בקטנה: גלי-הלם באוויר (“בום על-קולי”) נוצרים כשגופים נעים באוויר במהירות שווה או גבוהה יותר ממהירות הקול. בשל המהירות הגבוהה, מולקולות האוויר לא מספיקות להסתדר יחד עם תנועת הגוף. התוצאה היא גל הלם הגורם לרעש רב ולגרר גבוה. לכן אם טיסות על-קוליות אזרחיות יוחזרו לשימוש , הן יהיו יקרות ויטוסו רק מעל הים.  
מאת ויקטור צ’רנוב
בדצמבר 2017 הודיעה חברת התעופה היפנית Japan Airlines (JAL) על השקעה של 10 מיליון דולר בסטארט-אפ בשם Boom, שמטרתה היא פיתוח וייצור מטוס נוסעים על-קולי. בנוסף להשקעה, JAL תסייע ל-Boom בנושאי עיצוב פנימי של מטוס נוסעים. תמורת ההשקעה, הבטיחה לעצמה החברה את הזכות לקנות עשרים מטוסים כשהם יהיו זמינים. בכך, ל-Boom יש כבר הזמנות ל-67 מטוסים מחברות תעופה שונות.
הקוראים המבוגרים שביננו ודאי זוכרים כי בעבר כבר היו מטוסי נוסעים על-קוליים. למשל, הקונקורד שטס בין פריז ולונדון לניו-יורק. אם כן, למה צריך סטארט-אפ חדש?
בשביל לענות על שאלה זו, יש להבין מה קורה כשטסים במהירויות גבוהות ממהירות הקול, ובפרט להבין מה קורה כשעצם נע באוויר. יש לזכור שאוויר מורכב ממולקולות. בכל נקודה מסוימת במרחב יכולה להיות רק מולקולה אחת. כשאנו נעים באוויר, מולקולות האוויר צריכות לפנות מקום למולקולות שלנו. כלומר, כשגוף זז, הוא דוחף את מולקולות האוויר שנמצאות לידו, והן מעבירות מידע על התזוזה הלאה, למולקולות הבאות בתור, שיודעות להסתדר ולהתאים את עצמם לתנועה. המידע הזה מועבר במהירות הקול. כן, כל פעם שאתם מזיזים אצבע, אתם מייצרים קול, אתם פשוט לא שומעים אותו.
אבל מה יקרה אם תנסו לנוע במהירות גבוהה יותר ממהירות הקול? המולקולות הצמודות אליכם לא תספקנה להעביר את המידע למולקולות הבאות, ואלו לא תספקנה להסתדר לקראת המעבר שלכם. מה שיקרה הוא שעל קדמת הגוף שלכם תווצר שכבה צפופה של אוויר שתזוז יחד עם הגוף שלכם. לשכבת האוויר הזו יש עובי סופי, ומחוץ אליה יש אוויר “שלא יודע” שמתקרב אלי גוף במהירות מאוד גבוהה.
העובי של הגבול בין שכבה צפופה של אוויר שנע עם הגוף, לבין האוויר הלא מופרע הוא בגודל של פחות ממיקרון, לפעמים מאותו סדר גודל של המרחק אותו עוברת מולקולה לפני שהיא מתנגשת במולקולה אחרת [1]. המעבר הזה, בין אוויר שנע עימנו לאוויר לא מופרע נקרא “גל הלם”, או בשפת יום-יום – “בום על-קולי”. בגזים יש קשר הדוק בין לחץ, טמפרטורה וצפיפות. לכן, בדרך כלל, כשיש קפיצה בצפיפות, גם הטמפרטורה והלחץ עולים. במקרה של גל הלם – שניה אחת אתם מולקולת אוויר שמחה ומאושרת, ושניה אחרי זה צפוף, לחוץ וחם לכם.
לגלי הלם יש המון תכונות מעניינות, אבל לצורך הפוסט הזה מעניינות אותנו שתיים מהן. הראשונה היא אותו בום. בניגוד לאמונה רווחת, הבום העל קולי לא נוצר רק כשעוברים את מהירות הקול. הבום נוצר עקב הקפיצה בלחץ שאופיינית לגל הלם, וזה אומר שכל עוד המטוס טס במהירות על-קולית, יהיה לו את הבום. וזה מביא אותנו לבעיה ראשונה עם מטוסים על-קוליים – הם מקור רעש גדול. זאת הסיבה שלמטוסים אזרחיים מותר לטוס במהירות על-קולית רק מעל הים. מעל היבשה הם חייבים להוריד את המהירות למהירות תת-קולית.
התכונה השנייה של גלי הלם הוא שטיסה במהירות על-קולית גורם לגרר גבוה משמעותית מטיסה במהירות תת-קולית. גרר הוא כוח שפועל בניגוד לכיוון הטיסה של המטוס ומאט אותו. הוא הסיבה שאנחנו זקוקים למנועים. בטיסות על-קוליות אנחנו זקוקים למנועים חזקים יותר באופן משמעותי (ועל כן, בזבזניים יותר בדלק) מטיסות תת-קוליות. מעבר לזה, כנפיים שמותאמות לטיסות על-קוליות אינן יעילות בטיסות תת-קוליות, וטיסה מעל קרקע (מעליה אסור לטוס במהירות על-קולית) גם מבזבזת דלק רב.
אלה היו הסיבות המרכזיות לביטול טיסות הקונקורד. המטוס היה בנוי עם טכנולוגיה של שנות השישים (ומנועים עוד יותר ישנים), שהיו בזבזניים ויקרים לתפעול (כרטיס בין לונדון לניו-יורק היה עולה בסביבות 20 אלף דולר בדולרים של היום). הסטארט-אפים של היום מנסים לפתור את הבעיות האלה. החברה שהזכרנו, Boom מנסים לבנות מטוס קטן יותר, שבנוי מחומרים מודרניים ומשתמש במנוע מודרני חסכוני יתר בדלק. המטוס הזה עדיין מתוכנן לטוס רק מעל מים. כמו כן, ישנן חברות שמנסות לתכנן מטוס שגל ההלם שלו יהיה מפוזר יותר ויגרום לרעש חלש יותר, ובכך לאפשר טיסות על-קוליות מעל יבשה.
בכל מקרה, טיסות על קוליות, גם אם יחזרו, עדיין יהיו תענוג יקר. מחיר מטרה של Boom לטיסה לונדון ניו-יורק היא 5000 דולר. זה אמנם יותר זול מהטיסה בקונקורד, אבל מחוץ לתקציב של רובנו.
 
מקורות:
[1] על מהלך חופשי של מולקולה https://goo.gl/pFuAZS