Военные самолеты уже развивают скорость, вдвое или даже втрое превышающую скорость звука. Однако чтобы совершить перелет из Москвы в Лос-Анджелес за час, самолету необходимо развить скорость, в десять раз превышающую скорость звука. Самая большая проблема заключается в интенсивной турбулентности и нагреве, возникающих при прохождении самолетом атмосферы на таких экстремальных скоростях.

На малых и больших скоростях воздух ведет себя по-разному, и инженеры в аэрокосмической отрасли используют специальные термины для описания этой разницы: несжимаемый и сжимаемый поток. В несжимаемом потоке, который присущ более низким скоростям (примерно 350 км/ч), плотность воздуха практически не меняется, что упрощает проектные расчеты. Однако, как только скорость превышает звуковой барьер, воздушный поток становится сжимаемым.

Сжатие приводит к резкому изменению плотности воздуха при изменении давления и температуры, что влияет на взаимодействие летательного аппарата с окружающим воздухом: подъемную силу, сопротивление и тягу. Эти факторы имеют решающее значение для проектирования любого летательного аппарата.

В середине ХХ века физик Марк Морковин постулировал, что когда воздух движется со скоростью 5-6 Махов, турбулентное поведение не особо отличается от той, которая происходит на более низких скоростях. Хотя плотность и температура в более быстрых потоках меняются сильнее, основное движение турбулентности остается по большей части таким же.

«По сути, гипотеза Морковина означает, что движение турбулентного воздуха на низких и высоких скоростях не так уж и сильно отличается, — сказал Николаус Парциале, руководитель проекта. — Если гипотеза верна, это означает, что нам не нужен совершенно новый подход к пониманию турбулентности на высоких скоростях. Мы можем использовать те же концепции, что и для более медленных потоков». Другими словами, авиаконструкторам не потребуется искать новый подход к проектированию гиперзвуковых самолетов.

Это и смогла доказать — правда, еще не окончательно — группа ученых под руководством Парциале. На подготовку эксперимента у исследователей ушло 11 лет, пишет Scitech Daily. Они обнаружили, что на скорости 6 Махов поведение турбулентности довольно близко к поведению несжимаемого потока.

«Сегодня для проектирования самолета нам приходится использовать компьютеры, а вычислительные ресурсы, необходимые для проектирования самолета, способного летать со скоростью 6 Махов, для моделирования всех мельчайших деталей, оказались бы слишком существенными, — сказал Парциале. — Гипотеза Морковина позволяет нам сделать упрощающие допущения, чтобы требования к вычислительным ресурсам для проектирования гиперзвуковых аппаратов стали более реалистичными».

Вращающиеся турбулентные потоки можно встретить где угодно, от чашки кофе до тайфуна в тропиках. Их описание, моделирование и прогнозирование имеет важное значение во многих областях, от метеорологии до астрономии. После девяти лет исследований японские ученые доказали универсальность модели Колмогорова в описании турбулентности.