美國宇航局的一位工程師設計了一款被戲稱為「協和之子」的超音速噴氣機，他向《每日郵報》透露了這款飛機如何有望徹底改革美國國內的航空業。

協和飛機距離最後一次飛行已經將近20年——然而，它仍然在美國年輕人和老年人的心中佔據著重要的位置。

在2003年，即法國航空4590航班墜毀導致113人死亡約三年後，協和飛機被退出了服務。

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超音速 X-59 噴氣機

上周，NASA 推出了價值2.5億美元的超音速 X-59 噴氣機，這是一款實驗性的飛機，該機構將利用它打造一個新的超音速客機時代——即協和的繼任者。

由洛克希德·馬丁公司耗資2.475億美元建造，是 Quesst 任務的旗艦飛機。

NASA 的新型實驗性超音速噴氣機被稱為 X-59。它於本月首次亮相，將成為航天局開發新型超音速噴氣技術的實用實驗室。X-59 比協和式飛機慢，但有充分的理由：NASA 的目標是將超音速噴氣機標誌性的「音爆」減弱為「重擊聲」，從而使未來的超音速客機能夠飛行人口稠密地區。

這架新的飛機長100英尺，翼展30英尺，據報道可以以每小時925英里的速度巡航，是音速的1.5倍。相比之下，普通的波音737 MAX 10長143英尺，翼展117英尺，巡航速度為每小時521英里。



為了最大限度地減少導致音爆的湍流，X-59 取消了面向前方的駕駛艙窗戶。相反，它配備了為 4K 顯示器供電的攝像頭。

因為它可以突破音障，這架飛機贏得了「協和式飛機之子」的綽號。但是開發它的一位首席工程師嘲笑這個綽號，說它的意義遠不止於此。

美國宇航局 Quesst 任務的任務整合經理彼得·科恩表示：「X-59 不是協和之子，我再次強調，除了一般的機翼形狀以外。」 他表示，X-59 是一架實驗噴氣機，將成為NASA推動超音速飛行新時代的試驗平台。

這架新的噴氣機只有一個座位，供飛行員使用。實際上，它的速度要慢大約30%，相比之下，協和飛機的速度可以達到每小時1,350英里，是聲音速度的兩倍。

但這是有充分理由的。

雖然舊的協和式飛機可以在大約三個小時內搭載乘客飛越大西洋，但美國聯邦航空管理局(FAA)規定，由於協和式飛機發出雷鳴般的「音爆」，禁止它在美國的陸路航線上飛行。

已在NASA從事超音速相關項目長達30年的科恩表示，這種新型、更安靜的噴氣機可能會為美國聯邦航空管理局解除禁令，並徹底改變美國國內的旅行方式。

理論上，X-59 可以在不到三個小時內從紐約飛往洛杉磯，但它永遠不會搭載乘客，因為它只是一架用於研究的原型飛機。

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超音速 X-59 噴氣機的最終目標

科恩表示，NASA 對這架飛機的最終目標是開發更安靜的超音速飛行，將這項技術應用到客機上，並推翻美國聯邦航空管理局長達50年的陸地超音速飛行禁令。



NASA 的 X-59 的設計目的是比協和式飛機或其他噴氣式飛機更溫和地突破音障，產生「重擊」而不是「轟隆」聲。

他說：「X-59 中的特徵是未來超音速客機可能會具備的特徵。」 

這些特徵包括雕塑造型的、向後傾斜的翼面遠端設置在飛機後部；一個可以產生升力的尾翼；以及一個安裝在飛機上部、在機翼之上的發動機。

這個目標還需要幾年時間才能實現，但如果一切順利，到2026年，NASA 將開始在美國特定社區的上空飛行 X-59，以確定它的噪音是否足夠低，從而促使聯邦監管機構重新考慮自1973年以來一直存在的航空規定。

即使按照樂觀的時間表，FAA 的規則修改可能要等到2030年代初才會發生。但航空製造商對開發超音速客機非常感興趣，科恩表示。因此，一旦規定允許使用，這些新飛機可能很快問世。



此概念藝術展示了未來超音速客機的外觀，其靈感來自於 NASA X-59 開發的技術。

根據聖安東尼奧大學航空航天工程項目主任克里斯·康姆斯的說法，對於超音速噴氣機來說，飛越大西洋是一件簡單的任務。畢竟，協和飛機幾十年來一直在執行這項任務。

「X-59 只是一個技術演示機，不會離開美國領空，」 康姆斯表示。

但是，一旦細節最終落實，客戶對超音速飛行感到舒適，康姆斯確認，想象從紐約飛往洛杉磯的飛行時間少於3小時是切實可行的——比現在的時間少了一半還要多。

真正的挑戰將是在不打擾飛行路徑範圍內所有居民的情況下飛越陸地--音爆。

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音爆

當飛機的速度超過音速，大約為每小時761英里時，其衝擊波會在空氣中回蕩、匯聚，並以音爆的形式傳達給觀察者。

這種雙重衝擊對你的耳朵造成的聲音強度與一場搖滾音樂會大致相當。

當飛機技術發展到可以實現超音速飛行的程度時，美國軍方在全國範圍內飛行超音速噴氣機，並詢問人們是否覺得太吵。

回答是一致的「是」，因此美國聯邦航空管理局於1973年禁止了超音速飛行。

不過，科恩表示，X-59有可能改變這種情況。



NASA 聲稱，X-59 將比現有超音速噴氣機安靜得多。根據航天局的這張圖表，X-59 的「聲音重擊」聲音大約相當於 20 英尺外聽到車門關上的聲音。

科恩解釋說，當飛機穿越空氣時，它不斷與空氣發生碰撞，在每個接觸點——機翼、發動機、機頭處——都會產生湍流。

通常情況下，這些壓力擾動會被推到飛機前面。

但是當超音速飛機與空氣碰撞時，飛機移動得太快，使得壓力變化無法趕在飛機前面，而壓力變化會瞬間發生。

每當飛機推開空氣時，這些碰撞會產生衝擊波，呈錐形傳播到飛機後面。

處於這個錐形區域內的任何人在飛機經過頭頂時都會聽到一聲音爆——這對於任何經歷過的人來說都是一種令人不安的經歷，尤其是如果是意外的話。

實驗噴氣機的一個主要賣點是，它能夠突破音障，飛越人口稠密地區，產生的效果更像是超音速的「輕微震動」而不是「爆炸聲」。

「在研究了相當長的一段時間后，我們意識到減輕音爆的關鍵是控制衝擊波的強度和位置，」 科恩說道。「你希望它們的強度相對一致，並且沿著飛機的長度相對均勻分佈。」



X-59 目前只是一輛演示車。美國宇航局宣布計劃開始讓它飛越美國一些地區，以收集公眾關於其聲波重擊的破壞性的意見。

這樣可以將衝擊波保持為從飛機傳播到地面的單個波浪，從而防止產生噪音的碰撞引起音爆。

由於發動機位於飛機的上部，而且其長而尖銳的機頭能夠分解通常引起音爆的衝擊波，這架實驗飛行器意在產生相對柔和的「重擊」，而不是協和飛機著名的「轟轟」音爆。

科恩表示，這些變化將使「感知級別分貝」從105降低到75，大約相當於大多數人熟悉的刻度上的65分貝，大致相當於坐在汽車內部時的噪音水平。

X-59 的長機頭約佔飛機長度的三分之一，是保持高速安靜的關鍵部分。

早期，音爆是協和飛機的一個主要問題，因為美國和紐約州都曾禁止或試圖禁止其飛行，後來才允許飛行——但這並不是沒有公眾對噪音的強烈抗議。

因此，如果X-59能夠真正靜悄悄地飛過，那將是一件大事。

科恩表示，找到合適的形狀只是Quesst任務的一部分。

科恩預測，在NASA今年讓新飛機進行首次飛行后，該機構將對其進行為期約一年的全面飛行測試。

一旦他們確信飛機是安全的，他們將進行聲學驗證，確保飛機發出的聲音是正確的。然後，在2026年底，他們將開始在尚未公布的五到六個美國社區上空飛行X-59，並調查地面上的人們對噪音的感受，科恩說。

這些測試的結果，預計將持續約2.5年，將是NASA Quesst任務的核心內容。



這張洛克希德·馬丁公司的概念圖展示了未來陸上超音速飛機的另一種可能配置，其發動機位於其雕刻機翼的頂部。科恩表示，NASA尚未確定哪些城市將進行X-59的飛行，但這將取決於它們距離是否有一個合適的機場——一個擁有足夠長的跑道、安全的機庫，以及交通量足夠輕的機場，這樣飛機就不會在等待其他飛機降落時浪費燃料。

與此同時，NASA正在與國際民航組織合作制定未來超音速飛機噪音可接受水平的指導方針。社區測試將提供建立這些限制的數據，科恩說。

如果一切順利，新標準將在2031年的會議上提出。



飛機工業一直渴望超音速飛機的普及，但在沒有明確指導方針的情況下，他們一直對進入該領域猶豫不決。Quest 任務旨在建立這些指導方針。

「如果能夠證明以超音速飛行在陸地上空不會引發噪音問題，那麼對於潛在的運營商來說，它將開闢更多的航線，也許會使整個努力成為一個更容易被證明合理的商業冒險，」 康姆斯說道。

科恩說：「而且，如果超音速客機真的投放市場，它們可能不會完全像X-59那樣，其小小的駕駛艙肯定無法容納一個家庭及其行李，但X-59的整體設計和策略將影響它們的設計，換一種說法就是，未來的客機中將會有來自X-59的遺產或者說基因。」

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航空公司一直對超音速飛行感興趣

協和飛機可以在大約3小時內橫越大西洋，最快的橫越時間是1996年僅為2小時52分鐘59秒。

自2003年協和飛機退役以來，航空公司一直對超音速飛行感興趣，但美國聯邦航空局的禁令限制了這一進展。



美國宇航局航空航天工程師彼得·科恩表示，製造一架安靜的超音速飛機只是該項目的一部分。NASA 還必須尋求社區的意見，以確保聲音實際上不會太大。

康姆斯說，「這更像是一家公司證明自己能夠做到經濟實惠，並做出適當的投資。我認為，協和式飛機失事後，航空業顯然對這一點非常謹慎。」

科恩指出，X-59對於使超音速飛行成為常規現象的長期目標至關重要，但這並不是最終目標。

除了屬於洛克希德·馬丁公司的設計過程之外，NASA還將使飛機的幾何結構和技術，以及聲學測試和社區反饋數據對飛機製造商開放，以鼓勵該行業向這個領域擴展。