ソニックブーム

ソニックブームについて

ソニックブーム（英: sonic boom）とは、超音速飛行を行う物体、大気中を音速を越えて移動する際に発生する衝撃波から生じる轟音を指します。これは、一種の衝撃波が作り出す音で、他の要因に起因する大音響も含まれることがあります。

ソニックブームの発生メカニズム

超音速で飛行する物体が空を通過する時、周囲の空気に対して速やかに移動するため、前方で衝撃波が形成され、本体が通過する時に大きな音が生じます。この際、地上ではまるで爆発音のように聞こえることがあります。実際、音は2つの不連続な波として聞こえ、最初の音は飛行体前方で発生する衝撃波によって生じ、2番目の音は飛行機の後方で起こる衝撃波に起因します。

音の変化とその要因

聞こえる音の変化は飛行体のサイズや質量、飛行速度によっても異なるため、時には一つの轟音としてしか認識されないこともあります。たとえば、スペースシャトルが再入陸する際には、2つの明確な音が聞かれることが一般的です。ソニックブームの波形は「N」の形状をしており、これを「N-ウェーブ」と呼ぶことがあります。

高度とソニックブーム

1960年代には、高高度を飛行することで衝撃波が地表での音響影響を減少させるという認識がありました。しかし、ノースアメリカンXB-70が約21,000mという高度を飛行した際、地上で強いソニックブームが観測されたことで、その見方は変わりました。衝撃波の減衰が予想以上に小さいことがわかり、この結果が超音速旅客機の普及を妨げる要因となったのです。

ソニックブームと自然現象

また、ソニックブームは人的活動のみでなく、自然現象とも関連しています。2013年、ロシアでは隕石の落下がソニックブームを引き起こし、それが災害の原因となりました。この隕石は15kmから25kmの高度で爆発し、強力な音波が地上に到達しました。さらに興味深いのは、戦闘機が超音速で飛行する場合、地上に聞こえるソニックブームの音源は既に離れているため、周囲の人々には原因不明の轟音として認識されることがある点です。

ソニックブームの低減に向けた研究

ソニックブームの影響を低減するための研究も進められています。2004年からは、NASAのドライデン飛行研究センターにて、ノースロップF-5を用いたSSBD（Shaped Sonic Boom Demonstration）というプロジェクトが始まりました。機体の形状を工夫し、ソニックブームを和らげる試みが行われています。

さらに、2006年に登場したクワイエット・スパイクや2008年のX-54などは、ソニックブームを低減させる技術の一環として開発されています。また、ロッキード・マーティン社によるX-59の開発も2021年から2022年に初飛行を目指しています。日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）でも類似の研究が進められており、低ソニックブーム設計概念実証プロジェクト（D-SEND）が実施されています。

ソニックブームの利用

さらに、ソニックブームは気象制御の技術にも活用されています。具体的には、大気中にソニックブームを放出することで雹の発生を防ぐ装置が存在します。このように、ソニックブームは驚異的な現象であると同時に、技術的な応用の可能性も秘めているのです。

まとめ

ソニックブームは単なる航空機の現象に留まらず、様々な分野において重要な役割を果たしています。今後の研究が進むことで、さらなる理解や技術革新が期待されます。

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