1945年4月9日，在歐洲戰爭結束前不到一個月，一位名叫漢斯?基多?穆克（Hans Guido Mutke）的年輕德國空軍飛行員為了幫地面上的一名飛行員同伴，駕駛梅塞施密特ME262噴氣式戰斗轟炸機垂直俯沖。當梅塞施密特向下加速俯沖時，飛機開始劇烈搖晃，失去了控制。不過穆克成功地恢復了控制，并幸存下來描述了這一事件，后來他聲稱自己超越了音速，這一說法看似合理，但頗具爭議。
二戰期間和之后發生的類似事件使一些人相信飛機很難“打破音障”，這一說法引起了普遍誤解，人們以為空中存在著某種“磚墻”，飛機必須沖破它才能以超音速飛行。
無可非議，推倒這堵“磚墻”的飛機是貝爾X-1，一架子彈形狀的火箭動力試驗機。1947年10月，試飛員查克?葉格（Chuck Yeager）在水平飛行時駕駛橙黃色X-1飛機達到了略快于音速的速度，但美國空軍直到次年才正式宣布了這一壯舉。
從那時起，噴氣式飛機經常超過1馬赫，即1倍音速，就連1959年推出的諾斯羅普T-38“禽爪”噴氣式教練機也能做到。一些軍用噴氣機可以飛得更快。20世紀60年代首飛的SR-71“黑鳥”軍用偵察機的飛行速度甚至超過了3馬赫。
雖然軍用飛機在20世紀50年代和60年代每天都在打破聲障，但商業客機在這段時間的飛行速度仍然限制在亞音速。這種情況直到1976年初才有所改變，法英聯合研制的首批協和式超音速民航客機的速度可達到2馬赫。蘇聯的圖波列夫TU-144也可以達到同樣的速度，它從1977年開始載客飛行，在此之前一年還被用于運輸郵件和貨物。
那時，完全有理由想象，從此我們都將以超音速環球飛行。但我們并未實現。協和飛機的最后一次飛行是在近20年前。今天的飛機并不比60年前的飛機飛得快。事實上，為了降低燃油成本，它們往往會飛得更慢一些。
現在，幾家飛機制造商和美國國家航空航天局（NASA）正致力于開啟超音速商用航空的新時代。他們正在準備試飛的原型機，并且已經設計出能夠搭載許多乘客的成熟客機。這一次，他們最大的挑戰可能不是音爆，支持者堅持認為他們可以充分解決這個問題。主要障礙將來自監管以及環境保護：超音速客機產生的污染比亞音速客機要嚴重得多。
我們將會進入一個新的高速商用航空的黃金時代嗎？人們很快就能乘噴氣式飛機3個小時橫渡太平洋？要回答這些問題，我們需要深入了解半個多世紀前，在第一次推動超音速客機發展的過程中發生了什么，以及哪里出現了問題。
1956年，也就是在葉格的歷史性飛行9年后，英國政府成立了一個超音速運輸咨詢委員會，開始與國際合作伙伴討論建造超音速客機。1962年，法國和英國政府達成了合作協議，研發后世人所知的“協和式”飛機。這架流線型三角翼客機于1969年進行了第一次超音速試飛。雖然美國選擇不參與協和式飛機的開發，但1963年時任總統約翰?肯尼迪宣布了開發美國超音速客機的計劃。此后不久，聯邦政府與波音公司簽訂了一份開發這種飛機的合同（波音公司在設計競賽中戰勝了洛克希德?馬丁等公司）。
與此同時，環保主義者對這類飛機起飛時的噪聲、高空排放物可能侵蝕臭氧層以及破壞性的音爆表示擔憂。最后一個問題可能最令人擔憂，督促美國聯邦航空管理局（FAA）進行各種演習，以判斷公眾對音爆的反應。1964年，美國俄克拉荷馬城上空進行了非常頻繁的實驗。在幾個月的時間里，超音速飛機在這座城市上空每天飛8次，每周7天，雖然時間不預定，但總是在白天。從20世紀50年代初開始職業生涯的音爆專家多米尼克?馬格里里（Dominic Maglieri）回憶了這長達數月的測試結果。“看起來人們好像有點適應了。”馬格里里說，“但隨著時間的推移，情況發生了很大的變化：很快，他們就接到了成千上萬個電話和投訴。”馬格里里說，其中一些負面反饋甚至包括要求賠償，有一位宮殿式豪宅的業主聲稱音爆震裂了他家的大理石地板。
顯然，沒有人會接受震裂石板的音爆。除這些反對意見外，環保主義者也提出了對臭氧層的擔憂——幾年后，麻省理工學院的研究人員似乎證實這一設想是合理的，他們得出結論，未來500架超音速客機就將消耗16%的臭氧層。盡管得到了美國聯邦航空管理局、航空業和航天公司的大力支持，美國參議院還是在1971年停止資助開發超音速客機。兩年后，美國聯邦航空管理局禁止在陸地上空進行超音速飛行，這一禁令一直延續至今。當時，協和式飛機還在飛往一些目的地，包括美國的一些目的地，但僅在水面上以超音速飛行。這種情況一直持續到2003年，英國航空公司和法國航空公司的機隊退役，總共只有12架飛機。（生產制造了14架飛機，其中一架在1994年報廢，另一架在2000年墜毀。）雖然協和式飛機成功克服了阻礙超音速客運服務的技術障礙，但它還是屈服于經濟因素：這些飛機的燃料和維護成本特別高。但是，新一代航空工程師和企業家渴望再次接受技術、環境和經濟挑戰。這也許并不奇怪，在21世紀推動超音速旅行的不是老牌制造商，而是新來者。其中資金最為雄厚的是位于丹佛的Boom Technology公司（它的商標名是Boom Supersonic）。2016年，當Boom還在Y Combinator的創業孵化計劃中時，就得到了維珍集團的大力支持，維珍集團向它提供了工程支持，并預定購買Boom前10架客機。（最近，維珍銀河一直在設計自己的超音速客機。）維珍對這一領域感興趣并不令人驚訝：13年前，該集團創始人理查德?布蘭森爵士（Sir Richard Branson）曾試圖購買英國航空公司即將退役的7架協和式客機，供維珍大西洋航空公司使用，但并未成功。Boom不斷從各種風險基金和日本航空公司獲得了超過1.5億美元的資金。它已經用這筆錢建造了一架1/3比例的原型機，稱為XB-1，其商用飛機被稱為“序曲”（Overture），將能夠搭載多達88名乘客，該公司預計將于2029年開始商業飛行。Boom也在強調其減少環境影響的計劃，超音速飛行帶來的環境影響是不可避免的。今年4月，Boom首席執行官布萊克?斯庫爾（Blake Scholl）在眾議院航空小組委員會的聽證會時指出：“可持續航空燃料（SAF）是實現“序曲”飛機可持續發展的關鍵，我們正在從頭開始設計“序曲”飛機，百分之百使用可持續航空燃料，實現飛行凈零碳排放。”在準備過程中，Boom研究了XB-1演示機的發動機的生物燃料使用情況，并與普羅米修斯燃料公司合作，后者將用可再生能源從大氣中提取碳，為XB-1提供合成噴氣燃料。Boom表示，其飛機將只在水面上進行超音速飛行。即便如此，由該公司的網站獲悉，該公司依然正在“對飛機進行優化設計，以減少音爆”。類似地，另一家初創企業——總部位于波士頓的斯派克航空航天公司（Spike Aerospace）表示，其計劃開發的S-512超音速公務機的“空氣動力學設計提供專有的安靜超音速飛行技術。它能以1.6馬赫速度的全速巡航，不會對地面產生巨大的擾民音爆。”同樣，美國加州的Exosonic公司也聲稱，它設計的超音速客機“只會對地面產生較柔和的砰砰聲，比一般的交通方式要安靜”。這正是NASA探索“X-59 QueSST”實驗飛機的一種策略。“X-59 QueSST”是“安靜超音速技術”（ quiet supersonic technology）的縮寫。洛克希德?馬丁公司目前正在其著名的加州帕姆代爾臭鼬工廠建造X-59。“我過去常開玩笑說，這架飛機看起來像一架膨脹的F-16。”NASA負責X-59技術的助理項目經理大衛?里奇溫（David Richwine）說，“這是一架很長的飛機，我想它大約有97英尺長。”里奇溫解釋說，增加長度是“管理音爆信號”（這是工程師的說辭，聽起來不會那么刺耳）的一種方法。
NASA能否成功，最快將在2024年進行揭曉，屆時X-59將飛越美國的一小部分城市，以判斷公眾對Richwine所期望的“砰砰聲”的反應。假設這項目按計劃進行，屆時將正值美國聯邦航空局在俄克拉荷馬城測試后的60年。讓你的大理石地板做好準備吧。有趣的是，曾最為努力地降低其正在開發的超音速噴氣式飛機音爆效應的Aerion公司現在似乎要倒閉了。該公司位于內華達州里諾市，由億萬富翁羅伯特?巴斯（Robert Bass）于2003年創立。Aerion最初嘗試的商用超音速飛機是一架可搭載12人的公務機AS2，其最高設計速度為1.4馬赫。該公司曾經探索過AS2以超音速在陸地上空飛行，同時音爆又不會影響下方人群的可能性。Aerion將這項技術稱為“無音爆巡航”。雖然我們看不到它在Aerion的AS2上使用，但其他超音速飛機可能會采用這一有趣的策略，因此值得在這里簡要介紹一下。這一概念的關鍵是一種被稱為“馬赫截止”的現象，其物理學原理很簡單：當飛機以超音速飛行時，速度會超過它產生的聲波。這些聲音堆積起來，會形成沖擊波。引發音爆的沖擊波的傳播角度取決于飛機相對于聲速的移動速度。對于以音速好幾倍的速度飛行的噴氣式飛機來說，音爆以與飛行軌跡成陡峭的角度傳播。對于只比聲速快一點的飛機，音爆以平緩的角度傳播。第二種情況在這里很重要，因為還有一點相關的物理現象：聲音在空氣中傳播的速度取決于溫度。在空氣較冷的高空，聲音的傳播速度要比在靠近地面、空氣較暖的要慢。這種現象導致聲波在向下傳播時會發生折射（彎曲），就像光波在水和空氣之間或玻璃和空氣之間傳播時發生折射一樣。由于這種折射，以足夠平緩的角度向下傳播的聲音會向上彎曲，永遠不會撞到地面。類似的物理現象還可以解釋你可能會看到海市蜃樓。熱瀝青上方的空氣可使傾角平緩的光線向上彎曲，看起來像是從水坑里反射出來的。如果一架飛機的飛行速度沒有比音速快很多，靠近地面的空氣又足夠溫暖，它產生的音爆，盡管可能聲音很大，但絕不會到達地面。這樣即可超音速飛行，而沒有音爆。需要做出的妥協是飛機的飛行速度不能比音速快很多，最多為1.1或1.2馬赫。與可以0.94馬赫的速度飛行的塞斯納的Citation X公務機相比，這并不是一個很大的改進。要對馬赫截止現象進行商業化開發還需要美國聯邦航空局放寬對陸上超音速飛行的禁令，而這可能永遠不會實現。目前正努力恢復商業超音速飛行的公司明白，它們必須以某種方式解決音爆噪聲問題。而走得最遠的Boom公司正在煞費苦心地解釋它的飛機燃料不會增加商業航空已經排放到空氣中的大量的碳。“這個邏輯有幾個問題。”國際清潔運輸理事會的航空和航運項目主任丹?盧瑟福（Dan Rutherford）說，“首先，一旦飛機出了工廠的大門，制造商對用什么燃料就幾乎沒有控制權了。”這些飛機制造商主張的是讓他們的最終客戶愿意為防止凈碳排放買單。盧瑟福說，“這些飛機本身并不節省燃料。”2018年，他和兩位同事估計，一架商業超音速客機，就像Boom正在設計的那架，每乘客公里的耗油量可能是同類亞音速飛機的5到7倍。盧瑟福進一步指出，生物噴氣燃料的價格至少是傳統噴氣燃料的三四倍，用大氣中提取碳合成噴氣燃料的價格將更高。結合高成本燃料與高油耗，“這些飛機的運營成本如此之高，很難看到它們在市場上會取得成功。”他說。但6月初，美國聯合航空公司宣布計劃購買Boom公司的15架Overture客機，該公司的企業發展副總裁邁克爾?萊斯基寧（Michael Leskinen）向本刊解釋道：“我們將努力向市場引入和供應更多的可持續航空燃料，我們也希望隨著供應量的增加，能夠降低燃料成本。”盡管如此，我們很容易想象，在如此大的經濟壓力下，即使美聯航堅持使用可持續燃料，其他運營商最終還是會使用傳統的噴氣燃料駕駛飛機，使每乘客公里飛行的碳排放量提高5倍甚至更多。但據盧瑟福說，情況會更糟。“如果你看看超音速飛機會使地球變暖的其他排放物——超音速飛機在平流層產生的氮氧化物、顆粒物和水蒸氣，會發現它們對氣候的影響甚至可能更糟，大約是20倍或更多，因為污染物在大氣中停留的時間更長。”
盧瑟福承認，與二氧化碳相比，這些非碳影響的研究結果還不確定。但正如20世紀60年代人們對臭氧層的擔憂一樣，超音速商用航空的支持者需要考慮這些飛機產生所有污染物的有害影響以及它們在目前的飛行高度上延長停留的時間。他們真的會那樣做嗎？“我們努力實現100%的綠色。”萊斯基寧說，“這包括我們飛機所產生的各種影響。Overture與我們選擇運行的任何其他飛機沒有什么不同。”這是一個偉大的承諾，但即使美聯航能夠兌現該承諾，這也是該公司對2050年做出的承諾，而不是2029年引入“序曲”飛機的承諾。更廣泛的社會層面將不得不在超音速運輸的環境后果和它給相對少數的旅行者節省的時間之間做出權衡。當然，在未來幾十年中，可能會出現多種方法，不同的國家也許會采取不同的政策。然而，似乎可以肯定的是，亞當?斯密的“看不見的手”將產生相當大的影響，就像它對早期的超音速奇跡——協和式飛機和航天飛機所做的那樣。最終，二者都被證實陷入技術死胡同，因為它們的運營成本高于其服務的價值。IEEE Spectrum
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