Se alcançado, o voo hipersônico poderá remodelar dramaticamente as viagens internacionais. Uma viagem que hoje dura um dia inteiro pode se tornar um passeio que não dura mais que um longa-metragem. Rotas como Sydney a Los Angeles, que atualmente levam cerca de 15 horas, podem ser reduzidas para apenas uma hora.
“Isso realmente torna a Terra menor”, disse o professor Nicolas Parziale, cujo trabalho se concentra em transformar a viagem hipersônica da aspiração em realidade. Parziale recebeu recentemente o Prêmio Presidencial de Início de Carreira para Cientistas e Engenheiros em reconhecimento por sua pesquisa em dinâmica de fluidos de velocidade extrema. “Isso tornará as viagens mais rápidas, fáceis e agradáveis.”
O desafio de voar a Mach 10
Cobrir metade do mundo em apenas uma hora pode parecer impossível, mas a tecnologia não está tão longe quanto parece. Algumas aeronaves militares atingiram velocidades de Mach 2 ou Mach 3, o que significa duas a três vezes a velocidade do som. Mach 1 é de aproximadamente 760 milhas por hora. Para voar de Los Angeles a Sydney em 60 minutos, um avião precisa atingir Mach 10. O principal obstáculo é a turbulência e o calor incomuns criados ao voar em velocidades tão extremas.
Existe uma diferença fundamental entre o comportamento do ar ao redor de uma aeronave em baixas velocidades e em altas velocidades. Os engenheiros descrevem essas condições como fluxo incompressível e fluxo compressível. No fluxo incompressível, a velocidade é baixa (abaixo de Mach 0,3 ou 225 milhas por hora) e a densidade do ar permanece quase constante. Essa consistência simplifica o projeto aeroespacial. Quando um avião se move mais rápido que a velocidade do som, o fluxo de ar torna-se compressível. “Isso ocorre porque o gás pode ‘comprimir’”, explica Parziale, o que significa que pode ser comprimido.
Por que o comportamento do fluxo de ar é importante para projetos hipersônicos
Quando o ar é comprimido, sua densidade muda com as mudanças na pressão e na temperatura. Estas mudanças afetam a interação da aeronave com o ar circundante. “A compressibilidade afeta a forma como o ar flui ao redor do corpo, alterando a quantidade de sustentação, arrasto e impulso necessários para decolar ou permanecer no ar, entre outras coisas.” Todos esses fatores desempenham um papel importante no projeto de aeronaves.
Os engenheiros já têm uma boa compreensão do fluxo de ar de aeronaves voando abaixo ou perto da velocidade do som (chamados números de “baixo Mach”). A construção de aeronaves hipersônicas requer uma compreensão mais profunda de como o ar se comporta em Mach 5, Mach 6 ou mesmo Mach 10. Além da orientação fornecida pela hipótese de Morkovin, muito do comportamento permanece incerto.
A hipótese de Molkoven e o mistério da turbulência hipersônica
Esta hipótese, proposta por Mark Morkovin em meados do século XX, propõe que quando o ar se move a Mach 5 ou Mach 6, as propriedades básicas da turbulência são surpreendentemente semelhantes às da turbulência a velocidades mais baixas. Embora o fluxo de ar em alta velocidade envolva grandes mudanças de temperatura e densidade, Morkoven acredita que o padrão geral do movimento turbulento permanece essencialmente o mesmo. “Basicamente, a hipótese de Morkovin significa que a forma como o ar turbulento se move em baixas e altas velocidades não é tão diferente”, disse Parziale. “Se a hipótese estiver correta, significa que não precisamos de uma abordagem completamente nova para compreender a turbulência a velocidades mais elevadas. Podemos usar os mesmos conceitos que para fluxos mais lentos.” Também sugere que as futuras aeronaves hipersônicas podem não exigir uma filosofia de design completamente diferente.
Apesar da importância desta hipótese, falta uma verificação experimental confiável. Esta lacuna motivou a última pesquisa de Parziale, que ele descreve em seu estudo, “Volumes de turbulência hipersônicos que apoiam a hipótese Morkoviana”, publicado na Nature Communications em 12 de novembro de 2025.
Experimentos com laser e criptônio há onze anos sendo elaborados
Neste estudo, a equipe de Parziale introduziu gás criptônio em um túnel de vento e usou um laser para ionizá-lo. O processo produziu brevemente uma linha reta brilhante de átomos de criptônio. Câmeras de alta resolução capturaram então como a linha iluminada se curva, torce e deforma à medida que se move através das correntes de ar, semelhante à forma como as folhas flutuam e giram em pequenos redemoinhos em um rio. “À medida que esta linha se move com o gás, podemos ver rugas e estruturas no fluxo, com as quais podemos aprender muito sobre a turbulência”, disse Parziale. Ele observou que foram necessários 11 anos de esforço para desenvolver a configuração experimental. “Descobrimos que em Mach 6 o comportamento turbulento está muito próximo do fluxo incompressível”.
A equipe de Parziale recebeu apoio inicial do Programa de Pesquisa para Jovens Investigadores (YIP) do Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea em 2016 e do YIP do Escritório de Pesquisa Naval (ONR) em 2020, e o trabalho mais recente também foi financiado pelo ONR.
O que as descobertas significam para voos futuros e acesso ao espaço
Embora a hipótese de Molkoven ainda não tenha sido totalmente confirmada, os novos resultados aproximam os cientistas da compreensão de como projetar aeronaves que possam suportar velocidades hipersônicas. As descobertas sugerem que os engenheiros talvez não precisem reinventar abordagens fundamentais para o projeto de aeronaves para essas condições extremas, simplificando significativamente o desafio.
“Hoje, temos que usar computadores para projetar um avião e usar recursos de computação para projetar um avião que voe a Mach 6, e simular todos os pequenos detalhes é impossível”, explicou Parziale. “As suposições de Morkoven nos permitem fazer suposições simplificadas que tornam mais viáveis os requisitos computacionais para projetar veículos hipersônicos.”
Parziale acrescentou que os mesmos princípios podem mudar o acesso futuro ao espaço. “Se pudermos construir aeronaves que voem em velocidades hipersônicas, também poderemos levá-las ao espaço em vez de lançar foguetes, o que tornará o transporte de e para a órbita baixa da Terra muito mais fácil”, disse ele. “Isso será uma virada de jogo não apenas para o transporte terrestre, mas também para o transporte em órbita baixa da Terra.”
