โลกใบนี้เคยมีเครื่องบินพาณิชย์ความเร็วเหนือเสียงอยู่หลายเครื่อง อย่างเช่น Concorde ซึ่งมีความสามารถในการบินข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกได้ภายใน 2 ชั่วโมง จากเดิมที่ในเครื่องบินพาณิชย์ทั่วไปใช้เวลากว่า 6-8 ชั่วโมง อย่างไรก็ตาม การบินพาณิชย์ด้วยเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงก็กลับหายไปในช่วงต้นศตวรรษนี้ ซึ่งมีหลายปัจจัย แต่หนึ่งในปัจจัยหลักคือข้อจำกัดทางด้านการบินอย่างการเกิด “Sonic Boom”

ความเร็วของเสียงนั้นเปลี่ยนแปลงตามความหนาแน่นและอุณหภูมิ

เสียงมีลักษณะเป็นคลื่นกล ต้องเดินทางโดยอาศัยตัวกลาง หนึ่งในตัวกลางของเสียงก็คืออากาศ ซึ่งอุณหภูมิของอากาศ ส่งผลต่อความหนาแน่น และจะทำให้ความเร็วเสียงเกิดการเปลี่ยนแปลงได้

ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส ความเร็วของเสียงอยู่ที่ประมาณ 1,235 กิโลเมตร/ชั่วโมง ที่ความเร็วเท่านี้ ให้นึกภาพว่าสามารถขับรถจากกรุงเทพฯ ไปเชียงใหม่ได้ภายในระยะเวลาประมาณครึ่งชั่วโมงเท่านั้น

จริง ๆ แล้วหลายคนเคยสัมผัสกับความเร็วของเสียงมาก่อนเมื่อเกิดฟ้าผ่าขึ้นแล้ว แต่ได้ยินเสียงฟ้าผ่าในเวลาอีกไม่กี่วินาทีต่อมา แม้ว่าตำแหน่งของฟ้าผ่านั้นจะอยู่ไกลจากตัวเราไปมากก็ตาม

เครื่องบินพาณิชย์ Concorde ซึ่งสามารถบินด้วยความเร็วเหนือเสียงได้

การเดินทางด้วยความเร็วเหนือกว่าเสียง หากจะพูดให้เข้าใจได้ง่ายขึ้นคือการเดินทางไวกว่าเสียง หมายความว่าหากมีคนขับรถด้วยความเร็วเหนือเสียงผ่านหน้าเราไป เราจะเห็นรถผ่านหน้าเราไปก่อน แล้วเสียงจึงตามมาทีหลัง

ดังนั้นเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงก็คือเครื่องบินที่สามารถบินได้ที่ความเร็วสูงกว่าความเร็วของเสียง ยกตัวอย่างเช่น Concorde ซึ่งสามารถบินได้ทีความเร็วมากถึง 2,170 กิโลเมตร/ชั่วโมง

เมื่อพูดถึงความเร็วเสียง หน่วย Mach มักจะถูกใช้เป็นหน่วยหลักในการวัดความเร็ว ณ อุณหภูมิหนึ่ง ๆ เครื่องบินที่บินด้วยความเร็ว 1 Mach คือเครื่องบินที่บินเท่ากับความเร็วเสียง ความเร็ว 2 Mach คือสองเท่าของความเร็วเสียง เป็นต้น

การบินด้วยความเร็วสูงทำให้เกิดคลื่นกระแทกที่เรียกว่า Sonic Boom

การบินที่ความเร็วเหนือเสียง เครื่องบินจะต้องสามารถก้าวข้ามสิ่งที่เรียกว่า “กำแพงเสียง” หรือ “Sound Barrier” ให้ได้ ซึ่งเกิดจากแรงต้านอากาศที่มากขึ้นเรื่อย ๆ จากการที่เครื่องบินบินเร็วขึ้นเรื่อย ๆ

เมื่อเครื่องบินทะลุกำแพงเสียงไปได้ สิ่งที่ตามมาคือ “Sonic Boom” ซึ่งเป็นคลื่นกระแทก (Shockwave) ที่เกิดจากการอัดของคลื่นแรงดันอย่างรุนแรง Sonic Boom เป็นคลื่นเสียงที่ดังมากที่จะค่อย ๆ กระจายตัวออกจากเครื่องบินที่กำลังบินด้วยความเร็วเสียงอยู่ ซึ่งจะเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องตราบใดที่เครื่องบินยังบินด้วยความเร็วเสียงอยู่

เมื่อคลื่นเหล่านี้เดินทางถึงพื้น ก็จะทำให้ผู้ที่อยู่บนพื้นโลกซึ่งโดน Sonic Boom ได้ยินเสียงคล้ายเสียงระเบิดรวมถึงรับแรงกระแทกคล้ายกับเมื่อมีลำโพงขนาดใหญ่มาเปิดเสียงดังใส่ อาจรุนแรงถึงขั้นกระจกแตกได้

ด้วยเหตุนี้เอง เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงจึงไม่ได้รับอนุญาตให้บินเหนือพื้นดินแต่ให้ใช้สำหรับบินข้ามมหาสมุทรได้เท่านั้น

Sonic Boom นั้นทำให้เกิดเสียงดังเป็นบริเวณกว้างเหนือพื้นดิน

ด้วยเหตุนี้เอง การบินด้วยความเร็วเหนือเสียงในเชิงพาณิชย์จึงมีข้อจำกัดตรงที่ไม่สามารถใช้ในการบินข้ามพื้นดินได้ เพราะ Sonic Boom เช่น บินจากชายฝั่งอเมริกาตะวันตกไปอเมริกาตะวันออก ทำให้ความยืดหยุ่นในการใช้งานลดลง และการแก้ไขปัญหานี้ก็มีข้อเสียที่เพิ่มมากขึ้น เช่น สามารถลดผลกระทบจาก Sonic Boom ด้วยการให้เครื่องบินบินไปที่เพดานบินที่สูงก่อนที่จะบินด้วยความเร็วเหนือเสียง แต่นี่ก็แลกมาด้วยระยะทางการบินที่ลดลงเนื่องจากด้วยการออกแบบของเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่มักจะมีประสิทธิภาพต่ำที่ความเร็วต่ำ ดังนั้นจึงใช้เชื้อเพลิงมากขึ้น และนั่นก็หมายความว่าระหว่างการขึ้นบิน เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงมักจะต้องใช้พลังงานจากเครื่องยนต์มากขึ้น ทำให้เครื่องยนต์มีเสียงที่ดังมากขึ้น

เหตุผลเหล่านี้ล้วนเป็นปัจจัยที่ทำให้การใช้งานเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงในด้านการพาณิชย์หายไป อย่างไรก็ตาม มีหลายโครงการวิจัยที่กำลังพัฒนาเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงที่ลดผลกระทบจาก Sonic Boom อยู่

เรียบเรียงโดย โชติทิวัตถ์ จิตต์ประสงค์

🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

“Sonic Boom” หนึ่งในเหตุผลที่เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงยังไม่เป็นที่นิยม