A que altura voam os aviões supersónicos?

O Concorde voava em cruzeiro entre cerca de 15.000 e 18.300 m (50.000 a 60.000 pés) e tipicamente continuava a subir lentamente à medida que consumia combustível; 60.000 pés eram considerados o máximo certificado. Isso fica 5 a 7 km acima dos níveis de voo mais congestionados das companhias aéreas, pelo que não era necessário escalonamento em relação ao tráfego subsónico, permitindo uma rota direta sobre o Atlântico. As suas janelas eram pequenas, e a manutenção da pressão da cabine era mais exigente do que num jato comum, pois a 18 km de altitude a pressão externa está abaixo de um décimo do valor ao nível do mar, e uma descompressão rápida deixaria pouco tempo de consciência útil.

O arrasto e as cargas estruturais dependem da pressão dinâmica, que é metade da densidade do ar vezes o quadrado da velocidade. A Mach 2 ao nível do mar, a pressão dinâmica seria enorme, muito além do que uma célula de avião viável pode suportar, e o aquecimento da superfície seria extremo. Subir a 17 km reduz a densidade do ar para cerca de um décimo do valor ao nível do mar, permitindo que a aeronave voe duas vezes mais rápido do que um avião comercial sem sobrecarregar a estrutura mais do que um jato em baixa altitude. Os motores também beneficiam: o ar frio melhora a compressão na entrada, e a baixa densidade mantém o fluxo de ar através do motor dentro dos limites. Além de um limite superior, há também um limite inferior, pois uma ala precisa de pressão dinâmica suficiente para sustentar o avião — por isso o Concorde só acelerava além de Mach 1 a partir de cerca de 9 km.

A altitude também atenua o estrondo sónico. A assinatura de pressão enfraquece ao propagar-se por muitos quilómetros de atmosfera, e a partir de 17 km o estrondo chega ao solo com cerca de 2 libras por pé quadrado — alto, mas tolerável sobre o oceano.

Os aviões de reconhecimento voavam ainda mais alto. O Lockheed SR-71 operava acima de 24.000 m (80.000 pés) a Mach 3,2, onde o céu parece azul-escuro e a tripulação usava trajes pressurizados completos. Os caças são diferentes: podem ultrapassar Mach 1 a quase qualquer altitude acima de alguns milhares de metros, mas normalmente fazem-no entre 10 e 15 km, onde ainda têm margem de manobra. Em baixa altitude, o voo supersónico é possível em curtas incursões, como previsto para o Tornado e o F-111, mas o consumo de combustível e a sobrecarga na célula aumentam tão rapidamente que nunca é sustentado.

Os aviões comerciais supersónicos planeados seguem a mesma lógica. O Overture da Boom deverá voar em cruzeiro a cerca de 18 km e Mach 1,7, e o demonstrador X-59 da NASA voa a cerca de 16,8 km e Mach 1,4 — escolhidos para que o estrondo no solo permaneça fraco. Altitudes de cruzeiro mais elevadas atraem mais atenção para as emissões na baixa estratosfera, razão pela qual os estudos ambientais se concentram nessa faixa de altitude.