หลาย ๆ คน คงต้องเคยได้ยินคำว่า Hypersonic กันมาบ้าง แล้วก็รู้ว่ามันคือความเร็ว หรือเครื่องบินอะไรบางอย่าง หรือถ้าเคยได้ยินมากกว่านั้นก็อาจจะเคยได้ยินคำว่า Subsonic ด้วย แล้วเร็วในย่านนี้ มันเร็วแค่ไหนกัน วันนี้จะมาเล่าให้ฟังแบบง่าย ๆ

ภาพที่ 1 Shock Wave

ที่มา https://aviation.stackexchange.com/questions/11936/are-we-at-peak-speed-efficiency-for-jet-airliners-at-mach-0-85

ภาพที่ 2 Ernst Mach

ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Ernst_Mach

        ก่อนจะกล่าวถึง Hypersonic ต้องมากล่าวถึงพื้นฐานของมันกันก่อน ผู้อ่านเคยได้ยินคำว่า “มัค” (MACH) กันมาบ้างรึเปล่า คำว่า มัค นี้ มาจากชื่อของคน ๆ นึง เค้าคือ “Ernst Mach” คน ๆ นี้เป็นนักวิทยาศาสตร์ฟิสิกส์ชาวออสเตรีย แล้วเค้าทำอะไร? นายมัคนั้นเป็นผู้ค้นพบ Shock Wave ในอากาศ

แล้ว Shock Wave มันเกี่ยวข้องกับ "ความเร็ว" ยังไง? ทำไมความเร็วถึงต้องบอกเป็นมัค นอกจากนี้ Shock Wave (ที่นายมัค ค้นพบ) กับความเร็วเสียง เกี่ยวข้องกันอย่างไร 

         อธิบายง่าย ๆ ได้ดังนี้ เมื่อมีวัตถุวิ่งด้วยความเร็วเสียง (Mach = 1) จะทำให้เกิด Shock Wave ขึ้น ซึ่ง Shock Wave นี้ จะมีผลอย่างมากทางด้านการบิน เพราะว่าเมื่อเกิด Shock ลักษณะทางอากาศพลศาสตร์รอบ ๆ เครื่องบินจะไม่เหมือนเดิม(เกิดแรงต้านขึ้นเยอะมาก) ในทางการบิน เรื่องของความเร็วจึงต้องคำนึงถึง "มัค" ด้วย สรุป ง่าย ๆ เลยก็คือ 1 มัค จะเท่ากับ ความเร็วเสียง โดยที่ความเร็ว 1 มัค ที่ระดับน้ำทะเล จะมีค่าเท่ากับ 1,225 กิโลเมตร/ชั่วโมง ส่วนเสียงที่เดินทางในอากาศที่มีอุณหภูมิ 25°C ได้ประมาณ 346 เมตร/วินาที และในอากาศที่อุณหภูมิ 20°C ได้ประมาณ 343 เมตร/วินาที หมายความว่า 1 มัค จะมีความเร็วเปลี่ยนแปลงตลอด เพราะว่าที่อุณหภูมิต่างกัน ค่าความเร็วของเสียงก็จะต่างกันไปด้วย (ความเร็วเสียงแปรผันตามอุณหภูมิของอากาศ) จึงแสดงว่า ที่ระดับความสูงต่างกัน ความเร็ว 1 มัค ก็จะมีค่าไม่เท่ากันเช่นกัน เนื่องจากการเดินทางของเสียงอาศัยการสั่นของโมเลกุลของตัวกลาง ดังนั้นเสียงจะเดินทางได้เร็วขึ้นหากตัวกลางมีความหนาแน่นมาก ทำให้เสียงเดินทางได้เร็วในของแข็ง แต่เดินทางไม่ได้ในอวกาศ เพราะอวกาศเป็นสุญญากาศจึงไม่มีโมเลกุลของตัวกลางอยู่ กล่าวคือ ที่ความสูงต่ำอากาศจะมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศที่อยู่สูงขึ้นไปจึงทำให้ระดับความสูงต่างกัน ความเร็ว 1 มัค ก็จะมีค่าไม่เท่ากัน

Sonic ทั้ง 4 แบบ 

          ในปัจจุบันเราแบ่งย่านความเร็วเป็น 4 ย่าน

1. Subsonic หรือความเร็วต่ำกว่าเสียง คือย่านความเร็วที่มีความเร็วต่ำกว่า 0.8 มัค
2. Transonic หรือย่านความเร็วเสียง คือย่านความเร็วที่มีความเร็วอยู่ระหว่าง 0.8-1.2 มัค (ความเร็วในย่านนี้ ไม่ค่อยเป็นที่นิยมในการบินกัน เนื่องจากมีแรงต้านสูงมาก)
3. Supersonic หรือย่านความเร็วเหนือเสียง คือย่านความเร็วที่มีความเร็วอยู่ระหว่าง 1.2-5.0 มัค
4. Hypersonic คือย่านความเร็วที่มีความเร็วสูงกว่า 5.0 มัคขึ้นไป

มีเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วระดับ Super Sonic บ้างไหม ?

ภาพที่ 3 เครื่องบินคอนคอร์ด

ที่มา https://board.postjung.com/709331.html

ภาพที่ 4 เครื่องบิน SR71

ที่มา https://nationalinterest.org/blog/the-buzz/the-sr-71-blackbird-the-fastest-plane-planet-earth-its-19213

ภาพที่ 5 เครื่องบิน Tupolev TU-144

ที่มา https://en.wikipedia.org/wiki/Tupolev_Tu-144

           แน่นอนว่าด้วยความเก่งกาจของมนุษย์นั้น ย่อมทำได้อยู่แล้ว ไม่ว่าจะเป็น Concord, SR71, Tupolev TU-144 และที่น่าสังเกตคือ เครื่องบินเหล่านี้มีรูปร่าง ขนาด ที่แตกต่างจากเครื่องบินโดยทั่วไป (เครื่องบินที่บินด้วยความเร็วต่ำกว่าเสียง,เครื่องบินพาณิชย์) ทั้งนี้เป็นเพราะว่าเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วระดับ Supersonic นั้นต้องออกแบบให้ถูกต้องตามหลักอากาศพลศาสตร์ให้มากที่สุด เนื่องจากการที่เครื่องบินเหล่านี้บินผ่านนั้นจะต้องเผชิญกับอากาศที่มีความหนาแน่นมาก และมีความดันมากที่บริเวณด้านหน้าเครื่อง หรือก็คือ Shock Wave นั่นเอง เพราะถ้าออกเบบมาไม่ดี Shock Wave จะทำให้เกิด Wave Drag ที่สามารถทำลายเครื่องบินลำนั้นได้

แหล่งที่มา

Sunhanut Kromgrom. (2012, 2 July).  Supersonic Jet.  Retrieved August 22, 2018, from http://supersonic-jet.blogspot.com/

อาคม รวมสุวรรณ. (2558, 20 พฤศจิกายน).  เสียวเหนือเสียง เมื่อเครื่องบินโดยสารบินด้วยความเร็วเหนือเสียงจะเกิดอะไรขึ้น.  สืบค้นเมื่อ 22 สิงหาคม 2561, จาก https://www.thairath.co.th/content/540672