协和式飞机超音速飞行的兴衰，距其最后一次飞行已有 15 年

技术的典型发展过程是这样的：新事物被发明出来，然后变旧，然后我们用更先进的版本取而代之。但在极少数情况下，技术过于先进，以至于我们实际上没有准备好在它过时时更换它。协和式飞机就是一个例子。它是一架超越时代的飞机——确切地说，从巴黎或伦敦飞往纽约的航班速度非常快，它实际上会在起飞前两个多小时降落：这在今天只有跨越国际日期变更线才有可能。超音速喷气式飞机本应开启交通运输的新时代，但在首次商业飞行 27 年后，这架未来派飞机就退役了，没有后继者——事实上，15 年前——超音速客运旅行不复存在。

原因多种多样，但通常归结为两个主要问题：协和式飞机不经济，其产生的音爆对地面人员造成很大困扰，因此只能在水面上飞行。第一代也是最后一代协和式飞机在没有人解决这些问题之前就已经老旧了，因此没有人推出全新的型号来取代它。但希望就在眼前。2016 年，NASA 宣布了一项开发更安静的超音速飞机的新计划，并授予洛克希德马丁公司合同，这意味着公众可能很快会再次以超音速飞行。

超音速的兴衰

1903 年 12 月 17 日，莱特兄弟在北卡罗来纳州基蒂霍克首次飞行后，航空业以惊人的速度发展。二十年间，一战将战争带到了天空，商业航空公司将客户运送到世界各地。1947 年 10 月 14 日，航空业又向前迈进了一大步；试飞员查克·耶格尔成为第一个突破音障的人类，他驾驶贝尔 X-1 火箭动力飞机达到了 1 马赫的速度，这是美国空军和国家航空咨询委员会 (NACA)（NASA 的前身）的合作项目。但 X-1 本身主要用于研究，而非商业乘客。很快，超音速军用喷气式飞机开始兴起，但就像 X-1 一样，它们是短跑运动员：它们只能以 1 马赫的速度飞行几秒钟，最多几分钟，然后就会耗尽燃料。虽然这种方法适用于执行急转弯的小型飞机，但大型商用客机（通常沿直线或平缓曲线飞行）需要以超音速巡航更长时间。

然而，这一进展确实激励了商业航空业研究超音速运输机 (SST) 或民用超音速飞机的制造。虽然 X-1 证明了我们拥有以超音速飞行的正确工具，但仍需要解决一些主要细节问题，例如在相对较长的飞行时间内以超过 1 马赫的速度巡航的能力，以及此类项目的经济可行性。包括美国在内的多个国家在 20 世纪 50 年代开始了研究，但超音速运输机在开发过程中面临的一系列困难意味着只有三个国家会继续建造和试飞这种飞机：英国、法国和苏联。

“唯一有兴趣、有技术和资金来设计和建造超音速运输机的欧洲国家是法国和英国，”西雅图飞行博物馆助理馆长约翰·利特尔说。“他们各自都想开发超音速运输机，但两个国家都负担不起独自开发超音速运输机的费用。因此，法国和英国有些勉强地同意成为合作伙伴，共同开发超音速运输机。”

另一方面，苏联能够独立开发图波列夫 Tu-144，尽管这款客机在项目因故障率高而取消之前只进行了 55 次载客飞行。（例如，在 1973 年巴黎航空展上发生了一起引人注目的坠机事故。）协和式飞机是迄今为止性能最优越的飞机，近三十年来每天都在飞行。

飞得高（花得也高）

为了实现超音速飞行，英国航空工业公司、法国宇航公司和其他承包开发飞机零部件的公司（如设计发动机的劳斯莱斯）的协和式飞机工程师必须开发新技术或改进旧技术，从驾驶舱内的电传操纵控制系统（电子界面与模拟界面）到耐热轮胎再到优雅的三角翼。“在我看来，协和式飞机最具创新性的技术是能够以 2 马赫的速度巡航，即两倍音速，”利特尔说。“经过几分钟的超音速飞行，大多数军用飞机的燃料就会耗尽。相比之下，协和式飞机可以以两倍音速巡航三个多小时。”

早在协和式飞机制造出来前几年，航空公司就蜂拥订购该飞机——16 家公司订购了 70 多架飞机。但随着协和式飞机的研发进展，项目成本也随之增加。“成本超支非常严重，从 7000 万英镑增至 13 亿英镑，”航空咨询专家公司首席执行官、前飞行员罗斯“拉斯蒂”艾默说（按 2018 年美元计算，约为 9100 万美元至 17 亿美元）。然后，协和式飞机又遇到了其他意想不到的问题——尽管它的飞行速度更快，意味着它在旅途中比标准飞机消耗的燃料更少，但环保人士抗议其油耗高（约 6700 加仑每小时，而波音 747 为 3600 加仑每小时），而且协和式飞机的污染物在 60000 英尺的高巡航高度可能对臭氧层造成破坏。而对这架客机来说，最大的打击可能是航空运输监管机构禁止其飞越陆地，原因是音爆在飞机后留下了 16 英里宽的尾迹。因此，协和式飞机只能飞越水面，而且考虑到其航程约为 4500 英里，它几乎无法飞越大西洋，更不用说飞越太平洋了。“全球航空公司的原始订单开始像银行挤兑一样下降，”艾默指出。“由于政治压力和民族自豪感，英国航空公司和法国航空公司是唯一被迫订购少量飞机的航空公司。”

最终，协和式飞机仅生产了 20 架，其中包括 6 架原型机：其中只有 14 架投入商业运营，英国航空和法航各有 7 架。尽管在研发过程中问题重重，但协和式飞机被誉为世界上最漂亮的飞机之一，也是最安全的飞机之一，而且由于座位有限和票价高昂（以今天的美元计算，乘坐协和式飞机的往返航班费用可能高达 20,000 美元，而 2018 年乘坐法航亚音速飞机头等舱的费用仅为 6,000 至 10,000 美元），其独特性创造了巨大的需求。航空爱好者和名人、政客等高调乘客组成的庞大粉丝群迅速增长，机票销售额飙升。

乘坐协和式飞机是一种奢华的体验，类似于乘坐当今客机的头等舱。虽然客舱以狭窄和嘈杂著称，但乘客们依然可以尽情享受旅程：他们用玻璃杯啜饮香槟，享用由服务员手捧而不是手推车送来的三道菜，并享用餐后饮品。“我们接受过高效而优雅的培训，”法航乘务长阿兰·韦舒尔 (Alain Verschuere) 说，他从 1999 年起担任协和式飞机的乘务员，直到 2003 年飞机退役。“法航以这种舱位而闻名。服务非常好，我们的制服和机上装饰也很好。我们非常自豪能乘坐这架飞机。即使是现在，15 年过去了，我乘坐的航班上的乘客也总是对我说，‘你很幸运能乘坐协和式飞机！’”

但一切美好的事物都有结束的时候。从 1976 年协和式飞机首次载客飞行到 2003 年最后一次飞行，这架客机经历了一些困难——除了其在开发阶段的经济和听觉问题。

轰然入场，呜咽而去

“协和式飞机在 20 世纪 50 年代末构思，并在 20 世纪 60 年代中期设计完成，当时油价很便宜，航空燃油每加仑仅需几美分，没有人预见到油价会上涨。后来发生了 1973-1974 年的石油危机，导致石油及其衍生品（包括航空燃油）价格飙升，”利特尔说。“每加仑油价哪怕上涨一美分，都可能意味着航班盈利或亏损，没有哪架飞机比协和式飞机更容易受到航空燃油价格波动的影响，它在飞越大西洋时每位乘客的燃油消耗量约为 2,000 磅。”

“更糟糕的是，随着全球商务旅行转向亚洲，协和式飞机的竞争力下降。由于它无法以超音速飞越陆地，因此无法从巴黎或伦敦向东飞往亚洲，也无法向西飞行，因为它的航程无法跨越太平洋，”利特尔补充道。“因此，具有讽刺意味的是，在超音速飞行最经济的长途市场，协和式飞机却毫无希望。”

除了市场问题，任何飞机都存在一个主要问题——时间。机队老化，维护成本极高。到 20 世纪 90 年代末，考虑到燃料和维护成本，以及航线限制，飞机的命运已成定局。然后是最后一击：2000 年 7 月 25 日，法航 4590 航班，一架从巴黎飞往纽约的协和式飞机在起飞几分钟后坠毁，机上所有人员和地面上的数人遇难。“仅仅一年后，机队就被批准再次飞行，因为我们开发了新技术，解决了导致坠机的缺陷，”空中客车遗产部主任雅克·罗卡 (Jacques Rocca) 表示，该公司保留着现已解散的法国宇航公司的大部分资产。“但由于那一年发生的 9/11 恐怖袭击，当协和式飞机重新投入使用时，要求乘坐它的人数减少了。”

协和式飞机的回归时间很短——该飞机于 2003 年逐步退役，最后一次飞行于 10 月 24 日进行，结束了航空史上最具传奇色彩的飞机之一的有限飞行。“从本质上讲，协和式飞机更注重技术实力，而不是经济现实，”艾默说。

重振雄风

当时没有超音速客机来取代老旧的协和式飞机，因此从那时起，航空乘客就一直以亚音速飞行。但 15 年后，世界比以往任何时候都更加紧密地联系在一起，对更快飞机的需求也大增。“随着亚洲在世界经济中的地位日益提高，商务旅客需要一种从欧洲和美洲快速到达亚洲的方式，”利特尔说。“第一家开发出超音速客机（飞行速度为 5 马赫或更高）的飞机制造商，可以在三个小时内从纽约飞往北京，这将卖出很多飞机。”

如今，许多公司都在研究如何解决协和式飞机的缺陷，无论是商用客机还是商务喷气机。“从工程角度来看，最大的挑战是减少燃油消耗、减少排放、减少或消除音爆——解决这些问题的成本将非常高，”利特尔说。“为了减少燃油消耗和排放，最好的选择是开发不需要燃烧石油基燃料的发动机。然而，对于任何制造商来说，这种选择都是有风险的，而且不能保证成功。”

目前，NASA 正与洛克希德·马丁公司合作研发实验飞机 X-59 QueSST，该飞机将超音速轰鸣声降低到安静的轰鸣声。“这与使用的特定材料、对螺钉、螺栓或接缝的关注程度无关。设计中最重要的方面是其形状——外模线和与空气接触的部分，”洛克希德·马丁臭鼬工厂项目通信和媒体关系部 Erica Tierney 解释道。“X-59 的长尖噪音、大后掠翼和鸭翼形状确保以超过 1 马赫的速度产生的单个压力波不会汇聚在一起造成传统的音爆。”

该飞机目前正在研发中，预计交付时间为 2021 年。一旦洛克希德马丁公司将完成的飞机交给 NASA，该机构将驾驶 X-59 飞越美国城市，研究音速轰鸣对普通人群的影响。

“NASA 将在飞行测试期间每天招募社区成员参与调查，以了解他们对安静超音速飞行噪音的反应，”NASA 商业超音速技术项目经理 Peter Coen 表示。“飞行测试的数据将提供给美国和国际监管机构，供他们考虑允许商业超音速飞行上空的新规则。”

如果美国联邦航空管理局解除对美国陆地上空超音速飞行的禁令，转而使用更安静的超音速飞机，飞机制造商可以使用类似的技术来开发新型超音速飞机。

“X-59 将成为航空和运输行业的一次突破，”蒂尔尼说。“它将使一个全新的全球航空航天市场成为可能，让世界各地的乘客能够以现在所需时间的一半前往任何地方。”

但超音速客机的回归是否会出现在更广泛的商业领域，供所有类型的乘客使用？也许不会——专家认为超音速旅行可能会朝着私人飞机（也称为商务喷气机）的方向发展。“商务喷气机市场正在迅速崛起，”安柏瑞德航空大学工程学院航空航天工程教授兼行业关系与拓展副院长詹姆斯·拉德西克博士说。“超音速客机被认为具有可以在这里发挥作用的利基市场，因为商务喷气机的乘客数量通常较少，而且在市场上具有相当高的价格价值。”

《协和式飞机的最后日子：4590 航班坠毁和超音速客运的终结》一书的作者 Samme Chittum 也认为未来属于商务喷气机。“目前所有的空气动力学研究表明，任何更安静的‘无音速’飞机的机身都必须具有较小的长宽比，就像一支箭一样——不需要宽体飞机，”她说。“这种狭窄的配置不适合运载大量乘客，以降低乘客每加仑燃油的英里成本。如果商用超音速飞机真的出现，它们很可能是超级富豪的小型商务飞机，而不是我们其他人的公交车。”

然而，NASA 希望结果有所不同。科恩说：“我们对未来超音速飞行的愿景是，让像协和式飞机这样的飞机的飞行速度优势广泛惠及公众。”如果 X-59 成功完成降低音爆的任务，我们可能很快就会飞得比音速还快。