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NASA's Quesst: Neubewertung einer 50-Jahres-Überschallgeschwindigkeitsgrenze

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Vor fünfzig Jahren verbot die Bundesregierung alle zivilen Überschallflüge über Land. Die Vorschrift verbietet es nichtmilitärischen Flugzeugen, schneller als der Schall zu fliegen, damit die Bevölkerung nicht durch den entstehenden Überschallknall aufgeschreckt wird oder sich über mögliche Sachschäden Sorgen machen muss.

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Das am 27. April 1973 offiziell in Kraft getretene Verbot wurde stark von Meinungsumfragen in Städten beeinflusst, über denen Überschall-Militärjets flogen, und viele Leute sagten, dass sie nicht mochten, was sie hörten oder wie ihre Fenster wegen des Überschalls klapperten.

Zwar gab es in der Forschung Vorschläge, wie die Auswirkungen des Überschallknalls gemildert werden könnten, doch war die Luftfahrttechnik in den 1960er und frühen 1970er Jahren noch nicht ausgereift genug, um das Problem rechtzeitig zu lösen und das Inkrafttreten der Vorschrift zu verhindern.

Doch heute arbeitet die NASA an einer Lösung.

"Es handelt sich um eine Vorschrift, die vielen Menschen heute nicht mehr bekannt ist, die aber im Mittelpunkt unserer Quesst-Mission mit dem leisen Überschallflugzeug X-59 steht", sagte Peter Coen, der bei der NASA für die Integration der Quesst-Mission zuständig ist.

Die X-59 der NASA ist so konzipiert, dass sie schneller als der Schall fliegt, aber mit drastisch reduziertem Geräuschpegel - die Menschen unter ihr würden eher ein "Donnern" als einen "Knall" hören, wenn sie überhaupt etwas hören. Um zu testen, wie die Öffentlichkeit diesen Lärm wahrnimmt, ist es Teil des Quesst-Plans, die X-59 über mehrere Gemeinden fliegen zu lassen, um die Reaktion der Menschen zu untersuchen.

Die NASA wird die Ergebnisse an die amerikanischen und internationalen Regulierungsbehörden weiterleiten, die neue Vorschriften zur Aufhebung des seit langem bestehenden Verbots in Betracht ziehen werden. Das Ziel ist eine Änderung der Vorschriften, die sich auf die Geräuschentwicklung eines Flugzeugs konzentriert und nicht auf eine Geschwindigkeitsbegrenzung.

"Wir sind definitiv bereit, ein neues Kapitel in der Geschichte des Überschallflugs zu schreiben, indem wir den Luftverkehr über Land doppelt so schnell machen, aber auf eine Weise, die sicher, nachhaltig und viel leiser ist als bisher", sagte Coen.

Bumm Bumm

Die Ursprünge des bundesstaatlichen Verbots des Überschallflugs gehen auf das Jahr 1947 zurück, als das raketengetriebene Flugzeug XS-1 zum ersten Mal die Schallmauer durchbrach und die heroische Ära der Überschallforschung einleitete.

Zunächst ging es nur darum, X-Flugzeuge schneller und höher fliegen zu lassen. Niemand machte sich Gedanken über den Überschallknall, vor allem, weil nur wenige Menschen dort lebten, wo die Forschung stattfand.

Trotz des frühen Interesses an diesem mysteriösen Phänomen, das entsteht, wenn ein Flugzeug schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegt und atmosphärische Schockwellen erzeugt, die wir als Überschallknall wahrnehmen, gab es nur wenige Werkzeuge und nur begrenzte Daten, um zu verstehen, was vor sich ging.

Doch als die Air Force und die Navy begannen, eine große Anzahl von Überschallflugzeugen auf Stützpunkten im ganzen Land zu stationieren, wuchs das Interesse an Schallwellen schnell, da immer mehr Menschen mit dem oft beunruhigenden Lärm konfrontiert wurden.

Ab 1956 und bis weit in die 1960er Jahre hinein setzten die Air Force, die Navy, die NASA und die Federal Aviation Administration (FAA) Ressourcen ein, um zu untersuchen, wie Schallwellen unter verschiedenen Bedingungen entstehen, welche Auswirkungen sie auf Gebäude haben könnten und wie die Öffentlichkeit an verschiedenen Orten reagieren würde.

In jenen Jahren waren die Einwohner von Atlanta, Chicago, Dallas, Denver, Los Angeles und Minneapolis unter anderem durch den Einsatz vieler Arten von Überschallflugzeugen den Schallwellen von militärischen Kampfjets und Bombern ausgesetzt, die in großer Höhe über ihnen flogen.

Zwei konzentrierte Studien - eine über St. Louis im Jahr 1961 und die andere über Oklahoma City im Jahr 1964 (genannt Bongo bzw. Bongo II) - ließen keinen Zweifel daran, dass die Öffentlichkeit die routinemäßigen Überschallknalle, die von oben kamen, nicht uneingeschränkt unterstützte.

Die Tests sorgten für landesweite Schlagzeilen und schürten eine stark negative Stimmung gegenüber dem Überschallflug.

Der Überschalltransport

Während die Arbeiten zum besseren Verständnis und zur Vorhersage der Entstehung von Überschallknall fortgesetzt wurden und erste Ideen zur Minimierung des Überschallknalls durch Veränderung der Flugzeugform entstanden, begann die US-Regierung in Zusammenarbeit mit der Industrie mit der Entwicklung des Supersonic Transport (SST).

Die Ankündigung des SST durch Präsident John F. Kennedy im Juni 1963 weckte das Interesse an der Untersuchung und Abschwächung von Überschallknall aus technischer Sicht und machte die Forschung zu einem vorrangigen Thema.

Ziel des SST-Projekts war die Herstellung des Prototyps eines neuen kommerziellen Überschallflugzeugs, das bis zu 300 Passagiere mit dreifacher Schallgeschwindigkeit in alle Welt befördern konnte.

(Man beachte, dass die Schallgeschwindigkeit von Faktoren wie Temperatur und Höhe abhängt. Auf Meereshöhe und bei 68 Grad Fahrenheit beträgt sie 768 mph)

Die Luftfahrtbranche bemühte sich um ein besseres Verständnis der Überschallschockwellen, um den potenziellen Schalldruckpegel des SST zu verringern. Die Forscher konnten jedoch die Geschwindigkeit nicht übertreffen, mit der Umweltbedenken und politische Diskussionen aufkamen, die das Flugzeug zu stoppen drohten, bevor es überhaupt gebaut wurde.

Drei Ereignisse im Sommer 1968 machten dies deutlich:

Am 31. Mai durchbrach ein F-105 Thunderchief-Kampfjet während einer Zeremonie an der Air Force Academy in Colorado die Schallmauer, als er 50 Fuß über das Schulgelände flog. Der Überschallknall sprengte 200 Fenster an der Seite der kultigen Air Force Chapel und verletzte ein Dutzend Menschen.

Eine Woche später, am 8. Juni, veröffentlichte die New York Times einen Leitartikel, in dem sie den Vorfall in Colorado zum Anlass nahm, um die Gefahr von Überschallknallern für den Frieden und das Wohlergehen der Nation zu unterstreichen, und behauptete, viele hätten "Todesangst davor"

Daraufhin wies der Kongress am 21. Juli die FAA an, Normen für die "Kontrolle und Bekämpfung von Fluglärm und Schallwellen" zu entwickeln

Innerhalb weniger Jahre schlug die FAA offiziell eine Vorschrift vor, die den Betrieb ziviler Flugzeuge bei Geschwindigkeiten über Mach 1 beschränken sollte. Im Mai 1971 strich der Kongress das SST-Programm, und zwei Jahre später trat die Vorschrift zum Verbot ziviler Überschallflüge über Land in Kraft.

Zur gleichen Zeit entwickelten und testeten Großbritannien und Frankreich die Concorde, die zwischen 1976 und 2003 den kommerziellen Überschallflugverkehr ermöglichte. Es gab viele Gründe für ihr Ende, darunter ein tödlicher Absturz im Jahr 2000, aber an erster Stelle stehen wirtschaftliche und ökologische Probleme. Durch das Verbot von Überschallflügen über Land in den USA und anderswo wurden die Möglichkeiten zur Erzielung von Einnahmen stark eingeschränkt.

Geschwindigkeit vs. Schall

Um das Verbot aufzuheben und einen lebensfähigen Markt für Überschallflüge über Land zu schaffen, sollen die Regulierungsbehörden neue Regeln auf der Grundlage eines anderen Standards als bisher festlegen.

Die 1973 eingeführte Geschwindigkeitsbegrenzung berücksichtigte nicht die Möglichkeit, dass ein Flugzeug mit Überschall fliegen könnte, ohne dabei Schallwellen zu erzeugen, die die Menschen unter ihm beeinträchtigen könnten. Das war damals eine faire Einschätzung, weil es die dafür erforderliche Technologie noch nicht gab.

"Und jetzt gibt es sie", sagte Coen. "Wir schlagen also vor, die Regelung nicht nur auf die Geschwindigkeit, sondern auf den Schall zu stützen. Wenn das Geräusch eines Überschallfluges nicht so laut ist, dass es jemanden unter uns stört, gibt es keinen Grund, warum das Flugzeug nicht mit Überschall fliegen kann

Während des letzten halben Jahrhunderts haben sich die Luftfahrtinnovatoren der NASA methodisch mit der Herausforderung befasst, den Boom zu dämpfen. Die X-59 von Quesst ist auf dem Weg, diese Technologie zu erproben, und bald darauf werden Überflüge in der Gemeinschaft und die so wichtigen öffentlichen Umfragen folgen.

Die Akzeptanz von Überschallflugzeugen in der Öffentlichkeit geht jedoch weit über den Überschallknall hinaus. Flughafenlärm, Emissionen und Klimaauswirkungen sind alles Faktoren, die noch geklärt werden müssen.

Gemeinsam mit ihren Partnern aus Regierung, Industrie und Wissenschaft arbeitet die NASA daran, auch diese Herausforderungen zu lösen. Aber all das ist nicht von Bedeutung, solange der erste Schritt - die Aufhebung des ein halbes Jahrhundert alten Verbots von Überschallflügen über Land - nicht vollzogen ist.

"Wir freuen uns sehr über diesen großen Schritt nach vorn, aber wir wissen auch, dass noch mehr getan werden muss", sagte Coen.

Ein Großteil dieses Artikels basiert auf der Arbeit von Lawrence Benson, der das offizielle NASA-Geschichtsbuch "Quieting the Boom: The Shaped Sonic Boom Demonstrator and the Quest for Quiet Supersonic Flight" geschrieben hat

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