A che altezza volano gli aerei supersonici?

Il Concorde volava in crociera tra circa 15.000 e 18.300 m (50.000-60.000 piedi) e tipicamente continuava a salire lentamente man mano che consumava carburante; 60.000 piedi erano considerati il massimo certificato. Questo è 5-7 km sopra i livelli di volo più congestionati delle compagnie aeree, per cui non era necessaria separazione dal traffico subsonico, consentendo una rotta diretta sull'Atlantico. I suoi finestrini erano piccoli, e la pressurizzazione della cabina era più complessa che su un normale jet, perché a 18 km di altitudine la pressione esterna è inferiore a un decimo del valore al livello del mare, e una decompressione rapida lascerebbe poco tempo di coscienza utile.

La resistenza e i carichi strutturali dipendono dalla pressione dinamica, metà della densità dell'aria moltiplicata per il quadrato della velocità. A Mach 2 al livello del mare, la pressione dinamica sarebbe enorme, ben oltre ciò che una cellula d'aereo praticabile può sopportare, e il riscaldamento della pelle sarebbe estremo. Salire a 17 km riduce la densità dell'aria a circa un decimo del valore al livello del mare, permettendo all'aereo di volare al doppio della velocità di un aereo di linea senza sollecitare la struttura più di un jet a bassa quota. Anche i motori ne beneficiano: l'aria fredda migliora la compressione nella presa d'aria, e la bassa densità mantiene il flusso d'aria attraverso il motore entro i limiti. Oltre a un limite superiore, esiste anche un limite inferiore, perché un'ala ha bisogno di sufficiente pressione dinamica per sostenere l'aereo — per questo il Concorde accelerava oltre Mach 1 solo sopra i 9 km circa.

L'altitudine attenua anche il boom sonico. La firma di pressione si attenua propagandosi su molti chilometri di atmosfera, e da 17 km il boom raggiunge il suolo con circa 2 libbre per piede quadrato — forte, ma tollerabile sopra l'oceano.

Gli aerei da ricognizione volavano ancora più in alto. Il Lockheed SR-71 operava sopra i 24.000 m (80.000 piedi) a Mach 3,2, dove il cielo appare blu scuro e l'equipaggio indossava tute pressurizzate complete. I caccia sono diversi: possono superare Mach 1 a quasi qualsiasi altitudine sopra qualche migliaio di metri, ma tipicamente lo fanno tra 10 e 15 km, dove hanno ancora margine di manovra. A bassa quota, il volo supersonico è possibile per brevi incursioni, come previsto per il Tornado e l'F-111, ma il consumo di carburante e il carico sulla cellula aumentano così rapidamente che non viene mai sostenuto.

Gli aerei di linea supersonici pianificati seguono la stessa logica. L'Overture di Boom dovrebbe volare in crociera a circa 18 km e Mach 1,7, e il dimostratore X-59 della NASA vola a circa 16,8 km e Mach 1,4 — scelti in modo che il boom al suolo rimanga debole. Altitudini di crociera più elevate attirano maggiore attenzione sulle emissioni nella bassa stratosfera, motivo per cui gli studi ambientali si concentrano su questa fascia di altitudine.