新的超音速热潮

1945年4月9日，在欧洲战争结束前不到一个月，一名年轻的德国空军飞行员被命名为汉斯·圭多·穆特克把他的喷气推进Messerschmitt Me 262一架战斗轰炸机俯冲而下，打算去帮助下面的一名飞行员。当梅塞施密特加速下降时，飞机开始剧烈摇晃，控制系统失去了反应。Mutke设法重新控制了飞机，并活下来描述了这一事件，在事件中他后来声称自己超过了声速，这是一个有争议但似乎合理的说法。

二战期间和战后的类似事件导致一些人认为飞机将很难“突破音障”——这一短语导致了一种流行的误解，即飞机必须穿过天空中的某种砖墙才能以超音速飞行。

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1947年，查克·耶格尔驾驶子弹形状的贝尔X-1火箭飞机，成为第一个在水平飞行时超过声速的人。埃弗雷特收集除

毫无疑问，拆毁这堵比喻墙的飞机是贝尔x - 1这是一架子弹形状的实验火箭飞机。1947年10月，试飞员查克·耶格尔(Chuck Yeager)驾驶着他的亮橙色X-1飞机在水平飞行时将速度提高到略高于声速的水平飞行速度，尽管美国空军没有正式宣布这一消息宣布壮举直到第二年。

从那以后，喷气式飞机的速度经常超过1马赫——这是周围空气中声速的缩写。即使是诺斯罗普T-38鹰爪1959年推出的喷气式教练机可以做到这一点。一些军用飞机可以飞得更快。的sr - 71黑鸟侦察机于20世纪60年代首飞，飞行速度可超过3马赫。

尽管在20世纪50年代和60年代，军用飞机每天都在突破音障，但在此期间，商业客运航班仍然限制在亚音速。这种情况直到1976年初才有所改变首批定期航班法英协和式超音速客机，速度可达2马赫。苏联的图波列夫TU-144飞行速度同样快，在前一年曾被用于运送邮件和货物，开始载客在1977年。

按理说，我们现在都已经在以超音速环绕地球飞行了。但是，当然，我们不是。

在那个时候，可以合理地推测，我们现在都已经在以超音速环绕地球飞行了。但是，当然，我们不是。协和式飞机最后一次飞行差不多了二十年前．今天的客机飞行速度并不比60年前的快——事实上，为了降低燃油成本，它们往往会放慢飞行速度。

现在，几家飞机制造商和美国国家航空航天局(NASA)正致力于开创超音速商用航空的新时代。他们正在准备飞行的原型机，他们已经有了能够搭载数十名乘客的成熟客机的设计。这一次，他们最大的挑战可能不是音爆，支持者坚称他们可以充分解决这个问题。主要的障碍将是监管方面，尤其是环境方面:超音速客机的污染可能比亚音速客机严重得多。

然而，我们是否正处于高速商业航空新黄金时代的风口浪尖?不久人们就能在三小时内坐飞机横穿太平洋了吗?要回答这些问题，需要更深入地了解半个多世纪前第一次推动超音速客机开发的过程中发生了什么，以及哪里出了问题。

协和式飞机，如图所示，是1970年开始试飞的时候，在起飞和超过音速的时候，噪音特别大，下面的人都承受着它的音爆的双重巨响。美联社

1956年，9年在耶格尔的历史性飞行之后，英国政府成立了超音速运输咨询委员会，开始与国际合作伙伴讨论建造超音速客机的问题。1962年，法国和英国政府签署了一项协议，合作开发很快被称为协和式飞机．这架光滑的三角翼客机于1969年进行了首次超音速试飞。

尽管美国选择不参与1963年，约翰·f·肯尼迪总统参与了协和式飞机的研发宣布计划研制美国的超音速客机不久之后，联邦政府与波音公司签订了一份合同，该公司在设计竞争中击败了洛克希德和其他公司，开发这种飞机。

与此同时，环保人士表达了他们的担忧——担心飞机起飞时的噪音有多大，担心高空排放的废气可能会侵蚀臭氧层，担心音爆的破坏性有多大。最后一个问题可能是最令人烦恼的，这促使美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration)进行了各种演习，以评估公众对音爆的反应。

最广泛的实验在俄克拉荷马城上空进行在1964年。几个月来，超音速飞机在这座城市上空飞行，每天8次，每周7天，时间不可预知，但总是在白天。多米尼克Maglieri他的职业生涯始于上世纪50年代初，是音爆研究专家。他回忆起那些长达数月的测试结果。

Maglieri说:“人们似乎已经适应了。”“但随着时间的推移，情况发生了很大变化:很快他们就接到了数千个电话和投诉。”一些负面反馈包括要求赔偿，Maglieri说，其中一个来自一个宫殿的主人，他声称音爆破坏了他的大理石地板。

根据1971年的一份报告，1964年俄克拉荷马城的测试涉及1000多次飞行，引发了1.5万多起投诉报告由国家标准局制定。美国环境保护署

显然，没有人会接受石头破裂的音爆。这些反对意见增加了环保人士对臭氧层的担忧——几年之后，麻省理工学院的研究人员似乎证明了这一设想是合理的，他们得出的结论是，未来500架超音速客机将耗尽臭氧层臭氧层减少了16%。

尽管得到了联邦航空局、航空业和航空公司的大力支持，但美国参议院停止资助1971年研制出超音速客机。两年后，美国联邦航空局禁止超音速飞行这一禁令一直延续到今天。

协和式飞机继续为各个目的地服务，包括美国的一些目的地，只在水面上以超音速飞行。这种情况一直持续到2003年，当时英国航空公司(British Airways)和法国航空公司(Air France)退役了它们的机队，两家航空公司的机队加起来只有12日的飞机．(生产了14架量产飞机，但1994年一架报废，2000年另一架坠毁。)

虽然协和式飞机成功地克服了超音速客运服务的技术障碍，但它却屈服于经济问题:这些飞机的燃料和维护成本特别高。然而，新一代航空工程师和企业家热衷于再次接受技术、环境和经济方面的挑战。

这也许并不奇怪21世纪推动超音速旅行的是新来者，而不是老牌制造商。其中资金最充足的是丹佛繁荣的技术(也有商品名Boom Supersonic)。

这张艺术家的渲染图展示了Boom科技公司未来的序曲客机，它将能够搭载88人。繁荣的超音速

2016年，当它还在Y Combinator的时候创业孵化计划Boom得到了一个是一剂强心针维珍集团提供了工程支持，并买下了Boom的前10架客机。(最近，维珍银河一直在设计自己的超音速客机)。维珍对这一领域的兴趣不足为奇:13年前，该集团创始人理查德·布兰森爵士(Sir Richard Branson)曾试图购买英国航空公司即将退役的7架协协和客机，供维珍大西洋航空使用，但未成功。

布姆接着去加纳超过1.5亿美元来自各种风险基金和日本航空公司。它已经用这笔钱建造了一架三分之一比例的原型机，名为XB-1，一架能够搭载88名乘客的客机。该公司预计，这款名为“序曲”(Overture)的大型飞机将于2029年开始商业飞行。

这些飞机制造商所主张的是，他们的最终客户将愿意为防止净碳排放而付费。

Boom强调其计划减轻超音速飞行不可避免的环境影响。在众议院航空小组委员会作证今年4月，Boom首席执行官Blake Scholl指出:“可持续航空燃料(SAF)是Overture可持续发展的关键，我们正在从头开始设计Overture，以100%的SAF运行，实现净零碳飞行。”在准备阶段，Boom研究了其XB-1演示机发动机中生物燃料的使用，并与普罗米修斯燃料该公司将为XB-1提供使用可再生能源从大气中提取的碳合成的喷气燃料。

Boom公司表示，他们的飞机只会在水面上超音速飞行。即便如此，该公司仍然“优化飞机的外形以减少音爆据其网站称。类似的还有另一家位于波士顿的初创公司高峰航空该公司强调，其计划中的S-512超音速公务机“在空气动力学方面是为提供专有的安静超音速飞行技术而设计的”。这将使它能够以1.6马赫(1100英里/小时)的全速巡航速度运行，而不会对地面产生巨大的、令人不安的音爆。”总部位于加州的公司也是如此Exosonic该公司声称，他们正在设计的超音速客机“将在地面上产生更柔和的撞击声，比典型的交通更安静”。

这幅艺术家的渲染图描绘了美国宇航局的X-59低噪音演示飞机，目前由洛克希德·马丁公司建造。洛克希德·马丁公司

这正是美国国家航空航天局正在探索的一种策略X-59 QueSST这个名字是“安静超音速技术”的缩写。洛克希德-马丁公司目前正在其著名的工厂建造X-59臭鼬工厂位于加州帕姆代尔的工厂

“我曾经开玩笑说，这架飞机看起来像打了类固醇的F-16，”他说大卫Richwine他是NASA负责X-59技术的副项目经理。“这是一架很长的飞机——我想它大约有97英尺长。”Richwine解释说，增加长度是“管理音爆特征”的方法之一，这是一种工程师说的让声音不那么刺耳的方式。

NASA在这方面会有多成功最早将于2024年测试届时，X-59将在美国的几个城市上空飞行，以评估公众对里奇温所预期的“声波撞击”的反应。假设这次测试如期进行，那么距离联邦航空局的俄克拉荷马城测试已经过去了60年。准备好大理石地板。

有趣的是，这家公司该公司正在努力减少其正在开发的超音速喷气式飞机的音爆效应，Aerion公司。如今，该公司似乎要倒闭了。这家总部位于内华达州里诺市的公司。该公司由亿万富翁罗伯特•巴斯于2003年创立。

Aerion最初涉足商用超音速飞机是一款12座的AS2公务机，设计的最高速度为1.4马赫。该公司正在探索AS2以超音速在陆地上飞行的可能性，而不会让下面的人受到音爆的影响。“无Boomless Cruise”是Aerion公司对这项技术的称呼。

虽然我们无法在Aerion的AS2上看到它的实际应用，但另一个超音速的希望可能会追求这一有趣的策略，值得简要描述一下。

马赫截止现象要求地面附近的空气温度较高，而且飞机的飞行速度不能比声速快太多。它的音爆将以一个浅角度向下传播，并被充分折射以远离地面(左)。飞行速度更快的飞机会产生音爆，音爆向下传播的角度太陡，以至于无法从地面折射出去。大卫·施耐德

关键概念是一种被称为马赫截止，其中的物理原理很简单。当飞机以超音速飞行时，它的速度超过了它所产生的声波。这些声音堆积起来，形成冲击波。引起爆炸的冲击波以一个角度传播，这个角度取决于飞机相对于声速的移动速度。对于一架以数倍音速飞行的喷气式飞机来说，爆震的传播角度与飞行轨迹呈陡峭的角度。对于速度仅略高于声速的一种，爆轰的传播角度很浅。

第二种情况在这里很重要，因为另一个相关的物理:空气中的声速取决于温度。在空气较冷的高空，声音的传播速度比在靠近地面的温暖空气中要慢。这种现象导致声波向下传播时发生折射(弯曲)，就像光波在水和空气之间或玻璃和空气之间移动时发生折射一样。

由于这种折射，以足够浅的角度向下传播的声音可以向上弯曲到永远不会撞击地面。类似的物理学解释了“海市蜃楼”你可能会看到，当浅倾斜的光线被热沥青上方的空气向上弯曲时，它们看起来就像是从水坑反射出来的。

因此，如果一架飞机以不超过声速的速度飞行，在接近地面的足够温暖的空气中飞行，它所产生的音爆，尽管可能很大，但永远不会到达地面。超音速飞行也可以没有爆震。

社会将不得不权衡超音速运输对环境的影响，以及它为相对精选的少数旅行者节省的时间。

折衷方案是飞机的飞行速度不能超过声速——最多1.1或1.2马赫。这与塞斯纳之类的飞机相比并没有太大的改进引用X公务机的速度为0.94马赫。在商业上利用马赫截断现象还需要联邦航空局放松对超音速飞行的禁令，而这可能永远不会实现。

工作的公司现在很难恢复商用超音速飞行，他们必须解决音爆噪音，无论如何。走得最远的Boom Technology公司也在竭力解释，他们的飞机如何使用燃料飞行，而不会增加商业航空已经向空中排放的大量碳。

“这种逻辑存在几个问题，”该公司航空和航运项目主管丹·卢瑟福(Dan Rutherford)说国际清洁运输委员会．“首先，一旦飞机起飞，制造商几乎无法控制使用什么燃料。”这些飞机制造商所主张的是，他们的最终客户将愿意为防止净碳排放而付费。卢瑟福说:“飞机本身并不省油。”他和两名同事在2018年估计，布姆正在设计的这种商用超音速客机可能会使用五到七次每乘客公里消耗的燃料相当于一架类似的亚音速飞机。

卢瑟福进一步指出，生物燃料的价格至少是传统航空燃料的三到四倍，而从大气中提取碳制成的合成航空燃料将更加昂贵。他表示，将更高的燃油成本与更高的油耗结合起来，“这些飞机的运营成本开始变得如此之高，以至于很难看到它们在市场上取得成功。”

今年6月，联合航空公司(United Airlines)宣布有意从Boom Technology购买15架Overture客机。它们投入使用后可能会像这位艺术家的效果图一样。繁荣的超音速

但迈克尔Leskinen他是联合航空公司(United Airlines)负责企业发展的副总裁计划购买15架Boom的序曲客机，向亚博真人yabo.at“我们将努力向市场推出和供应越来越多的可持续航空燃料，我们希望随着供应的增加，我们也能降低燃料的成本。”尽管如此，不难想象，经济压力会如此之大，即使美联航坚持使用可持续燃料，其他运营商最终也会使用传统的航空燃料，这将使航空旅行的碳排放增加5倍或更多，每乘客飞行公里。

但根据卢瑟福的说法，情况变得更糟。“如果你看看超音速飞机产生的其他使地球变暖的排放物——这些是氮氧化物、颗粒物和在平流层运行的超音速飞机产生的水蒸气——这些对气候的影响可能更糟，因为污染在大气中停留的时间太长了，就会增加20倍或更多。”

卢瑟福承认，与二氧化碳效应相比，这些非碳效应的科学还不那么确定₂．但就像20世纪60年代人们对臭氧层的担忧一样，超音速商用航空的支持者需要考虑超音速飞机的有害影响所有这些飞机制造的污染物以及它们在飞机飞行高度上延长的停留时间。他们真的会这么做吗?

莱斯基宁说:“我们致力于100%的绿色环保。”“这是我们的飞机所具有的影响范围。对于序曲公司来说，这与我们选择运营的任何其他飞机都没有什么不同。”这是一个伟大的承诺，但即使曼联能坚持下去，这也是一个承诺这家公司的目标是2050年而不是在2029年推出《序曲》。

更大的社会将不得不权衡超音速运输可能对环境造成的影响，以及这种未来的运输方式将为少数旅行者节省的时间。当然，在未来几十年里，这种情况可能会以多种方式出现，也许不同的国家会采取不同的政策。然而，有一点似乎是肯定的，那就是亚当·斯密的观点看不见的手将产生相当大的影响，正如它对早期的超音速奇迹:协和式飞机和航天飞机所产生的影响一样。最终，这两家公司都被证明是技术上的死胡同，因为它们的运营成本超过了服务的价值。

本文发表在2021年11月的印刷版上，题为“2马赫，取2。＂