本报记者 文敏

　　“我们快到了吗？”长途飞行中的航班乘务员常常听到这句出自孩子们口中的问话。十几二十个小时与数百陌生人一起困在干燥狭窄的机舱里，即使是成年人也会禁不住要以这样的问话来麻烦空乘人员。

　　不过，现在有了一个好消息：美国宇航局开始对波音公司研制的超音速客机的模型进行测试。这种超音速客机被称为“协和式飞机之子”，有望填补协和式飞机2003年退役后留下的空白。更重要的是，它能以约4000公里/小时的速度飞行，是现有客机最高时速的4倍。

　　太快太高的代价

　　超音速飞行始终是人们不愿放弃的梦想。英法于上个世纪70年代联合制造的“协和”飞机，直到今天仍被认为是世界上飞得最高、最快，最先进的客运机型，欧洲设计家把它视为20世纪最伟大技术成就之一。它可以轻而易举地飞上两万米的高空；能以两倍音速做全程飞行，比射出的子弹还要快8%。有位搭乘“协和”从巴黎到纽约的旅客调侃说：“我还没出发就已经提前到达了。”因为“协和”飞机从巴黎到纽约的飞行时间通常只需3小时左右，而巴黎和纽约的时差是6个小时，当乘客飞越大西洋从巴黎到达纽约之后，乘客的手表指针需要往回拨几小时才能和当地时间一致。

　　超音速客机是指其速度比音速（音速约为每秒钟340米）快的民航客机。根据飞机的速度，机翼的形状也是多种多样的，如长方形、梯形、三角形等。低速飞行的小型飞机，机翼一般为长方形。这种机翼有着面积较大、便于制造等优点。大型的高速飞机普遍采用后掠的梯形机翼，超音速飞机则采用三角机翼。有报道形容协和超音速飞机的飞行姿态犹如鲲鹏展翅——它不像普通客机那样使用后掠翼，而是使用三角翼；细长的机身旨在把飞行产生的阻力减到最小，纵向设计的油箱系统飞机更能很好地适合高速飞行。

　　对于超音速飞机来说，困扰它们的最大问题之一就是当速度达到1马赫（物体运动的速度与音速的比值为马赫或马赫数）时，就会出现音爆现象。所谓的音爆就是当物体速度达到音速时，声波会相互干扰和影响，从而产生音爆。在速度大约达到每小时1225公里时，冲击波相互挤压会产生爆炸声。在极端的环境下，音爆发生后并持续达60秒钟，就足以震碎地面的窗户玻璃。音爆的形成，简单来说就是飞机追上了自己发出的声音，于是声音的能量就累积起来，全部叠在机身后方，形成了圆锥形状的音锥，也就是激波，就像航船后面的波浪尾迹。在大约几微米的范围内，激波前后气体的压力会发生剧烈变化，所以会发出巨大的爆裂声。

　　那么，它的破坏力有多强呢？对此，美国探索频道的主持人用美国海军蓝天使飞行特技小组的F/A-18战斗机作了一次试验，让飞机以超音速在170多米高度的空中掠过。激波震坏了地面的房子窗户和门。正是由于会在飞行过程中产生音爆，商业航班及公务机的内陆超音速飞行是受到严格控制的。在美国，如果没有美国联邦航空管理局（FAA）的豁免，0.99马赫数以上（接近音速）的飞行是被美国政府禁止飞行的。国际民航组织（ICAO）的标准也禁止任何能够造成“声波扰动”的飞机飞行，但这一标准的另一层定义则是：如果飞机产生的超音速冲击波无法被地面感知，则可以飞行。

　　音爆是超音速飞机在突破音障的一瞬间产生的，只在飞机突破音速的时候才会产生，不过音速不是定值，随着空气温度和压力等数据的变化也会随时改变。一般的喷气式飞机在亚音速状态下的起飞噪声在75到105分贝之间，而超音速状态下的飞机通场噪声都在120分贝以上，噪声污染极大，这也就是为什么“协和”式超音速客机在役期间很少有机场愿意接纳它的原因。所以，“协和”的运营一直被限制在英法美三国，无法在他处开拓更为广阔的市场。当然，高额的成本也使得机票价格相当不菲，以当时巴黎至纽约往返机票价格为例，协和飞机售价9000美元，比普通客机的头等舱还贵25%。诸多问题让人们不禁对此类客机深表怀疑。“协和”还更因为2000年那场导致113人死亡的可怕空难令世人印象太过深刻而于2003年全面停飞。

　　冲破音爆的屏障

　　“协和”飞机告别蓝天后，人们在遗憾之余，也另有一番感慨：耳根子清静了，可是飞得更快的梦想难道就此告吹了？

　　事实证明，科学的步伐从来不会因挫折而停止。目前，超音速飞机早已在战斗机领域得到广泛使用，但自2003年以来超音速客机全线“下架”的十年里，超音速飞机在客机领域仍未投入使用。

　　2010年，美国设计出一款“超音速绿色飞机”。这款飞机设计方案可以应用于未来超音速喷气式飞机的研制。该方案的关键性创新就是采用了倒“V”字型引擎，这种引擎可以大大降低音爆所产生的影响。据报道，倒“V”字型引擎的工作原理有点类似赛车上的导流板，用于改善气流和减小音爆。协和式超音速飞机为了达到如此高的速度，必须要携带大量的燃油，同时还会喷出一氧化二氮。尽管有关公司没有透露这款“超音速绿色飞机”的具体工作原理，但是模拟实验显示，飞行中音爆所带来的影响已明显降低，而且飞机可以飞得更远，燃油利用效率更高。

　　2012年，美国麻省理工学院的科研人员设计出一种形体特殊的双翼超音速飞机，希望凭借机身的“修长体型”和“特殊翅膀”来解决超音速飞机在飞行过程中产生的音爆问题。麻省理工学院航空航天学助理教授王棋棋说，他们设计的新型飞机名为“布泽曼”双翼超音速飞机，可使飞行产生的冲击波和膨胀波相互抵消，从而显著降低飞机在超音速飞行时产生的音爆噪音。这种超音速飞机的左右两侧都有上下两个机翼，它们随着翼展彼此接近，其末端几乎相互接触。这种机翼的内侧表面很光滑，可大幅减少飞行阻力，因而更加节能。目前，该学院的科研人员已设计出电脑模型，测试了这种飞机机翼的约700个不同细微结构和在各种速度下的飞行状况。王棋棋说，研发的下一步计划是设计这种概念飞机的三维模型，使这种概念飞机更加实用。这一设计的相关成果曾发表在美国《飞机杂志》上。美国当时的媒体评论说，双翼飞机有可能成为超音速飞机的未来设计趋势。

　　日前，美国宇航局在NASA位于俄亥俄州克利夫兰的格伦研究中心对波音公司研制的超音速飞机进行测试，用以确定能否降低音爆。据称，当新一代超音速客机问世后，从伦敦飞到悉尼只需花4个小时。相比目前两地间20小时10分的飞行时间，它意味着飞机将以每小时4000公里的速度在空中飞行。而目前服役客机中的最快航速为1050公里/小时。新一代波音飞机被称为“协和飞机之子”。如今，新型超音速飞机概念设计日臻完善，预计可在2030年至2035年间投入商业运行。NASA计划于2035年在空间旅行计划中让它派上用场。未来客机的“极超音速化”也是指日可待的。

　　未来的概念飞机

　　人们对于飞得更快更高更远从来都没有停止过追求，现在，还加上了绿色环保这一条要求。虽然这样的飞机仍然是概念机，但它们已被排上日程表。

　　2012年，美国私人企业XCOR航天公司公布了超音速飞机“山猫”号的造型图，XCOR发言人布莱恩在接受美国媒体访问时表示，以“山猫”号为原型发展出来的超音速客机只需90分钟就能将旅客从纽约送到东京。XCOR营运长纳尔逊表示，这种商用客机首批将于20年内进入市场。

　　2013年的巴黎航空展上，空中客车公司的母公司欧洲宇航防务集团（简称“EADS”）公布了研制世界上第一架极超音速喷气客机的计划。这款客机名为“ZEHST”（零排放极超音速飞机的英文首字母缩写），将采用3组发动机，时速可达到3125英里（约合每小时5029公里），是音速的4倍。借助于这一惊人速度，ZEHST从伦敦飞往东京只需短短两个小时。由于采用氢氧动力设计，这款客机产生的唯一排放就是水，是绝对的“绿色客机”。这款客机被称之为协和式飞机的继任者，最多可搭载100名乘客。不过，极超音速喷气客机需要再过40年才能投入商业飞行。

　　2012年，德国航空航天中心空间系统研究所的科学家们制定了一项强大的空天飞机计划，这项工程被命名SpaceLiner空天飞机，使得欧洲到澳大利亚的飞行时间只需要90分钟，但这款超级空天飞机采用的新技术目前还处于测试和基本要求验证阶段。来自德国、西班牙、奥地利、瑞士、意大利、比利时、荷兰、法国和瑞典的科学家们已经开始研究未来高空高速运输飞行器，他们在欧盟的支持下已经开展了3年的研究。

　　从外形上看，SpaceLiner空天飞机的设计概念已经存在，研究人员希望这款欧洲未来空天飞机能像航天飞机那样采用火箭发动机进行垂直发射，在经过发动机初段燃烧后，可重复使用的助推器将从空天飞机上分离，余下的轨道器酷似一个穿梭机，可携带大约50名乘客，可达到24倍左右音速，意味着每秒8160米，每小时29376公里的飞行速度。有望于2050年问世并投入使用。