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人類還能重啟超音速旅行嗎?

20世紀以來,世界上的一切都在變得更快。汽車在提速、火車在提速、飛機也在提速。整個地球由於交通工具的快速連接,越來越像一個小小的村莊。

尤其是飛機,經過技術的迭代,其由萊特兄弟試飛時的12秒36米到噴氣式飛機的900km/h,給人們的出行帶來了巨大的方便。但令人不解的一點是,距離世界上第一架噴氣式客機誕生已經有近70年的時間,目前飛機的運行時速仍然基本上停留在上個世界中期的水準。戰機既然都已經實現了超音速飛行,為什麽客機仍然顯得慢吞吞的?

其實,人們並非對超音速客機漠不關心。畢竟超快的速度不僅可以節省大量的旅行時間,而且在緊急醫療物品配送、災難救援等方面也有顯著的意義。相反,帶著對速度的不懈追求,人類對超音速客機研究的腳步一直都未停止。比如最近波音公司和NASA相繼宣布了自己的超音速飛機研製進展,一個說要讓飛機每小時飛5600公里,一個說要讓飛機“靜音飛行”,看起來,很有點志在必得、開啟人類航空新時代的意思。

而實際上,在此之前,超音速客機曾經在地球的上空飛翔了近三十年。

超音速客機也有春天

上個世紀六七十年代,世界航空業的發展可以說進入了一黃金時代。在冷戰的背景下,各種宇宙飛船、太空梭等軍備競賽層出不窮,美國甚至實現了人類歷史上的第一次登月。在這個背景下,處處要較勁的蘇聯和西方在超音速客機的研製上展開了激烈的追逐。

與戰機不同,客機要實現超音速飛行必須要考慮到其龐大的機體、乘客體驗。畢竟戰機體積較小,所以在機身設計上相對自由。而且,突破音障也是超音速客機需要克服的一個重要關卡。

從上個世紀50年代,美國、歐洲和蘇聯都開展了各自的超音速客機研製計劃,但最終只有英法聯合研製的協和號和蘇聯研製的圖-114兩種機型成功。有趣的是,無論是在試飛還是正式運營上,圖-114總是要搶在協和號的前頭,來彰顯蘇聯人民永不認輸的精神。

尷尬的是,圖-114問題不斷,先是在一次航展上發生墜機事故導致機上人員全部遇難,後來在七十年代交付使用的時候又再次出現故障,這也就導致圖-114系列一開始只是執行一條從莫斯科飛往阿拉木圖的貨運航線,時間是在1975年12月。但這也是世界上第一條超音速飛機商用航線,因為第二年1月英法的協和號才首次載客飛行。

然而因為故障不斷和其他原因,圖-114最終運行了7年之後宣布停產,並在一年之後蘇聯停止圖-114的研製。蘇聯的超音速客機項目算是告一段落。

協和號則看起來技術相對安全一點,平穩運行了二十多年,期間也沒有事故報告。直到2000年才在一次起飛之後墜毀,而這次墜毀也與飛機的性能沒有直接的關聯。

而由於長期以來關於超音速客機的詬病不斷,這次墜毀事故也成為了導火索,三年之後,協和號也迫於各種原因,最終完全退出了歷史的舞台。

從20世紀60年代初著手研製,到70年代中期貨付商用,再到21世紀初正是停運,超音速客機的發展歷程並不能說是一帆風順。雖然成功運行了近三十年,但其背後反映的是人類在一個瘋狂的航天工業時代在面對航運需求方面的急躁冒進的態度。雖然飛機能飛起來,但它各個方面的細節處理並不好。

而對一項商業活動來說,能飛起來只是剛剛完成了第一步。把飛行效益、旅客體驗等各方面的因素綜合考慮進去並作改進,才是進行超音速商業飛行前提和保障。

在航空上,“唯快不破”不是真理

那麽,既然爆炸事故僅僅只是一個誘因,究竟其背後是什麽原因導致超音速飛機雖然快,但仍然暫時告別了天空呢?

我們大致可以從兩個角度來分析。

第一個角度是航空公司。對航空公司而言,要速度的原因就是,速度能換來經濟效益。但是當對速度的追求實現了,但經濟效益卻沒跟上,那為這個“快”而付出的經濟代價就不值得了。

1. 飛行成本高昂

飛行成本主要體現在兩個方面,一個是維修,一個是燃油。

從維修方面來說,協和式客機每飛行一小時,航空公司就需要用18個小時來進行日常維修,而飛機一旦出現故障,其維修成本則更高。而隨時時間的流逝,客機的磨損和老化則令日常維護的成本越提越高。

而在燃油方面,可能是協和式飛機沒有預料到的。上個世紀六、七十年代,國際石油價格差不多一桶3、4美元,而到協和號停飛的2003年,石油價格差不多突破了40美元,即便扣除通貨膨脹因素,也要高出許多。而由於超音速飛機發動機燃油率不高,要保持超音速飛行,燃油成本自然就上去了。

2. 航線距離短

這就是一個很尷尬的地方了。理論上來說,超音速客機最適合的是長途飛行,比如橫跨個太平洋之類的。但尷尬的是,由於燃油效率低,飛機飛個差不多三四個小時就沒油了;而由於其巨大的噪音,美國甚至禁止其在國內降落,因此協和號的航線既少又短。在這些因素的作用下,超音速客機多少顯得有點雞肋。

第二個角度則是旅客的乘坐體驗。當然,第一體驗肯定是快啊,一小時超過2000公里,但隨快而來的,更多則是煩惱了。

1. 乘坐體驗差

對,噪音太大了。畢竟超過兩千公里的時速,儘管協和號的機身被做成流線型,並且客艙太空沒有普通客機那麽大,其噪音仍然達到了接近90分貝。90分貝是個什麽概念呢?75分貝基本上就是人體耳朵舒服的上限了,90分貝的效果大概相當於晚上去酒吧的嘈雜環境,說個話都恨不得趴對方耳朵上。從乘客的角度來說,做個飛機跟逛酒吧似的,也太受罪了。

2. 乘坐成本高

成本有多高呢?一張倫敦到紐約的機票9000美元,人民幣大概6萬多……果然是富豪們的專屬。關鍵是,花9000美元去天上逛酒吧這事兒怎麽想都有點吃虧,最主要還沒有酒,只有噪聲。有這麽多錢,為什麽我不買個普通飛機的頭等艙?

而對航空公司來說,即便是比普通飛機貴了十幾倍的票價,其還是不能達到收支平衡,每一趟班機都是在虧本運行。足可見這飛機是有多能造了。

除去航空公司與乘客這兩個與飛機有直接關聯的因素之外,超音速客機還不受社會的歡迎,最大的槽點就是其會帶來嚴重的噪音汙染。在超音速飛行的時候,其產生的噪音能達到一百三十多分貝,把一個人給震瘋是沒有問題。如果是在對流層進行超音速飛行的話,方圓幾公里之內的玻璃將統統體無完膚。所以,協和號被禁止在對流層進行超音速飛行。但即便如此,其飛行產生的噪音也比普通客機高出不少,機場附近可謂民怨四起。

於是,航空公司也不想飛了,乘客也不想坐了,機場附近的居民們天天盼著它趕緊消失免得打擾自己睡覺。而協和號又最終不幸出了場事故,加速了超音速客機的退出天空的步伐。雖然這二十多年的飛行算不上波瀾壯闊,但超音速旅行的一個時代也總算是結束了。

但是,超音速旅行真的就從此離我們而去了嗎?

超音速旅行重啟可能不會太遠

可以肯定的是,人類對速度的追求永遠不會停止。一個越來越快的世界,必然要求越來越快的對接工具。那麽,重啟超音速飛行似乎成了一個必須要趕快提上日程的計劃。

事實上,最近幾年各大航空公司紛紛以PPT或試飛的形式來展示自己的超音速客機飛行計劃,比如這次美國波音公司的超音速客機項目聲稱能實現超過5倍音速的飛行;甚至有外媒稱中國正在研製“I”系列超音速客機,時速超過8000公里……聽起來是不是特別勁爆?

但不管離真正的飛行還有多遠,從各種因素來講,超音速客機的商業回歸也將成為一種必然。

第一,地面交通提速的衝擊。

這方面在中國的表現最為突出。2017年中國高鐵6年之後重新恢復350公里的時速運行,其對航空公司的旅客分流作用非常明顯。據分析,800公里的旅程之內高鐵將分流航空的20%-30%,1000-1200公里則會分流15%-20%。這也造成了航空公司更大幅度的價格優惠,其飛行效益必然受到影響。

當然有人就說了,在1200公里以內的路線上雖然高鐵對航空的影響顯著,但1200公里之外的長途旅行,航空的蛋糕幾乎不會受到影響。尤其是跨洋飛行,高鐵不行了吧?

別擔心,超級高鐵照顧您。

關於超級高鐵,想法有很多。比如今年6月份在北京召開的世界交通運輸大會上,西南大學就提出了多態耦合軌道研發技術,其將磁懸浮技術和真空技術結合在一起,將可能實現1500公里時速的高鐵運行速度。具體點兒說就是,列車在一個真空管道裡懸浮行駛,最大程度減小阻力,行動如風。

當然,更著名的管道高鐵運輸則來自馬斯克的Hyperloop,它有一個更響的名頭叫“膠囊高鐵”。在經過兩年的測試之後,Hyperloop已經被批準建設第一條試運行線路,連接巴爾的摩和華盛頓,而整個運行時間還不到五分鐘。馬斯克則計劃在3年內形成實際運力,10年後建成連接全美的高鐵網絡,實現全美4時達。

而更殘暴的是,中國航天科工還提出要建時速4000公里的超音速高鐵……

競爭對手們步步緊逼,航空公司怕不怕?所以在競品面前,超音速客機的研製似乎迫在眉睫。而且相對而言,技術突破要比超級高鐵容易點。畢竟,飛機曾飛過超音速,而高鐵可從來沒有跑贏過音速。

第二,技術的進步也在促使超音速旅行之門的再次開啟。

對超音速客機來說,最需要解決的問題就是如何突破音爆。所謂音爆,即物體在突破音障的時候形成的強烈的爆炸聲。其聲音可高達130多分貝,即便是身處16000米高空的協和號,其產生的音爆也足以震裂地面的玻璃。這也是美國限制協和號飛行的原因之一。

那麽,如何突破音爆問題就成為了一個頗具難度的技術突破。NASA和軍火製造公司洛克希德馬丁達成了一項2.5億美元的協定,研製X系列的超音速飛機。據稱,其將在不產生音爆的情況下實現超音速飛行,而且在飛行的過程中產生的噪音也只有75分貝,與目前飛機的噪音相差無幾。NASA計劃在2021年能夠實現首次試飛,如果成功,毫無疑問將是航空史上的一次革命。

協和式飛機因為音爆問題,只能飛行大洋航線,而且是飛越直線距離比較短的大西洋。那麽,如果音爆問題得以解決,其將不僅可以在大洋上空飛行,陸地上空也將才成為可能。飛行區域被大大擴展,線路也會得以增加。超音速飛行的雞肋之處也就不會顯得那麽突出了。

並且,音爆的解決也會對乘客的舒適度增加、準飛航線的拓展、準飛區域的擴大等產生影響,飛行成本的壓力也會得到緩解。隨著收益的增加,發動機的油耗問題顯得不那麽突出。畢竟,發動機的改進技術難度極高,目前幾乎已經觸碰到了瓶頸,每節省一滴油都需要一次技術突破。

而人類對速度的追求不會停止。地面交通的步步緊逼、全球商務需求的節節攀登,都讓超音速飛機的重出江湖變得日益迫切。而且可以預見的是,雖然仍然存在一定的技術突破難度,但超音速飛行的重啟必然不是一個有生之年系列,人類也終將對“出發前就到達”進行重新定義。

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