Como a Tecnologia de Voo Hipersônico Está Passando do Laboratório para o Céu

Imagine que você poderia voar de uma parte do mundo para outra em uma hora, em vez de levar um dia inteiro. Não é empolgante? 

Embora possa parecer um desejo, está próximo de se tornar possível em um futuro não tão distante, já que um novo estudo traz os voos hipersônicos um passo importante mais perto da realidade.

Publicado na Nature Communications, o estudo detalha um avanço na compreensão da turbulência hipersônica¹ que pode transformar o transporte de longa distância. 

Quando se trata de voos hipersônicos, o design da aeronave é crítico para seu sucesso. Para projetar um veículo de alta velocidade assim, é importante prever com precisão o arrasto aerodinâmico e a transferência de calor, o que requer uma compreensão física da turbulência nessas velocidades extremas.

Para obter essa compreensão, pesquisadores da universidade privada Stevens Institute of Technology testaram isso, com seus experimentos a laser com criptônio sugerindo que a turbulência em velocidades hipersônicas se comporta mais como o fluxo de ar mais lento do que o esperado. 

Com os resultados mostrando que a turbulência em velocidades extremas pode não diferir muito da de velocidades mais baixas, isso pode simplificar e agilizar o design de veículos hipersônicos e acelerar o progresso rumo à realização de viagens ultra‑rápidas. 

E se isso transcender do reino da ficção científica para a realidade, os voos hipersônicos podem mudar completamente as viagens globais. Rotas de longa distância que atualmente levam de 10 a 20 horas de voo podem se transformar em deslocamentos curtos que podem durar apenas uma hora. 

“Realmente encolhe o planeta,” disse o coautor do estudo, Nicholaus Parziale, do Departamento de Engenharia Mecânica do Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, EUA. “Isso tornará as viagens mais rápidas, mais fáceis e mais agradáveis.”

O foco da pesquisa de Parziale é tornar o voo hipersônico uma realidade. Isso significa um voo através da atmosfera abaixo de altitudes de cerca de 56 milhas (cerca de 90 km) a uma velocidade superior a cinco vezes a velocidade do som, que é referida como Mach 5.

Mach 1 é simplesmente a velocidade do som, ou seja, 761 milhas por hora. Pesquisadores estão tentando fazer aviões voarem até Mach 10 para reduzir drasticamente o tempo, mas, claro, em velocidades tão altas, o ar não se comporta ao redor da aeronave da mesma forma que em baixas velocidades.

Scientificamente, em baixas velocidades, abaixo de Mach 1, há um fluxo incompressível. Isso significa que a densidade do ar permanece quase constante, e o design do avião é simples.

Mas isso muda em velocidades mais altas, onde ocorre fluxo compressível, e isso porque o gás pode ser comprimido. Isso significa que, devido a variações de pressão e temperatura, a densidade do ar muda significativamente, e essa compressão afeta como uma aeronave voa.

“A compressibilidade afeta como o fluxo de ar contorna o corpo, e isso pode mudar fatores como sustentação, arrasto e empuxo necessários para decolar ou permanecer no ar,” tudo isso é fundamental para o design da aeronave.

Em números de “Mach baixo”, os engenheiros têm um bom entendimento de como esse fluxo de ar funciona e afeta os aviões. Mas não tanto em Machs mais altos.

Existe a hipótese de Morkovin, porém. A hipótese é fundamental para nossa compreensão da turbulência compressível supersônica e hipersônica. Segundo a hipótese, “podemos esperar com confiança que a dinâmica essencial desses fluxos de cisalhamento supersônicos seguirá o padrão incompressível.”

Composta há mais de meio século por Mark Morkovin, a hipótese sugere que em Mach 5 ou 6, o comportamento da turbulência não é muito diferente do de velocidades mais baixas. Embora a densidade do ar e a temperatura mudem mais em fluxos mais rápidos, a hipótese afirma que o movimento básico “irregular” da turbulência permanece, em grande parte, o mesmo. 

“Basicamente, a hipótese de Morkovin significa que a forma como o ar turbulento se move em velocidades baixas e altas não é tão diferente. Se a hipótese estiver correta, isso significa que não precisamos de uma nova maneira de entender a turbulência nessas velocidades mais altas. Podemos usar os mesmos conceitos que usamos para os fluxos mais lentos.”

– Parziale

Isso também significa que não há necessidade de abordagens de design significativamente diferentes, simplificando assim os aviões hipersônicos.

Até agora, porém, não há evidência experimental suficiente para apoiar a hipótese. Assim, Parziale e sua equipe aceitaram o desafio e passaram mais de uma década construindo o equipamento para isso.

Em seu estudo intitulado “Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis,” sua equipe utilizou criptônio, um gás nobre incolor, insípido, inodoro e o mais leve, que ocorre apenas em traços na atmosfera.

Usando lasers, a equipe de Parziale primeiro ionizou o criptônio. O gás foi introduzido no fluxo de ar dentro de um túnel de vento, temporariamente fazendo seus átomos formarem uma linha luminosa. Embora inicialmente reta, a linha fluorescente de criptônio curvou e torceu ao se mover pelo ar do túnel. A equipe usou câmeras de ultra‑alta resolução para capturar seu movimento.

“À medida que essa linha se move com o gás, você pode ver rugosidades e estrutura no fluxo, e a partir disso, podemos aprender muito sobre turbulência,” disse Parziale. “E o que descobrimos foi que em Mach 6, o comportamento da turbulência é bastante próximo ao fluxo incompressível.”

De acordo com o estudo, os dados experimentais deles apoiam a hipótese de Morkovin, que é fundamental para nossa compreensão da turbulência compressível hipersônica e supersônica.

Embora a hipótese de Morkovin não esteja totalmente confirmada, é uma conquista. Ao sugerir que os aviões não precisam de uma abordagem de design completamente nova para voar em velocidades hipersônicas, simplifica as coisas e nos leva um grande passo mais perto do voo hipersônico.

“Hoje, precisamos usar computadores para projetar um avião, e os recursos computacionais para projetar uma aeronave que voará a Mach 6, simulando todos os pequenos detalhes seria impossível,” disse Parziale. “A hipótese de Morkovin nos permite fazer suposições simplificadoras para que as exigências computacionais para projetar veículos hipersônicos se tornem mais viáveis.”

De acordo com Parziale, que recebeu o Prêmio Presidencial de Carreira Inicial para Cientistas e Engenheiros por sua pesquisa em mecânica dos fluidos que afeta o voo em alta velocidade, as descobertas do estudo podem ajudar a transformar o transporte espacial. Ele disse:

“Se pudermos construir aviões que voem a velocidade hipersônica, também poderemos lançá-los ao espaço, em vez de lançar foguetes, o que tornaria o transporte de e para a órbita baixa da Terra mais fácil. Será uma mudança de paradigma para o transporte não apenas na Terra, mas também em órbita baixa.”

A Corrida para Desbloquear o Voo Hipersônico, Mobilidade & Defesa

Embora o voo hipersônico ainda não exista, o primeiro jato de passageiros supersônico realizou seu primeiro voo comercial em 1976. O Concorde, um esforço conjunto do Reino Unido e da França, foi o avião comercial supersônico que podia voar mais rápido que a velocidade do som. Era conhecido por seu luxo e velocidade, operando rotas transatlânticas e reduzindo os tempos de voo à metade. 

Mas após cerca de 50.000 voos, foi aposentado em 2003 após um acidente fatal, baixa demanda de passageiros e altos custos de manutenção. Este capítulo inicial na aviação de alta velocidade definiu tanto o potencial quanto as limitações para esforços futuros.

Embora o Concorde tenha falhado, ele mostrou que era possível cruzar o Atlântico em poucas horas, e agora as organizações estão focadas em aumentar a eficiência de combustível e projetar aeronaves que possam alcançar altas velocidades. Uma nova geração de jatos também está trabalhando para cumprir a promessa do voo hipersônico.

Enquanto os aviões comerciais ainda não alcançaram velocidades extremas, os aviões militares já voam a cerca de três vezes a velocidade do som, ou seja, Mach 3. Enquanto isso, muitos voos hipersônicos foram testados, em velocidades muito superiores a Mach 5 ou até mesmo Mach 10.

Esses marcos remontam aos primeiros objetos capazes de movimento hipersônico. O primeiro fabricado para voo hipersônico foi o foguete Bumper, que, em 1949, atingiu uma velocidade de cerca de Mach 6. No entanto, não sobreviveu à reentrada.

Para sustentar e controlar tais velocidades em aeronaves, novas soluções de propulsão tornaram‑se essenciais.

Uma tecnologia chave para o voo hipersônico tem sido o scramjet. Um ramjet de combustão supersônica, ou scramjet, é uma variante de um motor a jato de admissão de ar ramjet, que realiza a combustão em fluxo de ar supersônico, tornando‑o mais eficiente para voo hipersônico do que um ramjet tradicional.

Um tipo avançado de motor a jato de admissão de ar, o scramjet opera em Mach 5 ou superior. Não possui partes móveis e usa o movimento para frente da aeronave para comprimir o ar para a combustão.  

Antes dos scramjets, os ramjets ofereciam o caminho mais eficiente para Mach 3 a Mach 5, servindo como estágio inferior de muitos sistemas hipersônicos. Entre ramjet e scramjet estão os ramjets de modo duplo que permitem voo de Mach 3 a Mach 8 em um único motor.

Depois há os motores de ciclo combinado baseado em turbo (TBCC), que são um híbrido de um turbojato tradicional e um ramjet/scramjet. Enquanto os turbojatos podem operar até cerca de Mach 2 a Mach 3, para velocidades maiores, eles transicionam para o modo ramjet/scramjet.

Outros tipos de motores incluem motores ar‑turbo‑foguete (ATR) que utilizam oxigênio atmosférico para queimar combustível, motores de detonação rotativa (RDEs) que usam uma onda de detonação rotativa contínua para a combustão, e motores de ciclo combinado da Reaction Engines (SABRE), que são um híbrido de admissão de ar e foguete com um pré‑resfriador que resfria o ar hipersônico que entra até a temperatura ambiente.
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Essas inovações abriram caminho para conceitos comerciais ambiciosos. Por exemplo, o A‑HyM Hypersonic Air Master imagina uma aeronave comercial operando a Mach 7,3. Esse conceito futurista de jato é projetado para uma companhia aérea que permitiria uma viagem de Londres a Los Angeles ser concluída em apenas 90 minutos. Estima‑se que tenha capacidade para cerca de 170 passageiros.

Seu sistema de propulsão combinaria motor de detonação oblíqua (ODE), ramjet e tecnologias de turbojato em uma configuração de ciclo combinado. Além disso, seria alimentado por um motor a hidrogênio. Ademais, o A‑HyM teria uma estrutura de titânio e fibra de carbono, e para lidar com as preocupações de ruído, incorporará um Sistema de Mitigação de Boom Sônico.

Um boom sônico é um ruído estrondoso causado por um objeto que viaja mais rápido que a velocidade do som. Não é apenas um “boom” único, mas sim um som contínuo emitido enquanto o objeto está voando em velocidades supersônicas. 

Depois há o conceito reutilizável de espaçonave hipersônica chamado Stargazer, proposto pela Venus Aerospace, que mira velocidades em torno de Mach 9, um alcance da ordem de 5.000 milhas e altitudes de cruzeiro bem acima de 100.000 pés — posicionando‑o como uma plataforma ultra‑rápida para viagens globais.

Recentemente, a Lockheed Martin (LMT ) Ventures adquiriu uma participação estratégica na startup de propulsão de foguetes em meio à crescente competição para acelerar o desenvolvimento de mísseis hipersônicos.

A Venus Aerospace desenvolveu um sistema de propulsão, um motor de foguete de detonação rotativa (RDRE), que usa uma onda de choque de detonação rotativa contínua para gerar empuxo e completou seu teste de voo de um RDRE de 2.000 libras de empuxo no início deste ano. O financiamento não divulgado ajudará a empresa a avançar suas “capacidades de entrega em escala e implantação do motor.”

Portanto, empresas aeroespaciais privadas estão acelerando em direção a plataformas hipersônicas reutilizáveis, mas não estão sozinhas; agências governamentais em todo o mundo também estão investindo em pesquisa avançada de hipersônicos.

Engenheiros da NASA estão trabalhando com o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (AFRL) e a Organização de Defesa de Ciência e Tecnologia da Austrália (DSTO) em um Programa de Experimentação de Voo Internacional Hipersônico (HIFiRE) que testaria um ramjet/scramjet de modo duplo para uma velocidade alvo de Mach 8.

O governo australiano recentemente comprometeu um investimento de capital de US$ 10 milhões na empresa aeroespacial local Hypersonix Launch Systems (HLS), que está desenvolvendo uma aeronave que voaria a mais de Mach 12 e será alimentada por combustível de hidrogênio. Seu motor scramjet proprietário chama‑se “SPARTAN”, e é reutilizável e impresso em 3D.

No mês passado, a GE Aerospace (GE ) testou em voo o ATLAS, um demonstrador alimentado pelo novo ramjet de combustível sólido da empresa, sob o programa Título III da Lei de Produção de Defesa do Departamento de Defesa dos EUA.

A Agência Espacial Europeia (ESA) também lançou um programa de pesquisa chamado INVICTUS para desenvolver suas próprias tecnologias de voo hipersônico. Demonstrará tecnologias‑chave para voo hipersônico sustentado e será um veículo totalmente reutilizável capaz de voar a Mach 5.

Investindo em Tecnologia de Voo Hipersônico

A Lockheed Martin Corporation é uma empresa de aeroespacial e segurança que projeta, fabrica, integra e apoia sistemas de tecnologia avançada. Ela opera através de:

• Aeronáutica
• Mísseis e Controle de Fogo (MFC)
• Sistemas Rotativos e de Missão (RMS)
• Segmentos espaciais

A empresa se dedica principalmente ao desenvolvimento de aeronaves militares, sistemas de defesa de mísseis aéreos, marítimos e terrestres, helicópteros militares e comerciais, veículos terrestres tripulados e não tripulados, satélites, sistemas de transporte espacial e soluções de gerenciamento de energia.

Em parceria com a NASA, a Lockheed Martin desenvolveu o X‑59 para abordar especificamente o problema do boom sônico.

Com um fuselagem alongada, o design do X‑59 visa redistribuir a onda de choque ao romper a barreira do som. Reduziu o ruído percebido no solo para cerca de 75 decibéis, criando apenas um “batida” sônica, que é “aproximadamente tão alta quanto o fechamento de uma porta de carro.”

No final do mês passado, o X‑59 voou pela primeira vez, de sua instalação Skunk Works em Palmdale até o Centro de Pesquisa de Voo Armstrong da NASA, o que a Lockheed Martin descreve como um “impulso” que prova que “o futuro do voo pode ser mais rápido e mais silencioso do que nunca.”

Ele tem menos de 100 pés de comprimento, envergadura de cerca de 30 pés e altura de cerca de 14 pés. Cruzeia a cerca de 55.000 pés e pode alcançar velocidades de Mach 1,4, ou 925 mph.

“O X‑59 será usado para coletar dados de resposta da comunidade sobre a aceitabilidade de um boom sônico silencioso gerado pelo design único da aeronave. Os dados ajudarão a NASA a fornecer aos reguladores as informações necessárias para estabelecer um padrão aceitável de ruído supersônico comercial para levantar a proibição de viagens supersônicas comerciais sobre a terra,” diz a empresa. “Essa inovação abriria a porta para um mercado global totalmente novo para fabricantes de aeronaves, permitindo que os passageiros viajem para qualquer lugar do mundo em metade do tempo que leva hoje.”

Não só desenvolveu o X‑59 com a NASA, mas também está trabalhando no SR‑72, com um alvo operacional de cerca de Mach 6. Embora pouco se saiba sobre este sucessor conceitual do SR‑71 Blackbird, o SR‑72 destina‑se a inteligência, vigilância e reconhecimento e é comumente referido como “Filho do Blackbird.”

Este está posicionado como uma aeronave hipersônica que poderia entrar em serviço na década de 2030.

Com uma capitalização de mercado de US$ 109 bilhões, as ações da Lockheed Martin estão atualmente negociando a US$ 470,78, com sua faixa de 52 semanas entre US$ 410,11 e US$ 546,00. Possui um EPS (TTM) de 17,95 e um P/E (TTM) de 26,22.

A Lockheed paga um rendimento de dividendos de 2,93%. No início do mês passado, autorizou um pagamento de dividendos do quarto trimestre de US$ 3,45 por ação, um aumento de 5% em relação ao pagamento de dividendos trimestral anterior. A empresa também devolveu US$ 1,8 bilhão em caixa aos seus acionistas no terceiro trimestre de 2024 por meio de dividendos e recompra de ações, que foram aumentados em US$ 2 bilhões para um total de US$ 9 bilhões.

Durante esse período, registrou vendas de US$ 18,6 bilhões e lucro líquido de US$ 1,6 bilhão, ou US$ 6,95 por ação. Seu caixa das operações foi de US$ 3,7 bilhões, enquanto o fluxo de caixa livre foi de US$ 3,3 bilhões. 

A Lockheed também relatou um backlog recorde de US$ 179 bilhões, que o CEO Jim Taiclet disse, “reforça a confiança que nossos clientes depositam em nós e sustenta as perspectivas de crescimento de longo prazo da nossa empresa.” Ele também observou que, como resultado da “demanda sem precedentes, estamos aumentando significativamente a capacidade de produção em uma ampla gama de nossas linhas de negócios.”

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Conclusão

O voo hipersônico não é mais uma fronteira distante, mas um desafio de engenharia testável, que está se aproximando de se tornar realidade com avanços em sistemas de propulsão, investimento global em veículos reutilizáveis de alta velocidade e novos experimentos que validam hipóteses de décadas.

Referências

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Quantidades turbulentas hipersônicas em apoio à hipótese de Morkovin.” Nature Communications 16, Article 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4