2000年7月25日、パリからニューヨークへ向かっていたコンコルド機が墜落し、乗客乗員109名全員と地上の4名が死亡したが、この事故は単なる悲劇ではなく、超音速航空旅行の悲惨な現状を象徴するもののように思われた。
1976年の華々しいデビュー以来、コンコルドは富と権力の象徴であり続けてきましたが、技術的には恐竜と化しています。音速を超える速度で飛行できる唯一の民間航空機であるにもかかわらず、燃料消費量が非常に多く、1960年代の複雑な技術はメンテナンスに多大な労力を要するため、運賃は途方もなく高額です。ニューヨークからロンドンまでの往復で1万2750ドルです。そして最大の欠点は、コンコルドのソニックブームです。これは、下の建物の窓ガラスを粉々に砕くほどの、轟音を伴う二重爆発です。このため、コンコルドは水上飛行に限られています。
しかし最近、超音速飛行が復活しつつある。著名人や企業幹部を空の上で送迎する飛行機の製造で知られるガルフストリームは、NASAとロッキード・マーティンから航空専門家をひそかに雇用している。同社は特に、超音速機の周りを空気が流れようとするときに起こる奇妙な現象を理解し、三角形のデルタ翼や耐熱材料の経験を持つ専門家に興味を持っている。つまり、ソニックブームを静める方法を知っているかもしれない人材だ。ガルフストリームの目標は、音速の壁を破りながらも、いつでもどこでも飛べるほど静かな富裕層向けのジェット旅客機を作ることだ。ニューヨークを午前7時に出発し、2時間の会議のためにモスクワに飛び、夕食に間に合うように帰宅するところを想像してみてほしい。あるいは、現在5時間半かかるロサンゼルスからニューヨークまでを2時間で移動することを想像してみてほしい。
ガルフストリームの取り組みは、次世代の超音速機開発に対する米軍の新たな関心と一致する。冷戦終結以降、軍事衝突は米軍や連合軍の飛行場から遠く離れた地域で発生することが増えており、そこへ迅速に到着することがより緊急の課題となっている。湾岸戦争中、B-52爆撃機はインド洋に浮かぶディエゴガルシア島の米軍基地を離陸し、イラクに到着するまでに7時間を要した。飛行時間を半分に短縮できれば、戦略的に大きな価値が生まれるだろう。この点を念頭に、米国防高等研究計画局は昨年、ボーイング、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマンの米航空会社3社に超音速研究のため約3,500万ドルの契約を交付した。DARPAが議会からさらなる資金を獲得すれば、この3社のうち1社を選定し、最新技術を披露する低爆音超音速機、いわゆるXプレーンの試作機を製造する予定だ。
超音速飛行への現在の関心は、これまでの多くの試みが失敗に終わってきたことを考えると、ある意味驚くべきものだ。米国、ロシア、フランス、英国は1950年代から超音速航空機の開発に取り組んできたが、商業的に意味のある航空機を開発した国は今のところない。直近では、1999年にNASAとボーイングが、300席の商業的に実現可能な超音速旅客機を開発するという、10年間で10億ドル規模の共同事業を断念した。技術的な成功にもかかわらず、ボーイングは最終的にこのプロジェクトが経済的に実現不可能であると判断し、撤退した。エアバスA380型2階建てジャンボ機のような比較的単純なプロジェクトを立ち上げることの難しさを考えると、ボーイングの幹部たちは超音速ジェット機のようなリスクが高く、革新的なプロジェクトを航空会社に売り込むことに難色を示した。
それでも、今日の超音速研究者たちは新たな楽観主義を醸し出している。ノースロップ・グラマン社の空気力学者バーナビー・ウェインファン氏は、その目標は「可能なことと、ほんの少しだけ不可能なことを探求すること」だと語る。
ブームを下ろす
ガルフストリームはこれまで幾度となく開発の中断を繰り返してきたにもかかわらず、なぜ超音速機の夢を追いかけることにしたのだろうか？それは、資金が潤沢にあると判断したからだ。ガルフストリームの顧客である世界有数の富裕層は、ガルフストリームVのような従来型のプライベートジェットに既に4500万ドルを投じる用意がある。G-Fiveは同社の大陸間ビジネスジェット機だ。比較的短い（6000フィート）滑走路に着陸するように設計されており、最終目的地に近い小規模で混雑していない空港間を飛行することで、その価格を正当化している。しかし、飛行速度はボーイング747と変わらず遅い。
時は金なり、ガルフストリームは、G-5を購入する人々は、2倍の速度を得るために喜んで8000万ドルを支払うだろうと推測している。世界最大のビジネスジェット運航会社、エグゼクティブ・ジェットの会長兼CEO、リチャード・サントゥーリ氏は昨年、Wired誌とニューヨーク・タイムズ紙に対し、低騒音の超音速ビジネスジェットが利用可能になり次第、同社が大量に購入するだろうと語った。
しかし、ガルフストリームはまだ大きなハードルを乗り越えなければなりません。それは爆音です。最近まで、ほとんどの人は爆音は超音速飛行の避けられない結果だと考えていました。なぜでしょう? 通常の亜音速ジェット機 (たとえば 747) は時速約 550 マイルで飛行します。これは音速よりも遅く、海面での音速は時速 760 マイル、ジェット機が巡航する高度では時速 660 マイルほどです (空気が薄いと音は遅く伝わります)。ジェット機が押しのける空気は通常、岩の周りを小川が流れるのと同じように飛行機の周りを流れます。しかし、飛行機が音速を超えると、空気は簡単には流れ去ることができなくなります。その代わり、飛行機は通過するときに空気を圧縮します。この衝撃で大気中に圧力脈動が伝わります。
圧力脈動の強度は、飛行機から離れるにつれて弱まります。しかし同時に、脈動は形状を変え、N字型の波へと融合します。N字型の波の中では、圧力が急激に上昇し、徐々に低下した後、再び通常の大気圧に戻ります。同時に、飛行機の速度で移動する圧縮された空気の壁が波から広がります。この空気の壁が地面を通過すると、ソニックブームとして聞こえ、感じられます。人間の耳はN字型の波の前後で圧力が上昇するのを捉えるため、この衝撃音はダブルバンとして聞こえることが多いのです。
低ブーム研究における大きなニュースは、飛行機の形状を変えるだけでブームの強度を低減できる可能性があることです。まず、小型飛行機は発生する擾乱が少なくなります。これは、ソニックブームの問題が空気の変位によって引き起こされるためです。飛行機は圧縮された空気の柱の上に停泊しており、飛行機が軽いほど圧力が低くなります。
形状はサイズと同じくらい重要です。機体が重量に比例して長ければ、N波はより広範囲に広がり、ピーク圧力は低くなります。さらに、翼が従来の航空機のように中央に集中するのではなく、機体に沿って広がっていれば、圧力脈動の隆起が少なくなり、衝撃も小さくなります。ガルフストリーム機は約42メートル（140フィート）ですが、乗客は8人から14人しか乗せられません。
ガルフストリームのプログラム担当上級副社長、プレス・ヘン氏は、腕を組んでこれらの概念を説明しました。「ここにスイートスポットがあります」と彼は腕を組む場所を指して言いました。飛行機が比較的細身で、ちょうど良い高度で飛行している場合、N波が形成されず、地上でのピークエネルギー、つまりブームが弱くなるポイントがあります。
疑問は残る。「どれくらい静かであれば十分な静かさと言えるのか？」誰も確かなことは分かっていない。しかし、研究者たちは、それを明らかにすることが重要ではないと判断した。許容できる音の閾値を定めるのではなく、彼らは段階を飛ばし、ブームノイズの目標値を極端に低く設定したのだ。コンコルドのN字型ブームの先端部では、1平方フィートあたり2.1ポンド（約1.3kg）の圧力上昇が発生するのに対し、新しい設計では、最大圧力上昇を1平方フィートあたりわずか0.3ポンド（約0.3kg）に抑えることを目指している。これは海面気圧のわずか7000分の1に過ぎない。エレベーターで3階分昇ると、より大きな変化を感じることになる。
ジェットセットのためのより速いジェット機
ガルフストリームが開発を計画している静粛超音速機は、マッハ1.6（音速の1.6倍、時速1,100マイル弱）からマッハ2（時速1,320マイル）の間で巡航し、燃料補給のために停止するまでに少なくとも4,600マイル（約7,200キロメートル）を飛行できる。ガルフストリームは、この機体（いわゆる静粛超音速ジェット機、QSJ）の製造を2006年までに開始する予定だ。
ソニックブームを克服するだけでなく、最大の障害の一つは、空港の近隣住民に最前列のメタリカ・デシベル級の騒音（ここではソニックブームではなく、通常の騒音について話している）を及ぼさない、手頃な価格のエンジンを開発することです。今日のジェット旅客機のエンジンは、前方に搭載された大型の推力発生ファンのおかげで静かですが、超音速機ではファンを通る気流が十分に速くなく、推力を発生させることができないため、このエンジンは機能しません。
解決策は何でしょうか？最もシンプルな超音速エンジンは、最小限の空気を吸い込み、できるだけ早く排気管から吹き出すものですが、残念ながらこの設計では騒音の問題は解決されません。NASAが3年前に開発を断念した超音速機には、このタイプのジェットエンジンが搭載されており、キャンピングカーほどの大きさの消音装置が必要でした。
ゼネラル・エレクトリック社は、内部バルブと可動ブレードによって3つのモードで動作可能な可変サイクルエンジンを設計しました。離着陸時（騒音が最も気になる時間帯）には、このエンジンは現代のジェットエンジンとほぼ同様の静かな動作をします。マッハ1への加速時には、シンプルながらも騒音の大きい超音速エンジンのように動作します。巡航時には、この2つのモードの中間の設定を採用します。
一方、ロールス・ロイス社は、追加の可動部品を一切使用せず、離陸時の騒音要件をかろうじて満たす妥協案となるエンジン設計を提案した。同社は、ボーイング777旅客機向けに開発された推力9万5000ポンド（約4万3000キログラム）の巨大エンジン「トレント800」から、推力の大部分を生み出すファンを取り除き、より小型で高圧のファンに交換する計画だ。
エンジン開発は安価ではないだろう。しかし、ロールス・ロイス社とゼネラル・エレクトリック社は、高温高圧のコア（最も高価な部品）を、従来型の大型商用エンジンのコアと同一の超音速エンジンにすることを提案している。これにより、投資をより大規模な市場に分散させることができる。
コンコルドは環境問題への懸念に悩まされてきました。高高度で大量の窒素酸化物を排出し、オゾン層（地球上の生命を太陽の紫外線から守る天然の大気フィルター）にダメージを与えているからです。こうした有害な影響は、米国が1971年に当初の超音速ジェット機計画を中止した理由の一つでした。しかし、こうした懸念は薄れつつあります。NASAの超音速プロジェクトに関わった研究者たちは、窒素酸化物の排出量が少ない燃焼器（エンジンの燃料燃焼部分）を設計しました。この技術の一部は、既に亜音速エンジンに利用され、大きな成功を収めています。
しかし、たとえ技術的なハードルが克服されたとしても、政治的なハードルは残る。ガルフストリームの幹部は、DARPAが実証機の建造を開始し、連邦航空局（FAA）が陸上超音速飛行禁止規則を改正する姿勢を示すまでは、超音速飛行計画に本格的に投資するつもりはないと述べた。低速機は飛行許可がなければ価値がない。
デザイン戦略
ガルフストリームの静音超音速ジェット機の設計は、T字型の尾翼や胴体後部の高い位置に配置されたエンジンなど、同社の既存機といくつかの特徴を共有しているものの、より細身になっている。圧力波を広げるために長い機首と、大きく鋭角な矢印型の翼を備えている。この翼はエンジンの吸気口から発生する衝撃波を遮り、地面への到達を防ぐ。ガルフストリームの静音超音速ジェット機は燃費効率は良くないが、ヘンネ氏はそれを問題視していない。「この市場の航空機は、座席あたりの運用コストを最小に抑えるように設計されていません」と彼は控えめに語る。つまり、ガルフストリームを購入できる余裕があるなら、燃料消費量数トンを心配する必要はないということだ。
DARPAに提案された3つの設計案は、ガルフストリーム・ジェット機よりも外観が少々風変わりなものから、はるかにエキゾチックなものまで様々だが、それには十分な理由がある。DARPAの目標ははるかに高い。同局は、少なくとも時速1,600マイル（約2,600キロメートル）の速度で、2万ポンド（約9,000キログラム）相当の爆弾やその他のペイロードを燃料補給なしで7,000マイル（約11,000キログラム）飛行できる航空機の開発を目指している。これは亜音速航空機であれば立派な目標と言えるだろう。「非常に困難な課題です」とノースロップ・グラマンのプログラム・マネージャー、チャールズ・ボッカドーロ氏は語る。「自分たちの能力を少し超える目標を設定することになるのです」。しかし、彼はこう付け加える。「DARPAの目標に非常に近づく技術を特定しました」
軍は、ビジネスジェット機メーカーほどソニックブームの低減を心配する必要はない。米空軍と海軍のパイロットは、水上や南西部の砂漠地帯（陸地飛行の例外措置が認められている）で超音速飛行の訓練を行うことができる。さらに、騒音は戦略的な欠点とはならない。敵が飛行機の後ろに漂う爆音に気付いた時には、既に手遅れなのだ。しかしボッカドーロ氏は、将来の超音速機は最高速度で長距離を飛行するため、軍の試験飛行場以外で訓練できれば有益だと指摘する。さらに、DARPAの使命は、軍事だけでなく民生にも活用できる可能性のある技術の開発であり、だからこそ静かな超音速飛行の開発に取り組んでいるのだ。
数値流体力学（CFD）は、ブーム研究において不可欠なツールとして浮上しました。電子風洞のように、CFDはコンピューターのハードウェアとソフトウェアを用いて、飛行機周りの空気の流れをモデル化します。この手法はますます強力になっています。ボッカドーロ氏によると、1990年代には「CFDを使って機体自体にかかる音圧をモデル化できました」が、それだけではブームがどのように発展していくのかエンジニアにはほとんどわかりませんでした。今日では、「処理能力とメモリの爆発的な増加により、機体の長さの4倍までの流れを高精度で計算できるようになりました」とボッカドーロ氏は言います。
設計者がこれを実現できれば、飛行機から数百人分も離れた場所でブームがどのように共鳴し、最終的に地面に衝突するかを正確に予測できる。
ノースロップ・グラマンは今夏の終わりに、機首を長くし、機体形状を見直したF-5Eタイガー戦闘機の改良型を用いて、同社のCFDに基づく設計コンセプトを試験する予定だ。F-5Eは、多数のマイクアレイ上空を時速1,000マイル（約1600km）の速度で飛行する。エンジニアたちが確認したいのは、遠距離場効果（地上で測定された爆音）が予測と一致するかどうかだ。もし予測と合致すれば、ボッカドーロ氏をはじめとするチームは、未来の低爆音超音速ジェット機の設計に向けて着実に前進することになるだろう。
コンコルドの不和
1976年のデビュー当時、技術的に成功を収めたコンコルドは、現在でも唯一の商用超音速旅客機です。しかし、耳をつんざくような衝撃音のため、陸上飛行は禁止されており、ニューヨーク、パリ、ロンドンを往復する4時間で運航しています。
この飛行機は音速の2倍、時速約2160キロで飛行する。座席数は100席で、運航効率が非常に悪く、運航コストも非常に高いため、往復航空券は約1万2000ドル。これはホンダ・シビックの新車1台分に相当する。（革張りのシートと無料のシャンパンが、この打撃を和らげているのかもしれない。）コンコルドは、墜落事故後の16ヶ月間の運航停止を経て、昨年末に運航を再開した。
1962年、イギリスとフランスの両政府は、コストがどれだけ上昇しても双方が撤退できないという条約の下、コンコルドの製造に合意しました。ほとんどの航空会社は1973年までに注文をキャンセルしました。特に注目すべきは、ルフトハンザ航空の技術責任者、ラインハルト・アブラハムが「聖ニコラウスがクリスマスツリーの下にコンコルドを置いてくれても、自分はコンコルドを運航しない」と発言したことです。実際に製造された16機の生産機は、まさにその通りになりました。最後の5機は、ブリティッシュ・エアウェイズとエールフランスにそれぞれ1フランで売却されました。
