Avanço hipersônico pode viabilizar aeronaves que navegam a 10 vezes a velocidade do som.

“Isso realmente encolhe o planeta”, diz o professor Nicholaus Parziale, cujo trabalho se concentra em transformar a viagem hipersônica de aspiração em realidade. Parziale recebeu recentemente o Prêmio Presidencial para Pesquisadores em Início de Carreira em Ciências e Engenharia em reconhecimento à sua pesquisa sobre mecânica dos fluidos em velocidades extremas. “Isso tornará as viagens mais rápidas, fáceis e agradáveis.”

Os Desafios de Voar a Mach 10

Cobrir metade do mundo em apenas uma hora pode parecer impossível, mas a tecnologia não está tão distante quanto parece. Alguns aviões militares já alcançam velocidades de Mach 2 ou Mach 3, o que significa duas ou três vezes a velocidade do som. Mach 1 equivale a cerca de 1.224 quilômetros por hora. Para viajar de Los Angeles a Sydney em sessenta minutos, uma aeronave precisaria atingir Mach 10. Os principais obstáculos são a extraordinária turbulência e calor produzidos durante o voo nessas velocidades extremas.

Há uma diferença fundamental entre como o ar se comporta ao redor de uma aeronave em velocidades mais baixas e em velocidades mais altas. Os engenheiros descrevem essas condições como fluxo incompressível e fluxo compressível. No fluxo incompressível, que ocorre em velocidades mais baixas (abaixo de cerca de Mach 0.3 ou 360 quilômetros por hora), a densidade do ar permanece quase constante. Essa consistência simplifica o design aeronáutico. Uma vez que uma aeronave se move mais rápido do que a velocidade do som, o fluxo de ar se torna compressível. “Isso acontece porque um gás pode ‘comprimir'”, explica Parziale.

Por Que o Comportamento do Fluxo de Ar é Importante para o Design Hipersônico

Quando o ar se comprime, sua densidade muda em resposta às variações de pressão e temperatura. Essas mudanças influenciam como uma aeronave interage com o ar ao seu redor. “A compressibilidade afeta como o fluxo de ar se comporta ao redor do corpo e isso pode mudar aspectos como a sustentação, arrasto e empuxo necessários para decolar ou permanecer no ar.” Todos esses fatores desempenham um papel importante no design da aeronave.

Os engenheiros já compreendem bem o fluxo de ar para aeronaves que voam abaixo ou próximas à velocidade do som, uma faixa chamada de números de Mach “baixos”. Criar aeronaves hipersônicas exige um entendimento muito mais profundo de como o ar se comporta em Mach 5, Mach 6 ou até Mach 10. Muito desse comportamento ainda é incerto, exceto pelas diretrizes fornecidas pela hipótese de Morkovin.

A Hipótese de Morkovin e o Mistério da Turbulência Hipersônica

Desenvolvida por Mark Morkovin em meados do século XX, a hipótese propõe que, quando o ar se move em torno de Mach 5 ou Mach 6, a natureza fundamental da turbulência permanece surpreendentemente semelhante à turbulência em velocidades mais baixas. Embora o fluxo de ar em alta velocidade envolva maiores mudanças de temperatura e densidade, Morkovin sugeriu que o padrão geral do movimento turbulento permanece praticamente consistente. “Basicamente, a hipótese de Morkovin significa que a forma como o ar turbulento se move em baixas e altas velocidades não é tão diferente”, diz Parziale. “Se a hipótese estiver correta, isso significa que não precisamos de uma nova forma de entender a turbulência nessas velocidades mais altas. Podemos usar os mesmos conceitos que utilizamos para os fluxos mais lentos.” Isso também sugere que as futuras aeronaves hipersônicas podem não exigir uma filosofia de design completamente diferente.

Apesar de sua importância, a hipótese carece de validação experimental sólida. Essa lacuna levou à pesquisa recente de Parziale, descrita em seu estudo Quantidades Turbulentas Hipersônicas em Apoio à Hipótese de Morkovin, publicado na Nature Communications em 12 de novembro de 2025.

Um Experimento com Laser e Cripto Gás em Doze Anos de Desenvolvimento

No estudo, a equipe de Parziale introduziu gás criptônio em um túnel de vento e usou lasers para ionizá-lo. Esse processo criou brevemente uma linha reta brilhante formada pelos átomos de criptônio. Câmeras de alta resolução capturaram como essa linha iluminada se curvava, torcia e distorcia à medida que se movia através do fluxo de ar, semelhante a como uma folha flutua e gira dentro de pequenas correntes turbulentas em um rio. “À medida que essa linha se move com o gás, você pode ver rugosidades e estruturas no fluxo, e a partir disso, podemos aprender muito sobre a turbulência,” diz Parziale. Ele observa que desenvolver a configuração experimental levou 11 anos de esforço. “E o que encontramos foi que a comportamento da turbulência a Mach 6 é bastante próximo do fluxo incompressível.”

O grupo de Parziale recebeu apoio inicial do Programa Jovens Pesquisadores do Escritório de Pesquisa da Força Aérea em 2016 e do Programa Jovens Investigadores da Reunião Naval (ONR) em 2020, com o trabalho mais recente também financiado pela ONR.

O Que os Resultados Significam para o Futuro do Voo e Acesso ao Espaço

Embora a hipótese de Morkovin ainda não esteja completamente provada, os novos resultados aproximam os cientistas da compreensão de como projetar aeronaves que possam suportar velocidades hipersônicas. As descobertas indicam que os engenheiros podem não precisar reinventar a abordagem fundamental ao design de aeronaves nessas condições extremas, o que simplifica bastante o desafio.

“Hoje, precisamos usar computadores para projetar um avião, e os recursos computacionais para projetar um avião que voará a Mach 6, simulando todos os minuciosos detalhes, seriam impossíveis,” explica Parziale. “A hipótese de Morkovin nos permite fazer suposições simplificadoras para que as demandas computacionais para projetar veículos hipersônicos se tornem mais viáveis.”

Parziale acrescenta que os mesmos princípios poderiam transformar o futuro acesso ao espaço. “Se conseguirmos construir aviões que voam a velocidades hipersônicas, poderemos também voá-los para o espaço, em vez de lançar foguetes, o que tornaria o transporte para e do baixo órbita terrestre mais fácil,” diz ele. “Isso será um divisor de águas para o transporte não apenas na Terra, mas também em baixa órbita.”