停飞18年后，超音速民航又要回归了？

2003年，英国航空及法国航空的的协和（Concorde）超音速客机退役，那是世界首款、也是唯一一款投入商业运营的超音速客机。但因2000年发生的致命空难，以及两项难以解决的技术难题——音爆（sonic boom）和巨大油耗，成为了历史上的一个遗憾。所谓音爆，是指以超过音速的速度行进时，在地面上听到的如同雷鸣或爆炸的声音，因此曾经的协和超音速飞机被禁止飞过大陆，被用于从伦敦和巴黎飞往纽约的跨大西洋航线。

科学家始终在研究通过改变飞机外形减少音爆的方法，直至最近计算机才发展到足以完成把降噪理论付诸现实所需的模拟运算。上周，美国国家航空航天局宣布X-59 QueSST（Quiet Supersonic Technology，静音超音速的简写）飞机进入最终组装，预计将于2022年首飞。X-59静音超音速飞机涉及了美国十多年的静超音速技术成果，其音爆强度预计只有75分贝，相当于远方的一场雷雨。其被《经济学人》评为2022年值得关注的新兴技术之一，一旦试飞成功，这个技术将“开启商业飞行的新时代”。

——编者按

超音速航空号称从纽约到洛杉矶只需两小时，但却从未真正起飞。很大程度上是由于物理因素。具体来说就是音爆，即飞机突破音障时所发出的雷鸣般的噪音，它直接影响到了超音速航空能否成行。

20世纪60年代的测试中，音爆震碎了窗户，震裂了石膏，震落了架子上的摆设。1973年，联邦航空管理局禁止民用超音速飞机在陆地上空飞行。虽然只能在海洋上空航行，著名的英法联合研制的协和式超音速喷气客机（The Concorde）只有为数不多的几条航线，但飞行时间还不到普通飞机平均时间的一半。不过由于利润丰厚的陆路航线仍被禁止，超音速航行的商业前景大大受限。

NASA试图解决音爆问题，重启超音速航空。绘 / Matt Williams

美国宇航局（NASA）和航空商们正在努力改变现状，他们设计的新型飞机可将音爆变成“音波重击”（sonic thump），不比6米外关上车门的声音大。这一改变可能促使联邦航空局取消禁令，允许美国境内超音速航行。

美国宇航局低音爆飞行演示项目主管克雷格·尼科尔（Craig Nickol）表示：“美国宇航局的研究主要是为了实现超音速航行的合规化，摆脱禁令限制，开拓新市场。”

1947年10月14日查克·耶格尔（Chuck Yeager）驾驶火箭动力贝尔X-1飞机飞越莫哈韦沙漠，开启了超音速时代。接下来的几十年，一系列军用飞机加入，其中一次是1961年道格拉斯DC-8客机试飞，最后苏联图波列夫Tu-144和协和式飞机进行了常规商业飞行，但都早已停飞。

协和式飞机取得了较大的成功。其跨大西洋机票多为6000至7000美元，旅客在拥挤嘈杂的机舱里进行三个半小时的飞行。尽管如此，这趟航班仍然很受欢迎。经过27年的不稳定盈利和一次113人死亡的空难后，餐食中提供香槟和鱼子酱的协和式航班于2003年停飞，首席飞行员宣称的“未来客机”成为了过去。

虽然协和式飞机遭到淘汰，但超音速飞行的复兴或将到来。超级计算机取代了设计协和式飞机时用的计算尺和对数表，工程师能相对廉价快速地测试调整虚拟飞机的设计。

1977年11月，一架协和式飞机从罗西-戴高乐机场起飞，从巴黎飞往纽约。© Pierre Guillaud/Agence France-Presse — Getty Images

2003年，美国国防研发部门DARPA和美国宇航局正是采用这种方法完成了音爆成形实验。实验证实，运用计算机对诺斯罗普（Northrop） F-5E喷气机设计进行的修改，能够按照软件预测消除音爆。“我们进行了飞行和测量，我们的模型成功预测了音爆，”尼科尔说，“我们首次证明，可以按照预测的方式重塑音爆。”实验为后续研究奠定了基础。

减弱音爆非常复杂。空气中其实存在着物质，飞机可以穿行而过，就像船在水中行驶一样。飞行过程中飞机对空气进行挤压，产生气压波动。当飞机速度接近音速时，机头和机尾表面产生压力差，机头产生高压，机尾产生低压。音速飞行下音波逐渐堆积，压力突然变化，产生激波面，发出雷鸣般的声音。

“压力的变化产生了声音，” 美国宇航局声学工程师亚历山德拉·卢博（Alexandra Loubeau）说。音爆不仅出现在飞机首次突破音障的时候，也会像船的尾流一样不断尾随喷气机。

美国宇航局的研究催生了静音超音速技术的X-59 QueSST，这是一种针尖状飞机，升降操纵面遍布30米长的机身，其中机头长10米。

据11月24日最新消息，X-59 QueSST已经从夹具中卸除，准备进行最终组装，预计明年首飞。©Lockheed Martin/Garry Tice

音爆产生的冲击波无法完全消除，但可以将压力累积的激波面最小化，譬如通过进气口和操纵面，将压力分散至整个机身，令冲击波减少、变形、凝聚。“可以对飞机进行改良，改变激波面的形态，”尼科尔说。“我们在尝试分散音波，降低音量。”

不是只有美国宇航局尝试重启超音速旅行，丹佛超音速飞机制造商Boom Supersonic的首席执行官布莱克·肖尔（Blake Scholl）公布了一个大胆的目标，只用花费100美元，在4小时内将乘客送到世界任何地方。虽然美国国内航线的乘客更多，但他说Boom将从国际越洋超音速服务起步，这样就不必担心噪音或监管政策，给公司带来“井喷般的、两三倍的商机”。

美国宇航局2018年的一张效果图，显示了洛克希德-马丁公司位于加州帕姆代尔的臭鼬工厂机库外的一个艺术家的概念设计，即低动能飞行示范机。© Agence France-Presse — Getty Images

肖尔补充道，他认为仅仅制造更快的飞机并不能打造可持续的超音速航行，飞机必须更快、更便宜、更环保，“一定要达到100%的碳中和”。

在他看来，通过更清洁的燃料和专门为超音速飞行设计的新引擎，可以实现高速、经济和更少排放。这种方法与协和式飞机的做法形成鲜明对比。肖尔说，使用协和式飞机采用的是“改装的军用发动机，效率极低，而且声音很大”。（对于如何或何时能够获得肖尔设想的这种引擎，目前还没有现实的估计。）

肖尔说，这些发动机，配合自20世纪70年代超音速流行以来发现的新材料、建造方法和更高的效率，将使Boom的运营成本比协和飞机低75%。不过他说他的目标是把成本降低95%。即便如此，他估计最初的票价也要相当于一张商务舱机票。他承认：“离100美元还有很长的路要走。”

有几家公司提出了私人超音速商务飞机计划，让国际银行家、首席执行官和对冲基金经理们在全球范围内享受更快更高端的服务。尽管湾流（Gulfstream）等老牌制造商和斯派克航空（Spike Aerospace）等新兴企业已有意向，但私人超音速飞机尚未在天空翱翔。

最大障碍似乎是经济，通常飞机的制造时间和成本都会超过预计，私人超音速飞机也不例外。

美国宇航局有政府支持，分享大部分研究成果。虽然不与任何特定航空公司或制造商合作，但所有航空公司都能从中受益。如果没有政府的资助，湾流和Boom他们就步履维艰。Aerion Supersonic是前车之鉴。这家公司由资深航空业人士组成，亿万富翁罗伯特•巴斯（Robert Bass）出资，与波音（Boeing）合作，号称获得了112亿美元的订单。今年5月由于筹集不到足够资金维持运营，Aerion宣告倒闭，正由佛罗里达州法院进行清算。

安柏瑞德航空大学（Embry-Riddle Aeronautical University）经济学教授比扬·瓦西（Bijan Vasigh）认为，尽管超音速旅行有利于国际贸易，但能否成为一项业务还存在太多变数。“一天有50个人想飞去伦敦吗？”他提出疑问，“知道人们愿意付多少钱吗？”

他补充道：“我们做了最完善的分析，但未来一切都可能改变，最好的经济学家也没有答案。”

航空经济学家兼顾问亚当·皮拉尔斯基（Adam Pilarski）也认为这些数字尚不确定，但他仍希望看到超音速飞机，哪怕不是大型飞机制造商生产。“这会导致他们的其他飞机全部过时，”他说。

他将目光投向了特立独行的企业，类似埃隆•马斯克（Elon Musk）的特斯拉（Tesla）或太空探索技术公司（Space-X）。“马斯克进入太空领域的时候，谁相信他？没人信！”皮拉尔斯基说。“注册会计师们会想，‘人们会付多少钱？’可谁会在乎呢？”

尽管皮拉尔斯基预测超音速航空最终会取得成功，但他不愿下任何赌注。“布莱克·肖尔能成功吗？”他自问自答道，“我不知道，他是个好人。但我会押上自己的钱吗？我会押上孙辈的教育基金吗？不会。”

原标题：《停飞18年后，超音速民航又要回归了？》

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