X-59’un jilet gibi keskin burnu uçağın uzunluğunun yarısını kaplıyor; görünürde kokpit yok; kanatlar tüm gövdeye kıyasla küçük; ve büyük boy kuyruk motoru düşmek üzere olan garip bir kambur gibi görünüyor. Tabii ki, bu deliliğin bir yöntemi var. Tasarım, gerçek bir tek boynuzlu at üreten özel bir tılsım: yerdeki insanları ve binaları patlatmayan süpersonik bir jet.
Sonik patlama, uzun zamandır süpersonik uçuşun Aşil topuğu olan bir olgu. Bir uçak ses hızından daha hızlı hareket ettiğinde, uçağın gövdesine karşı basınçlı hava molekülleri, yerde duyulan yüksek ve yıkıcı bir ses olan sonik bir patlama oluşturmak için birleşen şok dalgaları üretir. Bu gürültü, tarihsel olarak kara üzerinde süpersonik uçuşun ticari uygulanabilirliğine önemli bir engel oldu.
NASA ile birlikte geliştirilen X-59, NASA’nın yerdeki insanların süpersonik bir uçaktan ne kadar büyük bir patlama tahammül edebildiğini test etmek için kullanacağı deneysel bir jet olarak tasarlandı. Lockheed Martin’in X-59 program direktörü Dave Richardson’a göre, bu yeni tasarımla insanlar pek bir patlama beklememeli.
Richardson, X-59’un “sessiz” süpersonik bomunun pahalı büyülü malzemeler veya egzotik motorlar tarafından mümkün olmadığını açıklıyor. “Uçanın kendisinde radikal bir teknoloji yok. Bu gerçekten sadece uçağın şekli.” Ve şekil, insanlar tarafından yaratılan gerçek bir araçtan çok bir anime uzaylı uzay gemisine benziyorsa, bunun nedeni şirketin mühendisleri tarafından oluşturulan özel yazılımlar aracılığıyla başka bir boyutta hayal edilmesi.
Süpersonik uçuş tasarlamak
Süpersonik uçuşu rahatsız eden sorunların çoğu, New York’tan Londra’ya sadece üç buçuk saatte seyahat edebilecek ünlü süpersonik yolcu jeti Concorde örneği üzerinden gözlemlenebilir. Concorde 1969’da ilk uçtuğunda, insanlar super-fast hava yolculuğu fikrinden büyülendiler. Teknolojik bir harika gibi geldi, sesi duyana kadar.
Yolcu uçağı tepeye yakınlaşıp ses bariyerini kırarken, yere sağır edici bir patlama gönderdi. İnsanlar bomba patlamış gibi hissettiler. Cam pencereler paramparça oldu ve kapılar titredi.
X-59’un aksine, Concorde sessiz olacak şekilde tasarlanmamıştı. Delta kanatlı tasarımı tüm gövdesi boyunca bir kağıt uçak gibi görünmesini sağlayan iki çok büyük üçgen kanat ve güçlü motorlar sonik patlamaya katkıda bulundu.
ABD kıtasındaki uçaklar süpersonik olmaya başladıkça, ses patlamaları o kadar büyük bir sorun haline geldi ki, Kongre 1971’de karada süpersonik uçuşu yasakladı ve bu hareket daha sonra dünya çapında takip edildi.
Concorde, 2003 yılında hizmet dışı bırakılana kadar uçmaya devam etti, ancak çoğu havayolu, süpersonik yetenekleri yalnızca su üzerinde kullanılabiliyorsa, uçağı çalıştırmanın maliyetini haklı çıkaramazdı. Richardson, ”Süpersonik uçuş için gerçek atılım, bu süpersonik uçuşun daha avantajlı olduğu uzun rotalara sahip olmak için tekrar kara üzerinde uçabilmek olacaktır.” diyor. Lockheed Martin’in inşa etmek için yola çıktığı şey tam olarak bu.
Kongre’nin kara üzerinde süpersonik uçuşu yasaklayan yasayı geçirmesinden sonraki on yıllarda, NASA süpersonik patlamaları susturmak için bir görevdeydi. Ancak yakın zamana kadar sessiz bir süpersonik jet mümkün olmadı. Richardson, bunun sonik şokların etkileşimini ve 50.000 fit yükseklikten yere nasıl yayıldıklarını doğru bir şekilde tahmin edebilen yüksek hızlı bilgi işlem ve makine öğrenimi modelleri sayesinde olduğunu söylüyor.
Richardson, “Bu, bir süre önce yapma yeteneğine sahip olduğumuz bir şey değil.” diyor. “Bu tür bir uçağı tasarlayabilirdik, evet. Onu bir rüzgar tüneline koyabilirdik, ancak bugün bilgisayarda yapmak yerine rüzgar tünelinde yüzlerce veya binlerce kez büyük bir masrafla ve daha uzun yıllar yinelemek zorunda kalacaktık.”
Eldeki bu yeni teknolojiyle NASA, federal süpersonik yasağı yürürlükten kaldırma fırsatı hissetti. Patlayıcı sonik patlamayı hafif bir gümbürtüye indirgeyen bir X-59 araştırma uçağı tasarlamak ve inşa etmek için Quesst (Sessiz Süpersonik Teknoloji) adlı bir program başlattı. NASA, Kongre’yi süpersonik uçuşu ana akıma geri getirmeye ikna etmek için, düşük bomlu araştırmasını, bir uçağın camları kırmadan, milyonlarca kentliyi sinirlendirmeden ve sığır kalp krizi geçirmeden ses hızını yenebileceğini gösterecek gerçek bir deneye dönüştürmesi gerektiğini biliyordu.
2016’da NASA, Lockheed Martin ve bir dizi başka şirketten, karadaki süpersonik uçuşun normal ses altı uçaklar kadar güvenli ve sessiz olduğunu gösterebilecek bir test uçağı için bir teklif sunmalarını istedi. Hedef, sonik bomlar tarafından üretilen gerçek desibellerin aksine insanların sesi nasıl algıladığını ölçen bir hacim birimi olan sadece 75 PLdB’lik bir bomlu bir uçak yapmaktı. 75 PLdB, bir bulaşık makinesini bir saniyeden daha kısa bir süre duymaya eşdeğer. Karşılaştırma için, Concorde’un PldB’si 105 idi veya tam güçte bir elektrikli testere dinlemek kadar yüksekti.
2018’de NASA, Lockheed Martin’e düşük bomlu X uçağını tasarlamak, inşa etmek ve teslim etmek için 247,5 milyon dolarlık bir sözleşme imzaladı. Uçak, resmi lakabı X-59 Quesst’i ABD’den aldı.
Richardson, ”X-59 düşük bomlu uçuş göstericisinin doğuşu, daha hızlı uluslararası seyahate artan ilginin bir parçası olarak NASA’dan geliyor.” diyor.
X-59’a giden uzun yolculuk
Quesst’ten çok önce, Lockheed Martin’in Skunk Works’ü sonunda X-59 olacak şey üzerinde zaten çalışıyordu. 2013’te uçak C100 olarak biliniyordu ve Concorde’un biraz daha kısa bir versiyonuna benziyordu.
Tasarımcılar, kanatların şekli, kuyruğun konfigürasyonu ve burnun uzunluğu gibi ayrıntıları optimize etmek için yazılım kullandılar. Richardson, ” (yazılım) uçakta ne yapmamız gerektiğini bize bildirirdi.” diye anlatıyor. Sonunda CAD tasarımı bir ölçekli modele dönüştü ve ekip, mühendislerin öğrendiklerini aşağıdaki yinelemeye uygulayabilecekleri bir rüzgar tünelinde test etti.
Ardından, V-tail tasarımını kullanan ancak daha küçük kanatları ve daha keskin sivri burunlu çok daha uzun bir gövdeye sahip olan C435 modu geldi. Ardından, V’nin sonik patlamayı azaltmada daha iyi olmasına rağmen uçağı manevra etmeyi zorlaştırdığını fark ettikten sonra geleneksel bir uçak kuyruğu lehine V-tail’den kurtulan C506.
2015 yılına gelindiğinde, ekip, X-59’daki burnun ucuna bir kanard (kpitin yakınında görebileceğiniz iki küçük kanatçık) ekleyen C603 için bir tasarıma sahipti. Bu model aynı zamanda motoru daha da geriye itti ve kanatları iki farklı açıya yerleştirdi, önce orta bölümleri etrafında yukarı ve sonra aşağı gitti. C605, X-59’un ön tasarımını bilgilendiren son prototipti.
Tüm bu yinelemeler sayesinde Richardson ve ekibi, süpersonik patlama için tasarım hakkında birkaç önemli ders aldı. İlk olarak, uçağın ağır, hantal kısımlarının mümkün olduğunca geride olması gerekiyordu. “Gerçekten öne hiçbir şey koymadık, ama o uzun, iyi orana sahip olmak istiyoruz” diyor. Bu, uçak ses bariyerini kırdığında gürültü üretebilecek hiçbir yüzey kesintisi olmadan son derece ince bir burun ve gövde ile sonuçlandı. “Uçanın uzunluğu boyunca farklı şokları uzatabilmek ve yönetebilmek istiyorsunuz.” diye ekliyor.
Ayrıca, uçağın şeklinde süreksizliğe neden olan her şeyin patlama etkisine katkıda bulunabileceğini öğrendiler. Bu onların ön camdan tamamen kurtulmalarına neden oldu. Bunun yerine, Richardson’a göre X-59, uçaktaki tek ileri teknoloji olan harici bir görme sistemi kullanıyor. Pilot, geniş bir ekrandan dışarıyı izleyerek bir kamera kullanarak gezinir. Bu sistem, ulusal hava sahasında kullanım için Federal Havacılık İdaresi tarafından sıkı bir sertifika almak zorunda kaldı.
Aerodinamik bir vücut oluşturmak için ellerinden gelenin en iyisini yapmalarına rağmen, ekip şişkinliklerin kaçınılmaz olduğunu buldu. Richardson, motorun girişinin uçağın üzerine nasıl yerleştirildiğini, böylece oluşan şokun yere değil uzaya doğru gittiğini anlatıyor. (Kanatlarının altında olan Concorde’un motorlarında olan buydu.) Aynı şey, üstteki konumu aşağı yerine yukarı şok gönderecek olan herhangi bir aktüatör için de geçerli.
X-59, Concorde’dan daha düşük hızlarda uçarken şok dalgalarını en başından farklı şekilde yönetmek ve dağıtmak için tasarlandı (Conduda’un seyir hızı 2172 km/saat, X-59 ise yaklaşık 1488 km/saat hızla seyredecek). Richardson, ”Bence çoğu insan uçağa bakıyor ve ‘Bekle, bir şeyler yanlış’ diyorlar.” diyor. “(Düşünüyorlar) çok uzun. İniş takımı arkada çok uzak. Ve burun neden bu kadar uzun?”
Bir X-59 inşa etmek
Kasım 2018’e kadar Lockheed Martin, X-59’un ilk parçasının işlenmesini Palmdale, California’da başlattı. Ana yapısal bileşenler Mayıs 2019’a kadar monte edildi. Uçak o zamandan beri ağırlık kontrollerinden ve yakıt sistemi değerlendirmelerinden yer titreşim değerlendirmelerine kadar bir dizi testten geçti. Dikkat çekici bir şekilde, X-59 beklenen ağırlığın altındaydı, uçak geliştirmede tüm ekibi şaşırtan nadir bir başarı.
Ancak, yolculuk zorlukları olmadan olmadı. Şu anda X-59, tüm sistemlerin sorunsuz bir şekilde entegre ve işlevsel olmasını sağlayarak sistem kontrol aşamasında. Gelmesi beş ay süren parçalar nedeniyle planlı bir bakım ve modifikasyon için dinlenmeye ihtiyaç vardı. Bu gecikme, uçağın başlangıçta Aralık 2023 için planlanan açılış uçuşunu 2024’ün başlarına erteledi.
Bu muhteşem tuhaf uçağın ilk uçuşunu görmek için biraz daha beklememiz gerekecek. Bundan sonra, X-59’un şehirler ve kırsal alanlar üzerinde uçacağı, desibelleri ölçen ve yerdeki insanlardan geri bildirim alan ekibin üzerinden uçacağı birden fazla test olacak.
Richardson, hedeflerine ulaşırlarsa, uçak üreticilerinin keşfettikleri kavramları alıp ticari uçaklara dönüştürmemeleri için hiçbir neden olmadığını söylüyor. Aslında, NASA’nın proje için gereksinimlerinden biri Lockheed Martin’in bir uçak tasarımı sağlamasıydı. Lockheed’in ticari süpersonik hava yolculuğu vizyonu, 44 yolcu için 200 fit uzunluğunda (X-59’un iki katı uzunluklu) çift motorlu bir model.
Richardson, ”Bu uçaklardan birini gidip geliştirecek herhangi birinin sahip olacağı en büyük zorluk, art yakıcı olmadan Mach 1.8’de uçacak ve bu boyutta bir uçak için yeterince büyük olacak bir motor bulmak olduğunu düşünüyorum.” diyor, ancak bunun yapılabilir olduğunu belirtiyor.
“Bunun pazarını gören ve şirketlerine ilerlemek ve bir uçak geliştirmek için yatırımları olan insanlar varsa, süpersonik yasak yasaları yürürlükten kaldırılır kaldırılmaz hemen başlayabilirler.” diyor.
Bir gün, X-59’un tasarımı deneysel doğayı aşarak ve dünya çapında yüksek hızlı seyahat için yeni bir çağ başlatarak insanlara gökyüzünde uzaylı bir şekil gösterebilir.