Saat Lockheed Martin bersiap untuk penerbangan pertama X-59, jet supersoniknya yang tenang, para ilmuwan NASA sedang menyelesaikan tes untuk mengukur dampak sebenarnya dari bentuk aerodinamis pesawat terhadap gelombang kejut soniknya. NASA akan mengukur getaran udara yang disebabkan oleh ledakan sonik jet tersebut dengan mensurvei penduduk di area yang dilewati X-59, namun NASA juga perlu mengukurnya melalui cara ilmiah.
Gelombang kejut ini akan sangat kecil sehingga Angkatan Udara AS harus menemukan kembali alat yang peka terhadap gelombang kejut yang sebelumnya digunakan untuk mengukur ledakan sonik. Mike Frederick, peneliti utama proyek tersebut di Pusat Penelitian Penerbangan Armstrong NASA, mengatakan kepada saya dalam sebuah wawancara email bahwa probe sensor kejut ini “diadaptasi dari desain yang ada untuk memenuhi persyaratan unik dalam menangkap ledakan sonik yang lebih senyap pada X-59”.
Pesawat luar angkasa ini akan dipasang pada boom yang dipasang di ujung hidung jet tempur F-15B, mengukur variasi tekanan atmosfer yang disebabkan oleh X-59 dalam penerbangan saat pesawat menghasilkan ledakan soniknya. Berbentuk tabung panjang dengan kerucut di ujungnya, berisi lima lubang yang mengukur perubahan tekanan. Satu gerbang terletak di bagian atas kerucut, dan empat gerbang lainnya tersebar di sekeliling kelilingnya. Sensor ini mendeteksi perubahan tekanan, merekam ribuan sampel per detik untuk menghitung intensitas, durasi, dan perambatan gelombang kejut yang dihasilkan oleh jet supersonik.
Untuk X-59, wahana ini juga akan membandingkan data yang dikumpulkan selama uji penerbangan sebenarnya dengan prediksi dari simulasi matematika. Sebelum memulai pengujian ini, NASA akan melakukan pengukuran untuk menetapkan kebenaran dasar—data dasar empiris yang akan memvalidasi pengukuran X-59 di masa depan. Pengukuran ini akan dilakukan menggunakan pesawat supersonik F-15 yang terbang diikuti oleh F-15B yang dilengkapi dengan alat pengukur gelombang kejut baru X-59.
Sebuah probe yang dirancang untuk mengukur hal-hal yang hampir tidak terlihat
Menurut Frederick, “desain lama mengandalkan pipa pneumatik yang panjang. Laras tersebut cenderung melunakkan karakteristik guncangan sampai batas tertentu.” Yang baru menggunakan transduser dengan kecepatan sampel tinggi—perangkat yang mengubah satu bentuk energi menjadi bentuk energi lain, seperti mikrofon mengubah suara Anda menjadi sinyal listrik—dan pipa dengan panjang sangat pendek yang tidak mengalami jumlah atenuasi yang sama. saat gelombang kejut melewatinya untuk mencapai sensor.
Desain ini mampu mengatasi guncangan yang sangat lemah secara lebih efektif, katanya. Jumlah pipa yang kecil dalam probe masih mempunyai pengaruh yang kecil terhadap guncangan yang diukur, namun dianggap dapat diabaikan. Dalam dunia yang sempurna, kata Frederick, mereka akan memasang transduser tekanan rata dengan permukaan kerucut untuk menghilangkan redaman sepenuhnya, namun diameter probe tidak cukup besar untuk mengakomodasi desain tersebut.
Pesawat luar angkasa saat ini juga dilengkapi sistem pemanas untuk menjaga suhu konstan selama penerbangan. Frederick memberi tahu saya bahwa stabilisasi suhu ini adalah kunci untuk mendapatkan pembacaan yang akurat. Transduser tekanan probe memiliki elemen penginderaan piezoresistif, yaitu jenis sensor yang mengubah hambatan listriknya sebagai respons terhadap tekanan yang diberikan atau tekanan mekanis. “Keluaran elemen penginderaan ini berubah seiring suhu pada tekanan tertentu,” katanya, “jadi untuk memberikan keluaran konstan pada tekanan tertentu, kita perlu menjaga sensor tekanan pada suhu konstan.”
Hal ini rumit karena suhu wahana dipengaruhi oleh suhu atmosfer dan pemanasan aerodinamis wahana, yang terjadi dalam penerbangan supersonik akibat gesekan udara yang ekstrem. “Tanpa lingkungan sensor yang dikontrol secara termal,” kata Frederick, “kita akan mendapatkan variasi pengukuran tekanan yang tidak dapat diterima semata-mata karena perubahan suhu.” Menurutnya, lingkungan yang stabil secara termal ini adalah kemajuan terbesar mereka. “Kami harus menerapkan beberapa trik kalibrasi untuk memastikan bahwa kisaran tekanan yang sangat kecil memenuhi persyaratan resolusi tekanan untuk X-59.”
Desain probe juga dioptimalkan dalam dua versi untuk penggunaan berbeda. Versi pertama mengukur gelombang kejut di dekat sumbernya, pada ketinggian sekitar 55.000 kaki, yang terbang tepat di belakang X-59. “Pesawat jarak dekat menyediakan pengukuran utama,” katanya. Pengukuran ini akan dibandingkan dengan hasil simulasi dinamika fluida komputasi NASA mengenai tanda guncangan medan dekat. Pesawat luar angkasa tengah akan terbang sangat dekat dengan tanah dan menangkap pengukuran sekunder yang akan dibandingkan dengan simulasi bagaimana gelombang kejut bergerak melalui atmosfer ke tanah. Pendekatan dua arah ini akan memberikan gambaran lengkap tentang bagaimana ledakan X-59 dihasilkan dan disebarkan, namun juga akan meningkatkan simulasi masa depan dengan data empirisnya.
Era baru penerbangan supersonik komersial
X-59 dirancang dan dibangun oleh Lockheed Martin Skunk Works untuk menunjukkan bahwa penerbangan supersonik di darat dapat dilakukan tanpa menimbulkan ketidaknyamanan bagi manusia. Pesawat eksperimental ini akan menguji desain aerodinamis yang revolusioner, mengurangi biaya dengan menggunakan komponen yang digunakan kembali dari pesawat lain. Menurut Dave Richardson, direktur program X-59 di Lockheed Martin, “(Pengurangan ledakan sonik) tidak didasarkan pada material eksotik atau teknologi revolusioner, tetapi hanya pada bentuk pesawat. Bentuk ini dikembangkan dari pekerjaan NASA yang dilakukan pada tahun 1960an dengan uji terowongan angin.
Mesin General Electric F414-GE-100 X-59 menghasilkan daya dorong 22.000 pon dan merupakan mesin yang sama yang digunakan pada F/A-18 Super Hornet Angkatan Laut AS, meskipun dimodifikasi untuk pesawat ini. Dengan mesin ini, X-59 dapat melaju dengan kecepatan Mach 1,42 (sekitar 940 mph) di ketinggian 55.000 kaki. Selain itu, kokpitnya tidak memiliki kaca depan, sehingga menghasilkan profil aerodinamis yang lebih bersih. Sebaliknya, pilot menggunakan sistem penglihatan eksternal, dengan kamera yang memproyeksikan lingkungan ke layar kokpit – sebuah desain yang telah mendapat persetujuan dari Federal Aviation Administration (FAA).
X-59 juga menonjol karena secara signifikan mengurangi waktu dan biaya pengembangan berkat superkomputer dan pemodelan digital, mengoptimalkan proses desain dengan menghindari banyak pengujian terowongan angin. Richardson menjelaskan bahwa “(Model digital memungkinkan untuk memprediksi perambatan gelombang kejut) dari pesawat ke darat, sesuatu yang di masa lalu memerlukan pengujian terowongan angin yang tak terhitung jumlahnya dengan biaya yang sangat besar.
Setelah berhasil penyelesaian tes mesin pada awal November, tim kini mempersiapkan langkah terakhir sebelum penerbangan pertama X-59, yang dijadwalkan pada awal 2025. Paul Dees, wakil manajer drive X-59 di NASA, mencatat: “Tanggal pasti penerbangan pertama akan bergantung pada keberhasilan setiap pengujian, tetapi kami yakin itu akan segera terjadi.”
Setelah mengudara, X-59 akan terbang di atas komunitas Amerika, di mana survei terhadap penduduk dan sampel suara yang dikumpulkan oleh mikrofon darat akan digunakan untuk mengukur reaksi subjektif masyarakat dan variasi objektif dalam tingkat suara. Selain pengukuran ilmiah dari instrumen ini, data ini akan menjadi dasar pengambilan keputusan oleh badan-badan nasional dan internasional untuk mencabut larangan penerbangan supersonik komersial di darat.
Jika berhasil, desain pesawat aneh ini akan menjadi cetak biru maskapai penerbangan masa depan. Perusahaan swasta akan dapat menggunakan penelitian publik ini untuk membangun desain mereka sendiri, mengikuti jalur yang dirintis oleh Concorde yang bergemuruh, namun kali ini bergerak dengan kecepatan supersonik.
