Kiinnostavaahan ei ollut vain lentää nopeasti, vaan katsoa miten kone solahtaa äänivallin läpi ja tulee takaisin alisooniselle nopeudelle. Miten ohjausjärjestelmät toimivat ja kuinka iskuaallot ja lämpökuormat menevät koneen ja siipien pinnalla.

Lento kesti vain 33 minuuttia ja 46 sekuntia, ja sujui hyvin.

Juuri nyt viime yönä tätä Euroopan aikaa Boomin toimitusjohtaja Blake Sholl viestitti sosiaalisessa mediassa yksityiskohdista lennon aikana. Ongelmia ei ollut, mutta yksi pieni, odottamaton yksityiskohta oli: koneen rungon takaosa oli odotettua kuumempi moottorien jälkipolttimien vuoksi. Ei liikaa, mutta kuumempi kuin odotettiin.

Toinen yllätys oli se, että yliäänipamaus oli hyvin hiljainen. Se, tuleeko pamausta ja kuinka voimakas se on, riippuu koneen muodon lisäksi muun muassa sääoloista ja lentokorkeudesta, ja tosiaan, nyt mitään kunnon pamausta ei tullut. Boom on tietysti koittanut tehdä koneen sellaiseksi, että pamaus olisi vaimea, mutta se ei selitä asiaa täysin.

Lento tapahtui muuten Mojavessa, hyvin lähellä kuuluisaa Edwardsin koelentokeskusta niin sanotussa Black Mountain Supersonic Corridorissa, Mustien vuorten yliäänikäytävässä, eli alueella, missä on sen verran vähän asutusta, että siellä voi pamautella ilman suurempaa haittaa. Tätä ennen pamauttelijat ovat tosiaan olleen sotakoneita.

Seuraava lennolla XB-1:llä on tarkoitus lentää nopeammin, 1,3 kertaisella äänen nopeudella, ja jossain vaiheessa myöhemmin kaksinkertaisella äänen nopeudella.

Tekeillä on toinenkin kiinnostava yliäänikone Nasan ja Lockheed-Martinin X-59, josta tein viime vuonna videon. Koneen muoto on tehty sellaiseksi, että yliäänipamauksen sijaan kone saisi aikaan vain pienen tussahduksen. Tuo projekti on kuitenkin myöhässä vielä siitä että se on myöhässä, ja nyt ensilentoa lupaillaan vasta joskus nyt vuonna 2025.

X-59 ja XB-1 eivät ole ihan samanlaista, sillä X-59:n päätarkoitus on yliäänilentämisen tutkimus yleisesti, ja XB-1 on koekone Overturea varten, mutta silti: kaupallinen yhtiö menee selvästi eteenpäin nopeammin ja edullisemmin kuin kankea Nasa ja perinteinen ilmailuyhtiö.

Ai niin, pari asiaa vielä tuosta XB-1:n lennosta. Ensiksikin sillä on vähän sama ongelma kuin X-59:llä, eli ohjaamosta on vaikea nähdä eteenpäin. Siksi kummassakin on kameroita ja kuvaruudut sisällä ohjaamossa, ja XB-1 sekä myöhemmin Overture tarvitsevat niitä etenkin noustessa ja laskeutuessa, jolloin kone lentää nokka kovasti kohti taivasta. Concordessa oli taipuva nokka ja liukuva visiiri, mutta uusissa käytetään kameroita ja kuvaruutuja.

Toiseksi XB-1:n lentoa seurasi kaksi hävittäjäkonetta: nettilähetykseen ja muutenkin kuvaa lennosta lähetti T-38 -harjoitushävittäjä, ja varsinaisena apulentokoneena, mistä tarkkailtiin koko ajan XB-1:n lentoa ja olisi voitu hälyttää jos joku olisi näyttänyt olevan pielessä, niin tuo kone oli Dassault Mirage F1, siis ranskalainen hävittäjä, joka on nyt Yhdysvaltain siviilirekisterissä. Tällä amerikkalaislennollakin oli siis eurooppalaisväriä!

 

Tapahtui tänään: historiallinen yliäänipamaus Kaliforniassa Jari Mäkinen Ti, 28/01/2025 - 15:37
XB-1 lennossa
XB-1 lennossa
XB-1 ilmassa

Yliäänilentämisessä ei sinällään ole nykyisin mitään ihmeellistä, paitsi kun yliäänilennon tekee uuden ajan yliäänimatkustajakoneen koekone. Boom Supersonicin XB-1:n rikkoi äänivallin Mojaven taivaalla nyt tiistaina 28.1. illalla Suomen aikaa, aamulla paikallista aikaa.

Boom Supersonic on yhdysvaltalainen yhtiö, joka on tekemässä 64-paikkaista Overture-yliäänimatkustajakonetta. Siitä tulee ensimmäinen yliäänimatkustajakone brittiläis-ranskalaisen Concorden jälkeen. Concordet eivät ole lentäneet sitten vuoden 2003, kun ne poistettiin käytöstä paitsi turvallisuussyistä, niin ennen kaikkea siksi, että koneiden ylläpito oli käynyt erittäin kalliiksi.

XB-1 on koekone, jokka Boom tutkii Overturen vaatimaa tekniikkaa.

Se teki ensilentonsa maaliskuussa 2024 ja on lentänyt sen jälkeen 11 kertaa. kuten koelennoilla yleensä, jokaisella lennolla on menty kovempaa ja korkeammalla. 

 

XB-1 ilmassa

Edellisellä lennollaan 10. tammikuuta XB-1 lensi jo lähes äänen nopeudella, kun sen nopeus oli parhaimmillaan 0,95 Machia. Äänivallin rikkominen on pieni, mutta samalla suuri askel eteenpäin.

Boom välitti lennon suorana nettiin lentoa seuraavasta Northrop T-38 -harjoitushävittäjästä. Lento alkoi klo 8 paikallista aikaa Kaliforniassa eli klo 18 Suomen aikaa, ja XB-1 solahti äänivallin läpi noin 25 minuuttia myöhemmin.

Lähetys netissä alkoi klo 17.45 Suomen aikaa ja se on nähtävissä Boomin nettisivuilla sekä alla.

Boom Supersonic XB-1 eli "Baby Boom" on kooltaan noin kolmasosa tulevasta Overture -yliäänimatkustajakoneesta.

Sen pituus on 21 metriä ja siipien kärkiväli 5,2 metriä. Suurin lentoonlähtömassa koneella on 6100 kg.

Baby Boomissa on kolme General Electric CJ61 -suihkumoottoria ja se pystyy teoriassa lentämään pitkänkin aikaa 2,2-kertaisella äänen nopeudella. Koekone on ollut tätä ennen 11 lennollaan ilmassa yhteensö 450 minuuttia ja se on lentänyt kaikkiaan 5594 kilometriä.

OIennaisin testattava tekniikka koneessa liittyy moottorien edessä ja jälkeen oleviin ilmatiehyeisiin. Ne ovat muuttuvageometrisia, eli niiden muoto muuttuu nopeuden mukaan. Hyvin nopeasti lennettäessä ilma pakkautuu tehokkaammin ilmaottoaukkoihin, joten niitä pitää supistaa silloin. Laskeutuessa ja muulloin hitaasti lennettäessä aukkoja laajennetaan, jolloin ilmaa tulee paremmin moottoreihin.

Tristan Brandenburg

Ohjaimissa tällä historiallisella 12. koelennolla on Boomin pääkoelentäjä Tristan “Geppetto” Brandenburg. Hän lensi myös koneen toisen ja kolmannen koelennon, sekä on harjoitellut satoja tunteja XB-1:n simulaattorissa. 

Boom Overture

Boom Overture on nelimoottorinen yliäänimatkustajakone, joka on 52 metriä pitkä ja 18 metriä leveä. Se on suunniteltu lentämään noin 7400 kilometrin päähän maksimissaan Mach 1,7 -nopeudella.

Matkustajapaikkoja koneessa on 64-88. Ensilentoa kaavaillaan vuoteen 2029. 

Alustavia tilauksia koneelle on jo yli 130. Mukana tilaajissa on myös suuria lentoyhtiöitä, kuten American Airlines, United ja Japan Airlines.

Symphony

Moottorina Overturessa on uusi, suurelta osin itse suunniteltu Symphony. Päinvastoin kuin Concorden Olympus-moottorit, ovat nämä (suhteellisen) hiljaisia ja vähäpäästöisiä, ja polttoaineeksi kelpaa vaikkapa sataprosenttinen biopolttoaine.

Äänetön yliäänipamaus? Nasan X-59 -koekone tutkii sitä ja minä tutkin konetta tällä videolla

Äänetön yliäänipamaus? Nasan X-59 -koekone tutkii sitä ja minä tutkin konetta tällä videolla

Eräs viime aikojen jännimmistä uusista asioista lentotekniikan saralla on Nasan ja Lockheed-Martinin kuuluisan Skunk Worksin tekemä koekone X-59.

04.02.2024

Koneen avulla tutkitaan sitä, voiko äänivallin rikkoa ilman voimakasta pamausta. Yliäänipamaus on paitsi epämiellyttävä, niin voi jopa rikkoa ikkunoita ja rakennuksia. Se onkin suurin este yliäänilentämiselle laajemmassa skaalassa – mutta toivottavasti pian ei ole enää!

Aiheesta toivottiin juttua kanavan chatissa YouTubessa joku aika sitten. Uusiakin vinkkejä saa esittää!

Video: Tällainen on yliäänikone, joka ei aiheuta yliäänipamausta

Video: Tällainen on yliäänikone, joka ei aiheuta yliäänipamausta

Yliäänikone Condordelle on pohdittu moneen kertaan jo seuraajaa, mutta edessä on ollut aina kaksi ongelmaa: koneen saaminen tarpeeksi taloudelliseksi ja yliäänilentämisen haittana oleva voimakas yliäänipamaus – mitä iloa on yliäänilentokoneesta, jos sillä ei saisi ylittää äänivallia muualla kuin kaukaisilla alueilla?

 

05.04.2018

Moni unohtaa lyhenteen NASA koko merkityksen: kyseessä ei ole vain Yhdysvaltain avaruushallinto, vaan sen toimialana on myös ilmailu. Siksi Nasan nimi tuleekin sanoista National Aeronautics and Space Administration, siis Kansallinen aeronautiikka- ja avaruushallinto.

Osana tätä aeronautiikan, lentämiseen liittyvää tutkimusta on jo jonkin aikaa ollut koekone, jonka avulla voitaisiin testata uudenlaisia tekniikoita, joilla yliäänipamausta voitaisiin joko vähentää olennaisesti tai jopa päästä sellaisesta kokonaan eroon.

Toissa päivänä Nasa solmi sopimuksen Lockheed-Martin -yhtiön kanssa tällaisen koekoneen tekemisestä. 

Virallisesti koneen nimi on LBFD, eli Low-Boom Flight Demonstrator. Koneen on tarkoitus nousta ilmaan vuonna 2022.

Siitä tulee 29 metriä pitkä ja sen rungon koko on sisätiloiltaan samaa luokkaa kuin pienissä liikesuihkukoneissa. Kone pystyy lentämään 1,4-kertaisella äänen nopeudella ja nousemaan 17 kilometrin korkeuteen.

Sen tärkein tehtävä tulee olemaan yliäänipamausten tekeminen ja niiden vaikutusten seuraaminen. Laskelmien mukaan uudella tavalla muotoillut siivet ja rungon muoto auttavat yliäänipamauksen vaimentamisessa olennaisesti; tuloksena olisi mahdollisesti jopa vain autotallin oven kiinni paiskaamisen kaltainen yliäänipamaus. Jos näin on, niin moottorien äänikin on voimakkaampi.

Koneella tullaankin tekemään lentoja asutuilla alueilla ja kyselemään ihmisiltä alhaalla mitä he kuulivat yliäänipamauksen aikaan. Luonnollisesti kuulohavaintojen lisäksi pamauksia mitataan monilla eri tavoin.

Tällä koneella ei lennätetä koskaan maksavia matkustajia, mutta tekniikkaa voidaan myöhemmin käyttää sellaisen koneen tekemiseen.

Kaupalliset yrittäjät saattavat ennättää (tässäkin) ensin

Samaan aikaan kun Nasa on vasta tehnyt sopimuksen koekoneen tekemisestä, on ainakin kaksi yritystä jo rakentamassa omia uudenlaisia yliäänikoneitaan.

Ne tulevat tuottamaan yliäänipamauksia, jotka ovat varmasti kovempia kuin uudella koekoneella, mutta silti vaimeampia kuin aikanaan esimerkiksi Concordella. Tämä tarkoittaa sitä, että koneilla saa lentää todennäköisesti yliäänivauhtia vain merten päällä – mutta esimerkiksi Atlantin yli lennettäessä tästä ei ole olennaista haittaa.

Suunnitteilla olevia yliäänikoneita

Virgin Galacticin kanssa liittoutunut Boom Technology (heidän koneensa on yllä olevassa kuvassa vasemmalla) suunnittelee lentävänsä omalla koneellaan ensimmäistä kertaa vuonna 2020 ja Spike Aerospace (kone oikealla) tähtää jo tämän vuoden loppuun.

Suoraan eteenpäin kahden Machin nopeudella

Concorde lennossa
Concorde lennossa


Kyllästyttääkö näkymä toimiston ikkunassa? Concorden kapteenilla tätä ongelmaa tuskin oli, sillä näkymä suoraan eteenpäin hänen työpaikaltaan oli varsin ainutlaatuinen.


Päivän kuva

Päivän kuvana on tänään näkymä suoraan eteenpäin yliäänimatkustajakone Concorden kipparin paikalta katsottuna. 

Kuvan ottamisen hetkellä kone suihki eteenpäin yli kaksinkertaisella äänen nopeudella (tarkalleen Mach 2,02 tai 2172,6 km/h) 18 200 metrin lentokorkeudessa, mistä katsottuna Maan horisontti näyttää jo hieman kaarevalta.

Huomiota herättävintä kuvassa on kuitenkin se, että koneessa on ikään kuin kaksiosainen tuulilasi: heti kojelaudan yläpuolella on varsinainen tuulilasi, mutta sen etupuolella on visiiri, joka nostettiin paikalleen koneen lentäessä suurella nopeudella. Laskeutuessa ja noustessa visiiri oli ala-asennossa, jolloin myös koneen nokka oli käännettynä alaspäin. Näin ohjaamosta pystyi näkemään paremmin alaspäin.

Kuvasta näkeekin hyvin, että matkalentomuodossaan näkyvyys oli hyvä vain suoraan eteenpäin ja sivuille.

Brittiläis-ranskalainen Concorde aloitti liikennöinnin vuonna 1976 British Airwaysin ja Air Francen laivueissa. Viimeiset lennot tehtiin vuonna 2003; Air Francen Concordeilla 31. toukokuuta ja British Airwaysilla vastaavasti 24. lokakuuta.

Parhaillaan Iso-Britanniassa on meneillään hanke, jonka tarkoituksena on saada palautettua yksi kone lentokuntoon, mutta varsinaiseen matkustajaliikenteeseen eivät Concordet enää palaa – kenties yliäänimatkustajakoneiden aika on lopullisesti ohitse, koska seuraava askel – vielä nopeammin lentävät avaruuslentokoneet – ovat teknisesti jo oven takana.

Tältä näyttää yliäänipamaus superkameralla kuvattuna

Yliäänipamauksen paineaallot
Yliäänipamauksen paineaallot

Päivän kuvassa on yliäänipamaus juuri hetkeä ennen sen syntymistä: T-38 harjoitushävittäjä on lähestymässä äänen nopeutta ja sen ympärillä olevan ilman tiheysvaihtelut on kuvattu saksalaisen August Toeplerin keksimää menetelmää käyttävällä erikoiskameralla.

Päivän kuva Tätä schlieren-kameratekniikkaa on käytetty jo 1900-luvun alusta alkaen laboratorioissa ja muun muassa lentokoneita testanneissa tuulitunneleissa, mutta ilmassa oikealla, täysikokoisella lentokoneella sitä onnistuttiin käyttämään ensimmäisen kerran vasta joulukuun 13. päivä vuonna 1993.

Silloin NASAn Langleyn tutkimuskeskuksen tutkija Leonard Weinstein kuvasi yllä olevan kuvan T-38 -hävittäjästä Wallops-saaren luona Yhdysvaltain itärannikolla olevan lentotukikohdan luona. Ensimmäisten testien jälkeen kamera vietiin NASAn Drydenin koelentokeskukseen, missä testataan erilaisia lentokoneita ja siten kuvista on suurta hyötyä koneiden kehittämisessä ja aerodynamiikan tutkimuksessa.

Yliäänipamauksessa, eli äänivallin rikkoontumisessa, lentokone (tai mikä tahansa lentävä esine, kuten luoti tai raketti) lentää nopeammin kuin ääni. Kun kappaleen nopeus on äänen nopeutta suurempi, sen ympärille muodostuu kuvan osoittamalla tavalla kartiomaisia ääniaaltojen tihentymiä, sokkiaaltoja, jotka ovat vastaavanlaisia kuin vedessä etenevän veneen rungosta lähtevät aallot. Kun kone ylittää äänen nopeuden, siirtyvät sokkiaallot kartioksi sen taakse, mutta kone ei pääse niistä eroon: se raahaa aaltorintamaa koko ajan mukanaan, ja kun kone lentää ylitse ja aallot osuvat Maahan, kuuluu pamaus: yliäänipamaus ei siis synny koneen nopeuden ylittäessä äänen nopeuden, vaan siitä kun kone hujahtaa aaltorintamineen havaitsijan ohitse. 

Yliäänennopeudella lentävän koneen luona siis on koko ajan samalla vauhdilla liikkuva yliäänipamaus.

Aikanaan äänivallin ylittäminen oli suuri tekninen ongelma, koska lentokoneen aerodynaamiset ominaisuudet muuttuvat olennaisesti äänen nopeuden tienoilla, eli nopeuden noustessa subsoonisesta ylisooniseksi.

Ensimmäisenä äänivallin ylitti Chuck Yeager 14. lokakuuta 1947, kun hän lensi 1127 km/h X-1-koekoneella. Kun raketteja ei oteta huomioon, on ilmakehässä lentäneen siivellisen lentolaitteen nopeusennätys nyt Mach 9,6, siis noin 11200 km/h. Ennätyksen teki koekone X-43A marraskuussa 2004.

Normaalisti äänen nopeus on meren pinnan tasolla 21°C:n lämpötilassa 1238 km/h, mutta ohuemmassa ja kylmemmässä ilmassa se on pienempi. Siis mitä korkeammalle mennään, sitä "helpompaa" äänen nopeuden ylittäminen on, koska ääni kulkee hitaammin.

Alla on videokooste yliäänipamauksista YouTubesta:

Päivän kuva 15.4.2013: F-22 rikkoo äänivallin

Erinomainen otos hetkestä, jolloin Yhdysvaltain uusi, monien ongelmien ja roiman budjettiylityksen kanssa painiva F-22 Raptor -hävittäjä ylittää äänivallin koelennolla Alaskanlahden taivaalla. Paineaallon kartomainen muoto näkyy erinomaisesti paitsi siipien etureunassa, niin myös kohdissa, missä siipien kapeampi kohta alkaa sekä missä se loppuu ja siivet alkavat levitä. Pilvi on – kuten muutkin taivaan pilvet – pieniä vesipisaroita, jotka sokkiaallon alipaine puristaa ilman kosteudesta.

Kuva: Yhdysvaltain merivoimat / Ronald Dejarnett