Comment le jet supersonique X-59 de la NASA a remplacé le boom par un bruit sourd silencieux

Imaginez quitter votre travail à Los Angeles ou à San Francisco un peu plus tôt un vendredi après-midi et finir avec un verre sur la plage de Maui avant la fin de l’heure de l’apéritif. Imaginez Seattle à Tokyo en quatre heures, New York à Londres en plus de trois heures.

De nombreux acteurs du secteur naissant des supersoniques croient que les vols commerciaux supersoniques sont non seulement possibles, mais travaillent également à concevoir, construire et certifier des avions dans les cinq à dix prochaines années. Voler plus vite que la vitesse du son changera non seulement le transport aérien, affirment-ils, mais offrira aux passagers le luxe ultime : le temps.

Boom, Spike et Exosonic ont des concepts différents pour leurs jets supersoniques, conçus pour voyager entre Mach 1,4 (1 074 mph) et 1,8 (1 381 mph), tandis que les constructions hypersoniques de Destinus et Hermeus pourraient théoriquement voyager à Mach 5,0, ou 3 836 mph. La plupart restent dans la phase de conception théorique. Seul le démonstrateur de Boom, le XB-1, a commencé les premiers essais en vol, avec des essais supersoniques prévus plus tard cette année.

Les progrès sont lents, en raison des coûts exorbitants de R&D causés par les défis techniques uniques liés au vol plus rapide que le son. “Les obstacles sont de taille”, note Vik Kachoria, PDG de Spike Aerospace, qui développe un avion supersonique de 12 à 18 passagers appelé Diplomat. « Le boom, le bruit au sol, la sécurité, la réglementation, l’environnement, les infrastructures. C’est beaucoup.”

Le boom sonique reste le plus grand obstacle au développement, explique David Richwine, chef de projet adjoint de la NASA pour la technologie du X-59, un avion expérimental conçu pour atténuer le bruit et les vibrations du boom. “Lorsque nous avons additionné les défis auxquels sont confrontés les supersoniques, la résolution du boom était le plus important”, dit-il. « S’en charger permettrait aux opérateurs commerciaux de travailler sur d’autres questions. »

Les booms soniques existent depuis que Chuck Yeager a franchi le mur du son en 1947 dans le Bell X-1. Le boom – un bruit fort provoqué par les ondes de choc qui se forment lorsqu’un avion dépasse la vitesse du son – a été initialement considéré, curieusement, comme un signe de progrès depuis qu’il a inauguré l’ère supersonique. En 1963, le président John F. Kennedy a lancé une initiative appelée Supersonic Transport (SST) qui a réuni le gouvernement et l’industrie, dans le but de construire un avion de ligne supersonique commercial capable de transporter 300 passagers, volant à Mach 3, ou 2 301 mph.

Mais à la fin de la décennie, la plupart des gens considéraient les bangs soniques comme une nuisance publique. En 1968, un survol d’un F-105 à l’Air Force Academy a fait sauter 200 fenêtres de sa chapelle emblématique, blessant une douzaine de personnes. De 1956 à 1968, l’Air Force a dû traiter environ 40 000 réclamations contre ses avions de guerre supersoniques, couvrant des pertes dues à des vitres brisées et des fissures dans le plâtre des maisons, en raison d’affirmations selon lesquelles les bangs soniques rendaient le bétail fou.

Le Concorde, le premier avion supersonique commercial au monde, n’a pas aidé. Développés conjointement par les Britanniques et les Français, ses vols transatlantiques aboutissaient souvent dans des villes américaines avec des vitres brisées et des vibrations qui ébranlaient les résidents locaux. En 1973, le Congrès et de nombreuses autorités du monde entier ont interdit les voyages aériens supersoniques par voie terrestre, réduisant ainsi leur potentiel d’accélération des voyages aériens commerciaux.

Avion toujours coûteux et gourmand en carburant, le Concorde a effectué son dernier vol au Royaume-Uni en 2003, atterrissant dans un musée de l’aviation à Bristow, où il est devenu une exposition fixe.

Aujourd’hui, la NASA, en collaboration avec Lockheed Martin, espère réhabiliter le transport aérien commercial supersonique en atténuant le boom. L’équipe qui supervise le projet X-59 Quesst (pour Quiet SuperSonic Technology) promeut l’idée selon laquelle la limite de vitesse supersonique devrait être levée dès que le bang sonique ne posera plus aucun problème.

“Au lieu d’une règle basée uniquement sur la vitesse, nous proposons que la règle soit basée sur le son”, a déclaré Peter Coen, responsable de mission intégré pour le programme X-59. “Si le bruit d’un vol supersonique n’est pas assez fort pour déranger quiconque se trouve en dessous, il n’y a aucune raison pour que l’avion ne puisse pas voler en supersonique.”

D’autres avions, dont le jet Northrop F-5E modifié, ont prouvé en 2003 que la forme d’un avion pouvait réduire l’intensité des bangs soniques. Le X-59 est conçu pour aller encore plus loin, en créant un « bruit sourd » sonore qui mesure environ 75 décibels perçus, soit à peu près le bruit d’une machine à laver.

Le concept X-59 a été présenté pour la première fois en 2018, la NASA ayant accordé une subvention de 248 millions de dollars à Lockheed Martin pour développer le jet. Après une modélisation informatique approfondie et des tests en soufflerie, le X-59 a été officiellement présenté au monde dans les installations de Lockheed en Californie Skunk Works en janvier. L’avion mince au nez effilé mesure 99,7 pieds de long et 29,5 pieds de large, ressemblant à un avion de combat élégant et futuriste, avec le cockpit à mi-chemin le long du fuselage.

Il est conçu pour voler à 1,4 fois la vitesse du son, soit 925 mph. Le X-59 réutilise des pièces d’autres avions de guerre, notamment le train d’atterrissage d’un F-16, la verrière et le siège éjectable d’un avion d’entraînement supersonique T-38, ainsi qu’une partie du système moteur utilisé dans l’avion espion U-2.

Le moteur monté sur le dessus permet d’avoir une face inférieure lisse pour empêcher les ondes de choc de se fondre derrière l’avion, réduisant ainsi la puissance potentielle des bangs soniques. L’avion a subi des essais au sol, les essais en vol étant attendus d’ici la fin de l’année. Le X-59 volera à environ Mach 1,4 (1 074 mph) à 55 000 pieds, à peu près à la même vitesse et à la même altitude qu’un avion supersonique commercial, collectant des données sur son « boom silencieux ». Selon la NASA, ces données devraient aider « les régulateurs à reconsidérer les règles qui interdisent les vols commerciaux supersoniques au-dessus des terres ».

La configuration positionne le cockpit à peu près à mi-longueur de l’avion, ce qui signifie que le pilote ne regarde pas à travers une fenêtre orientée vers l’avant, mais utilise plutôt des caméras haute résolution qui alimentent un moniteur 4K dans le cockpit, appelé système de vision eXternal. .

Une fois que le X-59 prendra son envol, il passera par des tests de sécurité, puis une période d’évaluations acoustiques avant que la NASA ne se lance dans une série de vols d’essai au-dessus de certaines villes où les citoyens pré-informés offriront leurs commentaires pour aider à déterminer si la technologie atteint un bruit acceptable. les niveaux.

Un bruit sourd serait une bonne nouvelle pour les startups supersoniques commerciales. Spike Aerospace effectue son propre travail pour atténuer les booms, tout en rédigeant les recherches de la NASA. Comme le X-59, il vise à réduire le boom en aplatissant les ondes sonores afin qu’elles soient dirigées vers le haut et s’annulent largement. Exosonic positionne également son avion de 70 places comme doté d’un bang sonique « silencieux ».

Le X-59 peut atteindre son objectif d’atténuer les bangs soniques, mais l’appliquer à un avion certifié reste un défi. Les startups ont du mal à réunir les capitaux nécessaires pour commercialiser un produit final, sans compter les questions de durabilité : certains analystes prévoient que les avions supersoniques consommeront trois fois plus de carburant que les avions de ligne subsoniques. Richwine admet qu’après la suppression du boom, « les émissions constituent le prochain plus grand défi, nous devons donc nous tourner vers les carburants alternatifs, l’électricité et l’hydrogène ». La NASA a commencé à jeter un coup d’œil dans ces terriers de lapin. Boom affirme qu’il conçoit son Overture de 80 sièges pour qu’il fonctionne à 100 % avec du carburant d’aviation durable (SAF), tandis que Spike explore l’électricité et l’hydrogène.

Les constructeurs de supersoniques gardent espoir, malgré des défis techniques importants et le consensus général au sein de l’aviation privée selon lequel ces projets seront trop coûteux à mettre sur le marché, avec une demande limitée de la part des compagnies aériennes et d’autres acheteurs.

Mais sur le terrain, l’optimisme prévaut. “Je pense vraiment que le vol supersonique aura lieu”, déclare Richwine. « C’est un ordre de grandeur plus compliqué qu’un avion classique, donc cela prendra du temps, mais nous y arriverons. Pour les compagnies aériennes commerciales, cela prendra probablement 15 ans.»