กำแพงเสียง มีไว้ทุบ

เมื่อแรกเริ่มสร้างเครื่องบินในศตวรรษที่19 เรายังใช้เครื่องยนต์ลูกสูบความเร็วต่ำแทบไม่ต่างจากเครื่องบินเครื่องแรกๆของพี่น้องไรท์ ความเร็วเครื่องบินยังต่ำพอๆกับความเร็วรอบหมุนของใบพัด แม้นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียคือเอิร์นสต์ มัคจะเสนอทฤษฎีเรื่องความเร็วของเสียงและกำแพงเสียงเอาไว้ ที่ในภายหลังได้ถูกพิสูจน์ว่าอาจทำอันตรายต่อโครงสร้างของเครื่องบินได้จริง แต่วิศวกรการบินและนักบินยังไม่ให้ความสำคัญมาก ด้วยเหตุผลหลักคือเครื่องบินยังความเร็วต่ำในยุคแรกเริ่ม เครื่องบินรบที่ว่าเร็วที่สุดในโลกอย่างซอปวิธ คาเมลของอังกฤษในสงครามโลกครั้งที่1ยังทำความเร็วได้แค่288ก.ม./ช.ม.

หลังจบสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเทคโลยีอากาศยานพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว หลายชาติในยุโรปรวมทั้งอเมริกาต่างเร่งพัฒนาเครื่องบินของตนเน้นที่เครื่องบินรบ เมื่อสงครามโลกครั้งที่2ระเบิดขึ้นนั้นความเร็วของเครื่องบินเขยิบขึ้นเป็นสองเท่าของเครื่องบินในสงครามโลกครั้งก่อน จากเครื่องบินเครื่องยนต์ลูกสูบมาเป็นเครื่องยนต์เจ็ต โดยเยอรมันครองแชมป์ด้วยเมสเซอร์ชมิตต์Me262"ชวัลเบ" ที่ความเร็ว894ก.ม./ช.ม. การปฏิวัติวิศวกรรมอากาศยานด้วยเครื่องยนต์เจ็ตนี้เองที่ทำให้เกิดปัญหา เมื่อเครื่องบินรบเริ่มบินเร็วขึ้นจนเข้าใกล้ความเร็วของเสียง ปรากฎการณ์ที่ตามมาคือทั้งเครื่องสั่นแทบแตกและควบคุมทิศทางไม่ได้ ทฤษฎีของมัคกำลังจะถูกทดสอบว่าจริงแท้แค่ไหน อะไรคือ"กำแพงเสียง"

ถ้าจะพูดถึง"กำแพงเสียง"หรือ"sound barrier" อธิบายได้ง่ายที่สุดว่าคือสภาวะที่ความเร็วของวัตถุเปลี่ยนแปลงจาก"ต่ำกว่าเสียง"(Transonic)ไปสู่"เร็วกว่าเสียง"(Supersonic) โดยความเร็วกว่าเสียงเท่ากับ1,236ก.ม./ช.ม.หรือ343ม./วินาทีที่ระดับน้ำทะเลอันหมายความว่าเสียงเดินทางได้ไกล1ก.ม.ในเวลา3วินาที ความเร็วใดๆของวัตถุมากกว่า1,236ก.ม./ช.ม.แต่ยังไม่ถึงสองเท่าของความเร็วนี้จะถูกเรียกว่า1มัคตามนามสกุลของเอิร์นสต์ มัค ผู้เสนอทฤษฎีไว้ว่าเสียงคือพลังงานรูปแบบหนึ่งที่เป็นคลื่นมีการสั่นสะเทือน ขณะวัตถุใดก็ตามเคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วเสียงมันจะค่อยๆถูกบีบอัดแรงขึ้นเรื่อยๆจนเสียงที่ดูเหมือนไม่มีพลังงานรุนแรงเพิ่มความหนาแน่นและการสั่นสะเทือนขึ้นกลายเป็น"กำแพง" เรียกสภาวะนี้ตามสภาพว่า"กำแพงเสียง"(sound barrier) มัคและลุดวิกบุตรชายพิสูจน์ทฤษฎีของตนด้วยกรรมวิธี"ชลีเรนเมโธเด่อะ"(schlierenmethode) ที่เอากุสต์ โทปเลอร์นักฟิสิกส์เยอรมันคิดค้นขึ้นในปี1864 ถ่ายภาพเงาของคลื่นเสียงไว้ได้

กำแพงเสียงไม่เพียงแต่เกิดเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ในอากาศตรงๆเท่านั้น ใบพัดเครื่องบินเองก็สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วเท่าเสียงจนเกิดกำแพงเสียงเช่นกัน ตัวอย่างชัดเจนคือเครื่องบินฝึกสองที่นั่งT-6"เท็กซัน"สมัยสงครามโลกครั้งที่2 ที่ใบพัดหมุนเร็วใกล้ความเร็วเสียงแล้วทำให้ความเร็วตกเมื่อกลีบใบพัดปะทะกำแพงเสียงจนเครื่องบินสั่นสะท้าน จะแก้ปัญหาให้ได้ก็ต้องให้เครื่องยนต์ใหญ่และแรงพอจะผลักดันมันให้หมุนเร็วกว่าเสียงซึ่งยาก ทางออกที่ง่ายและเร็วกว่ารวมทั้งไม่จำเป็นต้องเพิ่มน้ำหนักเครื่องยนต์คือเปลี่ยนมาใช้เครื่องยนต์เจ็ตให้กำลังขับเคลื่อนสูงกว่า ผู้บุกเบิกสองคนสำคัญคือแฟรงค์ วิตเติลจากอังกฤษและฮันส์ ฟอน โอไฮน์จากเยอรมนีที่มุ่งพัฒนาเครื่องยนต์ให้รับมือกับการบินด้วยความเร็วสูงโดยเฉพาะ

ถึงเครื่องบินใบพัดจะทำความเร็วเท่าเสียงได้เมื่อบินดำดิ่งได้เร็วพอ แต่ทั้งลำก็สั่นจนแทบแยกเป็นชิ้นและมักพังเสียก่อนผลักดันตัวเองให้เร็วกว่าเสียง กำแพงเสียงยังส่งอิทธิพลต่อพื้นบังคับทั้งหมดให้บังคับได้ยากหรือแทบบังคับไม่ได้เลย นักบินเครื่องซีโรของญี่ปุ่นในสงครามโลกครั้งที่2พบปัญหาชนกำแพงเสียงบ่อย เมื่อดำดิ่งลงพื้นระหว่างรบติดพันหรือเมื่อโจมตีเป้าภาคพื้นดินแล้วพบว่าเครื่องสั่นจนดึงเครื่องไม่ขึ้น สปิตไฟร์ของอังกฤษพบปัญหาเดียวกันเมื่อปีกทนความเค้นจากกำแพงเสียงไม่ไหว

เพราะการพัฒนาอากาศยานให้บินได้เร็วใกล้ความเร็วเสียง และการเล็งเห็นคุณประโยชน์ของความเร็วที่จะมีในอนาคต จึงมีความพยายามทำลายสถิติด้วยการบินฝ่ากำแพงเสียง(เร็วกว่าเสียง)อยู่ประปราย เยอรมันนำหน้าไปก่อนด้วยจรวดV-2ที่ยิงสำเร็จเมื่อวันที่3ตุลาคมปี 1942จากฐานทัพเพเน่อะมึนเด่อะ(PeenemÜnde)ในเยอรมนี การยิงจรวดความเร็วเหนือเสียงคือความสำเร็จในระดับหนึ่งก็จริงแต่ยังไม่พอ วิศวกรอากาศยานจึงนำความคิดมาต่อยอดกับอากาศยานมีนักบิน ซึ่งเกิดความพยายามบินให้เร็วกว่าเสียงอีกหลายครั้ง ทั้งในช่วงปลายและหลังสงครามโลกครั้งที่2ทั้งด้วยเครื่องยนต์ลูกสูบและเจ็ตแต่ไม่สำเร็จ การจะทำลายกำแพงเสียงได้จริงนักบินต้องบินแนวราบเท่านั้นไม่ใช่ทิ้งดิ่ง ด้วยเงื่อนไขข้อนี้การทำลายกำแพงเสียงจึงมาสำเร็จเอาอย่างเป็นทางการในวันที่14ตุลาคมปี1947โดยนักบินทดสอบชัค ยีเกอร์แห่งกองทัพอากาศสหรัฐฯ ผู้บินแนวระดับเร็วกว่าเสียงได้สำเร็จอย่างเป็นทางการคนแรกของโลก

ความพยายามทำลายกำแพงเสียงของสหรัฐฯเริ่มขึ้นไม่นาน หลังจากอังกฤษเผยรายละเอียดด้านการออกแบบอากาศยานสู่รัฐบาลสหรัฐฯ ด้วยข้อตกลงแต่แรกว่าสหรัฐฯต้องยอมแลกเปลี่ยนข้อมูลเป็นการตอบแทน แต่พอเริ่มโครงการจริงๆกลับไม่เป็นไปดังสัญญาเมื่อรัฐบาลสหรัฐฯบิดพริ้วอ้างว่าเป็นความลับสุดยอดของกระทรวงกลาโหม แล้วนำข้อมูลทางเทคโนโลยีจากบริษัทไมล์ของอังกฤษมาพัฒนาเครื่องบินจนได้XS-1หรือในชื่อเพื่อการทดลองว่าX-1ของบริษัทเบลล์ ที่รุ่นสุดท้ายของมันแทบไม่ต่างเลยกับเครื่องบินจากบริษัทไมล์ที่เข้าร่วมโครงการเดียวกันของอังกฤษ มันคือเครื่องบินทดสอบต้นตระกูลของเครื่องบินทดสอบทั้งหมดของสหรัฐฯ เพื่อทดลองเทคโนโลยีใหม่ๆและปิดเป็นความลับ สร้างโดยบริษัทเบลล์ แอร์คราฟต์ด้วยรหัสเริ่มแรกว่าXS-1(Experimental Supersonic)แล้วต่อมาตัดเหลือแค่X-1 เป็นลำแรกที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อทดลองโดยเฉพาะและเน้นที่การบินฝ่ากำแพงเสียง ด้วยรูปร่างคล้ายหัวกระสุนขนาด.50ของปืนกลบราวนิ่งจึงทำให้ได้ชื่อเล่นว่า"กระสุนติดปีก" ขับเคลื่อนด้วยพลังจรวดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในตัวเครื่อง

เรืออากาศเอกชัค ยีเกอร์ถูกเลือกให้บินX-1 มีชื่อตามภรรยาว่า"เกลนนิสคนสวย"(Glamorous Glennis)โดยติดมันเข้าใต้ปีกเครื่องบินทิ้งระเบิดB-29ให้พาขึ้นสู่ความสูง40,000 ฟุต ก่อนจะปล่อยลงตรงๆให้เครื่องยนต์ของมันผลักดันต่อในย่านความเร็วต่ำกว่าเสียงเข้าสู่ความเร็วเหนือเสียง ก่อนบินสองวันมีเหตุเกือบทำให้ยีเกอร์อดบินเมื่อเขาตกม้าซี่โครงหักสองซี่ เพราะกลัวจะถูกถอดออกจากโครงการจึงลากสังขารไปพบสัตวแพทย์ใกล้บ้านแทนที่จะไปโรงพยาบาล มีผู้รู้เห็นสองคนคือเกลนนิสภรรยาและแจ็ค ริดลีย์นายทหารในโครงการเดียวกัน

ในวันบินยีเกอร์เจ็บซี่โครงจนงัดกลอนประตูX-1ปิดไม่ได้ แจ็ค ริดลีย์เพื่อนร่วมโครงการจึงทำคานงัดกลอนให้ด้วยการตัดด้ามไม้กวาดในโรงเก็บเครื่องบิน เมื่อถึงระดับ38,000ฟุตB-29จึงปล่อยX-1ตามขั้นตอนซึ่งยีเกอร์เร่งความเร็วขึ้นเรื่อยๆจาก0.8เป็น0.9จนเครื่องเริ่มสั่นแทบคุมไม่อยู่ใน0.95มัค เขายังเร่งความเร็วจนมาตรวัดความเร็วที่จำกัดอยู่แค่1มัคพัง คนบนพื้นได้ยินเสียงดังเปรี้ยง...เปรี้ยงสองครั้งซ้อนและคิดว่ายีเกอร์คงประสบชะตากรรมเช่นเดียวกับนักทุบกำแพงเสียงคนอื่น แต่เรดาร์ยังคงจับสัญญาณได้และอ่านความเร็วได้1.05มัค เขายังบินต่อไปเรื่อยๆกับเสียงเครื่องยนต์หึ่งๆสม่ำเสมอและเครื่องบินนิ่งสนิท

ด้วยความเร็วใหม่นี้ชัค ยีเกอร์จึงบินเหนือเสียงในแนวระดับสำเร็จเป็นทางการคนแรกของโลก เขารู้ว่าทำอะไรลงไปเอาตอนนำเครื่องลงเรียบร้อยเพราะมาตรวัดของเครื่องบินชำรุด อ่านความเร็วเหนือ1มัคไม่ออก แต่กว่าจะเปิดเผยได้ก็ต้องรออีกหกเดือนเพราะอเมริกาอยู่ระหว่างการแข่งขันด้านอวกาศและอากาศยานกับสหภาพโซเวียต โครงการทางทหารทุกอย่างต้องปิดเป็นความลับ

การทุบกำแพงเสียงทำให้เกิดนวัตกรรมด้านอากาศยานต่อเนื่องมาอีกมากมาย ทั้งจรวด,เครื่องบินรบและเครื่องบินพาณิชย์ความเร็วเหนือเสียงคองคอร์ด ความเร็วในระดับนี้ช่วยให้นักบินขับไล่โจมตีภาคพื้นดินได้ง่าย เป็นประโยชน์ต่อการพัฒนาโครงสร้างอากาศยานและเครื่องยนต์ในเวลาต่อมาถึงปัจจุบัน

ใครจะรู้บ้างว่าการบินเร็วกว่าเสียงทุกวันวันละหลายๆครั้งของนักบินขับไล่ยุคปัจจุบันนี้ เมื่อหกสิบกว่าปีก่อนต้องสังเวยทั้งชีวิตนักบินและเครื่องบินไปหลายเครื่องให้กับสิ่งเดียวที่ไม่มีตัวตนจับต้องไม่ได้ แต่ร้ายกาจจนบางครั้งถูกเรียกว่าเป็นภูตผีปีศาจ มีนามว่า"กำแพงเสียง"?