Aan de rand van Denver in de Amerikaanse staat Colorado staat het hoofdkantoor van Boom Supersonic. In het lage en lange witte gebouw, met uitzicht op de uitgestrekte vlakten van de Dove Valley, werken tal van onderzoekers en technici aan een prestigieus project: een supersonisch vliegtuig. Het voorlopige resultaat is de XB-1 – door insiders liefkozend de ”Baby Boom” genoemd.

Het studie-exemplaar wordt af en toe naar de startbaan van de nabijgelegen Centennial Airport gereden voor een grondige test. Die is nodig om nieuwe technologieën en inzichten op te leveren voor het echte werk, de ”Boom Overture”. Dat vliegtuig moet reizigers vanaf 2029 van A naar B vervoeren met een snelheid van mach 1,7, grofweg twee keer de snelheid van het geluid.

Maar al moeten passagiers nog ruim zeven jaar wachten totdat ze kunnen instappen, over interesse heeft Boom Supersonic niet te klagen. Vorig jaar bestelde de Amerikaanse luchtvaartmaatschappij United Airlines al vijftien exemplaren van de Overture.

Afgelopen maand legde de Amerikaanse luchtmacht na een eerdere investering nog eens 60 miljoen dollar op tafel. De militairen willen de technologie van Boom in de nabije toekomst kunnen inzetten om razendsnel manschappen en materieel te vervoeren.

Het toont aan dat bijna twee decennia na de laatste supersonische vlucht de droom om sneller te kunnen vliegen dan het geluid alleen maar sterker is geworden. Bovendien reiken de ambities nu veel verder dan toen. Vliegtuig- en technologieontwikkelaars werken met steeds meer openheid aan toestellen die tot wel vijf keer sneller moeten kunnen dan het geluid. Met die snelheid zijn ze het supersonische ruimschoots voorbij en worden ze gekwalificeerd als ”hypersonisch”.

Stille schokgolf

In 2003 leek het doek definitief te vallen voor supersonisch luchtvervoer. Een dodelijke crash in Frankrijk, teruglopende passagierscijfers en stijgende brandstof- en onderhoudskosten luidden het voortijdige einde in van de Concorde.

Aanvankelijk leek het Frans-Britse verbroederingsproject een vliegende start te maken. De wereld was klaar voor een iconisch passagiersvliegtuig dat met zijn deltavleugels en verstelbare neus een snelheid kon behalen van mach 2,04; de oversteektijd van Londen naar New York halveerde tot een uurtje of drie.

Tal van luchtvaartmaatschappijen tekenden voor het supersonische toestel, om daarna om uiteenlopende redenen weer af te haken. Uiteindelijk rolden er slechts twintig Concordes van de band, die na allerlei tegenslag in de mottenballen belandden.

Maar de dromen en ideeën bleven. Mede daardoor zijn er amper twee decennia later plannen van het Britse ruimtevaartagentschap voor een ”ruimtebrug” naar Australië; ontwikkelde een Chinees onderzoeksteam een dubbele hypersonische vliegtuigmotor op basis van een door de NASA afgedankt concept; en ligt er een vliegtuig op de tekentafel dat met een snelheid van 6789 kilometer per uur door het wolkendek moet breken.

Die ambities brengen de nodige technologische uitdagingen met zich mee. Een daarvan draait om het beteugelen van de supersonische schokgolf – de geluidsgolf die hoorbaar wordt wanneer een object door de geluidsbarrière gaat. Zo’n golf veroorzaakt regelmatig een schrikreactie en geluidsoverlast onder burgers op de grond. Daarom onderzoekt de Amerikaanse lucht- en ruimtevaartorganisatie NASA technieken die het geluid tot een minimum beperken. De NASA ontwikkelt in zijn experimentele supersonische ”X-59 QueSST” –met de bijnaam ”Son of Concorde”– een oplossing waardoor supersonische schokgolven niet harder klinken dan het geluid van een dichtslaand autoportier.

Krachtbron

Voorlopig breken onderzoekers zich vooral het hoofd over de vraag welke krachtbron het meest geschikt is voor hypersonische vluchten. Voor supersonische vluchten mag dan een verbrandingsmotor met deflagratie –de explosieve verbranding van een brandstof– volstaan, hypersonische vluchten vragen om een andere aanpak.

Daarom zijn veel ogen gericht op de detonatie- of ontploffingsmotor. Zo’n motor, waarin detonatiegolven een mengsel van brandstof en oxidatiemiddel laten ontbranden, vormt een krachtigere én efficiëntere energiebron dan traditionele verbrandingsmotoren, maar is tegelijkertijd erg instabiel en moeilijk te beheersen. Dat dergelijke motoren tijdens een vlucht regelmatig een supersonische schokgolf produceren, draagt bovendien niet bij aan het comfort van passagiers, en dat van burgers die regelmatig een knal kunnen horen.

De University of Central Florida presenteerde vorig jaar een oplossing voor dat probleem. Wetenschappers bedachten een motor die een voortdurende, zogeheten vaste detonatie produceert. Dat levert een stabiele schokgolf op. De motor zou op termijn zelfs kunnen worden doorontwikkeld om snelheden te bieden tot mach 17: zeventien keer sneller dan het geluid, ofwel bijna 21.000 kilometer per uur.

Hoge temperaturen

De duizelingwekkende snelheden leveren weer nieuwe vraagstukken op. Een hoge snelheid zorgt immers voor grotere wrijving, en dus voor meer warmte. In theorie zou een vliegtuig daardoor spontaan kunnen ontbranden. Daarom is het zaak het wrijvingsoppervlak zo klein mogelijk te houden. Die eis levert allerlei futuristische ontwerpen op van vliegtuigen met scherpe lijnen, lange buizen en korte vleugels.

De bedrijven investeren daarnaast in de ontwikkeling van materialen die de wrijvings­energie in goede banen leiden. Keramische tegels, die ook in de ruimtevaart worden gebruikt, zijn één oplossing. Om het gewicht en dus het brandstofverbruik van vliegtuigen zo laag mogelijk te houden, wordt er ook gewerkt aan nieuwe coatings met een hoog emissievermogen. Deze houden de romp relatief koel door de inkomende hitte te absorberen en weer uit te stralen en voorkomen daarmee dat vliegtuigen door hun eigen snelheid in brand vliegen.

In Engeland ontwikkelen wetenschappers een systeem om motoren van hypersonische toestellen te koelen. Ze ontwikkelen er de Sabre-raketmotor. Deze bevat kleine buisjes met helium op heel lage temperaturen die de motor koelen. De afgevangen warmte wordt vervolgens ingezet om de motor aan te drijven.

De hoge eisen die aan de nieuwe generatie supersonische en hypersonische vliegtuigen worden gesteld, kunnen leiden tot een fors brandstofverbruik. Nu de toestellen nog volop in ontwikkeling zijn, kunnen ze ook vanaf de tekentafel worden verduurzaamd. Boom Supersonic doet dat door te kiezen voor 100 procent gebruik van synthetische kerosine.

De Britse Sabre-motor zou met een combinatie van waterstof en zuurstof vijf keer de snelheid van het geluid kunnen halen.

Afspraken

Al die innovaties ten spijt blijven de voordelen voor passagiers voorlopig nog wat vaag. Onder intercontinentale reizigers resoneert de belofte van kortere reistijden. Of die belofte kan worden ingelost, is de vraag. De geschiedenis van de Concorde leerde dat het succes van een supersnelle lijndienst afhankelijk is van meer factoren, waaronder geopolitieke overeenkomsten en bilaterale verdragen. Om te voorkomen dat de snelle vliegtuigen voor een groot deel zullen worden ingezet voor gewone chartervluchten 
–zoals bij de Concorde het geval was– zullen er dus afspraken tussen landen moeten worden gemaakt.

De geschiedenis van de Concorde leert ook dat het prijskaartje een cruciaal verschil kan maken in de acceptatie. Slechts een enkeling was bereid (of in staat) om het dure ticket van 10.000 dollar (9000 euro) voor een enkele reis van Londen naar New York te betalen. De tijdwinst die een supersonische vlucht oplevert, zal voor de meesten niet opwegen tegen een goedkoop ticket van een prijsvechter.