ギズモード・サイエンスフェア：静かな超音速ジェット機

NASAのQuestチームは、超音速飛行に通常伴う耳をつんざくような衝撃音を出さずに音速を超える速度で飛行できる実験用航空機を製作したことで、2024年ギズモード・サイエンス・フェアの優勝者となった。

質問

航空機はソニックブームを発生せずに超音速飛行できるのだろうか？音速の壁が破られてから76年、超音速旅客機の運行が終了してから20年が経ったが、超音速飛行は常に、音速を超える速度で飛行するジェット機の爆音と切っても切れない関係にあった。NASAの超ロングノーズ機X-59は、ソニックブームを軽減し、音速の「ドスン」という音にまで低減する設計となっている。

「強いソニックブーム、つまり強い圧力変化が地面を伝わって流れないようにすることが目的で、耳にはそれがドカーンという音、爆発音として聞こえます」と、X-59の主任技師ジェイ・ブランドン氏は語った。

結果

長年にわたるエンジニアリング上の課題への取り組みと、航空機の飛行モデル化を経て、チームは1月にX-59を正式に発表しました。しかし、この機体はまだ飛行していません。今年中の初飛行を目指しており、10年にわたりこの機体の開発に取り組んできたQuestチームにとって、これは正念場となるでしょう。

NASAアームストロングの低衝撃実証プロジェクト担当副主任技師マーク・F・マンゲルスドルフ氏は、まず飛行機を空中でテストすることなく、ソニックブームが発生するかどうかを予測する能力を作り出すことが課題の一つだと語った。

X-59の極端に尖った機首形状は、音速を超える衝撃を生み出すはずでしたが、その設計では風防を設置することができませんでした。チームはこの課題を解決するため、X-59のパイロットが前方の窓なしで機外を見ることができるスクリーンセット「外部視覚システム（XVS）」を開発しました。

なぜ彼らはそれをしたのか

X-59の全長は99.7フィート（30.39メートル）、翼幅はわずか29.5フィート（9メートル）です。この機体がスティレット型になっている理由は単純です。NASAはソニックブームの音を耳障りな音に抑え、超音速機が再び米国の陸上を飛行できるようにしたいと考えているのです。民間による陸上超音速飛行は、1973年以来、連邦航空局によって禁止されています。主な理由は、上空を飛ぶ軍用機の「カブラム」という音と、それが時折引き起こす窓のガタガタという音に、一般市民が恐怖と不快感を覚えたためです。

「70年代から今までずっと長いプロセスだったが、この飛行機を飛ばせば、解決できたかどうかがわかるだろう」とブランドン氏は語った。

彼らが勝者である理由

ソニックブームは、物体が音速（時速約767マイル、マッハ1）を超える速度で移動するときに発生します。しかし、X-59チームはこの航空機が状況を変える可能性があると考えており、2020年代後半に米国のいくつかの都市で試験飛行を行う予定です。X-59は、高度約55,000フィート（約1万5,000メートル）で時速925マイル（マッハ1.4）で巡航するように設計されている。ブランドン氏によると、X-59が超音速に達すると、「ドアを閉めるような音」が発生するはずだという。地上からはまだ聞こえるものの、真のソニックブームほど不安を抱かせることはないという。

超音速商用飛行が復活すれば、世界中の移動時間が大幅に短縮されますが、米国内での実現にはFAA（連邦航空局）の許可が必要であり、そのためにはソニックブーム（衝撃波）を軽減する必要があります。クエストは将来の超音速航空機設計への道筋です。X-59は民間人を乗せることはできませんが、地上の日常生活に支障をきたさない超音速航空機の技術的実現可能性を示すことになります。しかし、まずは飛行させなければなりません。

NASA グレンの超音速風洞内の X-59 モデルのシュリーレン画像。 — NASAグレン超音速風洞内のX-59模型のシュリーレン画像。画像：NASA

次は何か

X-59の初飛行は2024年後半に予定されています。初飛行後、そして成功を前提として、クエスト社のチームは2025年までエドワーズ空軍基地とカリフォルニア州のNASAアームストロング飛行研究センターで飛行試験を継続します。その後、2026年から2027年にかけて、X-59はアメリカの特定の都市上空で一連の飛行を行い、地上の人間に対するソニックブームが十分に緩和されるかどうかを検証します。NASAは、このコミュニティテストのデータを2030年までに連邦航空局（FAA）に提出します。FAAは、米国における陸上での商業用超音速飛行を禁止する既存の規制を変更する可能性があります。

「X-59の音は、この飛行機としては最高に静かです」とマンゲルスドルフ氏は語った。「機体をもっと長くすればもう少し静かにできたかもしれませんが、ミッションを遂行するには十分だと感じました。そして、実際に飛行を始めれば、さらに静かにする方法を学べることを願っています。」機体の長さと幅の比率がさらに極端になるというのは、面白い考えですね。

X-59の成功の全容は、少なくとも2027年までは分からないだろう。しかも、今年中に実機が飛行するという前提での話だが。しかし、どんな競争にも最初の一歩はあり、この独創的なジェット機は、航空旅行の次世代を担う機体となるかもしれない。