Kto jako pierwszy przekroczył barierę prędkości dźwięku?

Wielu ludzi ceni sobie spokój, bezpieczeństwo i stabilność, jednak cywilizacja rozwija się dzięki tym, którzy potrafią opuścić swoją strefę komfortu i przekraczać granice, które wydają się niemożliwe do przekroczenia. Spełnienie marzeń o podboju świata nie jest oparte jedynie na romantycznych potrzebach ludzkiej psychiki. Za marzeniem muszą bowiem podążyć najwyższej jakości inżynieryjne rozwiązania. Przyjrzyjmy się więc przekraczaniu bariery dźwięku.

Fizyka dla Polaków

Nie każdy z nas wie, że nie ma czegoś takiego jak stała prędkość dźwięku. Należy wziąć pod uwagę wysokość, na jakiej się znajdujemy, temperaturę oraz substancję, w jakiej rozchodzi się fala dźwiękowa. W powietrzu w temperaturze 15 stopni Celsjusza na poziomie morza dźwięk rozchodzi się z prędkością 340 m/s, czyli 1224 km/h. Te fakty brzmią jednak dosyć sucho dla przeciętnego Polaka. Aby wyjaśnić to bardziej obrazowo, wykorzystajmy butelkę wódki.

Dźwięk będzie rozchodził się prawie pięciokrotnie szybciej w szkle butelki niż w alkoholu. Ponadto mieszkańcy Pomorza, stukając się kieliszkami w czasie toastu, dysponują wyższą prędkością dźwięku niż górale w Tatrach – to efekt różnicy ciśnienia atmosferycznego wynikającej z wysokości nad poziomem morza. Należy również dodać, że wraz ze wzrostem temperatury wódki rośnie prędkość dźwięku, co może w jakimś stopniu tłumaczyć fakt, że osoby pijące ciepły alkohol słyszą więcej. Gęstość medium i temperatura mają bowiem bezpośredni wpływ na szybkość propagacji fal akustycznych – w medium gęstszym i cieplejszym cząsteczki przekazują wibracje sprawniej.

Kto pierwszy przekroczył barierę dźwięku?

Kiedy samolot zbliża się do prędkości dźwięku, powietrze ulega znacznemu zagęszczeniu i stawia opór, który został bardzo obrazowo nazwany barierą dźwięku w 1936 roku przez W. F. Hiltona. Przekroczenie tej bariery stało się możliwe dopiero dzięki wynalezieniu silników odrzutowych. Wcześniejsze silniki śmigłowe przy tak dużej prędkości stawały się po prostu znacznie mniej efektywne – śmigło obracające się z prędkością bliską prędkości dźwięku generowało fale uderzeniowe, które drastycznie zmniejszały ciąg i powodowały wibracje zagrażające konstrukcji.

Prędkość dźwięku została pokonana w roku 1947 przez amerykańskiego pilota Charlesa Yeagera. Aby próba mogła skończyć się sukcesem, samolot Bell X-1 został wyniesiony najpierw na wysokość 13 tys. metrów, by prędkość, którą należy pokonać, była mniejsza (jeśli nie rozumiesz, wróć do poprzedniej lekcji o rozchodzeniu się dźwięku w wódce na różnych wysokościach). Udało się wtedy osiągnąć zawrotną jak na tamte czasy prędkość 1126 km/h. Yeager wykonał ten lot pomimo dwóch złamanych żeber doznanych podczas jazdy konnej – ból był tak dotkliwy, że potrzebował pomocy mechanika, aby zamknąć kabinę. Niemcy uważają, że udało im się dokonać tego wyczynu już w 1945, jednak nie ma na to żadnych dowodów ani zapisów w dokumentacji.

Baumgartner – pierwszy człowiek naddźwiękowy

Współczesne samoloty osiągają już prędkość dźwięku bez żadnego problemu, więc człowiek musiał postawić sobie kolejny cel. W 2012 roku świat obiegła informacja o projekcie Stratos, w którym uczestniczył Felix Baumgartner. Austriak został wtedy wyniesiony na wysokość 39 km przy pomocy balonu stratosferycznego, skąd… skoczył. W czasie spadania udało mu się osiągnąć prędkość 1357,6 km/h, czyli szybszą niż pierwszy samolot naddźwiękowy.

Skok odbywał się w warunkach skrajnie niebezpiecznych – na tej wysokości ciśnienie atmosferyczne jest tak niskie, że bez specjalnego skafandra ciało ludzkie uległoby dekompresji w ciągu kilkunastu sekund. Baumgartner musiał zmierzyć się także z problemem braku orientacji przestrzennej podczas spadania – w razie niekontrolowanego obrotu groziłaby mu utrata przytomności i śmierć. Mimo tych zagrożeń udało mu się ustabilizować lot i bezpiecznie wylądować na pustyni w Nowym Meksyku.

57-letni wiceprezes Google pobił Baumgartnera

Austriak nie cieszył się jednak swoim rekordem zbyt długo, ponieważ w 2014 roku bez blasku fleszy Alan Eustace pobił jego wynik, skacząc z wysokości ponad 41 kilometrów. Nie udało mu się osiągnąć wyższej prędkości – maksymalnie 1322 km/h. Wynika to prawdopodobnie ze znacznie większego doświadczenia Baumgartnera w skokach ekstremalnych oraz różnic w konstrukcji skafandra, jednak wysokość przekracza wszelkie wyobrażenia.

Eustace zastosował odmienną metodę wyniesienia – zamiast kapsuły użył systemu balonowego ze zintegrowanym skafandrem, co sprawiło, że cały projekt był tańszy i bardziej powtarzalny. Skok odbywał się w większej ciszy medialnej, jednak pod względem technicznym był równie imponujący – Eustace spędził w stratosferze ponad 15 minut. Często mówi się: sky’s the limit, ale należy zapytać, czy można znaleźć jeszcze wyższe niebo, z którego można skoczyć? Granicą wydaje się być już tylko krawędź kosmosu – tzw. linia Kármána na wysokości 100 km – powyżej której atmosfera jest tak rzadka, że spadek swobodny w tradycyjnym rozumieniu staje się niemożliwy.