組圖：新一代超音速飛機研製內幕：形似太空梭

　　新一代超音速競爭慘烈

　　當今世界，航空技術領域是歐美的天下，正因如此，身為科技大國的日本決心打一個翻身仗，於是瞄準了超音速客機。設計超音速樣機的日本航天探測局（JAXA）希望，下一代超音速飛機在15年內投入商業運營。他們的目標是製造能搭載300名乘客的超音速客機，從倫敦到東京只需4個小時多一點。日本航天探測局的超音速樣機是由日本航空宇宙工業會（SJAC）與法國航空工業協會聯合開發的。在「協和式」飛機退出歷史舞臺兩年後，許多國家都在加緊研製下一代超音速客機。

　　日本航天探測局的主要競爭對手是一個稱為超音速巡航工業聯合體（SCIA）的企業聯盟，成員包括波音、雷聲、洛克希德．馬丁及勞斯萊斯等在全球著名公司。該企業聯盟希望勸說相關管理機構取消禁止超音速飛機在房屋上空飛行的法令。另外， 「超音速航空國際」（SAI）、Aerion公司和美國灣流公司等一些小企業也加入這場競爭。

　　「超音速航空國際」已與另一家公司秘密簽約開發超音速飛機，而Aerion和灣流公司也在共同研製自己的超音速機型。不過，這些小公司都集中開發商務機，每架造價在8000萬美元左右，客戶群體是富有的名人和時間寶貴的高層管理。Aerion公司的裡查德．特雷西說：「毫無疑問，超音速商務機將先於超音速客機出現。」他表示，Aerion公司將在6年內推出超音速商務機。

超音速客機大比拚

　　克服「協和式」兩大弊病

　　許多新設計都是基於「協和式」客機開發的，只不過在此基礎中進行了多種改進。然而，這些改進相當關鍵，因為早先問世的「協和式」客機存在兩大弊病：一是噪音過大，二是燃料消耗多，無錢可賺。「協和式」飛機燃料消耗量高的驚人，每公里燃料消耗量幾乎是大型噴氣式客機的5倍。

　　為瞭解決這個問題，日本航天探測局領導的研究小組提出了飛行速度適中的設計方案：其首架超音速飛機沒有達到「協和式」飛機2.04馬赫的速度。日本航空宇宙工業會的官員表示：「主要的障礙是噪音和燃料消耗。」該研究小組的目標是新一代超音速客機的飛行速度保持在1.6到1.8馬赫，這樣，發動機燃料消耗更有效，避免讓飛機溫度升到同「協和式」客機一樣：當「協和式」客機速度達到2馬赫時，機首溫度會升至127攝氏度。同時，溫度低還意味著新一代超音速飛機可以使用諸如環氧樹脂和碳纖維增強塑料等更輕的材料，另一個優點是燃料消耗低。

　　噪音是「協和式」飛機的另一大弊病。「協和式」飛機在起飛時會產生巨大的噪音，同時在穿過音障時也會產生感覺耳朵要被撕裂的音爆（也稱聲震）。國際民航組織禁止「協和式」客機從人口稠密地區上空經過，同時，由於「協和式」客機發動機在亞音速飛行時效率更低，飛機因此會耗費更多的燃料。結果，「協和式」客機只能侷限於選擇經過海上的航線，比如從倫敦到紐約，這嚴重限制了其市場。

　　噪音是所有超音速飛機都要面臨的問題。當起飛後，飛機會將前面的空氣推向兩側，在空中產生壓力波，這種現象就如同將一塊石頭扔進湖中時，湖面上產生波紋。一旦飛機速度超過音速，音波就會變成一道衝擊波。飛機身後如海嘯般的噪音痕跡就像是高速遊艇經過海面留下的尾跡。

日本研製的新一代超音速飛機樣品

　　美國科學家提出解決方案

　　1972 年，即「協和式」飛機定型後很長一段時間，美國康奈爾大學教授裡查德．西巴斯和埃伯特．喬治提出了可顯著降低飛機音爆的構想。在對音爆形成的理論分析後，他們提出了把音爆強度降低至最低水平的理論。該理論對那些試圖降低音爆的飛機設計者的影響是深遠的：飛機空氣動力學所產生的升力必須均勻地分配到飛機機身。

　　常規飛機一般都具有升力集中的區域，比如機翼下面，這會造成位於機身上這些點的氣壓發生突然變化。這種氣壓的集中是引起音爆的主要原因。將氣壓變化更均衡地分布在飛機機身上，會錯開壓力波變化的時間，從而降低音爆的強度。

　　西巴斯和喬治理論一個違反直覺的結果是，如果想抑制音爆，飛機機首必須比純粹的空氣動力學原理建議的更鈍。這是因為飛機機首產生稍大的氣壓有助於避免壓力波延伸到與某個強度衝擊波相形成一體的飛機機身。不幸的是，該理論要求開發一種現代電腦輔助設計軟體，以便設計出遵循這一理論的飛機。因此，雖然這種理論在航空界相當著名，但除了學術雜誌上偶爾報導外，從來沒有應用於實踐。

　　但在2000年，美國國防部高級研究計畫署（DARPA）重新研究了這一理論，與飛機製造公司諾斯羅普．格魯曼公司合作，在一種稱為超音爆展示器（SSBD）的改進型F-5E戰機上測試了音爆降低設計。他們將飛機機首設計成鵜鶘的喙狀，在測試中，將音爆衝擊波產生的氣壓降低了30%。這種測試活動最初由國防部高級研究計畫署資助，後來美宇航局接過了「接力棒」。受測試結果的鼓舞，宇航局還計畫資助諾斯羅普．格魯曼公司、波音和雷聲等公司不同的研究小組，製造一架30米長供展示的飛機，但在數個月前的預算討論中，資助資金不知何故大為削減，該計畫被迫中止。

　　科學家表示，減少音爆的途徑不僅僅只有一種。西巴斯和喬治發現，在不增加重量的情況下，延長飛機機身能降低音爆的強度，甚至可能將噪音壓制到聽不到音爆的程度。灣流公司正在通過使用從機首延伸到機尾的長釘，測試超音速飛行期間暫時延長飛機機身的可能性。灣流公司的普雷斯頓．赫尼表示，該公司僅僅計畫製造小型噴氣式飛機，不過設計原理也可以應用於製造大型飛機身上。他認為，先製造小型飛機將為製造大型飛機提供寶貴經驗。

美國國家航空航天局研製的X-43A超音速實驗飛機（下）脫離載它上天的B-52B重型轟炸機。這架實驗飛機成功完成了速度約為10倍音速（約每小時11260公里）的試驗飛行。這一速度創下了新的世界記錄。

　　研製比卡車還安靜的超音速

　　洛克希德．馬丁公司「臭鼬工廠」安靜超音速運輸機（QSST）項目主管湯姆．哈特曼贊同赫尼的見解。他說：「一旦解決了商務機的音爆問題，我們就可以將技術應用到大型飛機上，從而擴展超音速客機的市場。這是我們最終目標。」不過哈特曼認為灣流公司的展開式長釘設計是條「死胡同」。他說：「長釘設計是否真正奏效尚存在巨大疑問。」目前還不清楚展開式長釘設計在實踐中的益處。哈特曼說，既然非得到要把飛機的機首和機尾用長釘連結起來，那為何不從一開始就設計成固定長度的飛機？

　　在過去4年，哈特曼及其研究小組在從事一個秘密項目，試圖設計一種低音爆的超音速商務機。他們開發了一套電腦程序，幫助他們創造出獨特的飛機設計，這種設計既要符合西巴斯和喬治有關減少音爆噪音的理論，同時又能保持飛機空氣動力學性能，並通過模仿新設計的平衡性和不同飛機材料的表現，充分考慮到設計缺陷。哈特曼研究小組在一片紙上畫上類似卡通的機翼設計，然後考慮到機身和發動機對設計進行修改，最後將每一種設計輸入電腦程序，檢查它們是否能產生預想到的結果。

　　哈特曼研究小組的設計人員約翰．莫戈斯特恩說：「我們有時會對一項設計進行數百次修改，結果發現不能用，接著再從零開始。」在電腦中測試了數百種設計後，哈特曼的研究小組最終找到了一種符合空氣動力學、低音爆和機艙空間等各項要求的飛機外形，製造了兩米長的成比例模型，並在風洞進行測試。結果，他們開發出了安靜超音速運輸機，這種超音速飛機通過重新將產生升力的區域更均衡地分布于飛機的整個機身上，降低了音爆。

　　哈特曼估計，這一設計會將音爆噪音降低至62分貝。他說：「這樣一來，飛機的噪音就能低於卡車噪音。」但哈特曼承認，安靜超音速運輸機對下方建築造成的震動仍可能是個問題。他說：「你可能聽不到噪音，但空中飛過的飛機所產生的衝擊波會震動牆上的東西，這樣一來，它們仍會發生劇烈震動。我們現在正準備製造在三年內投入使用的樣機。」今年早些時候，「超音速航空國際」（SAI）透露，該公司是洛克希德．馬丁公司的秘密客戶，並稱他們有望在2012年前推出安靜超音速運輸機的樣機。該公司現正在挑選飛機製造公司。

　　超音速客機前景廣闊

　　一旦飛機飛離地面，那麼音爆就是唯一真正需要處理的問題。日本航天探測局（JAXA）的研究小組已確定優先考慮的事情，即通過使用更安靜、效率更高的發動機，降低飛機起飛時的噪音。據超音速運輸機推進系統工程研究協會的一位工程師表示，該組織開發的一項設計就能將「協和式」飛機起飛所產生的110分貝噪音減少至92分貝。

　　部分小型飛機生產公司正集中於改善飛機在亞音速時的燃料利用效率。Aerion公司的設計包括一個新穎的機翼設計方案，該設計在飛行速度較低時能產生更多的升力，同時又不會危及飛機在超音速飛行時的空氣空力學安全，這意味著這種飛機在亞音速飛行時效率超過「協和式」飛機，不過一旦上升至超音速時，燃料消耗就會受到影響。

　　赫尼認為這是個錯誤的觀點：「如果你不能解決音爆問題，那麼這就嚴格限制了市場。」 灣流公司只有25%的航班經海上飛行。對於Aerion公司而言，這將意味著其大部分旅程都必須保持在亞音速飛行。飛機不但沒有了速度上的優勢，而且還意味著燃料利用效率不高。他說：「我們現在能比協和式飛機時期做得更好。」

　　在工程師全力應對設計挑戰之際，另一場戰爭也在幕後展開。按照國際民航管理部門的規定，在人口稠密地區上空進行超音速飛行是被禁止的。因此包括灣流公司和超音速巡航工業聯合體（SCIA）成員在內的公司正遊說國際民航組織修改這一規定。按照慣例，國際民航組織每隔三年對其航空管理規定進行一次審查，下一次將在2007年展開。美國宇航局德萊頓飛行研究中心的鮑勃．麥耶表示，在經費削減之前，超音速巡航工業聯合體的計畫是擁有音爆降低的超音速飛機，全力準備2010年的審查。如今看來，他們可能要失望了。

　　哈特曼希望管理部門放寬對飛機在人口稠密地區上空進行超音速飛行的限制，不過由於檢驗新規定需要大筆費用，他認為國際民航管理部門可能會反對這一提議。哈特曼說：「他們現在還沒有那筆資金。」不過遊說者並不會就此罷休。他們希望空管員允許超音速飛機在飛經地面時「插隊」。他們強調說，強迫超音速飛機在靠近目的地時減緩速度，圍著機場上空轉，這樣一來，飛機不但燃料利用效率非常低，而且還污染環境。

　　無論將來發生什麼事情，超音速飛行將會有廣闊的市場。維珍集團的老闆理查德．布蘭森在「協和式」飛機退役前曾渴望購買幾架，他說：「我們希望維珍航空公司的航班能以超音速遨遊天空，我們一直滿懷興趣地靜觀事情的最新進展。」