Wie viel kostet die Schallmauer?

Der Begriff Schallmauer legt nahe, es handele sich um etwas, das in Metern gemessen oder bezahlt werden könnte, aber er beschreibt eine Geschwindigkeit. Schall breitet sich durch die Luft als Druckwelle aus, die von Molekül zu Molekül weitergegeben wird, und die Geschwindigkeit dieser Welle bestimmt die Geschwindigkeit, bei der jedes Flugzeug beginnt, Stoßwellen und einen steilen Anstieg des Widerstands zu erfahren. In Luft von 20 °C auf Meereshöhe liegt der Wert bei etwa 343 m/s, das sind 1.235 km/h oder 667 Knoten. Da die Schallgeschwindigkeit in der Praxis nur von der Temperatur abhängt, ist sie in kalter Luft niedriger: Im typischen Reiseflughöhenbereich von Verkehrsflugzeugen bei 11.000 m, wo die Standardatmosphäre −56,5 °C beträgt, bewegt sich der Schall mit etwa 295 m/s oder 1.062 km/h. Piloten sprechen daher gar nicht über die Mauer in km/h, sondern in Mach-Zahlen, dem Verhältnis zwischen der tatsächlichen Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs und der lokalen Schallgeschwindigkeit.

Wenn die Frage lautet, was es kostet, durch Mach 1 zu fliegen, lautet die Antwort: Energie. Der Widerstand kann sich im transsonischen Bereich mehrfach vervielfachen, während sich Stoßwellen bilden, und bleibt danach deutlich über dem Niveau im Unterschallbereich. Ein Kampfjet mit Nachbrenner verbraucht im Überschallflug ein Vielfaches des Treibstoffs im Vergleich zum Reiseflug, weshalb die meisten das nur minutenlang aushalten können. Die Concorde, das einzige Überschall-Verkehrsflugzeug mit langem Einsatz, flog im Reiseflug mit etwa Mach 2 und verbrauchte pro Passagier etwa viermal so viel Treibstoff wie ein Unterschall-Jet ihrer Zeit, einer der Gründe, warum ihre Tarife zu den höchsten der Branche zählten. Ein Flugzeug für Überschallflug zu entwerfen bedeutet außerdem dünne Flügel, leistungsstarke Triebwerke und hitzebeständige Strukturen, was alles schon vor dem Erstflug Kosten verursacht.

Da sich die lokale Schallgeschwindigkeit mit der Temperatur ändert, führen Flugzeuge einen Machmeter mit, der Fluggeschwindigkeit und Außenlufttemperatur zu einem einzigen Verhältnis kombiniert. Verkehrsflugzeuge fliegen im Reiseflug bei etwa Mach 0,78 bis 0,85, nah genug an der Mauer, um effizient zu sein, aber unterhalb des Punkts, an dem der Widerstand steil ansteigt. Ein Kampfjet, der auf Mach 1,0 bei 11.000 m beschleunigt, fliegt mit etwa 1.062 km/h, während die gleiche Mach-Zahl in Bodennähe 1.225 km/h oder mehr erfordern würde. Die Schallmauer bewegt sich also mit dem Wetter und der Höhe, und ihre Kosten werden in Schub und Treibstoff gemessen, nicht in Geld.