未來的超音速飛行將是安靜和環保的

新型超級（超音速）噴氣機

見解

2020年的“冠狀病毒年”對航空業來說是動蕩的一年：客機變成了“預訂客機”，而那些蠢蠢欲行的人們可能會“空預定一場”。但是，一些雄心勃勃的公司顯然沒有被禁行和無法預測的客貨運量嚇倒，繼續急切地改進新的創新。去年，超音速飛機領域受到了特別關注。這項技術在20世紀中期首次亮相，最近又復興並得以完善：目標是使它更快、更環保，並對選定的國際旅遊者目標群體更具吸引力。

圖波列夫和協和飛機：民用飛行的首次運營

像從GPS跟踪到機器人真空等其它許多創新一樣，超音速飛機起源於軍事。 1947年10月14日，美國火箭動力飛機貝爾X-1載人飛機首次突破音障，在海拔約13,100米處的飛行速度達到1,125公里/小時（馬赫數1.06）。將近20年後，蘇聯設計公司圖波列夫推出了Tu-144，是首架問市的商用超音速飛機。 Tu-144於1968年12月31日完成首航，緊隨其後，英法協和飛機於1969年3月2日首次成功起飛。儘管蘇聯的改型飛機於兩個月前升空，巡航速度為2,430公里/小時（馬赫數2.20），比協和飛機的最高速度“僅”2179公里/小時（馬赫數2.02）更快，但是後者的服役時間更長，更加活躍。雖然Tu-144僅正常運行了6個月，兩次墜毀後便退役了，但是到2003年，傳奇的協和飛機以超音速完成了約5萬次飛行，運送了250多萬名乘客。人們將它視為快速、成熟旅行的縮影。除2000年7月25日在巴黎發生的慘禍以外，沒有發生過任何事故，但是，由於乘客不足和高油耗導致的效率低下，於2003年最終停止運營。商用超音速飛機的主題在接下來的幾年里風光不在，這可能也是由於煤油的高消耗量和音爆的噪音污染導致的。

序幕：冠狀病毒引發的混亂中的“嬰兒潮”

民用超音速飛機於2020年10月再次成為公眾關注的焦點，當時科羅拉多州丹佛市的一家初創公司Boom Supersonic公司推出了“XB-1”原型機，吸引了媒體關注。這款機型僅設置了夠一位飛行員容身的空間，被親切地稱為“嬰兒潮”，是規劃的序幕系列機型的小版本（比例1:3）。序幕預計速度將達到2.2馬赫，運輸多達75名乘客，距離超過8300公里。這使它略快於協和飛機，成為了世界上速度最快的商用飛機。日本航空公司已經訂購了20架，維珍集團訂購了10架。儘管序幕最初將只用作客機，但是公司創始人布萊克·斯科爾（Blake Scholl）也表示對貨運和軍用運輸進一步發展感興趣。在運輸行業，這也將使飛機成為了迄今為止空運貨物的最快方式。 XB-1定於2021年第三季度在加利福尼亞州莫哈韋沙漠首次試飛。這將表明設計和技術是否能實現他們承諾的內容。發動機是序幕能否真正達到2.2馬赫的決定性因素。為此，Boom Supersonic公司與勞斯萊斯公司合作，於2020年8月宣布合作開發創新推進系統。

“序幕”項目看似協和2.0。

Aerion公司：由生物燃料提供動力，噪音低

另一家雄心勃勃地提出了民用超音速飛行計劃的美國公司是Aerion公司。這家飛機製造商總部位於內華達州雷諾市，不僅希望憑藉其AS2超越聲速，還希望實現二氧化碳中和運行。預計計劃中的機型將於2024年前做好飛行準備，用於商務旅行。它配備了通用電氣公司的發動機，設計時速可達1.4馬赫，續航里程可達9,260公里。為了實現二氧化碳中和飛行，Aerion公司希望使用其合作夥伴碳工程公司提供的合成石蠟煤油燃料（SPK）。而且，Aerion公司的野心更大：這家飛機製造商還致力於解決音爆問題，即採用了“馬赫截止”原理。但究竟是什麼導致了音爆呢？

短篇物理學題外話：音爆是如何產生的？

音爆背後的原理很簡單：飛機時速達到每小時1100公里左右時，就達到了聲波在空中傳播的速度。到這個速度時，由於飛機本身產生的聲音無法再以相同的速度，從各個方向超過速度相同的飛機，聲音在飛機前方積聚，形成一道“聲音牆”，實際上是一片高壓區。這種衝擊波最初是盤狀的，形成了壯觀的光學“雲團效應”。但是如果飛機超過1馬赫，就會超過衝擊波，形成“馬赫錐”，聲音會在這個錐形的頂端，壓縮成巨大的爆炸聲：音爆。

目前大陸上空禁止超音速飛行

回到Aerion公司和“馬赫截止”，美國國家航空航天局（NASA）也對其物理特性進行了多年的研究。基本原理是：如果機器的移動速度僅略快於音速，且距離地面足夠高，仍會發出隆隆聲，但地面上不會一直聽到隆隆聲。如果這一原則能夠成功實施，便會使目前由於音爆被禁止的超音速飛越大陸成為可能。但是，這需要精確了解溫度、風況和相應的環境壓力等參數，這需要機器設有復雜的傳感器系統。

AS2：“低噪又環保”

美國國家航空航天局（NASA）也在研究低噪音的替代品

2020年12月，美國國家航空航天局（NASA）還宣布了X-59 QueSST（用於“低噪超音速運輸”）計劃的新進展，該計劃由洛克希德馬丁公司委託。這是一款實驗飛機，即使在1,510公里/小時的超音速或1.42馬赫的情況下，設計噪音也僅為75分貝，大致相當於路況良好道路的交通噪音。這款機型於2019年12月獲得總裝批准後，這款低噪音超音速飛機預計將於2022年首次飛行。航空航天局計劃於2024年讓X-59飛越選定的社區，然後開展調查，評估公眾對噪音污染的看法。將向美國和全世界的監管機構公佈這些試驗數據，以便為未來的陸地上空超音速飛行鋪平道路。

時間就是金錢：差旅人士的誘人選擇

在不久的將來，Boom公司和Aerion公司的主要目標群體都是差旅人士，只要能夠節省旅行時間，他們不會吝於支付較高費用。 Boom公司創始人布萊克·斯科爾（Blake Scholl）目前為這個目標群體設想了500條可能航線。例如，可以將從倫敦到紐約的飛行時間從7小時縮短到3小時15分鐘；從舊金山到東京的飛行時間可以從11小時縮短到5個半小時，從洛杉磯到悉尼的飛行時間可能從15小時縮短到7小時。即使目前的研究項目集中在客運方面，緊急貨運的應用也不會太遙遠。雖然未來幾年肯定還需要改進燃油和成本效率，但是我們繼續驚奇又興奮地看著這些設計和工程奇蹟快速發展。