Bagaimana Teknologi Penerbangan Hipersonik Berpindah Dari Laboratorium ke Langit

Bayangkan Anda dapat terbang dari satu bagian dunia ke bagian lain dalam satu jam, alih-alih memakan waktu seharian penuh. Bukankah itu menarik? 

Meskipun terasa seperti harapan semata, hal itu hampir menjadi mungkin dalam masa depan yang tidak terlalu jauh karena sebuah studi baru membawa penerbangan hipersonik selangkah lebih dekat ke realitas.

Dipublikasikan dalam Nature Communications, studi tersebut merinci sebuah terobosan dalam memahami turbulensi hipersonik¹ yang dapat mengubah perjalanan jarak jauh. 

Ketika berbicara tentang penerbangan hipersonik, desain pesawat sangat penting bagi kesuksesannya. Untuk merancang kendaraan berkecepatan tinggi seperti itu, penting untuk memprediksi secara akurat gaya seret aerodinamis dan perpindahan panas, yang memerlukan pemahaman fisik tentang turbulensi pada kecepatan ekstrem tersebut.

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

Dengan hasil yang menunjukkan bahwa turbulensi pada kecepatan ekstrem mungkin tidak berbeda banyak dari yang pada kecepatan lebih rendah, hal ini dapat menyederhanakan dan mempercepat desain kendaraan hipersonik serta mempercepat kemajuan menuju realisasi perjalanan ultra-cepat.

Dan jika hal itu melampaui ranah fiksi ilmiah dan menjadi kenyataan, penerbangan hipersonik dapat mengubah total perjalanan global. Rute jarak jauh yang saat ini memakan waktu 10 hingga 20 jam dapat diubah menjadi perjalanan singkat yang hanya memakan waktu satu jam. 

“Ini benar‑benar memperkecil planet,” kata co‑author studi tersebut, 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 menjadikan penerbangan hipersonik menjadi kenyataan. Artinya adalah penerbangan melalui atmosfer di bawah ketinggian sekitar 56 mil (sekitar 90 km) dengan kecepatan lebih dari lima kali kecepatan suara, yang disebut sebagai Mach 5.

Mach 1 hanyalah kecepatan suara, yaitu 761 mil per jam. Peneliti berusaha membuat pesawat terbang pada sejauh Mach 10 untuk secara drastis mengurangi waktu, tetapi tentu saja, pada kecepatan setinggi itu, udara tidak berperilaku di sekitar pesawat sama seperti pada kecepatan rendah.

Secara ilmiah, pada kecepatan rendah, di bawah 1 Mach, alirannya tidak dapat dimampatkan. Ini berarti kepadatan udara tetap hampir konstan, dan desain pesawat menjadi sederhana.

Namun hal ini berubah pada kecepatan lebih tinggi, di mana aliran dapat dimampatkan, karena gas dapat dimampatkan. Apa yang dimaksud adalah bahwa karena variasi tekanan dan suhu, kepadatan udara berubah secara signifikan, dan kompresi tersebut memengaruhi cara pesawat terbang.

“Kompresibilitas memengaruhi bagaimana aliran udara mengelilingi badan, dan itu dapat mengubah hal‑hal seperti lift, drag, dan thrust yang diperlukan untuk lepas landas atau tetap berada di udara,” semua itu merupakan kunci desain pesawat.

Pada angka ‘Mach rendah’, insinyur memiliki pemahaman yang baik tentang bagaimana aliran udara ini bekerja dan memengaruhi pesawat. Tetapi tidak begitu pada Mach yang lebih tinggi.

Ada hipotesis Morkovin, meskipun. Hipotesis ini menjadi dasar pemahaman kita tentang turbulensi kompresibel supersonik dan hipersonik. Menurut hipotesis tersebut, “kita dapat dengan yakin mengharapkan bahwa dinamika esensial aliran geser supersonik ini akan mengikuti pola aliran tidak dapat dimampatkan.”

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

“Pada dasarnya, hipotesis Morkovin berarti cara udara turbulen bergerak pada kecepatan rendah dan tinggi tidak begitu berbeda. Jika hipotesis ini benar, berarti kita tidak memerlukan cara baru total untuk memahami turbulensi pada kecepatan lebih tinggi. Kita dapat menggunakan konsep yang sama yang kita gunakan untuk aliran yang lebih lambat.” 

– Parziale

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

Sejauh ini, belum ada bukti eksperimental yang cukup untuk mendukung hipotesis tersebut. Oleh karena itu, Parziale dan timnya mengambil tantangan tersebut dan menghabiskan lebih dari satu dekade membangun pengaturan untuk hal yang sama.

Dalam studi mereka yang berjudul “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis,” timnya menggunakan krypton, gas mulia yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, dan paling ringan, yang hanya terdapat dalam jejak di atmosfer.

Dengan menggunakan laser, tim Parziale pertama‑tama mengionisasi krypton. Gas tersebut disemai ke dalam aliran udara di dalam terowongan angin, sementara menyebabkan atom‑atomnya membentuk garis bersinar. Pada awalnya lurus, garis krypton berfluoresensi tersebut melengkung dan berputar saat bergerak melalui udara terowongan. Tim menggunakan kamera ultra‑high‑resolution untuk merekam pergerakannya.

“Saat garis itu bergerak bersama gas, Anda dapat melihat kerutan dan struktur dalam aliran, dan dari situ, kami dapat belajar banyak tentang turbulensi,” kata Parziale. “Dan yang kami temukan adalah pada Mach 6, perilaku turbulensi cukup mirip dengan aliran tidak dapat dimampatkan.”

Menurut studi tersebut, data eksperimental mereka mendukung hipotesis Morkovin, yang menjadi dasar pemahaman kita tentang turbulensi kompresibel hipersonik dan supersonik.

Meskipun hipotesis Morkovin belum sepenuhnya dikonfirmasi, ini merupakan pencapaian. Dengan menyarankan bahwa pesawat tidak memerlukan pendekatan desain yang sepenuhnya baru untuk terbang pada kecepatan hipersonik, hal ini menyederhanakan proses dan membawa kita selangkah lebih dekat ke penerbangan hipersonik.

“Saat ini, kami harus menggunakan komputer untuk merancang sebuah pesawat, dan sumber daya komputasi untuk merancang pesawat yang akan terbang pada Mach 6, mensimulasikan semua detail kecil akan menjadi hal yang mustahil,” kata Parziale. “Hipotesis Morkovin memungkinkan kami membuat asumsi penyederhanaan sehingga tuntutan komputasi untuk merancang kendaraan hipersonik menjadi lebih dapat dikelola.”

Menurut Parziale, yang telah menerima Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers untuk penelitiannya tentang mekanika fluida yang memengaruhi penerbangan berkecepatan tinggi, temuan studi ini dapat membantu mentransformasi transportasi luar angkasa. Ia berkata:

“Jika kita dapat membangun pesawat yang terbang pada kecepatan hipersonik, kita juga dapat menerbangkannya ke luar angkasa, alih‑alih meluncurkan roket, yang akan mempermudah transportasi ke dan dari orbit Bumi rendah. Ini akan menjadi pengubah permainan bagi transportasi tidak hanya di Bumi, tetapi juga di orbit rendah.”

The Race to Unlock Hypersonic Flight, Mobility & Defence

Meskipun penerbangan hipersonik belum ada, jet penumpang supersonik pertama melakukan penerbangan komersial pertamanya pada tahun 1976. Concorde, hasil kerja sama antara Inggris dan Prancis, adalah pesawat penumpang komersial supersonik yang dapat terbang lebih cepat daripada kecepatan suara. Ia dikenal karena kemewahan dan kecepatannya, mengoperasikan rute transatlantik dan memotong waktu penerbangan menjadi setengahnya. 

Namun setelah 50.000 penerbangan, ia pensiun pada tahun 2003 setelah kecelakaan fatal, jumlah penumpang yang rendah, dan biaya perawatan yang tinggi. Babak awal dalam penerbangan berkecepatan tinggi ini menetapkan baik potensi maupun keterbatasan untuk upaya di masa depan.

Meskipun Concorde gagal, ia menunjukkan bahwa mungkin untuk menyeberangi Atlantik dalam beberapa jam, dan kini organisasi‑organisasi berfokus pada meningkatkan efisiensi bahan bakar dan merancang pesawat yang dapat mencapai kecepatan tinggi. Generasi baru jet juga sedang bekerja untuk mewujudkan janji penerbangan hipersonik.

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

Tonggak‑tonggak ini menelusuri kembali ke objek‑objek paling awal yang mampu bergerak hipersonik. Yang pertama diproduksi untuk penerbangan hipersonik adalah roket Bumper, yang, pada tahun 1949, mencapai kecepatan sekitar Mach 6. Namun roket itu tidak selamat saat kembali masuk atmosfer.

Untuk mempertahankan dan mengendalikan kecepatan tersebut pada pesawat, solusi propulsi baru menjadi penting.

Teknologi kunci untuk penerbangan hipersonik adalah scramjet. Supersonic combustion ramjet, atau scramjet, adalah varian dari mesin jet ramjet yang menghirup udara, yang melakukan pembakaran dalam aliran udara supersonik, menjadikannya lebih efisien untuk penerbangan hipersonik dibandingkan ramjet tradisional.

Sebagai jenis mesin jet bernafas udara yang canggih, scramjet beroperasi pada Mach 5 ke atas. Ia tidak memiliki bagian bergerak dan menggunakan gerakan maju pesawat untuk memampatkan udara bagi pembakaran.  

Sebelum scramjet, ramjet menawarkan jalur paling efisien ke Mach 3 hingga Mach 5, berfungsi sebagai tahap bawah banyak sistem hipersonik. Di antara ramjet dan scramjet terdapat ramjet mode ganda yang memungkinkan penerbangan Mach 3 hingga Mach 8 dalam satu mesin.

Kemudian ada mesin siklus gabungan berbasis turbo (TBCC), yang merupakan hibrida antara turbojet tradisional dan ramjet/scramjet. Sementara turbojet dapat beroperasi hingga sekitar Mach 2 hingga Mach 3, untuk kecepatan lebih tinggi, mereka beralih ke mode ramjet/scramjet.

Jenis‑jenis mesin lain termasuk air‑turbo‑rocket (ATR) yang menggunakan oksigen atmosfer untuk membakar bahan bakar, rotating detonation engine (RDE) yang menggunakan gelombang detonasi berputar terus‑menerus untuk pembakaran, dan mesin siklus gabungan tipe SABRE oleh Reaction Engines (SABRE), yang merupakan hibrida bernafas udara dan roket dengan precooler yang mendinginkan udara hipersonik yang masuk hingga suhu lingkungan.
Gesek untuk menggulir →

Inovasi‑inovasi ini telah membuka jalan bagi konsep komersial yang ambisius. Sebagai contoh, A‑HyM Hypersonic Air Master membayangkan pesawat komersial yang beroperasi pada Mach 7.3. Konsep jet futuristik ini dirancang untuk pesawat penumpang komersial yang memungkinkan perjalanan dari London ke Los Angeles selesai dalam hanya 90 menit. Diperkirakan dapat menampung sekitar 170 penumpang.

Sistem mesinnya akan menggabungkan teknologi oblique detonation engine (ODE), ramjet, dan turbojet dalam konfigurasi siklus‑gabungan. Selain itu, ia akan ditenagai oleh sebuah mesin hidrogen. Lebih lagi, A‑HyM akan memiliki struktur titanium dan serat karbon, dan untuk mengatasi masalah kebisingan, ia akan mengintegrasikan Sonic Boom Mitigation System.

Sonic boom adalah suara gemuruh yang dihasilkan oleh objek yang bergerak lebih cepat daripada kecepatan suara. Itu bukan hanya satu “boom” melainkan suara kontinu yang dihasilkan selama objek tersebut terbang pada kecepatan supersonik. 

Selanjutnya ada konsep spaceplane hipersonik dapat digunakan kembali bernama Stargazer, yang diusulkan oleh Venus Aerospace, menargetkan kecepatan sekitar Mach 9, jarak tempuh sekitar 5.000 mil, dan ketinggian jelajah jauh di atas 100.000 kaki—menjadikannya platform ultra‑cepat untuk perjalanan global.

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

Venus Aerospace telah mengembangkan sistem propulsi, sebuah mesin roket rotating detonation (RDRE), yang menggunakan gelombang detonasi berputar terus‑menerus untuk menghasilkan thrust dan menyelesaikan uji terbang RDRE dengan thrust 2.000 pon awal tahun ini. Pendanaan yang tidak diungkapkan akan membantu perusahaan mengembangkan “kapabilitas untuk menghasilkan skala dan menerapkan mesin.”

Jadi, perusahaan antariksa swasta mempercepat menuju platform hipersonik yang dapat digunakan kembali, tetapi mereka bukan satu‑satunya; lembaga pemerintah di seluruh dunia juga menginvestasikan dana dalam riset hipersonik lanjutan.

Insinyur di NASA bekerja sama dengan Air Force Research Laboratory (AFRL) dan Australia’s Defence Science and Technology Organisation (DSTO) pada Program Hipersonic International Flight Research Experimentation (HIFiRE) yang akan menguji dual‑mode ramjet/scramjet untuk kecepatan target Mach 8. 

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

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

European Space Agency (ESA) juga meluncurkan program riset dengan nama INVICTUS untuk mengembangkan teknologi penerbangan hipersonik mereka sendiri. Program ini akan mendemonstrasikan teknologi kunci untuk penerbangan hipersonik berkelanjutan dan akan menjadi kendaraan yang sepenuhnya dapat digunakan kembali serta mampu terbang pada Mach 5.

Investing in Hypersonic Flight Tech

Lockheed Martin Corporation adalah perusahaan aerospace dan keamanan yang merancang, memproduksi, mengintegrasikan, dan mendukung sistem teknologi canggih. Perusahaan ini beroperasi melalui:

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

Perusahaan utama terlibat dalam pengembangan pesawat militer, sistem pertahanan rudal udara, laut, dan darat, helikopter militer dan komersial, kendaraan darat berawak dan tanpa awak, satelit, sistem transportasi antariksa, dan solusi manajemen energi.

Dalam kemitraan dengan NASA, Lockheed Martin telah mengembangkan X‑59 untuk secara khusus mengatasi masalah sonic boom.

Dengan badan yang memanjang, desain X‑59 bertujuan mendistribusikan gelombang kejut saat menembus batas suara. Ia telah mengurangi kebisingan yang dirasakan di darat menjadi sekitar 75 desibel, hanya menghasilkan “thump” sonik, yang “sekitar sekeras menutup pintu mobil.”

Akhir bulan lalu, X‑59 terbang untuk pertama kalinya, dari fasilitas Skunk Works di Palmdale ke NASA Armstrong Flight Research Center, yang digambarkan Lockheed Martin sebagai “momentum” yang membuktikan bahwa “masa depan penerbangan dapat menjadi lebih cepat dan lebih tenang daripada sebelumnya.”

Panjang totalnya kurang dari 100 kaki, memiliki rentang sayap sekitar 30 kaki, dan tinggi sekitar 14 kaki. Ia beroperasi pada ketinggian sekitar 55.000 kaki dan dapat mencapai kecepatan Mach 1.4 sebanyak 925 mph.

“X‑59 akan digunakan untuk mengumpulkan data respons komunitas mengenai penerimaan sonic boom yang tenang yang dihasilkan oleh desain unik pesawat. Data tersebut akan membantu NASA memberi regulator informasi yang diperlukan untuk menetapkan standar kebisingan supersonik komersial yang dapat diterima guna mengangkat larangan penerbangan supersonik komersial di darat,” kata perusahaan. “Terobosan ini akan membuka pintu ke pasar global baru bagi produsen pesawat, memungkinkan penumpang bepergian ke mana saja di dunia dalam setengah waktu yang dibutuhkan saat ini.“

Tidak hanya mengembangkan X‑59 bersama NASA, mereka juga mengerjakan SR‑72, dengan target operasional sekitar Mach 6. Meskipun belum banyak yang diketahui tentang penerus konseptual Blackbird SR‑71 ini, SR‑72 ditujukan untuk intelijen, pengawasan, dan pengintaian serta sering disebut sebagai “Son of Blackbird.”

Model ini diposisikan sebagai pesawat hipersonik yang dapat masuk layanan pada tahun 2030‑an.

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

Lockheed membayar dividen sebesar 2,93%. Awal bulan lalu, perusahaan mengesahkan pembayaran dividen kuartal keempat sebesar $3,45 per saham, naik 5% dibandingkan dividen kuartal sebelumnya. Perusahaan juga mengembalikan $1,8 miliar tunai kepada pemegang saham pada Q3 2024 melalui dividen dan pembelian kembali saham, yang ditingkatkan $2 miliar menjadi total $9 miliar.

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

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

Latest Lockheed Martin Corporation (LMT) Stock News

Conclusion

Penerbangan hipersonik tidak lagi menjadi frontier yang jauh, melainkan tantangan rekayasa yang dapat diuji, yang semakin mendekati menjadi realitas melalui terobosan dalam sistem propulsi, investasi global dalam kendaraan berkecepatan tinggi yang dapat digunakan kembali, dan eksperimen baru yang memvalidasi hipotesis berusia puluhan tahun.

References

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Kuantitas Turbulen Hipersonik dalam Mendukung Hipotesis Morkovin.” Nature Communications 16, Artikel 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4