NASAの新しい飛行機は風防なしで超音速で飛行する

2021年、すべてが計画通りに進めば、NASAのテストパイロットは、非常に長い機首を持つ実験機に乗り、音速を超える速度で飛行することになる。しかし、パイロットは窓から前方の雲を眺めるのではなく、4Kモニターを見つめることになる。2台のカメラが、機体の前方からパイロットの視界に直接、リアルタイムの映像を送る。機体の唯一の乗客であるパイロットにとって、機内映画は飛行そのものとなる。

NASA がこのユニークな設定を採用したのには、十分な理由がある。この航空機は X-59 と呼ばれ、開発者たちは「ドカーン」という音を出さずに音速を突破できることを期待している。従来の超音速機よりも静かに音速の壁を突破できれば、地上の住民に迷惑をかけずに陸上を飛行できるかもしれない。

ではなぜフロントガラスがないのでしょうか?

飛行機の空気力学的特性を保つため、NASA は機首を非常に長くした。長さは約 38 フィートである。操縦席のキャノピーが風の流れに突き出て操縦士が前方を見ることができるようにすると、その突起が機体の周囲の空気の流れを遮ることになる。同時に、操縦士が外を見ることができる長くて傾斜した風防を機首に作ろうとするのは馬鹿げている。「まるでワンダーウーマンの透明飛行機のようで、機首部分から外を見るためには、それを作らなければならないでしょう」と、NASA で機体の外部視覚システムを率いるランディ・ベイリーは言う。基本的に機首全体が透明でなければならない。

「透明なアルミニウムはまだないので、それはできない」と彼は付け加えた。

そこで、従来の風防を組み込む代わりに、機首上部の高解像度カメラで画像の一部を提供する。機首下部の別のカメラは下を向き、離着陸時の滑走路の様子を映す。このカメラは標準解像度で、着陸装置と同様に、飛行機が空中をスムーズに飛行するために必要ないときは、邪魔にならないように収納できる。飛行機が超音速で巡航しているときは、パイロットの前のモニターにリアルタイムの視覚情報を提供するのは 1 台の 4K カメラのみだ。

問題が起きる可能性のあるすべてのこと

システムがうまく機能するために NASA が克服しなければならない重要な問題の一つは、遅延、つまりカメラが捉えたものとモニターに表示されるものの遅延です。遅延が長すぎると乗り物酔いを引き起こす可能性があります。乗り物酔いは、内耳が 1 つのもの (ジェット機の実際の動き) を感じ、目が別のものを見ているときに起こります。ベイリー氏は、このような問題を回避するには、遅延を 10 分の 1 秒未満に抑える必要があると述べています。現在、システムの遅延は 67 ミリ秒、つまり 0.067 秒です。つまり、10 分の 1 秒という目標を下回っています。

「目標は、正しい方法で実行すれば、そこに本物の窓があるかのようにすることです」と彼は言う。

もっと恐ろしいのは、システムが全部または一部故障したらどうなるかということです。パイロットはどのように見えるでしょうか?

結局、脱出時にパラシュートが故障した場合のように悲惨な事態にはならないことがわかった。カメラが 2 台あるため、1 台が故障しても、もう 1 台は正常に機能するだろう。ただし、カメラはそれぞれ別の方向を向いているため、完全に冗長化されているわけではない。メイン モニターが故障しても、その下の 2 つのディスプレイのいずれかにカメラが捉えた外界の映像を表示できる。また、2 台のコンピューターが連携してシステム全体を処理している。つまり、システムには冗長性がある。「絶対に故障しないと言っているわけではありません」とベイリー氏は認める。

しかし、その失敗は問題ないかもしれない。コックピットにはパイロットの頭上に通常の透明なキャノピーがあり、モニターの両側には視界を少しだけ提供する通常の窓が 2 つあるからだ。さらに重要なのは、パイロットが飛行機を着陸させるために真っ直ぐ前方を見る必要がないことだ。この新しい実験用ジェット機のコックピットは、実際には T-38 練習機の後部座席と同じで、前後に 2 つの座席がある。一部の F-16 戦闘機と同様に、T-38 の後部座席にはパイロットが飛行機を操縦するために必要なすべての制御装置と計器がある。

「彼らは実際に前方を見なくても後ろに着陸できる。彼らは飛行できる特定の操縦方法と、ヘッドダウンディスプレイに表示される滑走路にたどり着くための誘導情報を持っている」とベイリー氏は言う。理想的ではないが、この実験機を操縦するのは3人のテストパイロットだけで、乗客は乗らない。（そして、着陸の難しい世界では、地上に着陸するために追跡車を必要とするU-2スパイ機を考えてみよう。）

この飛行機の目的は、超音速飛行が陸上で許容できるほど静かであることを示すデータを NASA が収集できるかどうかを確認することです。これは民間企業も取り組んでいることで、そのうちの 1 社は乗客の窓の代わりにモニターを使用することも検討しています。その 1 つが故障しても、大した問題ではありません。

訂正 2022 年 1 月 6 日: この記事は、航空機の機首の長さが 38 フィートであると正しく記述されるように更新されました。