Transporte supersónico

A lo largo de la década de 1950, un avión supersónico (SST) parecía técnicamente viable, pero no estaba claro si su rentabilidad sería económicamente viable. Debido a las diferencias en la generación de sustentación , las aeronaves que operan a velocidades supersónicas tienen aproximadamente la mitad de la relación sustentación-resistencia que las aeronaves subsónicas. Esto implica que, para una sustentación determinada, la aeronave deberá proporcionar aproximadamente el doble de empuje, lo que conlleva un consumo de combustible considerablemente mayor. Este efecto se acentúa a velocidades cercanas a la del sonido, ya que la aeronave utiliza el doble de empuje para viajar a prácticamente la misma velocidad. El efecto relativo se reduce a medida que la aeronave acelera a velocidades más altas. Este aumento en el consumo de combustible se compensaba con el potencial de incrementar notablemente la frecuencia de salidas de la aeronave, al menos en vuelos de medio y largo alcance, donde la aeronave pasa una cantidad considerable de tiempo en crucero. Era posible diseñar SST que volaran al menos tres veces más rápido que los transportes subsónicos existentes, lo que permitiría reemplazar hasta tres aviones en servicio y, por lo tanto, reducir los costos en términos de personal y mantenimiento.

El trabajo serio en diseños SST comenzó a mediados de la década de 1950, cuando la primera generación de aviones de combate supersónicos entraba en servicio. En Gran Bretaña y Francia, los programas SST subvencionados por el gobierno se decantaron rápidamente por el ala delta en la mayoría de los estudios, incluidos el Sud Aviation Super-Caravelle y el Bristol Type 223 , aunque Armstrong-Whitworth propuso un diseño más radical, el Mach 1.2 M-Wing . Avro Canada propuso varios diseños a TWA que incluían un ala de doble ojiva Mach 1.6 y un ala delta Mach 1.2 con cola separada y configuraciones de cuatro motores bajo las alas. El equipo de Avro se trasladó al Reino Unido, donde su diseño formó la base de los diseños de Hawker Siddeley . ^{[ 2 ]} A principios de la década de 1960, los diseños habían avanzado hasta el punto en que se dio luz verde a la producción, pero los costos eran tan altos que la Bristol Aeroplane Company y Sud Aviation finalmente fusionaron sus esfuerzos en 1962 para producir el Concorde.

A principios de la década de 1960, varios ejecutivos de compañías aeroespaciales estadounidenses aseguraban al público y al Congreso que no existían razones técnicas que impidieran la producción de un SST. En abril de 1960, Burt C. Monesmith, vicepresidente de Lockheed , declaró a diversas revistas que un SST de acero de 110 000 kg (250 000 libras ) podría desarrollarse por 160 millones de dólares y venderse en lotes de 200 o más unidades por unos 9 millones de dólares. ^{[ 3 ]} Pero fue el desarrollo anglo-francés del Concorde lo que desató el pánico en la industria estadounidense, donde se creía que el Concorde pronto reemplazaría a todos los demás diseños de largo alcance, especialmente después de que Pan Am ejerciera sus opciones de compra sobre el Concorde. El Congreso pronto financió un proyecto de diseño de SST, seleccionando los diseños existentes del Lockheed L-2000 y el Boeing 2707 , para producir un diseño aún más avanzado, más grande, más rápido y de mayor alcance. El diseño del Boeing 2707 fue finalmente seleccionado para continuar su desarrollo, con el objetivo de transportar alrededor de 300 pasajeros y alcanzar una velocidad de crucero cercana a Mach 3. La Unión Soviética se propuso producir su propio diseño, el Tu-144 , al que la prensa occidental apodó "Concordski". ^{[ 4 ]} 

El SST fue visto como particularmente ofensivo debido a su estampido sónico y el potencial de que el escape de su motor dañara la capa de ozono . Ambos problemas influyeron en la opinión de los legisladores, y finalmente el Congreso eliminó la financiación para el programa SST de EE. UU. en marzo de 1971, ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} y se prohibió todo vuelo supersónico comercial terrestre sobre EE. UU. ^{[ 10 ]} El asesor presidencial Russell Train advirtió que una flota de 500 SST volando a 65 000 pies (20 km) durante un período de años podría aumentar el contenido de agua estratosférico hasta en un 50 % a 100 %. Según Train, esto podría provocar un mayor calor a nivel del suelo y dificultar la formación de ozono . ^{[ 11 ]}  

Más tarde, se planteó la hipótesis de una amenaza adicional para el ozono como resultado de los óxidos de nitrógeno de los gases de escape , una amenaza que, en 1974, fue aparentemente validada por un equipo del MIT comisionado por el Departamento de Transporte de los Estados Unidos . ^{[ 12 ]} Sin embargo, mientras que muchos modelos puramente teóricos indicaban el potencial de grandes pérdidas de ozono por óxidos de nitrógeno ( NOx ) de SST, otros científicos en el artículo " Óxidos de nitrógeno, pruebas de armas nucleares , Concorde y ozono estratosférico " recurrieron al monitoreo histórico del ozono y a las pruebas nucleares atmosféricas para que sirvieran como guía y medio de comparación, observando que no se detectó ninguna pérdida de ozono evidente por aproximadamente 213 megatones de energía explosiva liberados en 1962, por lo que la cantidad equivalente de NOx de "1047" Concordes volando "10 horas al día", tampoco sería sin precedentes. ^{[ 13 ]} En 1981 los modelos y las observaciones seguían siendo irreconciliables. ^{[ 14 ]} Modelos informáticos más recientes de 1995, elaborados por David W. Fahey, científico atmosférico de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica , y otros, sugieren que la caída del ozono sería, como máximo, "no más" del 1 al 2% si se operara una flota de 500 aeronaves supersónicas. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Fahey expresó que esto no sería un obstáculo fatal para el desarrollo de una tecnología SST avanzada, aunque "una gran señal de precaución... [no] debería ser un impedimento para el desarrollo de una tecnología SST avanzada" porque " eliminar el azufre del combustible del [Concorde]" eliminaría esencialmente la vía de reacción de destrucción del ozono hipotetizada del 1% al 2%. ^{[ 17 ]}

A pesar de la discrepancia entre el modelo y la observación en torno a la preocupación por el ozono, a mediados de la década de 1970, seis años después de su primer vuelo de prueba supersónico, ^{[ 18 ]} el Concorde ya estaba listo para entrar en servicio. La protesta política en Estados Unidos fue tan grande que el estado de Nueva York prohibió el avión. Esto amenazó las perspectivas económicas de la aeronave, ya que había sido construida pensando en la ruta Londres-Nueva York. Se permitió que el avión aterrizara en Washington, D.C. (en Dulles , Virginia ), y el servicio fue tan popular que los neoyorquinos pronto se quejaron porque no lo tenían. No pasó mucho tiempo antes de que el Concorde estuviera volando al JFK .

Además de los cambios en el panorama político, el público viajero siguió mostrando interés en los viajes transoceánicos a alta velocidad. Esto impulsó estudios de diseño adicionales en Estados Unidos, bajo el nombre de "AST" (Transporte Supersónico Avanzado). El SCV de Lockheed fue un diseño novedoso para esta categoría, mientras que Boeing continuó sus estudios tomando como base el 2707.

Para entonces, la viabilidad económica de los conceptos anteriores de aviones supersónicos (SST) ya no era razonable. En su diseño original, los SST se concibieron para competir con aviones de largo alcance con capacidad para entre 80 y 100 pasajeros, como el Boeing 707 , pero con la llegada de aviones más modernos como el Boeing 747, que transportaban cuatro veces esa capacidad, las ventajas de velocidad y consumo de combustible del concepto SST se vieron anuladas por su gran tamaño.

Otro problema fue que el amplio rango de velocidades en el que opera un SST dificulta la mejora de los motores. Si bien los motores subsónicos habían logrado grandes avances en eficiencia durante la década de 1960 con la introducción del motor turbofán con relaciones de derivación cada vez mayores , el concepto de ventilador es difícil de usar a velocidades supersónicas, donde la derivación "correcta" es de aproximadamente 0,45, ^{[ 19 ]} en comparación con 2,0 o más para los diseños subsónicos. Por ambas razones, los diseños de SST estaban condenados al fracaso debido a los altos costos operativos, y los programas AST desaparecieron a principios de la década de 1980.

El Concorde solo se vendió a British Airways y Air France, mediante compras subvencionadas que debían devolver el 80% de los beneficios al gobierno. En la práctica, durante casi toda la vigencia del acuerdo, no hubo beneficios que repartir. Tras la privatización del Concorde, las medidas de reducción de costes (en particular, el cierre del centro de pruebas metalúrgicas de las alas, que había realizado suficientes ciclos de temperatura para validar la aeronave hasta 2010) y el aumento del precio de los billetes generaron beneficios sustanciales.

Desde que el Concorde dejó de volar, se ha revelado que, a lo largo de su vida útil, el avión resultó rentable, al menos para British Airways. Los costes operativos del Concorde durante casi 28 años de funcionamiento fueron de aproximadamente 1.000 millones de libras esterlinas, con unos ingresos de 1.750 millones de libras esterlinas. ^{[ 20 ]}

El 25 de julio de 2000, el vuelo 4590 de Air France se estrelló poco después del despegue, con la muerte de sus 109 ocupantes y cuatro personas en tierra; fue el único incidente fatal relacionado con el Concorde . El servicio comercial se suspendió hasta noviembre de 2001, y los aviones Concorde fueron retirados en 2003 tras 27 años de operaciones comerciales.

Los últimos vuelos regulares de pasajeros aterrizaron en Londres Heathrow el 24 de octubre de 2003, procedentes de Nueva York , un segundo vuelo de Edimburgo y un tercero que había despegado de Heathrow en un vuelo circular sobre el Golfo de Vizcaya . ^{[ 21 ]}

A finales del siglo XX, proyectos como el Tupolev Tu-244 , el Tupolev Tu-344 , el SAI Quiet Supersonic Transport , el Sukhoi-Gulfstream S-21 , el High Speed ​​Civil Transport , etc., no se habían realizado.

Para todos los vehículos que se desplazan por el aire, la fuerza de resistencia aerodinámica es proporcional al coeficiente de resistencia ( Cd ₎ , al cuadrado de la velocidad y a la densidad del aire. Dado que la resistencia aumenta rápidamente con la velocidad, una prioridad clave en el diseño de aeronaves supersónicas es minimizar esta fuerza reduciendo el coeficiente de resistencia. Esto da lugar a las formas altamente aerodinámicas de los aviones supersónicos. En cierta medida, las aeronaves supersónicas también gestionan la resistencia volando a mayor altitud que las subsónicas, donde la densidad del aire es menor.

A medida que la velocidad se aproxima a la del sonido, aparece el fenómeno adicional de la resistencia de onda . Esta es una forma potente de resistencia que comienza a velocidades transónicas (alrededor de Mach 0,88 ). Alrededor de Mach 1, el coeficiente máximo de resistencia es cuatro veces mayor que el de la resistencia subsónica. Por encima del rango transónico, el coeficiente vuelve a caer drásticamente, aunque sigue siendo un 20 % mayor a Mach 2,5 que a velocidades subsónicas. Los aviones supersónicos deben tener mucha más potencia que los subsónicos para superar esta resistencia de onda, y aunque el rendimiento en crucero por encima de la velocidad transónica es más eficiente, sigue siendo menos eficiente que volar a velocidad subsónica.

Otro problema en el vuelo supersónico es la relación sustentación-resistencia (relación L/D) de las alas. A velocidades supersónicas, los perfiles aerodinámicos generan sustentación de una manera completamente diferente a como lo hacen a velocidades subsónicas, y son invariablemente menos eficientes. Por esta razón, se ha dedicado una considerable investigación al diseño de configuraciones de alas para el crucero supersónico sostenido. Alrededor de Mach 2, un diseño de ala típico reduce su relación L/D a la mitad (por ejemplo, el Concorde logró una relación de 7,14, mientras que el Boeing 747 subsónico tiene una relación L/D de 17). ^{[ 22 ]} Debido a que el diseño de una aeronave debe proporcionar suficiente sustentación para superar su propio peso, una reducción de su relación L/D a velocidades supersónicas requiere empuje adicional para mantener su velocidad y altitud.

El diseño de los motores a reacción varía significativamente entre aeronaves supersónicas y subsónicas. En general, los motores a reacción ofrecen una mayor eficiencia de combustible a velocidades supersónicas, aunque su consumo específico sea mayor a velocidades más altas. Debido a su mayor velocidad sobre el terreno, esta disminución de la eficiencia es menos que proporcional a la velocidad hasta superar Mach 2, y el consumo por unidad de distancia es menor.

Cuando Aérospatiale – BAC diseñó el Concorde , los motores a reacción de alto índice de derivación ( motores turbofán ) aún no se habían implementado en aeronaves subsónicas. Si el Concorde hubiera entrado en servicio compitiendo con diseños anteriores como el Boeing 707 o el de Havilland Comet , habría sido mucho más competitivo, aunque el 707 y el DC-8 aún transportaban más pasajeros. Cuando estos motores a reacción de alto índice de derivación llegaron al servicio comercial en la década de 1960, los motores a reacción subsónicos se volvieron inmediatamente mucho más eficientes, acercándose a la eficiencia de los turborreactores a velocidades supersónicas. Una de las principales ventajas del SST desapareció.

Los motores turbofán mejoran la eficiencia al aumentar la cantidad de aire frío de baja presión que aceleran, utilizando parte de la energía que normalmente se usa para acelerar aire caliente en el turborreactor clásico sin derivación. La máxima expresión de este diseño es el turbohélice , donde casi todo el empuje del reactor se utiliza para impulsar un ventilador muy grande: la hélice . La curva de eficiencia del diseño del ventilador implica que la cantidad de derivación que maximiza la eficiencia general del motor es función de la velocidad de avance, la cual disminuye desde las hélices, pasando por los ventiladores, hasta la ausencia total de derivación a medida que aumenta la velocidad. Además, la gran área frontal que ocupa el ventilador de baja presión en la parte delantera del motor aumenta la resistencia, especialmente a velocidades supersónicas, y significa que las relaciones de derivación son mucho más limitadas que en las aeronaves subsónicas. ^{[ 23 ]}

Por ejemplo, el primer Tu-144S estaba equipado con un motor turbofán de bajo índice de derivación, mucho menos eficiente que los turborreactores del Concorde en vuelo supersónico. El posterior TU-144D incorporaba motores turborreactores con una eficiencia comparable. Estas limitaciones impidieron que los diseños de aviones supersónicos aprovecharan las importantes mejoras en el consumo de combustible que los motores de alto índice de derivación aportaron al mercado subsónico, aunque ya eran más eficientes que sus homólogos turbofán subsónicos.

Las velocidades supersónicas de los vehículos exigen diseños de alas y fuselaje más estrechos, y están sujetos a mayores tensiones y temperaturas. Esto genera problemas de aeroelasticidad , que requieren estructuras más pesadas para minimizar la flexión no deseada. Los aviones supersónicos también requieren una estructura mucho más robusta (y, por lo tanto, más pesada) porque su fuselaje debe presurizarse a una presión diferencial mayor que la de los aviones subsónicos, que no operan a las grandes altitudes necesarias para el vuelo supersónico. En conjunto, estos factores hicieron que el peso en vacío por asiento del Concorde fuera más del triple que el de un Boeing 747.

Tanto el Concorde como el Tu-144 se construyeron con aluminio convencional: el Concorde con hidruminio y el Tu-144 con duraluminio . Los materiales modernos y avanzados tardarían varias décadas en desarrollarse. Estos materiales, como la fibra de carbono y el Kevlar, son mucho más resistentes en relación con su peso (lo cual es fundamental para soportar las tensiones) y, además, son más rígidos. Dado que el peso por asiento de la estructura es mucho mayor en un avión supersónico, las mejoras estructurales habrían supuesto una mejora proporcional mayor que las mismas modificaciones en un avión subsónico.

Los mayores costos de combustible y la menor capacidad de pasajeros, debido a las exigencias aerodinámicas de un fuselaje estrecho, hacen que los aviones supersónicos sean una forma costosa de transporte civil comercial en comparación con las aeronaves subsónicas. Por ejemplo, el Boeing 747 puede transportar más del triple de pasajeros que el Concorde consumiendo aproximadamente la misma cantidad de combustible.

Sin embargo, el costo del combustible no representa la mayor parte del precio de la mayoría de los boletos de pasajeros para aeronaves subsónicas. ^{[ 26 ]} Para el mercado de negocios transatlántico para el que se utilizaban las aeronaves SST, el Concorde fue en realidad muy exitoso y pudo mantener un precio de boleto más alto. Ahora que las aeronaves comerciales SST han dejado de volar, ha quedado más claro que el Concorde generó ganancias sustanciales para British Airways. ^{[ 20 ]}

Las velocidades extremas de los motores a reacción utilizadas durante el despegue provocaron que los Concorde y Tu-144 produjeran un ruido significativo. Las comunidades cercanas al aeropuerto se vieron afectadas por los altos niveles de ruido de los motores, lo que llevó a algunos reguladores a desaprobar esta práctica. Los motores SST necesitan un empuje específico bastante alto (empuje neto/flujo de aire) durante el crucero supersónico para minimizar el área de la sección transversal del motor y, por lo tanto, la resistencia de la góndola . Desafortunadamente, esto implica una alta velocidad de los motores a reacción, lo que los hace ruidosos, particularmente a bajas velocidades/altitudes y durante el despegue. ^{[ 27 ]}

Por lo tanto, un futuro avión supersónico podría beneficiarse de un motor de ciclo variable , donde el empuje específico (y, por consiguiente, la velocidad del chorro y el ruido) sea bajo en el despegue, pero se incremente durante el vuelo supersónico. La transición entre ambos modos se produciría en algún momento durante el ascenso y se revertiría durante el descenso (para minimizar el ruido del chorro durante la aproximación). La dificultad reside en diseñar una configuración de motor de ciclo variable que cumpla con el requisito de una sección transversal reducida durante el vuelo supersónico.

No se creía que el estampido sónico fuera un problema grave debido a las grandes altitudes a las que volaban los aviones, pero experimentos realizados a mediados de la década de 1960, como las controvertidas pruebas de estampido sónico de Oklahoma City y los estudios del North American XB-70 Valkyrie de la USAF , demostraron lo contrario (véase Estampido sónico § Reducción ). Para 1964, no estaba claro si se autorizarían aeronaves supersónicas civiles debido a este problema. ^{[ 28 ]}

La molestia del estampido sónico puede evitarse esperando a que la aeronave alcance una gran altitud sobre el agua antes de llegar a velocidades supersónicas; esta era la técnica empleada por el Concorde. Sin embargo, esto impide el vuelo supersónico sobre zonas pobladas. Las aeronaves supersónicas presentan una baja relación sustentación/resistencia a velocidades subsónicas en comparación con las aeronaves subsónicas (a menos que se empleen tecnologías como alas de geometría variable ), y por lo tanto consumen más combustible, lo que hace que su uso sea económicamente desventajoso en dichas rutas de vuelo.

El Concorde tenía una sobrepresión de 1,94 lb/ft² ⁽ 93 Pa) (133 dBA SPL). Las sobrepresiones superiores a 1,5 lb/ft² ⁽ 72 Pa) (131 dBA SPL) suelen provocar quejas. ^{[ 29 ]}    

Si se logra reducir la intensidad del estampido sónico, incluso los diseños más grandes de aeronaves supersónicas podrían ser aceptables para vuelos terrestres. Las investigaciones sugieren que las modificaciones en el cono de la nariz y la cola pueden reducir la intensidad del estampido sónico por debajo del nivel necesario para generar quejas. Durante los esfuerzos iniciales del SST en la década de 1960, se sugirió que un diseño cuidadoso del fuselaje de la aeronave podría reducir la intensidad de las ondas de choque del estampido sónico que llegan al suelo. Un diseño provocó que las ondas de choque interfirieran entre sí, reduciendo considerablemente el estampido sónico. Esto fue difícil de probar en aquel entonces, pero el creciente poder del diseño asistido por computadora lo ha facilitado considerablemente desde entonces. En 2003, se realizó un vuelo de demostración de estampido sónico con forma específica que demostró la validez del diseño y la capacidad de reducir el estampido a la mitad. Incluso alargar el vehículo (sin aumentar significativamente el peso) parece reducir la intensidad del estampido (véase Estampido sónico § Reducción ).

En lo que respecta a las políticas públicas, por ejemplo, la FAA prohíbe que los aviones comerciales vuelen a velocidades supersónicas sobre territorio soberano gobernado por los Estados Unidos debido al impacto negativo que el estampido sónico produce en las poblaciones humanas y animales que se encuentran debajo. ^{[ 30 ]}

El diseño aerodinámico de una aeronave supersónica debe adaptarse a su velocidad para un rendimiento óptimo. Por lo tanto, idealmente, un avión supersónico debería cambiar de forma durante el vuelo para mantener un rendimiento óptimo tanto a velocidades subsónicas como supersónicas. Sin embargo, este diseño implicaría una mayor complejidad, lo que aumentaría las necesidades de mantenimiento, los costos operativos y las preocupaciones de seguridad.

En la práctica, todos los aviones de transporte supersónicos han utilizado prácticamente la misma forma para vuelos subsónicos y supersónicos, optando por un compromiso en el rendimiento, a menudo en detrimento del vuelo a baja velocidad. Por ejemplo, el Concorde tenía una resistencia aerodinámica muy alta (una relación sustentación/resistencia de aproximadamente 4) a baja velocidad, pero volaba a alta velocidad durante la mayor parte del trayecto. Los diseñadores del Concorde dedicaron 5000 horas a optimizar la forma del vehículo en pruebas de túnel de viento para maximizar el rendimiento general a lo largo de todo el plan de vuelo.

El Boeing 2707 incorporaba alas de geometría variable para lograr una mayor eficiencia a bajas velocidades, pero el mayor espacio necesario para dicha característica produjo problemas de capacidad que, en última instancia, resultaron insuperables.

North American Aviation abordó este problema de forma inusual con el XB-70 Valkyrie . Al bajar los paneles exteriores de las alas a altas velocidades Mach, lograron aprovechar la sustentación por compresión en la parte inferior de la aeronave. Esto mejoró la relación sustentación/resistencia en aproximadamente un 30 %.

Las aeronaves están rodeadas por una capa de aire cuya temperatura aumenta con la velocidad. Como resultado, la superficie de la aeronave se calienta al aumentar las velocidades supersónicas (calentamiento cinético de la capa límite de alta velocidad ^{[ 31 ]} ). El calor del sol también eleva la temperatura de la superficie. El calor se transfiere a la estructura de la aeronave, que también se calienta. A principios de la década de 1960, numerosas investigaciones en Estados Unidos, Gran Bretaña y Francia mostraron temperaturas de equilibrio en la superficie que variaban desde 130 °C a Mach 2,2 hasta 330 °C a Mach 3 ^{[ 32 ].}

Los aviones subsónicos suelen estar hechos de aleaciones de aluminio . Sin embargo, si bien estas aleaciones son ligeras y resistentes, no pueden soportar temperaturas muy superiores a 127  °C; por encima de esta  temperatura, el aluminio pierde gradualmente las propiedades que le confiere el endurecimiento por envejecimiento. ^{[ 33 ]} Para aeronaves que han volado a Mach 3, se han utilizado materiales como acero inoxidable ( XB-70 Valkyrie , MiG-25 ) o titanio ( SR-71 , Sukhoi T-4 ).

El alcance de una aeronave depende de tres eficiencias que aparecen en la ecuación de alcance de Breguet . Estas son la eficiencia aerodinámica, que indica cuánta sustentación se puede producir sin generar demasiada resistencia aerodinámica no deseada; la eficiencia del motor, que indica cuánto combustible se convierte en movimiento de la aeronave contra su resistencia aerodinámica; y la eficiencia estructural, que indica qué tan pesada es la estructura en comparación con el combustible y los pasajeros que puede transportar.

Las aerolíneas valoran potencialmente los aviones muy rápidos, porque les permite realizar más vuelos por día, lo que proporciona un mayor retorno de la inversión. Además, los pasajeros generalmente prefieren viajes más rápidos y de menor duración a viajes más lentos y de mayor duración, por lo que operar aviones más rápidos puede dar a una aerolínea una ventaja competitiva, incluso hasta el punto de que muchos clientes pagarán voluntariamente tarifas más altas por el beneficio de ahorrar tiempo y/o llegar antes. ^{[ 34 ]} Sin embargo, los altos niveles de ruido del Concorde alrededor de los aeropuertos, los problemas de zona horaria y la velocidad insuficiente significaban que solo se podía realizar un viaje de ida y vuelta por día, por lo que la velocidad adicional no era una ventaja para la aerolínea más allá de ser un argumento de venta para sus clientes. ^{[ 35 ]} Los SST estadounidenses propuestos estaban destinados a volar a Mach 3, en parte por esta razón. Sin embargo, considerando el tiempo de aceleración y desaceleración, un viaje transatlántico en un SST Mach 3 sería menos de tres veces más rápido que un viaje a Mach 1.

Dado que los aviones supersónicos producen estampidos sónicos a velocidades supersónicas, rara vez se les permite volar a velocidad supersónica sobre tierra, y deben hacerlo sobre mar. Al ser menos eficientes a velocidades subsónicas que los aviones subsónicos, su alcance se ve reducido y el número de rutas que pueden cubrir sin escalas disminuye. Esto también reduce el atractivo de este tipo de aeronaves para la mayoría de las aerolíneas.

Los aviones supersónicos consumen más combustible por pasajero que los subsónicos; esto, en igualdad de condiciones, eleva necesariamente el precio del billete y lo hace más sensible a la fluctuación del precio del petróleo. (Además, los vuelos supersónicos son menos respetuosos con el medio ambiente y la sostenibilidad, dos preocupaciones crecientes del público en general, incluidos los viajeros aéreos).

Invertir en investigación y desarrollo para diseñar un nuevo avión de alta velocidad puede considerarse un esfuerzo por ampliar los límites de velocidad del transporte aéreo. Generalmente, además del afán por lograr nuevos avances tecnológicos, la principal fuerza impulsora de este esfuerzo es la presión competitiva de otros modos de transporte. La competencia entre los distintos proveedores de servicios dentro de un mismo modo de transporte no suele conducir a este tipo de inversiones tecnológicas para aumentar la velocidad. En cambio, los proveedores de servicios prefieren competir en calidad y precio. Un ejemplo de este fenómeno es el ferrocarril de alta velocidad . Se ha aumentado considerablemente el límite de velocidad del transporte ferroviario para que pueda competir eficazmente con el transporte por carretera y el aéreo. Pero este logro no se consiguió para que las distintas compañías ferroviarias compitieran entre sí. Este fenómeno también reduce el atractivo de los aviones de alta velocidad para las aerolíneas, ya que, para el transporte de muy larga distancia (un par de miles de kilómetros), la competencia entre los distintos modos de transporte es prácticamente una carrera de un solo caballo: el transporte aéreo no tiene un competidor significativo. La única competencia se da entre las compañías aéreas, y estas prefieren pagar moderadamente para reducir costes y mejorar la calidad del servicio que pagar mucho más por un aumento de velocidad. Asimismo, las empresas con fines de lucro generalmente prefieren planes de negocio de bajo riesgo con altas probabilidades de obtener ganancias considerables, pero un costoso programa de investigación y desarrollo tecnológico de vanguardia es una empresa de alto riesgo, ya que es posible que el programa fracase por razones técnicas imprevistas o que sufra sobrecostos tan grandes que obliguen a la empresa, debido a limitaciones de recursos financieros, a abandonar el proyecto antes de que produzca alguna tecnología SST comercializable, lo que podría ocasionar la pérdida de toda la inversión.

El Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT) estima que un SST quemaría de 5 a 7 veces más combustible por pasajero. ^{[ 36 ]} El ICCT muestra que un vuelo supersónico de Nueva York a Londres consumiría más del doble de combustible por pasajero que en clase ejecutiva subsónica , seis veces más que en clase económica y tres veces más que en clase ejecutiva subsónica para el vuelo de Los Ángeles a Sídney. ^{[ 37 ]} Los diseñadores pueden cumplir con los estándares ambientales existentes con tecnología avanzada o presionar a los legisladores para que establezcan nuevos estándares para los SST. ^{[ 38 ]}

Si en 2035 hubiera 2000 aviones subsónicos, habría 5000 vuelos diarios en 160 aeropuertos y la flota de aviones subsónicos emitiría aproximadamente 96 millones de toneladas métricas de CO₂ _al año (como American , Delta y Southwest combinadas en 2017), entre 1,6 y 2,4 gigatoneladas de CO₂ _durante sus 25 años de vida útil: una quinta parte del presupuesto internacional de carbono de la aviación si esta mantiene su cuota de emisiones para mantenerse por debajo de una trayectoria climática  de 1,5 °C . El área expuesta al ruido alrededor de los aeropuertos podría duplicarse en comparación con los aviones subsónicos existentes del mismo tamaño, con más de 300 operaciones diarias en Dubái y Londres Heathrow , y más de 100 en Los Ángeles , Singapur , San Francisco , Nueva York-JFK , Fráncfort y Bangkok . Se escucharían frecuentes estampidos sónicos en Canadá, Alemania, Irak, Irlanda, Israel, Rumania, Turquía y partes de los Estados Unidos, hasta 150-200 por día o uno cada cinco minutos. ^{[ 39 ]}

En noviembre de 2003, EADS —la empresa matriz de Airbus— anunció que estaba considerando trabajar con empresas japonesas para desarrollar un reemplazo más grande y rápido para el Concorde. ^{[ 46 ] [ 47 ]} En octubre de 2005, JAXA , la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial, realizó pruebas aerodinámicas de un modelo a escala de un avión de pasajeros diseñado para transportar 300 pasajeros a Mach 2 ( Transporte Supersónico de Próxima Generación , NEXST , luego Transporte Hipersónico de Cero Emisiones ). Si se llevara a cabo su despliegue comercial, se esperaría que estuviera en servicio alrededor de 2020-25. ^{[ 48 ]}

En mayo de 2008, se informó que Aerion Corporation tenía 3  mil millones de dólares en ventas de pedidos anticipados de su avión de negocios supersónico Aerion SBJ . ^{[ 49 ]} A finales de 2010, el proyecto continuó con un vuelo de prueba de una sección del ala. ^{[ 50 ]} El Aerion AS2 se propuso como un trimotor de 12 asientos, con un alcance de 4750 millas náuticas (8800 km; 5470 millas) a Mach 1.4 sobre el agua o 5300 millas náuticas (9800 km; 6100 millas) a Mach 0.95 sobre tierra, aunque se afirmó que era posible un vuelo "sin estampido" a Mach 1.1. Respaldado por Airbus y con 20 pedidos de lanzamiento de Flexjet, las primeras entregas se retrasaron de 2023 por dos años cuando GE Aviation fue seleccionada en mayo de 2017 para un estudio conjunto del motor. En mayo de 2021, la empresa anunció que cesaría sus operaciones debido a la imposibilidad de obtener capital. ^{[ 51 ]}      

El SAI Quiet Supersonic Transport es un diseño de Lockheed Martin con capacidad para 12 pasajeros que volará a Mach 1,6 y generará un estampido sónico tan solo un 1% más fuerte que el generado por el Concorde. ^{[ 52 ]}

También se han propuesto los aviones supersónicos Tupolev Tu-444 o Gulfstream X-54 .

En marzo de 2016, Boom Technology reveló que se encuentra en la fase de desarrollo de un avión supersónico para 40 pasajeros capaz de volar a Mach 1,7, afirmando que la simulación de diseño muestra que será más silencioso y un 30 % más eficiente que el Concorde, y que podrá volar de Los Ángeles a Sídney en 6 horas. Está previsto que entre en servicio en 2029. ^{[ 53 ]}

Para su viabilidad económica, la investigación de la NASA desde 2006 se ha centrado en reducir el estampido sónico para permitir el vuelo supersónico sobre tierra. ^{[ 54 ]} En 2016, la NASA anunció que había firmado un contrato para el diseño de un prototipo SST moderno de bajo ruido . ^{[ 55 ]} El equipo de diseño está liderado por Lockheed Martin Aeronautics . ^{[ 55 ]} La NASA debería volar un demostrador de bajo estampido en 2019, reducido de dos estampidos a golpes suaves mediante la forma de la estructura del avión, para recabar la respuesta de la comunidad, en apoyo de un posible levantamiento de la prohibición de la FAA y la OACI a principios de la década de 2020. El avión experimental Lockheed Martin X-59 QueSST imitará la firma de onda de choque de un avión de pasajeros de Mach 1,6 a 1,8, de 80 a 100 asientos para 75 PNLdB en comparación con 105 PNLdB para el Concorde. ^{[ 54 ]}

El TsAGI exhibió en el Salón Aeronáutico MAKS 2017 en Moscú un modelo a escala de su avión de negocios/comercial supersónico que debería producir un estampido sónico bajo que permita el vuelo supersónico sobre tierra, optimizado para una velocidad de crucero de 2100 km/h (1300 mph) y un alcance de 7400–8600 km (4600–5300 mi) . La investigación científica tiene como objetivo optimizar tanto para velocidades transónicas de Mach 0,8–0,9 como para velocidades supersónicas de Mach 1,5–2,0; un diseño similar se está probando en un túnel de viento mientras los motores se conceptualizan en el Instituto Central de Motores de Aviación y los diseños son estudiados por Aviadvigatel y NPO Saturn . ^{[ 56 ]}    

En la convención de la NBAA de octubre de 2017 en Las Vegas, con la NASA apoyando únicamente la investigación, varias empresas se enfrentaron a desafíos de ingeniería para proponer aeronaves sin motor disponible, velocidades máximas variables y modelos operativos: ^{[ 57 ]}

• El Boom XB-1 Baby Boom , un prototipo a escala 3, realizó su primer vuelo de prueba el 22 de marzo de 2024. La aeronave está propulsada por tres turborreactores General Electric J- 85-15. ^{[ 58 ]} El 28 de enero de 2025, la aeronave alcanzó velocidades de Mach 1,122, convirtiéndose en el primer vuelo supersónico civil tripulado en una aeronave con motor de respiración atmosférica desde la retirada del Concorde. ^{[ 59 ] [ 60 ]}
• El Spike S-512 es un diseño de avión bimotor autofinanciado que busca alcanzar una velocidad de crucero de Mach 1.6 sobre el agua durante 6200 millas náuticas (11 500 km; 7100 millas) con 22 pasajeros en una cabina sin ventanas, con motores de 20 000 lbf (89 kN) no especificados . Se esperaba que un modelo a escala SX-1.2 realizara su primer vuelo en septiembre de 2017, seguido de un banco de pruebas tripulado en 2019 y el prototipo en 2021, con disponibilidad en el mercado para 2023, pero hasta el momento, la estructura del avión aún está en desarrollo y la compañía aún no ha publicado más información sobre el motor que planean utilizar.     

De los cuatro mil millones de pasajeros aéreos en 2017, más de 650 millones volaron en vuelos de larga distancia de entre 2000 y 7000 millas (3200 y 11 300 km) , incluidos 72 millones en clase ejecutiva y primera clase , llegando a 128 millones para 2025; Spike proyecta que 13 millones estarían interesados ​​en el transporte supersónico para entonces. ^{[ 62 ]} 

En octubre de 2018, la reautorización de la FAA planificó estándares de ruido para transportes supersónicos, brindando a los desarrolladores certeza regulatoria para sus diseños, principalmente en la elección de su motor. La FAA propondrá reglas para la autorización de pruebas de vuelo supersónico en los EE. UU. y la certificación de ruido a principios de 2019. ^{[ 63 ]} La FAA debería presentar una propuesta para el ruido de aterrizaje y despegue antes del 31 de marzo de 2020, para una regla posterior a 2022; y para el estampido sónico sobre tierra a partir de finales de 2020, mientras que la NASA planea volar el demostrador de vuelo de bajo estampido Lockheed Martin X-59 QueSST a partir de 2021 para los estándares de la OACI en 2025. ^{[ 64 ]}

En junio de 2019, inspirado por la iniciativa supersónica silenciosa de la NASA y el X-59 QueSST , Lockheed Martin presentó el Quiet Supersonic Technology Airliner , ^{[ 65 ]} un concepto de avión de pasajeros transpacífico Mach 1.8 para 40 pasajeros. El diseño de la pluma con forma , la propulsión integrada de bajo ruido, el flujo laminar natural supersónico de las alas en flecha y el sistema de visión externa de la cabina (XVS) permiten reducir el ruido del aeropuerto y el estampido sónico . El diseño de 225 pies (69 m) de largo es significativamente más largo que el Concorde , con un morro de casi 70 pies (21 m) de largo y una cabina de 78 pies (24 m) . El ala delta de flecha pronunciada tiene una envergadura de 73 pies (22 m) , ligeramente más estrecha que la del Concorde. ^{[ 66 ]}        

Los objetivos de diseño son un alcance de 4200–5300 millas náuticas (7800–9800 km) y una longitud de pista de despegue de 9500–10 500 pies (2900–3200 m) , un estampido sónico de 75–80 PLdB y una velocidad de crucero de Mach 1,6–1,7 sobre tierra y Mach 1,7–1,8 sobre agua. Dos motores de 40 000 lbf (180 kN) sin postcombustión, montados en la cola, se ubican entre las colas en V. La propulsión integrada de bajo ruido incluye diseños avanzados de toberas de tapón , conceptos de blindaje acústico y álabes de ventilador tolerantes a la distorsión . ^{[ 66 ]}      

En 2019, Exosonic, Inc. se fundó con el objetivo de desarrollar un avión supersónico de 70 pasajeros capaz de volar a Mach 1.8 y con un alcance de 5000 millas náuticas (9300 km; 5800 millas) . La empresa tenía como objetivo introducir el avión comercialmente en la década de 2030. ^{[ 67 ] [ 68 ]} En abril de 2021, Exosonic recibió un contrato para desarrollar un avión supersónico que podría haberse utilizado para el Air Force One. ^{[ 69 ]}   

En agosto de 2020, Virgin Galactic, junto con Rolls-Royce, presentó el concepto de un avión bimotor de ala delta capaz de alcanzar Mach 3 y transportar hasta 19 pasajeros. ^{[ 70 ] [ 71 ]}

La NASA está trabajando con dos equipos liderados por Boeing y Northrop Grumman en el desarrollo de conceptos para un avión de pasajeros Mach 4. ^{[ 72 ]}

En abril de 2024, Boom recibió la licencia de la FAA para realizar pruebas de Mach 1 y superiores de su XB-1 en el Corredor Supersónico de Black Mountain, en Mojave, California. ^{[ 73 ]}

En junio de 2025, el presidente de Estados Unidos, Donald Trump, firmó una orden ejecutiva que incluía la instrucción al "Administrador de la Administración Federal de Aviación (FAA) de derogar la prohibición de vuelos supersónicos sobre tierra". ^{[ 74 ]}

Si bien los motores turbo y estatorreactores convencionales pueden mantener una eficiencia razonable hasta Mach 5.5, también se barajan ideas para vuelos a velocidades muy altas, superiores a Mach 6, con el objetivo de reducir los tiempos de viaje a una o dos horas en cualquier parte del mundo. Estas propuestas de vehículos suelen utilizar motores cohete o estatorreactores de combustión supersónica ; también se han propuesto motores de detonación pulsada . Este tipo de vuelo presenta numerosas dificultades, tanto técnicas como económicas.

Los vehículos propulsados ​​por cohetes, si bien son técnicamente viables (ya sea como transportes balísticos o semibalísticos con alas), consumirían una gran cantidad de propelente y funcionarían mejor a velocidades comprendidas entre Mach 8 y la velocidad orbital. Los cohetes compiten mejor con los motores a reacción de respiración atmosférica en cuanto a costes a muy largo alcance; sin embargo, incluso para viajes en direcciones opuestas, los costes serían solo ligeramente inferiores a los de un lanzamiento orbital.

En el Salón Aeronáutico de París de junio de 2011 , EADS presentó su concepto ZEHST , que vuela a Mach 4 (4400 km/h; 2400 nudos) a 32 000 m (105 000 pies) y atrajo el interés de Japón. ^{[ 75 ]} El SpaceLiner alemán es un proyecto de avión espacial de pasajeros hipersónico suborbital con alas en fase de desarrollo preliminar.     

Los motores a reacción preenfriados son motores a reacción con un intercambiador de calor en la entrada que enfría el aire a velocidades muy altas. Estos motores pueden ser prácticos y eficientes hasta aproximadamente Mach 5,5, y esta es un área de investigación en Europa y Japón. La empresa británica Reaction Engines Limited , con un 50 % de financiación de la UE, ha participado en un programa de investigación llamado LAPCAT , que examinó el diseño de un avión propulsado por hidrógeno con capacidad para 300 pasajeros, llamado A2 , potencialmente capaz de volar a Mach 5+ sin escalas desde Bruselas a Sídney en 4,6 horas. ^{[ 76 ]} El esfuerzo de investigación posterior, LAPCAT II, ​​comenzó en 2008 y estaba previsto que durara cuatro años. ^{[ 77 ]}

STRATOFLY MR3 es un programa de investigación de la UE ( Centro Aeroespacial Alemán , ONERA y universidades) cuyo objetivo es desarrollar un avión de pasajeros con combustible criogénico  para 300 personas, capaz de volar a unos 10 000 km/h (Mach 8) por encima de los 30  km de altitud. ^{[ 78 ] [ 79 ]}

Destinus , Hermeus y Venus Aerospace están desarrollando aeronaves hipersónicas de pasajeros. ^{[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]}

Boeing presentó en la conferencia AIAA 2018 un avión de pasajeros Mach 6 (6500 km/h; 3500 nudos) . Cruzar el Atlántico en 2 horas o el Pacífico en 3 a 100 000 pies (30 km) permitiría vuelos de ida y vuelta en el mismo día, aumentando la utilización de activos de las aerolíneas . Utilizando una estructura de titanio , su capacidad sería menor que la de un Boeing 737 pero mayor que la de un jet ejecutivo de largo alcance . Un demostrador reutilizable podría volar ya en 2023 o 2024 para una posible entrada en servicio a partir de finales de la década de 2030. La aerodinámica se beneficiaría de la experiencia del Boeing X-51 Waverider , aprovechando la onda de choque del borde de ataque para una menor resistencia inducida . El control del flujo mejoraría la sustentación a velocidades más bajas, y evitar los postquemadores en el despegue reduciría el ruido . ^{[ 84 ]} El avión hipersónico de pasajeros Boeing estaría propulsado por un turborreactor , un turbofán que se transforma en un estatorreactor a Mach 6 evitaría la necesidad de un estatorreactor de combustión supersónica, similar al Pratt & Whitney J58 del SR-71 Blackbird , pero apagando la turbina a velocidades más altas. Estaría integrado en una disposición anular axisimétrica con una sola entrada y tobera , y un conducto de derivación alrededor del motor de turbina hacia una combinación de postquemador /estatorreactor en la parte trasera. Necesitaría tecnología de refrigeración avanzada como el intercambiador de calor desarrollado por Reaction Engines , tal vez utilizando metano líquido y/o combustible para aviones . ^{[ 84 ]} Volar a 90 000–100 000 pies (27 000–30 000 m) hace que la despresurización sea un riesgo mayor. Mach 6 fue elegido como el límite alcanzable con la tecnología disponible . Tendría una alta utilización de capacidad , pudiendo cruzar el Atlántico cuatro o cinco veces al día, en comparación con las dos veces al día posibles con el Concorde . ^{[ 85 ]}