Bagaimana Teknologi Penerbangan Hipersonik Berpindah dari Laboratorium ke Langit

Bayangkan Anda bisa terbang dari satu bagian dunia ke bagian lain dalam satu jam, bukan sehari penuh. Bukankah itu mengasyikkan? 

Meskipun mungkin terasa seperti angan-angan, itu semakin dekat menjadi kenyataan di masa depan yang tidak terlalu jauh karena sebuah studi baru membawa penerbangan hipersonik satu langkah besar lebih dekat ke kenyataan.

Diterbitkan di Nature Communications, studi tersebut merincikan sebuah pembahasan tentang turbulensi hipersonik¹ yang dapat mengubah perjalanan jarak jauh. 

Ketika datang ke penerbangan hipersonik, desain pesawat sangat kritis untuk kesuksesannya. Untuk merancang kendaraan kecepatan tinggi seperti itu, penting untuk memprediksi drag aerodinamis dan transfer panas dengan akurat, yang memerlukan pemahaman fisik tentang turbulensi pada kecepatan ekstrem.

Untuk memperoleh pemahaman itu, peneliti dari universitas riset swasta Stevens Institute of Technology melakukan pengujian, dengan eksperimen krypton berbasis laser yang menunjukkan bahwa turbulensi pada kecepatan hipersonik berperilaku lebih seperti aliran udara yang lebih lambat dari yang diharapkan. 

Dengan hasil yang menunjukkan bahwa turbulensi pada kecepatan ekstrem mungkin tidak berbeda banyak dari kecepatan yang lebih rendah, ini bisa menyederhanakan dan mempercepat desain kendaraan hipersonik dan mempercepat kemajuan menuju membuat perjalanan ultra-cepat menjadi kenyataan.

Dan jika itu berpindah dari ranah fiksi ilmiah dan menjadi kenyataan, penerbangan hipersonik dapat mengubah perjalanan global. Rute jarak jauh yang saat ini membutuhkan 10 hingga 20 jam waktu penerbangan dapat berubah menjadi perjalanan singkat yang mungkin hanya membutuhkan satu jam. 

“Ini benar-benar menyusutkan ukuran planet,” kata co-penulis studi Nicholaus Parziale dari Departemen Teknik Mesin, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, USA. “Ini akan membuat perjalanan lebih cepat, lebih mudah, dan lebih menyenangkan.”

Fokus penelitian Parziale adalah membuat penerbangan hipersonik menjadi kenyataan. Ini berarti penerbangan melalui atmosfer di bawah ketinggian sekitar 56 mil (sekitar 90 km) dengan kecepatan lebih dari lima kali kecepatan suara, yang disebut Mach 5.

Mach 1 adalah kecepatan suara, yaitu 761 mil per jam. Peneliti mencoba membuat pesawat terbang pada kecepatan Mach 10 untuk secara drastis mengurangi waktu, tetapi tentu saja, pada kecepatan yang sangat tinggi, udara tidak berperilaku di sekitar pesawat seperti pada kecepatan rendah.

Secara ilmiah, pada kecepatan rendah, di bawah 1 Mach, ada aliran tak dapat dimampatkan. Ini berarti kepadatan udara hampir konstan, dan desain pesawat sederhana.

Tetapi ini berubah pada kecepatan yang lebih tinggi, di mana aliran dapat dimampatkan terjadi, dan itu karena gas dapat dimampatkan. Apa yang ini berarti adalah bahwa karena perubahan tekanan dan suhu, kepadatan udara berubah secara signifikan, dan kompresi itu mempengaruhi bagaimana pesawat terbang.

“Kemampatan mempengaruhi bagaimana aliran udara bergerak di sekitar badan, dan itu dapat mengubah hal-hal seperti angkat, drag, dan dorong yang diperlukan untuk lepas landas atau tetap di udara,” semua itu kunci untuk desain pesawat.

Pada “angka Mach” yang rendah, insinyur memiliki pemahaman yang baik tentang bagaimana aliran udara bekerja dengan dan mempengaruhi pesawat. Tetapi tidak banyak pada angka Mach yang lebih tinggi.

Ada hipotesis Morkovin, bagaimanapun. Hipotesis ini merupakan landasan pemahaman kita tentang turbulensi kompresibel supersonik dan hipersonik. Menurut hipotesis, “kita dapat mengharapkan dengan percaya diri bahwa dinamika esensial dari aliran semacam ini akan mengikuti pola tak dapat dimampatkan.”

Disusun lebih dari setengah abad yang lalu oleh Mark Morkovin, hipotesis ini menyatakan bahwa pada Mach 5 atau 6, perilaku turbulensi tidak jauh berbeda dari yang pada kecepatan yang lebih rendah. Meskipun kepadatan dan suhu udara berubah lebih banyak pada aliran yang lebih cepat, hipotesis ini menyatakan bahwa gerakan “bergelombang” dasar dari turbulensi hampir tetap sama. 

“Secara dasar, hipotesis Morkovin berarti bahwa cara udara bergolak bergerak pada kecepatan rendah dan tinggi tidak terlalu berbeda. Jika hipotesis ini benar, itu berarti kita tidak perlu cara baru untuk memahami turbulensi pada kecepatan yang lebih tinggi. Kita dapat menggunakan konsep yang kita gunakan untuk aliran yang lebih lambat.” 

– Parziale

Ini juga berarti tidak perlu pendekatan desain yang secara signifikan berbeda, sehingga menyederhanakan pesawat hipersonik.

Sampai sekarang, bagaimanapun, belum ada bukti eksperimental yang cukup untuk mendukung hipotesis ini. Sehingga, Parziale dan timnya mengambil tantangan dan menghabiskan lebih dari satu dekade membangun pengaturan untuk yang sama.

Dalam studinya yang berjudul “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis,” timnya menggunakan krypton, sebuah gas mulia yang tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak beraroma, yang hanya terjadi dalam jumlah jejak di atmosfer.

Menggunakan laser, tim Parziale pertama-tama mengionisasi krypton. Gas itu disemprotkan ke dalam aliran udara di dalam terowongan angin, menyebabkan atom-atomnya membentuk garis yang bersinar. Awalnya lurus, garis krypton yang bersinar membengkok dan berliku-liku ketika bergerak melalui udara terowongan angin. Tim menggunakan kamera dengan resolusi ultra-tinggi untuk merekam pergerakannya.

“Ketika garis itu bergerak dengan gas, Anda bisa melihat kerutan dan struktur dalam aliran, dan dari itu, kita bisa belajar banyak tentang turbulensi,” kata Parziale. “Dan apa yang kita temukan adalah bahwa pada Mach 6, perilaku turbulensi cukup dekat dengan aliran tak dapat dimampatkan.”

Menurut studi, data eksperimental mereka mendukung hipotesis Morkovin, yang fundamental untuk pemahaman kita tentang turbulensi kompresibel hipersonik dan supersonik.

Meskipun hipotesis Morkovin belum sepenuhnya dikonfirmasi, itu merupakan sebuah prestasi. Dengan menunjukkan bahwa pesawat tidak memerlukan pendekatan desain yang benar-benar baru untuk terbang pada kecepatan hipersonik, itu menyederhanakan hal-hal dan membawa kita satu langkah besar lebih dekat ke penerbangan hipersonik.

“Saat ini, kita harus menggunakan komputer untuk merancang pesawat, dan sumber daya komputasi untuk merancang pesawat yang akan terbang pada Mach 6, mensimulasikan semua detail kecil yang sangat kecil, itu tidak mungkin,” kata Parziale. “Hipotesis Morkovin memungkinkan kita membuat asumsi penyederhanaan sehingga tuntutan komputasi untuk merancang kendaraan hipersonik dapat menjadi lebih mudah.”

Menurut Parziale, yang telah menerima Penghargaan Karir Awal Presiden untuk Ilmuwan dan Insinyur untuk penelitiannya tentang mekanika fluida yang mempengaruhi penerbangan kecepatan tinggi, temuan studi ini dapat membantu mengubah transportasi antariksa. Ia mengatakan:

“Jika kita bisa membangun pesawat yang terbang pada kecepatan hipersonik, kita juga bisa terbang ke antariksa, bukan meluncurkan roket, yang akan membuat transportasi ke dan dari orbit bumi rendah lebih mudah. Ini akan menjadi perubahan besar bagi transportasi tidak hanya di Bumi, tetapi juga di orbit rendah.”

Perlombaan untuk Membuka Penerbangan Hipersonik, Mobilitas & Pertahanan

Sementara penerbangan hipersonik belum ada, pesawat penumpang supersonik pertama melakukan penerbangan komersial pertamanya pada 1976. Concorde, kerja sama antara Inggris dan Prancis, adalah pesawat penumpang supersonik yang bisa terbang lebih cepat dari kecepatan suara. Ini dikenal karena kemewahannya dan kecepatannya, mengoperasikan rute transatlantik dan memotong waktu penerbangan menjadi setengahnya. 

Tetapi hanya setelah 50.000 penerbangan, itu pensiun pada 2003 setelah kecelakaan fatal, jumlah penumpang yang rendah, dan biaya perawatan yang tinggi. Bab awal ini dalam penerbangan kecepatan tinggi menetapkan baik potensi dan keterbatasan untuk upaya masa depan.

Meskipun Concorde gagal, itu menunjukkan bahwa memungkinkan untuk menyeberangi Atlantik dalam beberapa jam, dan sekarang organisasi fokus pada meningkatkan efisiensi bahan bakar dan merancang pesawat yang dapat mencapai kecepatan tinggi. Generasi baru jet juga bekerja pada memenuhi janji penerbangan hipersonik.

Sementara pesawat komersial belum mencapai kecepatan ekstrem, pesawat militer sudah terbang pada sekitar tiga kali kecepatan suara, yaitu Mach 3. Sementara itu, banyak penerbangan hipersonik telah diuji, pada kecepatan jauh lebih tinggi dari Mach 5 atau bahkan Mach 10.

Ini merupakan tonggak sejarah yang kembali ke objek pertama yang mampu bergerak hipersonik. Yang pertama dibuat untuk penerbangan hipersonik adalah roket Bumper, yang, pada tahun 1949, mencapai kecepatan sekitar Mach 6. Ini tidak selamat dari kembali ke atmosfer, bagaimanapun.

Untuk mempertahankan dan mengontrol kecepatan seperti itu pada pesawat, solusi propulsi baru menjadi penting.

Teknologi kunci untuk penerbangan hipersonik telah menjadi scramjet. Scramjet, atau supersonic combustion ramjet, adalah varian dari ramjet, yang melakukan pembakaran dalam aliran udara supersonik, membuatnya lebih efisien untuk penerbangan hipersonik daripada ramjet tradisional.

Sebuah jenis mesin jet yang canggih, scramjet beroperasi pada Mach 5 dan di atasnya. Ini tidak memiliki bagian yang bergerak dan menggunakan gerakan maju pesawat untuk mengompresi udara untuk pembakaran.  

Sebelum scramjet, ramjet menawarkan jalur yang paling efisien ke Mach 3 hingga Mach 5, berfungsi sebagai tahap yang lebih rendah dari banyak sistem hipersonik. Antara ramjet dan scramjet ada ramjet mode ganda yang memungkinkan penerbangan Mach 3 hingga Mach 8 dalam satu mesin.

Kemudian ada mesin turbo-based combined cycle (TBCC) yang merupakan hibrida dari turbojet tradisional dan ramjet/scramjet. Sementara turbojet dapat bekerja hingga sekitar Mach 2 hingga Mach 3, untuk kecepatan yang lebih tinggi, mereka beralih ke mode ramjet/scramjet.

Jenis mesin lainnya termasuk air-turbo-rocket (ATR) yang menggunakan oksigen atmosfer untuk membakar bahan bakar, rotating detonation engines (RDE) yang menggunakan gelombang detonasi berputar terus-menerus untuk pembakaran, dan mesin combined-cycle oleh Reaction Engines (SABRE), yang merupakan hibrida antara udara dan roket dengan pendingin yang mendinginkan udara hipersonik ke suhu ambient.
Swipe to scroll →

Inovasi ini telah membuka jalan bagi konsep komersial yang ambisius. Misalnya, A-HyM Hypersonic Air Master membayangkan sebuah pesawat komersial yang beroperasi pada Mach 7.3. Konsep jet masa depan ini dirancang untuk sebuah pesawat penumpang yang akan memungkinkan perjalanan dari London ke Los Angeles diselesaikan dalam hanya 90 menit. Ini diperkirakan memiliki kapasitas untuk sekitar 170 penumpang.

Sistem mesinnya akan menggabungkan teknologi oblique detonation engine (ODE), ramjet, dan turbojet dalam konfigurasi combined-cycle. Juga, itu akan dijalankan oleh mesin hidrogen. Selain itu, A-HyM akan memiliki struktur titanium dan serat karbon, dan untuk mengatasi kekhawatiran kebisingan, itu akan mengintegrasikan Sistem Mitigasi Gemuruh Sonik.

Gemuruh sonik adalah suara menggelegar yang disebabkan oleh sebuah objek yang bergerak lebih cepat dari kecepatan suara. Ini bukan hanya satu “gemuruh” tetapi suara terus-menerus yang dipancarkan selama objek bergerak pada kecepatan supersonik. 

Kemudian ada konsep pesawat antariksa hipersonik yang dapat digunakan kembali yang disebut Stargazer, yang diusulkan oleh Venus Aerospace, yang menargetkan kecepatan sekitar Mach 9, jangkauan sebesar 5.000 mil, dan ketinggian jelajah jauh di atas 100.000 kaki—memosisikannya sebagai platform ultra-cepat untuk perjalanan global.

Baru-baru ini, Lockheed Martin (LMT ) Ventures memperoleh saham strategis di startup propulsi roket di tengah persaingan yang meningkat untuk mempercepat pengembangan rudal hipersonik.

Venus Aerospace telah mengembangkan sistem propulsi, sebuah rotating detonation rocket engine (RDRE), yang menggunakan gelombang detonasi berputar terus-menerus untuk menghasilkan dorong dan menyelesaikan pengujian penerbangan 2.000-pound-thrust RDRE lebih awal tahun ini. Pendanaan yang tidak diungkapkan akan membantu perusahaan memajukan “kemampuan untuk mengirimkan pada skala dan menerapkan mesin.”

Jadi, perusahaan antariksa swasta mempercepat menuju platform hipersonik yang dapat digunakan kembali, tetapi mereka tidak sendirian; lembaga pemerintah di seluruh dunia juga berinvestasi dalam penelitian hipersonik lanjutan.

Insinyur di NASA bekerja dengan Laboratorium Penelitian Angkatan Udara (AFRL) dan Organisasi Sains dan Teknologi Pertahanan Australia (DSTO) pada Program Eksperimen Penerbangan Hipersonik Internasional (HIFiRE) yang akan menguji ramjet mode ganda/scramjet untuk kecepatan target Mach 8. 

Pemerintah Australia baru-baru ini berkomitmen untuk investasi ekuitas sebesar $10 juta ke perusahaan antariksa lokal Hypersonix Launch Systems (HLS), yang sedang mengembangkan sebuah pesawat yang akan terbang pada kecepatan lebih dari Mach 12 dan akan dijalankan oleh bahan bakar hidrogen. Mesin scramjet mereka yang proprietary disebut “SPARTAN,” dan itu dapat digunakan kembali dan dicetak 3D.

Bulan lalu, GE Aerospace (GE ) menguji terbang ATLAS, sebuah demonstrator yang ditenagai oleh ramjet bahan bakar padat baru perusahaan, di bawah program Title III Defense Production Act Departemen Pertahanan AS.

Badan Antariksa Eropa (ESA) juga meluncurkan program penelitian yang disebut INVICTUS untuk mengembangkan teknologi penerbangan hipersoniknya sendiri. Ini akan mendemonstrasikan teknologi kunci untuk penerbangan hipersonik berkelanjutan dan akan menjadi kendaraan yang dapat digunakan kembali yang mampu terbang pada Mach 5.

Berinvestasi dalam Teknologi Penerbangan Hipersonik

Lockheed Martin Corporation adalah sebuah perusahaan aerospace dan keamanan yang merancang, memproduksi, mengintegrasikan, dan mendukung sistem teknologi tinggi. Ini beroperasi melalui:

• Aeronautika
• Rudal dan Pengendalian Api (MFC)
• Sistem Rotary dan Misi (RMS)
• Segmen Antariksa

Perusahaan utama mengembangkan pesawat militer, sistem pertahanan rudal darat, laut, dan udara, helikopter militer dan komersial, kendaraan darat berawak dan tidak berawak, satelit, sistem transportasi antariksa, dan solusi manajemen energi.

Dalam kemitraan dengan NASA, Lockheed Martin telah mengembangkan X-59 untuk secara khusus mengatasi masalah gemuruh sonik.

Dengan desain fuselage yang memanjang, X-59 bertujuan untuk mendistribusikan gelombang kejut ketika mematahkan batas suara. Ini telah mengurangi kebisingan yang dirasakan di tanah menjadi sekitar 75 desibel, hanya menciptakan “gemuruh” sonik, yang “sekeras pintu mobil ditutup.”

Akhir bulan lalu, X-59 terbang untuk pertama kalinya, dari fasilitas Skunk Works’ Palmdale ke Pusat Penelitian Penerbangan Armstrong NASA, yang Lockheed Martin deskripsikan sebagai “momentum” yang membuktikan bahwa “masa depan penerbangan dapat lebih cepat dan lebih sunyi dari sebelumnya.”

Ini memiliki panjang kurang dari 100 kaki, dengan rentang sayap sekitar 30 kaki, dan tinggi sekitar 14 kaki. Ini menjelajah sekitar 55.000 kaki dan dapat mencapai kecepatan Mach 1.4 sekitar 925mph.

“X-59 akan digunakan untuk mengumpulkan data respons komunitas tentang penerimaan gemuruh sonik sunyi yang dihasilkan oleh desain unik pesawat. Data tersebut akan membantu NASA memberikan informasi yang dibutuhkan oleh regulator untuk menetapkan standar kebisingan supersonik komersial yang dapat diterima untuk mengangkat larangan perjalanan supersonik komersial di atas daratan,” kata perusahaan. “Pembukaan ini akan membuka pintu ke pasar global baru untuk produsen pesawat, memungkinkan penumpang bepergian ke mana saja di dunia dalam setengah waktu yang dibutuhkan saat ini.“

Tidak hanya telah mengembangkan X-59 dengan NASA, tetapi juga bekerja pada SR-72, dengan target operasional sekitar Mach 6. Sementara tidak banyak yang diketahui tentang konsep ini, penerus SR-71 Blackbird, SR-72 dimaksudkan untuk intelijen, pengawasan, dan pengintaian dan umumnya disebut sebagai “Anak Blackbird.”

Ini diposisikan sebagai pesawat hipersonik yang dapat memasuki layanan pada 2030-an.

Dengan kapitalisasi pasar $109 miliar, saham Lockheed Martin saat ini diperdagangkan pada $470,78, dengan rentang 52-minggu sebesar $410,11 dan $546,00. Ini memiliki EPS (TTM) sebesar 17,95 dan P/E (TTM) sebesar 26,22.

Lockheed membayar dividen yield sebesar 2,93%. Awal bulan lalu, mereka mengotorisasi pembayaran dividen triwulanan sebesar $3,45 per saham, peningkatan 5% dari pembayaran dividen triwulanan sebelumnya. Perusahaan juga mengembalikan $1,8 miliar kas kepada pemegang sahamnya pada Q3 2024 melalui dividen dan pembelian kembali saham, yang ditingkatkan sebesar $2 miliar menjadi total $9 miliar.

Selama periode ini, mereka mencatat penjualan sebesar $18,6 miliar dan laba bersih sebesar $1,6 miliar, atau $6,95 per saham. Arus kas mereka sebesar $3,7 miliar, sementara arus kas bebas sebesar $3,3 miliar. 

Lockheed juga melaporkan backlog rekor sebesar $179 miliar, yang CEO Jim Taiclet katakan, “menegaskan kepercayaan yang diberikan oleh pelanggan kepada kami dan mendukung prospek pertumbuhan jangka panjang perusahaan kami.” Ia juga mencatat bahwa sebagai hasil dari “permintaan yang belum pernah terjadi sebelumnya, kami meningkatkan kapasitas produksi secara signifikan di berbagai lini bisnis kami.”

Berita Terbaru Lockheed Martin Corporation (LMT) Saham

Kesimpulan

Penerbangan hipersonik tidak lagi merupakan batas terjauh, tetapi tantangan teknik yang dapat diuji, yang semakin dekat menjadi kenyataan dengan terobosan dalam sistem propulsi, investasi global dalam kendaraan kecepatan tinggi yang dapat digunakan kembali, dan eksperimen baru yang memvalidasi hipotesis dekade lalu.

Referensi

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Hypersonic turbulent quantities in support of Morkovin’s hypothesis.” Nature Communications 16, Article 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4