Bagaimana Teknologi Penerbangan Hipersonik Beralih dari Laboratorium ke Angkasa

Bayangkan Anda bisa terbang dari satu bagian dunia ke bagian lain hanya dalam satu jam, alih-alih membutuhkan waktu seharian penuh. Bukankah itu menarik? 

Meskipun mungkin terasa seperti angan-angan, hal ini hampir menjadi kenyataan dalam waktu yang tidak terlalu lama karena sebuah studi baru membawa penerbangan hipersonik selangkah lebih dekat ke realitas.

Diterbitkan di Nature Communications, studi tersebut merinci a terobosan dalam memahami turbulensi hipersonik¹ bahwa dapat mengubah perjalanan jarak jauh. 

Ketika datang ke dr bunyi ultra penerbangan, itu disain pesawat terbang sangat penting untuk -nya sukses. Untuk mendesain kendaraan berkecepatan tinggi seperti itu, penting untuk memprediksi secara akurat hambatan aerodinamis dan perpindahan panas, yang membutuhkan pemahaman fisik tentang turbulensi pada kecepatan ekstrem ini.

Untuk memperoleh pemahaman tersebut, para peneliti dari universitas riset swasta Stevens Institute of Technology melakukan pengujian yang sama, dengan eksperimen kripton berbasis laser mereka yang menunjukkan bahwa turbulensi pada kecepatan hipersonik berperilaku lebih seperti aliran udara yang lebih lambat daripada yang diperkirakan. 

Dengan hasil yang menunjukkan bahwa turbulensi pada kecepatan ekstrem mungkin tidak jauh berbeda dari itu pada kecepatan yang lebih rendah, ini dapat menyederhanakan dan menyederhanakan desain kendaraan hipersonik dan mempercepat kemajuan menuju terwujudnya perjalanan ultra cepat.

Dan jika hal itu benar-benar terwujud dari ranah fiksi ilmiah menjadi kenyataan, penerbangan hipersonik dapat sepenuhnya mengubah perjalanan global. Rute jarak jauh yang saat ini membutuhkan waktu penerbangan 10 hingga 20 jam dapat berubah menjadi perjalanan singkat yang mungkin hanya membutuhkan waktu satu jam. 

“Ini benar-benar mengecilkan planet ini,” kata salah satu penulis studi tersebut, Nicholaus Parziale dari Departemen Teknik Mesin, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, AS. “Ini akan membuat perjalanan lebih cepat, lebih mudah, dan lebih menyenangkan.”

Fokus penelitian Parziale adalah mewujudkan penerbangan hipersonik. Artinya, penerbangan menembus atmosfer di bawah ketinggian sekitar 56 mil (sekitar 90 km) dengan kecepatan lebih dari lima kali kecepatan suara, yang dirujuk hingga Mach 5.

Mach 1 hanyalah kecepatan suara, yaitu 761 mil per jam. Para peneliti sedang berupaya agar pesawat terbang penerbangan at sebanyak Mach 10 untuk mengurangi waktu secara drastisNamun tentu saja, pada kecepatan setinggi itu, udara di sekitar pesawat tidak berperilaku sama seperti pada kecepatan rendah.

Secara ilmiah, pada kecepatan rendah, di bawah 1 Mach, terdapat aliran yang tidak dapat dimampatkan. Kredensial mikro artinya kepadatan udara tetap hampir konstan, dan desain pesawatnya sederhana.

Namun hal ini berubah pada kecepatan yang lebih tinggi, di mana terjadi aliran kompresibel, dan itu karena gas dapat dikompresi. Apa ini cara is bahwa karena adanya variasi tekanan dan suhu, itu Kepadatan udara berubah secara signifikan, dan kompresi tersebut memengaruhi cara pesawat terbang.

“Kompresibilitas memengaruhi bagaimana aliran udara mengalir di sekitar badan pesawat, dan itu dapat mengubah hal-hal seperti gaya angkat, gaya hambat, dan daya dorong yang dibutuhkan untuk lepas landas atau tetap berada di udara,” yang semuanya merupakan kunci dalam desain pesawat.

Pada angka Mach rendah, para insinyur memiliki pemahaman yang baik tentang bagaimana aliran udara ini bekerja dan memengaruhi pesawat. Namun tidak demikian pada angka Mach yang lebih tinggi.

Namun, ada hipotesis Morkovin. Hipotesis ini merupakan dasar pemahaman kita tentang turbulensi kompresibel supersonik dan hipersonik. Sesuai hipotesis tersebut, “kita dapat yakin bahwa dinamika esensial dari aliran geser supersonik ini akan mengikuti pola tak terkompresi.”

Hipotesis yang dikemukakan lebih dari setengah abad yang lalu oleh Mark Morkovin ini menyatakan bahwa pada kecepatan Mach 5 atau 6, perilaku turbulensi tidak jauh berbeda dari kecepatan yang lebih rendah. Meskipun kepadatan dan suhu udara memang berubah lebih banyak pada aliran yang lebih cepat, hipotesis ini mengatakan bahwa gerakan dasar turbulensi yang "bergelombang" tetap sama. Sebagian besar tetap sama. 

“Pada dasarnya, hipotesis Morkovin berarti bahwa cara pergerakan udara turbulen pada kecepatan rendah dan tinggi tidak jauh berbeda. Jika hipotesis ini benar, artinya kita tidak memerlukan cara baru untuk memahami turbulensi pada kecepatan yang lebih tinggi ini. Kita dapat menggunakan konsep yang sama yang kita gunakan.” digunakan untuk arus yang lebih lambat.” 

- Sebagian

Kredensial mikro Ini juga berarti tidak perlu pendekatan desain yang berbeda secara signifikan, sehingga menyederhanakan pesawat hipersonik.

Namun, sejauh ini belum ada bukti eksperimental yang cukup untuk mendukung hipotesis tersebut. Karena itu, Parziale dan timnya menerima tantangan tersebut dan menghabiskan lebih dari satu dekade untuk membangun perangkat tersebut. untuk yang sama.

Dalam studi mereka yang berjudul “Kuantitas Turbulen Hipersonik dalam Mendukung Hipotesis Morkovin,” timnya menggunakan kripton, gas mulia paling ringan, tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau, yang hanya terdapat dalam jumlah sangat kecil di atmosfer.

Dengan menggunakan laser, tim Parziale pertama kali mengionisasi kripton. Gas tersebut dimasukkan ke dalam aliran udara di dalam terowongan angin, yang untuk sementara menyebabkan atom-atomnya membentuk garis bercahaya. Meskipun awalnya lurus, garis kripton berpendar itu membengkok dan berputar saat bergerak melalui udara terowongan angin. Tim tersebut menggunakan kamera beresolusi ultra tinggi untuk merekam pergerakannya.

“Saat garis itu bergerak bersama gas, Anda dapat melihat kerutan dan struktur dalam aliran, dan dari situ, kita dapat mempelajari banyak hal tentang turbulensi,” kata Parziale. “Dan apa yang kami temukan adalah bahwa pada Mach 6, perilaku turbulensi sangat mirip dengan aliran tak termampatkan.”

Menurut penelitian tersebut, data eksperimental mereka mendukung hipotesis Morkovin, yang merupakan dasar pemahaman kita tentang turbulensi kompresibel hipersonik dan supersonik.

Meskipun hipotesis Morkovin belum sepenuhnya terkonfirmasi, ini merupakan sebuah pencapaian. Dengan menyatakan bahwa pesawat tidak memerlukan pendekatan desain yang sepenuhnya baru untuk terbang dengan kecepatan hipersonik, hal ini menyederhanakan banyak hal dan membawa kita selangkah lebih dekat menuju penerbangan hipersonik.

“Saat ini, kita harus menggunakan komputer untuk mendesain pesawat terbang, dan sumber daya komputasi untuk mendesain pesawat yang akan terbang dengan kecepatan Mach 6, mensimulasikan semua detail kecil dan rumitnya, akan menjadi hal yang mustahil,” kata Parziale. “Hipotesis Morkovin memungkinkan kita untuk membuat asumsi penyederhanaan sehingga tuntutan komputasi untuk mendesain kendaraan hipersonik dapat menjadi lebih mudah dilakukan.”

Menurut Parziale, yang memiliki menerima Penghargaan Kepresidenan untuk Karir Awal Ilmuwan dan Insinyur atas Penelitiannya tentang mekanika fluida yang memengaruhi penerbangan berkecepatan tinggi, temuan studi ini dapat membantu mentransformasi transportasi luar angkasa. Dia berkata:

“Jika kita bisa membangun pesawat yang terbang dengan kecepatan hipersonik, kita juga bisa menerbangkannya ke luar angkasa, alih-alih meluncurkan roket, yang akan membuat transportasi ke dan dari orbit Bumi rendah menjadi lebih mudah. ​​Ini akan menjadi terobosan besar bagi transportasi tidak hanya di Bumi, tetapi juga di orbit rendah.”

Perlombaan untuk Membuka Kunci Penerbangan Hipersonik, Mobilitas & Pertahanan

Meskipun penerbangan hipersonik belum sepenuhnya terwujud, jet penumpang supersonik pertama melakukan penerbangan komersial pertamanya pada tahun 1976. Concorde, hasil kerja sama Inggris dan Prancis, adalah pesawat penumpang komersial supersonik yang mampu terbang lebih cepat dari kecepatan suara. Pesawat ini dikenal karena kemewahan dan kecepatannya, beroperasi di rute transatlantik dan memangkas waktu penerbangan hingga setengahnya. 

Namun, setelah melakukan 50,000 penerbangan, pesawat ini dipensiunkan pada tahun 2003 setelah mengalami kecelakaan fatal, jumlah penumpang yang rendah, dan biaya perawatan yang tinggi. Babak awal dalam sejarah penerbangan berkecepatan tinggi ini menetapkan potensi sekaligus keterbatasan untuk upaya di masa mendatang.

Meskipun Concorde gagal, menunjukkan bahwa menyeberangi Samudra Atlantik dalam beberapa jam dimungkinkan, dan sekarang berbagai organisasi berfokus pada hal tersebut. meningkatkan efisiensi bahan bakar dan desain pesawat terbang yang dapat dicapai kecepatan tinggi. Generasi jet baru juga sedang berupaya mewujudkan janji penerbangan hipersonik.

Sementara pesawat komersial adalah belum mencapai Kecepatan ekstrem, pesawat militer sudah terbang dengan kecepatan sekitar tiga kali kecepatan suara, alias Mac 3. Sementara itu, banyak penerbangan hipersonik telah diuji., pada kecepatan jauh lebih tinggi daripada Mach 5 or bahkan Mach 10.

Tonggak-tonggak sejarah ini dapat ditelusuri kembali ke objek-objek paling awal yang mampu bergerak dengan kecepatan hipersonik. Pertama satu diproduksi untuk Penerbangan hipersonik adalah roket Bumper, yang, kembali pada tahun 1949, mencapai kecepatan sekitar Mach 6. Namun, benda itu tidak selamat saat memasuki kembali atmosfer.

Untuk mempertahankan dan mengendalikan kecepatan seperti itu pada pesawat terbang, solusi propulsi baru menjadi sangat penting.

Teknologi kunci untuk penerbangan hipersonik adalah scramjet. Ramjet pembakaran supersonik, atau scramjet, adalah Varian dari mesin jet ramjet yang menggunakan udara sebagai bahan bakar, yang melakukan pembakaran dalam aliran udara supersonik, sehingga lebih efisien untuk penerbangan hipersonik daripada ramjet tradisional.

Scramjet, jenis mesin jet bertenaga udara yang canggih, beroperasi pada kecepatan Mach 5 ke atas. Mesin ini tidak memiliki bagian yang bergerak dan menggunakan gerakan maju pesawat untuk memampatkan udara untuk pembakaran.  

Sebelum scramjet, ramjet menawarkan jalur paling efisien untuk mencapai kecepatan Mach 3 hingga Mach 5, berfungsi sebagai tahap bawah dari banyak sistem hipersonik. Antara ramjet dan scramjet.dll adalah mesin ramjet mode ganda yang memungkinkan penerbangan dengan kecepatan Mach 3 hingga Mach 8. dalam satu mesin.

Kemudian ada mesin siklus gabungan berbasis turbo (TBCC), yang merupakan hibrida dari turbojet tradisional dan ramjet/scramjet. Meskipun turbojet dapat bekerja hingga sekitar Mach 2 hingga Mach 3, untuk kecepatan yang lebih tinggi, turbojet beralih ke mode ramjet/scramjet.

Jenis mesin lainnya termasuk mesin turbo-roket udara (ATR) yang menggunakan oksigen atmosfer untuk membakar bahan bakar, mesin detonasi berputar (RDE) yang menggunakan gelombang detonasi berputar kontinu untuk pembakaran, dan mesin siklus gabungan oleh Reaction Engines (SABRE), yang merupakan hibrida udara-napas dan roket dengan pendingin awal yang mendinginkan udara hipersonik yang masuk hingga suhu sekitar.
Geser untuk menggulir →

Inovasi-inovasi ini telah membuka jalan bagi konsep-konsep komersial yang ambisius. Sebagai contoh, A-HyM Hypersonic Air Master membayangkan pesawat komersial yang beroperasi pada kecepatan Mach 7.3. Konsep jet futuristik ini dirancang untuk pesawat komersial yang memungkinkan perjalanan dari London ke Los Angeles diselesaikan hanya dalam waktu 90 menit. Diperkirakan memiliki kapasitas sekitar 170 penumpang.

Sistem mesinnya akan menggabungkan teknologi mesin detonasi miring (ODE), ramjet, dan turbojet dalam konfigurasi siklus gabungan. Selain itu, menjadi bertenaga oleh mesin hidrogenSelain itu, A-HyM akan memiliki titanium dan struktur serat karbon, dan untuk mengatasi masalah kebisingan, akan dilengkapi dengan Sistem Peredam Ledakan Sonik (Sonic Boom Mitigation System).

Ledakan sonik adalah suara gemuruh yang disebabkan oleh suatu objek. bergerak lebih cepat dari kecepatan suara. Ini bukan hanya satu "dentuman" tetapi lebih merupakan pancaran suara yang berkelanjutan.d selama objek tersebut terbang dengan kecepatan supersonik. 

Kemudian ada konsep pesawat ruang angkasa hipersonik yang dapat digunakan kembali bernama Stargazer, yang diusulkan oleh Venus Aerospace, yang menargetkan kecepatan sekitar Mach 9, jangkauan sekitar 5,000 mil, dan ketinggian jelajah jauh di atas 100,000 kaki—menempatkannya sebagai platform ultra-cepat untuk perjalanan global.

Baru-baru ini Lockheed Martin (LMT ) Ventures mengakuisisi saham strategis di perusahaan rintisan propulsi roket di tengah meningkatnya persaingan untuk mempercepat pengembangan rudal hipersonik.

Venus Aerospace telah mengembangkan sistem propulsi, mesin roket detonasi berputar (RDRE), yang menggunakan gelombang kejut detonasi yang berputar terus menerus untuk menghasilkan daya dorong dan telah menyelesaikan uji penerbangan RDRE dengan daya dorong 2,000 pon pada awal tahun ini. Pendanaan yang tidak diungkapkan tersebut akan membantu perusahaan untuk memajukan "kemampuannya dalam menghasilkan dan menerapkan mesin tersebut dalam skala besar."

Jadi, perusahaan kedirgantaraan swasta mempercepat perkembangannya. menuju hipersonik yang dapat digunakan kembali platform, tetapi mereka tidak sendirian; lembaga pemerintah di seluruh dunia juga berinvestasi dalam penelitian hipersonik tingkat lanjut.

Para insinyur di NASA bekerja sama dengan Laboratorium Penelitian Angkatan Udara (AFRL) dan Organisasi Sains dan Teknologi Pertahanan Australia (DSTO) dalam Program Eksperimen Penelitian Penerbangan Internasional Hipersonik (HIFiRE) yang akan menguji ramjet/scramjet mode ganda untuk kecepatan target Mach 8. 

Pemerintah Australia baru-baru ini berkomitmen untuk melakukan investasi ekuitas sebesar 10 juta dolar AS. ke perusahaan kedirgantaraan lokal Hypersonix Launch Systems (HLS), yang sedang mengembangkan pesawat yang akan terbang dengan kecepatan lebih dari Mach 12 dan akan menjadi bertenaga dengan bahan bakar hidrogen. Mesin scramjet milik mereka sendiri is disebut “SPARTAN,” dan itu Dapat digunakan kembali dan dicetak 3D.

Bulan lalu, GE Dirgantara (GE ) ATLAS, sebuah pesawat demonstrator yang telah diuji terbang dan ditenagai oleh mesin ramjet berbahan bakar padat baru milik perusahaan tersebut, berada di bawah program Judul III Undang-Undang Produksi Pertahanan Departemen Pertahanan AS.

Badan Antariksa Eropa (ESA) juga telah meluncurkan program penelitian. bernama INVICTUS akan mengembangkan teknologi penerbangan hipersoniknya sendiri. Pesawat ini akan mendemonstrasikan teknologi-teknologi kunci untuk penerbangan hipersonik berkelanjutan dan akan menjadi kendaraan yang sepenuhnya dapat digunakan kembali dan mampu terbang dengan kecepatan Mach 5.

Berinvestasi dalam Teknologi Penerbangan Hipersonik

Lockheed Martin Corporation adalah perusahaan kedirgantaraan dan keamanan yang merancang, memproduksi, mengintegrasikan, dan mendukung sistem teknologi canggih. Perusahaan ini beroperasi melalui:

• Aeronautika
• Rudal dan Pengendalian Tembakan (MFC)
• Sistem Putar dan Misi (RMS)
• Segmen ruang angkasa

perusahaan terutama terlibat dalam pengembangan pesawat militer, sistem pertahanan rudal berbasis udara, laut, dan darat, helikopter militer dan komersial, berawak dan tak berawak kendaraan darat, satelit, sistem transportasi luar angkasa, dan solusi manajemen energi.

Bekerja sama dengan NASA, Lockheed Martin telah mengembangkan X-59. untuk secara khusus mengatasi masalah ledakan sonik..

Dengan badan pesawat yang memanjang, desain X-59 bertujuan untuk mendistribusikan kembali gelombang kejut saat menembus kecepatan suara. Hal ini telah mengurangi kebisingan yang dirasakan di darat hingga sekitar 75 desibel, hanya menciptakan suara "dentuman" yang "kira-kira sama kerasnya dengan suara pintu mobil yang ditutup."

Akhir bulan lalu, X-59 terbang untuk pertama kalinya, dari fasilitas Skunk Works di Palmdale ke Pusat Penelitian Penerbangan Armstrong NASA, yang digambarkan oleh Lockheed Martin sebagai "momentum" yang membuktikan bahwa "masa depan penerbangan dapat lebih cepat dan lebih tenang dari sebelumnya."

Pesawat ini memiliki panjang kurang dari 100 kaki, bentang sayap sekitar 30 kaki, dan tinggi sekitar 14 kaki. Pesawat ini terbang pada ketinggian sekitar 55,000 kaki dan dapat mencapai kecepatan Mach 1.4. kecepatan 925mph.

"Pesawat X-59 akan digunakan untuk mengumpulkan data respons masyarakat tentang penerimaan terhadap suara dentuman sonik yang tenang yang dihasilkan oleh desain unik pesawat tersebut. Data ini akan membantu NASA memberikan informasi yang dibutuhkan kepada regulator untuk menetapkan standar kebisingan supersonik komersial yang dapat diterima guna mencabut larangan perjalanan supersonik komersial di atas daratan.“Kata perusahaan itu.Terobosan ini akan membuka pintu bagi pasar global yang sepenuhnya baru bagi produsen pesawat terbang, memungkinkan penumpang untuk bepergian ke mana pun di dunia dalam waktu setengah dari waktu yang dibutuhkan saat ini."

Tidak hanya mengembangkan X-59 bersama NASA, tetapi juga sedang mengerjakan SR-72, dengan target operasional sekitar Mach 6. Meskipun tidak banyak dikenal Mengenai penerus konseptual SR-71 Blackbird ini, SR-72 ditujukan untuk intelijen, pengawasan, dan pengintaian. umumnya disebut disebut sebagai “Anak Burung Hitam.”

Yang ini diposisikan sebagai pesawat hipersonik yang dapat mulai beroperasi pada tahun 2030-an.

Dengan kapitalisasi pasar sebesar $109 miliar, saham Lockheed Martin saat ini diperdagangkan pada harga $470.78. -nya Kisaran 52 minggu makhluk $410.11 dan $ 546.00. Perusahaan ini memiliki EPS (TTM) sebesar 17.95 dan P/E (TTM) sebesar 26.22.

Lockheed negara memiliki hasil dividen of 2.93%. Awal bulan lalu, perusahaan tersebut menyetujui pembagian dividen kuartal keempat. pembayaran sebesar $3.45 per saham, meningkat 5% dibandingkan sebelumnya. triwulanan dividen pembayaran. Perusahaan tersebut juga mengembalikan uang tunai sebesar $1.8 miliar kepada para pemegang sahamnya pada kuartal ketiga tahun 2024 melalui dividen dan pembelian kembali saham, yang ditingkatkan sebesar $2 miliar menjadi total $9 miliar.

Selama periode ini, perusahaan mencatat penjualan sebesar $18.6 miliar dan laba bersih sebesar $1.6 miliar, atau $6.95 per saham. Arus kas dari operasi adalah $3.7 miliar, sedangkan arus kas bebas adalah $3.3 miliar. 

Lockheed juga melaporkan rekor pesanan yang belum terselesaikan senilai $179 miliar, yang menurut CEO Jim Taiclet, “menegaskan kepercayaan yang diberikan pelanggan kepada kami dan mendukung prospek pertumbuhan jangka panjang perusahaan kami.” Ia juga mencatat bahwa sebagai akibat dari “permintaan yang belum pernah terjadi sebelumnya, kami secara signifikan meningkatkan kapasitas produksi di berbagai lini bisnis kami.”

Update Lockheed Martin Corporation Berita Saham (LMT)

Kesimpulan

Penerbangan hipersonik bukan lagi sebuah impian yang jauh, melainkan tantangan teknik yang dapat diuji. yang sedang mendapatkan lebih dekat dengan menjadi realita dengan terobosan dalam sistem propulsi, investasi global dalam kendaraan berkecepatan tinggi yang dapat digunakan kembali, dan eksperimen baru yang memvalidasi hipotesis yang telah ada selama beberapa dekade.

Referensi

1. Segall, BA, Keenoy, TC, Kokinakos, JC, Langhorn, JD, Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, NJ “Kuantitas turbulen hipersonik yang mendukung hipotesis Morkovin.” Alam Komunikasi 16, Pasal 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4