10

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2004

pano

rama

W

1947 roku

Chuck Yeager zapoczàt-

kowa∏ w Edwards Air Force Base
nowà epok´ w historii lotnictwa –

by∏ pierwszym cz∏owiekiem, który prze∏ama∏
barier´ dêwi´ku. Na przyk∏adzie jego Bell
X-1 konstruktorzy uÊwiadomili sobie, ˝e lot
naddêwi´kowy jest nieroz∏àcznie zwiàzany z
pewnym nieprzyjemnym zjawiskiem – og∏u-
szajàcym gromem dêwi´kowym. DziÊ na-
ukowcy z tej samej kalifornijskiej bazy
chwalà si´, ˝e choç nie pokonali gromu, to
przynajmniej skutecznie go wyciszyli.

Samolot lecàcy z pr´dkoÊcià naddêwi´ko-

wà (ponad 1070 km/h na wysokoÊci 11 km)
pcha przed sobà sto˝ek spr´˝onego powie-
trza. Jest to tzw. fala uderzeniowa. Kiedy do-
ciera do ziemi, s∏yszymy jà jako g∏oÊny
grzmot – grom dêwi´kowy.

Fala uderzeniowa wytwarzana przez

samolot lecàcy prosto wytwarza w∏aÊciwie
dwa gromy. W miejscu mijanym przez
fal´ ciÊnienie najpierw gwa∏townie wzrasta,
po czym spada o takà samà wartoÊç poni˝ej
ciÊnienia otoczenia, by na koniec powróciç
do normy. Wykres owych zmian ma kszta∏t
litery N.

„Nie mo˝emy zmieniç iloÊci energii kine-

tycznej przekazywanej przez samolot czà-
steczkom powietrza, ale mo˝emy zmieniç
sposób jej przekazywania, aby z∏agodziç sko-
ki ciÊnienia” – mówi Edward A. Haering,
g∏ówny naukowiec programu Shaped So-
nic Boom Demonstration (SSBD) realizo-
wanego w oÊrodku badawczym w bazie Dry-

den. Pod koniec sierpnia konstruktorzy z
firmy Northrop Grumman wypróbowali
nowà technik´ redystrybucji energii na
zmodyfikowanym F-5. Samolot otrzyma∏
aluminiowo-kompozytowy ko∏pak nosowy
przypominajàcy dziób pelikana. Ko∏pak wy-
d∏u˝a nos maszyny i pogrubia go, co zapo-
biega nak∏adaniu si´ g∏ównej fali uderze-
niowej na fale tworzàce si´ przy chwytach
powietrza i skrzyd∏ach. Pomiary wykona-
ne podczas prób wykaza∏y zmniejszenie
przyrostu ciÊnienia o jednà trzecià, czego
zauwa˝alnym efektem by∏o Êciszenie gro-
mu dêwi´kowego.

Eksperyment potwierdza teori´ zapro-

ponowanà 30 lat temu przez profesorów
Richarda Seebassa i Alberta R. George’a
z Cornell University, którzy utrzymywali, ˝e
t´py nos samolotu powodowa∏by powstanie
warstwy wy˝szego ciÊnienia poprzedzajà-
cej fal´ uderzeniowà. Wy˝sze ciÊnienie pod-
nosi∏oby temperatur´ powietrza – a przy
wy˝szej temperaturze pr´dkoÊç dêwi´ku
jest wi´ksza. Efektem by∏oby niejako roz-
cieƒczenie fali uderzeniowej i tym samym
jej st∏umienie.

NOR

T

HROP GRUMMAN CORPORA

TION

L

O

TNICTWO

¸agodzenie gromu

CICHE SPOSOBY PRZE¸AMYWANIA BARIERY DèWI¢KU. PHIL SCOTT

Samoloty nie mogà lataç

nad terenami zaludnionymi

z pr´dkoÊcià naddêwi´kowà

ze wzgl´du na ucià˝liwy grom

dêwi´kowy. Skoro ponad 60%

szlaków lotniczych przebiega

nad làdami, mog∏oby si´ zdawaç,

˝e przewoênicy powinni byç

zainteresowani sposobami

z∏agodzenia tego zjawiska.

Lecz choç teoretyczne rozwiàzania

istniejà od 30 lat, „nie ma bodêca

ekonomicznego”, który sk∏oni∏by

konstruktorów do ich zastosowania

– wyjaÊnia Brian Argrow

z University of Colorado

w Boulder. Lot naddêwi´kowy

poch∏ania kilkakrotnie wi´cej

energii ni˝ lot z du˝à pr´dkoÊcià

poddêwi´kowà. Zwi´kszone

zu˝ycie paliwa odstrasza

przewoêników, co cz´Êciowo

wyjaÊnia, dlaczego Concorde

musia∏ odejÊç.

Nawet Pentagon nie kwapi si´

z inwestowaniem w techniki

t∏umienia gromu dêwi´kowego.

Edward A. Haering z oÊrodka

badawczego w bazie Dryden

wspomina, ˝e w 1995 roku

próbowano wyciszyç SR-71

Blackbird, najszybszy samolot

Êwiata, ale twórcom projektu nie

uda∏o si´ zdobyç 3 mln dolarów

na ko∏pak nosowy.

LOT NADDèWI¢KOWY?

NIEOP¸ACALNY

WYCISZENIE GROMU DèWI¢KOWEGO

uda∏o si´

zesz∏ego lata konstruktorom firmy Northrop

Grumman. DoÊwiadczalny F-5 otrzyma∏

ko∏pak nosowy w kszta∏cie dziobu pelikana.

P´katy nos powoduje powstanie warstwy

podwy˝szonego ciÊnienia, która rozprasza

energi´ fali uderzeniowej.

pano

rama

Seebass wysunà∏ jeszcze jednà hipotez´,

˝e „w zmniejszeniu energii gromu dêwi´ko-
wego mo˝e pomóc rozciàgni´cie pojazdu –
mówi Brian M. Argrow, profesor techniki
lotniczo-astronautycznej w University of Co-
lorado w Boulder, który wspó∏pracowa∏ z
Seebassem przed jego Êmiercià w listopadzie
2000 roku. – Maszyna d∏ugoÊci 45–60 m,
wa˝àca poni˝ej 45 ton (niewiele jak na tak
d∏ugi samolot) – jeÊli by∏aby dostatecznie
smuk∏a – mog∏aby lataç z pr´dkoÊcià nad-
dêwi´kowà, nie wytwarzajàc gromu dêwi´-
kowego”. Haering nie chce w to wierzyç.
„JeÊli obiekt przeciska si´ przez powietrze,
rozpychajàc je szybciej, ni˝ mo˝e ono usunàç
si´ z drogi, to musi wytworzyç w nim fal´
uderzeniowà”.

Byç mo˝e uda si´ uciszyç grom, nie mody-

fikujàc samolotu. W latach siedemdziesià-

tych radzieccy naukowcy zaproponowali, by
przed nosem samolotu generowaç pot´˝ne
pole elektryczne wytwarzajàce plazm´. Pod-
grzewajàc otaczajàce powietrze, plazma re-
dukowa∏aby energi´ fali uderzeniowej.

Konstruktorzy majà jeszcze do wypróbo-

wania mnóstwo zdecydowanie prostszych i
praktyczniejszych trików, zw∏aszcza zwià-
zanych z „rozmieszczeniem powierzchni
noÊnych, stateczników, silników i z kszta∏-
tem kad∏uba” – twierdzi Haering. Jednà z
badanych koncepcji jest romboidalne skrzy-
d∏o, p∏ynnie wpisane w obrys kad∏uba (bez
ostrych kàtów i za∏amaƒ). Zdaniem Charle-
sa Boccadora, kierownika programu badaw-
czego firmy Northrop Grumman, pierwsze
ciche samoloty naddêwi´kowe pojawià si´
w ciàgu dziesi´ciu lat. Chuck Yeager by∏by
dumny.

n

Choç ∏àcze Êwiat∏owodowe jest
g∏ównym zmartwieniem in˝ynierów
pracujàcych nad hybrydowym
pojazdem do badania g∏´bin, muszà
oni stawiç czo∏o równie˝ innym
wyzwaniom. W nowym pojeêdzie
planuje si´ zastosowanie rozwiàzaƒ
opracowanych przez marynark´
wojennà USA. U˝yte b´dà m.in.
sferyczne zasobniki z mocnej
i lekkiej ceramiki na bazie tlenku
glinu. Majà one du˝à wypornoÊç
i jednoczeÊnie mogà zabezpieczyç
urzàdzenia elektroniczne przed
ciÊnieniem prawie 1100 atm.
Dodatkowà wypornoÊç zapewni
pianka syntaktyczna – ˝ywica
epoksydowa wype∏niona szklanymi
mikrosferami. Trzeba równie˝
skonstruowaç dzia∏ajàce pod
wysokim ciÊnieniem po∏àczenia
mechaniczne, kamery,
energooszcz´dne reflektory i inne
urzàdzenia. Jako ˝e pojazd ma byç
zasilany z akumulatorów, kolejnym
problemem b´dzie odpowiednie
gospodarowanie energià.

WI¢CEJ FAKTÓW

NIE TYLKO KABEL

STYCZE¡ 2004

ÂWIAT NAUKI

11

OCEANOGRAFIA

Denne roboty

NOWA MASZYNA WYRUSZY NA PODBÓJ OCEANICZNYCH G¸¢BIN. STEVEN ASHLEY

C

z∏owiek zaledwie kilka razy

móg∏ ob-

serwowaç najg∏´bsze miejsce oceanu
– le˝àce oko∏o 11 km pod powierzch-

nià wody dno Rowu Mariaƒskiego na za-
chodnim Pacyfiku. Pierwsza i do tej pory
jedyna udana za∏ogowa wyprawa odby∏a si´
w 1960 roku, kiedy to Jacques Piccard wraz
z kapitanem marynarki wojennej Donal-
dem Walshem posadzili na mulistym dnie
rowu batyskaf Trieste. Po raz kolejny g∏´bi-
ny te zosta∏y zdobyte dopiero 35 lat póêniej
przez Kaiko, niezwykle kosztownego japoƒ-
skiego robota podwodnego, który póêniej
kilkakrotnie powtórzy∏ ten wyczyn. Gigan-
tyczne ciÊnienie panujàce w oceanicznych
g∏´binach skutecznie utrudnia naukowcom
ich eksploracj´. Wkrótce jednak mo˝e si´ to
zmieniç.

In˝ynierowie z Woods Hole Oceanogra-

phic Institution, Johns Hopkins University
i marynarki wojennej USA zacz´li prac´ nad
pojazdem podwodnym, który za stosunko-
wo niewielkie pieniàdze umo˝liwi∏by pro-
wadzenie rutynowych badaƒ naukowych
na du˝ych g∏´bokoÊciach. Andy Bowen, na-
ukowiec z Woods Hole, zdradza, ˝e powsta-
nie pojazd hybrydowy, który b´dzie ∏àczy∏
mo˝liwoÊci w pe∏ni autonomicznego robo-

ta i pojazdu sterowanego z powierzchni za
pomocà cienkiego ∏àcza Êwiat∏owodowego
(tak steruje si´ teraz niektórymi torpedami).
Wa˝àce ton´ urzàdzenie ma zmieÊciç si´
wraz z osprz´tem w dwóch standardowych
kontenerach. B´dzie na tyle ma∏e i lekkie,
by mog∏y je wykorzystywaç typowe jednost-
ki oceanograficzne – dzi´ki temu nie trzeba
b´dzie u˝ywaç w tym celu specjalnych stat-
ków. Niewielkie koszty i du˝a wszechstron-
noÊç sprawià, ˝e pojazd b´dzie wykorzysty-
wany nie tylko do eksploracji najwi´kszych
g∏´bin, ale równie˝ do innych, bardziej tra-
dycyjnych prac badawczych na g∏´bokoÊ-
ciach nieprzekraczajàcych 6000 m. Szefo-
wie wartego 5.5 mln dolarów projektu, któ-
ry finansujà National Science Foundation,
Office of Naval Research oraz National Oce-
anic and Atmospheric Administration, pla-
nujà go ukoƒczyç w ciàgu czterech lat.

Koncepcja pojazdu hybrydowego pozwo-

li obejÊç ograniczenia, z jakimi zmagajà si´
naukowcy pos∏ugujàcy si´ konwencjonalny-
mi batyskafami za∏ogowymi oraz robotami
podwodnymi. Batyskafy muszà zapewniç
bezpieczeƒstwo przebywajàcym w nich lu-
dziom, sà wi´c du˝e i kosztowne. Z kolei
autonomiczne roboty, by wype∏niaç powie-