超聲速飛機如何超速回歸

梁坤

近年來，關于超聲速客機的研制呼聲日隆，無論是歐美有官方背景的研究組織，還是來自硅谷的創業公司，都紛紛開始進軍這個以前被嚴格管制的領域。未來超聲速客機會以什么樣的形式回歸，值得我們期待。

2015年6月，空客集團總裁湯姆·恩德斯在美國航空航天學會（AIAA）的年會上曾經表示，航空航天界擁抱硅谷的創新文化，在這之后不久，空客就宣布成立一個規模達1.5億美元的風險投資基金，并聘請了一位前谷歌高管負責運營其在硅谷新設立的創新中心，旨在利用硅谷的數字技術來改造其航空制造業文化。除空客之外，越來越多的創業公司希望進入航空航天這樣一個傳統上資金密集、技術密集和管制嚴格的行業。而隨著互聯網技術的發展，創業公司進入航空航天領域的方式也更加多樣和靈活，這些公司帶來的不僅僅是資金的流動，更是傳統文化和顛覆性思維的交鋒，這往往會產生意想不到的效果。傳統制造商們想要守住自己的領地確實要好好思考一下了。

SpaceX是創業公司的榜樣

以埃隆·馬斯克的SpaceX公司和杰夫·貝索斯的藍色起源公司為代表的眾多創業公司已經向人們展示了如何利用互聯網資源更加敏捷地創造出新的太空業務。根據金牛座集團分析師的報告，2015年，涉及太空業務的創業公司共吸引了18億美元的投資；根據道瓊斯風險報的數據，無人機業務的創業公司2015年共獲得約9億美元投資。

商用飛機市場的情況不太一樣，因為傳統制造商的壟斷地位非常穩固，創業者很難進入。比如1998年由微軟總經理拉伯恩建立的日蝕航空，原本計劃實現為空中出租車公司大規模、低成本生產超輕型噴氣公務機，但是在投資10億美元后于2008年破產了。

如今，許多創業公司卷土重來，意圖進入商用航空市場，將“顛覆性技術”和快速發展的信息技術引入進來，開辟新的市場。一年前在硅谷成立的、目前位于丹佛森特尼爾機場的博姆技術公司（Boom Technology）已經提出了一個雄心勃勃的計劃，它將研制一款小型的超聲速噴氣客機。博姆公司已經獲得了來自商業孵化器、天使投資人、風險投資公司等許多機構和個人的投資，包括Y孵化器、山姆·阿爾特曼、六翼天使集團、八個伙伴等。

除此之外，博姆公司還吸引了許多航空界的專業人士加入。這包括公司聯合創始人、亞當輕型噴氣公務機A700首席工程師喬·威爾丁，公司動力系統負責人曾是普惠F135聯合攻擊戰斗機發動機項目經理，首席氣動工程師曾領導了灣流公司安靜超聲速項目，系統工程負責人曾為維珍銀河公司的“太空船”二號工作過。

博姆公司的咨詢委員會陣容也非常強大，包括前洛克希德·馬丁公司臭鼬工廠負責人弗蘭克·卡貝其、前臭鼬工廠安靜超聲速運輸項目負責人湯姆·哈特曼、前灣流超聲速項目首席工程師斯科特·布萊索。據博姆公司創始人兼首席執行官布萊克·斯庫爾（前亞馬遜總監）描述，該公司計劃研制的是40座級、巡航速度馬赫數2.2的超聲速客機，公司將把“正確的人和正確的文化組合在一起”，共同完成這樣一個“充滿激情的項目。”斯庫爾表示：“我們雇了很多來自大公司的專業人士，他們將會親自動手開發我們的項目。公司將會按照航空航天的技術標準運行，但是管理會更像一個軟件公司，這樣將會獲得效率的極大提高。”

博姆公司計劃在2017年末進行縮比驗證機的飛行試驗，然后開始同FAA談判以獲得適航當局的支持。目前，另一個瞄準小型超聲速客機的創業公司高峰宇航（Spike Aerospace）已經開始了同FAA的接洽，并樂觀地預計其研制的18座、巡航馬赫數1.6的低聲爆超聲速客機S-512將在2020年代早期服役。高峰宇航首席執行官維克·卡科利亞（曾經為GE航空工作過）表示，公司已經收到幾家投資人“8000萬～1億美元”的投資承諾。

進展迅速的Aerion公司

相對于博姆公司，另一家研制超聲速公務機的Aerion公司的緊張相對更為超前。該公司計劃今年啟動其9座、巡航馬赫數1.5的AS2公務機研制，目前已經獲得了空客集團的工程支持和億萬富翁鮑勃·巴斯的資金支持。不久前，Aerion公司宣布即將為AS2超聲速公務機選擇發動機供應商，這是該公司發展歷程中最重要的時刻。據Aerion公司聯合創始人布萊恩·巴倫支介紹，公司已經進入對兩型發動機進行評估的最終階段，會在今年夏天或秋天做出最終的決定，但他并沒有透露這兩型發動機的任何信息。

2002年，空氣動力學家理查德·特雷西同巴倫支一起，加上富豪羅伯特·貝斯（得克薩斯石油大亨）的資金支持，共同成立了Aerion公司。該公司明確的目標就是研制一款采用超聲速自然層流（NLF）翼型技術的超聲速公務機。

為了最小化技術風險，Aerion的超聲速公務機盡量采用成熟技術，比如傳統的機載系統、鋁合金機身和小后掠角的碳纖維復合材料機翼。最初，該公務機擬選用兩臺低涵道比的80千牛推力級的普惠JT8D-219發動機，該發動機曾被美國空軍選為E-8C聯合監視目標攻擊雷達系統的升級動力系統。但在2009年，由于預算削減，美國空軍撤銷了該計劃，導致了該發動機的終結。此外，全球環境問題的日益突出使得未來的發動機將遵循更加嚴格的排放標準。

當時Aerion對公務機市場的研究結果顯示，相比最初的設計，潛在買家更喜歡大一點的客艙，航程至少要達到約9000千米。因此，Aerion公司重新審視了原有的設計，通過研究分析，在2014年將原有的雙發設計公務機調整為三發的AS2公務機。AS2公務機在尺寸上同灣流G450相當，安裝3臺可滿足更嚴格噪聲標準的新技術發動機。目前，確定新的發動機供應商成為AS2公務機的首要任務。巴倫支表示：“今天的技術大都聚焦于具有良好經濟性和環保性的大涵道比發動機。而我們需要的是一款在跨聲速和超聲速都具有較高效率的低、中涵道比發動機，這就是我們面臨的挑戰。”另一個挑戰是，Aerion公司地處內陸，將來進行飛行試驗并不容易，該公司希望在港口城市建一個試飛基地，以方便進行超聲速飛行試驗。

Aerion公司的市場調查顯示，AS2超聲速公務機的市場需求有600架，根據投資收益將單價定位1.2億美元。除此之外，NASA最新宣布研制超聲速低聲爆X驗證機的計劃也促進了人們對超聲速運輸市場的興趣。這其中就包括著名飛機制造商空中客車集團。空客已經派出防務和空間部的工程師到美國協助Aerion公司開展AS2公務機結構和系統方面的工作，但是尚不清楚空客具體參與該項目的程度。有猜測認為，空客并沒有Aerion公司的股份，他的參與可能只是為了獲得后者在NLF技術方面的經驗，為將其用在大型運輸飛機上做準備。

目前，部分業內人士對于AS2公務機的前景并不看好。他們表示，Aerion公司最初是希望將設計方案移交給成熟的OEM（原廠制造商），但是并沒有一家制造商加入；而另一方面，Aerion公司目前的產品是其他著名制造商都未染指的領域，該產品在技術或經濟方面可能時機還不成熟；并且目前來看，超聲速跨大陸飛行在美國（AS2的重要市場）還是被禁止的，因此無法發揮巡航馬赫數1.5的優勢。

盡管面臨不小的挑戰，但AS2公務機前景依然喜人。Aerion公司通過多年的研究，已經在NLF技術、低聲爆技術、超聲速面積率設計等方面取得了重大進展。其中和NASA合作研究的NLF技術已經通過多輪飛行試驗，獲得了在NLF計算軟件、NLF機翼設計、NLF機翼制造工藝等方面的大量成果；利用“馬赫數截止效應”實現低聲爆設計的技術也在不斷提高；利用超聲速面積率設計優化機體形狀降低跨聲速和超聲速飛行阻力的技術也已經相對成熟。此外，超聲速研究熱度的持續提高將加速適航當局解除相關禁令。近年來，大量研究機構都在研究與超聲速飛行密切相關的低聲爆、低油耗等技術，NASA也已經制定了超聲速發展的路線圖，相信這些研究將會加速適航當局解除禁止超聲速跨大陸飛行禁令的進程。而且，即使AS2公務機在適航當局解除禁令前問世，該機也因其具有高效的兩個設計點（馬赫數0.95和1.5）而可以靈活選擇航線，預計可以獲得相比目前公務機更好的時間和經濟綜合效益。不僅如此，公司創始人布萊恩·巴倫支具有豐富的航空從業經驗，在他的帶領下AS2公務機或可贏得屬于自己的一片天地。巴倫支有著34年的空軍/空中警衛隊戰斗機飛行員經歷，在以空軍準將身份退役后，曾幫助賽斯納獎狀公務機躋身最暢銷機型的行列，也曾幫助里爾噴氣公務機走出破產重新盈利，并創立和壯大了銀河飛機公司（后來出售給灣流公司）。

總之，Aerion公司擁有超聲速飛行相關的核心技術、高端人才和資金支持，在人們呼喚超聲速飛行重回舞臺的大背景下，AS2公務機的前景值得期待。