شکستن دیوار صوتی؛ چگونه رخ می‌دهد و چه زمانی برای هواپیماهای نظامی مجاز است؟

شکستن دیوار صوتی، پدیده‌ای جذاب و در عین حال پیچیده است که با عبور یک جسم از سرعت صوت رخ می‌دهد. این پدیده که با نام پرواز مافوق صوت نیز شناخته می‌شود، با تولید انرژی صوتی عظیم و تغییرات آیرودینامیکی همراه است. اما این اتفاق چگونه رخ می‌دهد و تحت چه شرایطی هواپیماهای نظامی مجاز به انجام آن هستند؟

شکستن دیوار صوتی چیست؟

سرعت صوت معادل ۱ ماخ یا حدود ۷۶۷ مایل بر ساعت است. هنگامی که یک هواپیما یا هر جسم دیگری از این سرعت فراتر می‌رود، گفته می‌شود که دیوار صوتی را شکسته است. این حرکت سریع‌تر از سرعت صوت، منجر به افزایش شدید کشش آیرودینامیکی و تغییراتی در دما و فشار هوا در اطراف جسم می‌شود.

انفجار صوتی و اثرات آن

یکی از بارزترین پیامدهای شکستن دیوار صوتی، ایجاد انفجار صوتی است. این انفجار در نتیجه فشرده شدن امواج صوتی در جلوی جسم متحرک و سپس انتشار ناگهانی آن‌ها به صورت یک موج ضربه‌ای رخ می‌دهد. صدای این انفجار برای گوش انسان بسیار بلند و شبیه به صدای انفجار بمب است و می‌تواند باعث لرزش شیشه‌ها و حتی آسیب به سازه‌ها شود. همچنین، در لحظه شکستن دیوار صوتی، ممکن است یک ابر سفید مخروطی شکل در اطراف هواپیما تشکیل شود که ناشی از میعان بخار آب در اثر کاهش ناگهانی دما و فشار است.

محدودیت‌های پرواز مافوق صوت

به دلیل ماهیت مخرب و صدای بلند انفجار صوتی، پرواز با سرعت مافوق صوت بر فراز مناطق پرجمعیت معمولاً ممنوع است. این یکی از دلایلی بود که هواپیماهای مسافربری مافوق صوت مانند کنکورد، تنها بر فراز اقیانوس‌ها با سرعت مافوق صوت پرواز می‌کردند.

شرایط مجاز برای هواپیماهای نظامی

هواپیماهای نظامی تحت شرایط خاصی مجاز به شکستن دیوار صوتی هستند. این شرایط معمولاً شامل موارد زیر است:

• پرواز بر فراز اقیانوس‌ها یا مناطق غیرمسکونی.
• پرواز در محدوده‌های آموزشی دور از مناطق پرجمعیت.
• در شرایط اضطراری و با تأیید مقامات مربوطه.

به عنوان مثال، در سال ۲۰۲۳، یک جت F-16 گارد ملی هوایی واشنگتن دی سی در حین تعقیب یک جت خصوصی که واکنشی نشان نمی‌داد، بر فراز حریم هوایی واشنگتن دی سی دیوار صوتی را شکست.

تاریخچه و نمونه‌های برجسته

اولین بار در تاریخ، چارلز ییگر در ۱۴ اکتبر ۱۹۴۷ با هواپیمای Bell X-1 موفق به شکستن دیوار صوتی در ارتفاع ۴۵ هزار پایی شد. این رویداد نقطه عطفی در تاریخ هوانوردی بود و راه را برای توسعه جت‌های مافوق صوت هموار کرد.

در مواقع اضطراری نیز انفجارهای صوتی رخ داده‌اند. یکی از نمونه‌های قابل توجه، در ۱۱ سپتامبر ۲۰۰۱ بود که جت‌های نظامی برای محافظت از حریم هوایی به پرواز درآمدند و یکی از آن‌ها در منطقه دیتون اوهایو انفجار صوتی ایجاد کرد. همچنین، هنگام فرود شاتل‌های فضایی، به دلیل سرعت بالای ورود به جو، انفجارهای صوتی رخ می‌داد که ناسا گاهی برای اطلاع‌رسانی به مردم، هشدارهایی صادر می‌کرد؛ مانند فرود شاتل آتلانتیس در سال ۲۰۱۳ که مسیر آن از مناطقی در کالیفرنیا عبور می‌کرد.

این نمونه‌ها نشان می‌دهند که انفجارهای صوتی، به ویژه زمانی که غیرمنتظره باشند، می‌توانند باعث نگرانی و وحشت عمومی شوند، که همین امر لزوم محدودیت در پروازهای مافوق صوت بر فراز مناطق مسکونی را توجیه می‌کند.