天下武功，唯快不破

劉思靜

近期，攜程戰略投資超聲速飛機制造商Boom的新聞，讓這家美國初創公司受到了國人的關注。事實上，超聲速客機并不是什么新概念，但百年航空發展史上，人類對于超聲速客機的多次嘗試均以失敗告終。進入21世紀后，航空業對于超聲速客機的研發熱情再度高漲。這一次，我們能成功么？

重燃夢想

人類首次成功研制出超過聲速的飛行器是在二戰時期。1943年，美國研制的X-1驗證機第一次實現了飛行速度1.06馬赫，這是飛行器速度首次突破聲障。

X-1驗證機的成功激發了人類研制民用超聲速客機的熱情。1956年，英國成立了“超聲速運輸飛機委員會”，該委員會聯合英國皇家飛行研究院和布里斯托爾飛機公司，共同研制超聲速客機。一段時間后，英國政府發現僅憑一己之力難以實現突破，因此在歐洲范圍內尋求合作伙伴。

1962年，英法兩國簽署協議，雙方決定合作研發超聲速客機。由于多方面原因，研發過程并不順利，雙方在技術、理念上都有不小的分歧。就在同一時期，蘇聯也在研發超聲速客機。1968年，蘇聯研制的圖-144超聲速客機成功首飛，1975年投入商業運營，開辟了航空史上的新時代。

由于飛機穩定性差、事故率高等原因，圖-144在投入運營3年后就退出了航線。而英法兩國在經過十多年努力后，終于研制出協和號超聲速客機。1976年，協和號超聲速客機完成了首個商業航班。

當時，協和號飛機主要用于從倫敦希思羅機場和法國戴高樂機場往返紐約肯尼迪國際機場的航線。飛機能夠在1.5萬米高空以2.02倍聲速巡航，從巴黎飛到紐約只要3小時20分鐘，比普通民航客機節省近一半時間。然而，協和號飛機也存在著一些重大缺陷，如高昂的運營成本和噪聲過大等問題。

2000年，法航4590號航班空難成為壓垮協和號的最后一根稻草。在諸多因素的影響下，英航和法航決定于同年結束協和號飛機27年的商業飛行生涯。盡管結局有些悲慘，但不可否認，協和號飛機仍然是世界航空工業發展史上一個重要的里程碑。

十多年后，一個名叫Blake Scholl的航空極客開始思索如何在節省一半成本的前提下，讓超聲速客機重現輝煌。2014年，Blake Scholl在美國丹佛市創立了一家名為Boom 的公司，開始了一次瘋狂的冒險。

瘋狂的Boom

Boom公司研制的超聲速客機的原型機代號為XB-1，綽號“嬰兒潮”，寓意是希望其可以延續全球首款超聲速飛機X-1的輝煌。

XB-1原型機尺寸是未來量產版Overture超聲速客機的三分之一，外形設計上與協和號十分相似。XB-1原型機只有兩個座位，其作用是用來驗證全尺寸Overture超聲速客機的各項技術，其中包括高效的空氣動力學設計、先進復合材料和高效的推進系統等。

考慮到運營經濟性，Boom公司設計的超聲速客機全長52米，翼展18米，巡航速度2.2馬赫，比協和號飛機更快，最大航程可達8300公里。飛機客艙布局寬敞，與普通民航客機一樣，設有觸摸屏、工作臺、艙頂行李架以及更大的舷窗。根據設計，Overture超聲速客機頭等艙可搭載30名乘客，商務艙可搭載15名乘客。如果客艙全部按商務艙配置，則最多可搭載55名乘客。

2016年，Boom公司公布了飛機的概念設計圖。Overture超聲速客機采用展弦比為1.5的復合三角翼布局，機身使用碳纖維材料。動力方面，采用3臺推力為67～89千牛的中涵道比渦輪風扇發動機。為了降低油耗，發動機將不帶加力燃燒室。目前，世界上并沒有現成的發動機產品可供使用，但GE公司已經與Boom公司達成了戰略合作協議，因此未來有可能研制相應的發動機。在原型機研制中，GE公司的3臺J85-21發動機將作為XB-1的動力裝置。

在市場定位和航線選擇上，Boom公司也有自己的規劃。公司表示，飛機未來如果投入商業運營，首選航線依舊是紐約至倫敦這一協和號的經典航線。之所以這樣考慮，主要是因為在FAA（美國聯邦航空局）沒有放開超聲速客機飛行禁令之前，Overture只能在水域上空進行超聲速飛行，因此航線必須大部分在海洋上空才能體現出速度優勢。從票價來看，Boom公司表示，由于飛機座位數增多和燃油效率的提升，機票價格可以與同航線的商務艙持平。

過去幾年里，不少人質疑Overture項目會走協和號的老路，但Boom公司表示，由于XB-1在空氣動力學、材料和發動機三方面較協和號飛機有了相當大的改進，因此公司非常有信心這款飛機將獲得商業成功。

相比依靠風洞實驗測試空氣動力設計的協和號，Boom采用了計算機虛擬風洞試驗，不僅提高了試驗效率，也提高了試驗數據的準確性。在材料方面，XB-1驗證機采用與波音787類似的復合材料，整機質量比協和號要輕了不少。在動力方面，Overture將采用先進的渦扇發動機，與主流亞聲速飛機相仿，對于航空公司來說不必承擔額外的燃油費用。從目前已經完成的模擬飛行結果來看，與協和號相比，XB-1驗證機的燃油效率提高了近30%。

從用戶體驗的角度來說，Boom計劃將客艙座位分為兩列單座，保證每位乘客都能享受窗外的美景和充足的過道空間。為了盡可能減少飛行時間，飛機將在6萬英尺的高空航行，每位乘客都可以透過舷窗一睹地球弧線。

如今，Overture項目已經成為資本市場的寵兒。2019年伊始，Boom公司就獲得了一筆1億美元的融資，助力其加速項目研發。此外，攜程也成為Boom公司的戰略合作伙伴，希望未來將這一劃時代的超聲速飛機引入中國商旅市場。

波音的計劃

實際上，除了Boom公司之外，波音也在一直不遺余力地推進超聲速飛行器的研制。近年來，波音先后成功研制并試飛了最大飛行速度9.8馬赫的氫動力高超聲速飛行器X-43和最大飛行速度5.1馬赫的由噴氣式發動機推進的試驗型導彈X-51。

在2017年巴黎航展上，波音公司CEO丹尼斯·米倫伯格對媒體表示：“未來10～20年，波音公司的高超聲速客機有望成為現實并投入商業運營。”這番話在當時引起了巨大反響，媒體紛紛將其解讀為波音公司開展高超聲速客機研制的宣言。

2018年6月，在美國航空航天學會（AIAA）2018年度航空峰會上，波音公司出人意料地公開了一款高超聲速民用飛機方案。波音表示，這款高超聲速飛機的速度將達到5倍聲速，這也意味著這款飛機在倫敦飛往紐約的跨大西洋航線上只需要2個小時就可以抵達目的地。盡管在高超聲速技術尚處于試驗階段的今天，很多人認為談論一款速度能超過五倍聲速的商用飛機似乎過于科幻，但波音已經為這款飛機設定了30年的研發時間表。這一次，波音看上去是認真的！

目前，波音研究與技術（BR&T）高超聲速部門的專家正在聯合波音民用飛機集團（BCA），一起開展高超聲速客機研究。在飛機的外形設計上，這款高超聲速民用客機采用了大后掠三角翼加雙垂尾布局，前機身有明顯的突起脊背。這樣一來，前機身更加擴展，客艙容積也更大。

波音表示，這一初始外形方案利用了大量公司早前的研究成果，其中包括50年前的波音2707超聲速運輸機項目、1990年代的高超聲速民用運輸機項目、2000年代早期的聲速巡航機概念以及波音從各種低爆和超聲速商務機研究中獲得的設計經驗。

在動力裝置方面，由于波音公布的高超聲速客機與之前的高超聲速軍用飛機系出同源，所以不出意外的話，兩者都將采用全尺寸渦輪基沖壓組合（TBCC）發動機。美國國防預先研究計劃局（DARPA）經過長期的預研和論證，已經在2016年得出結論：全尺寸渦輪基沖壓組合發動機是高超聲速飛機動力系統的最佳解決方案。

挑戰仍存

對于一款商用飛機來說，技術成功和市場成功兩者是缺一不可的。超聲速客機面臨的首要問題是乘客的接受度和運營舒適性的挑戰。以美國正在試飛的X-42、X-51無人試驗飛行器來說，盡管速度能夠達到聲速的7倍，但將技術應用到商用領域時，還必須考慮到人體的承受極限和對環境的影響。

不同于普通商用飛機采用的渦輪/渦扇噴氣發動機，超聲速客機要從零加速到高速，其發動機必須兼具低速和高速推進加速能力，還要實現高超聲速飛行的水平起降，因此一般只能采用以火箭發動機為基礎的吸氣式組合發動機。目前，盡管有多家發動機制造商已經參與了超聲速客機的研制，但距離真正的商業應用還要面臨許多挑戰。

此外，超聲速客機想要重返民航市場還需要經過適航認證的考驗，其中最難的就是解決噪聲問題。聲爆是飛行器在超聲速飛行時產生的一種大氣聲學現象，當飛行器突破聲障時，會產生巨大的能量，這些能量傳到地面，會產生短暫而強烈的爆炸聲。因此，聲爆的強弱關系到超聲速客機能否被允許在陸地上空飛行，若噪聲問題得不到解決，超聲速客機就很難被大眾所接受。

目前，NASA計劃在波音和洛克希德·馬丁的支持下，在2019年開展低聲爆驗證機飛行試驗，以了解公眾對低聲爆的反應。NASA的低聲爆驗證機采用單發設計，將模擬80～100座級、Ma1.6～1.8飛機的激波特征。該驗證機的聲爆水平相比協和號低了一半。NASA希望通過設計更改，讓低聲爆驗證機能夠將原本巨大的聲爆減弱為低峰值聲爆。該試驗獲得的數據有望在2020年左右提交FAA和國際民航組織。