對於大多數旅客而言，超音速飛機的轟鳴聲通常只在紀錄片中聽到，而非親身體驗。由於公共噪音限制，客機在過去二十多年中一直無法超越音速。然而，工程師們從未放棄這一夢想。美國國家航空暨太空總署（NASA）正在研發的實驗性 X-59 飛機，旨在用柔和的震動取代刺耳的轟鳴，讓乘客能在三小時內從波士頓飛往洛杉磯，並不會驚擾地面上的人們。
本文將探討超音速飛行的歷史、為何曾經被停止，以及目前誰在努力重振超音速商業航班。
聲音的基本概念：什麼是音爆？
聲音以壓力波的形式傳播。在海平面上，當氣溫約為 20 °C 時，這些波的速度約為 767 mph（1,235 km/h），這一速度被定義為音速（Mach 1）。一架飛行速度為 Mach 2 的飛機，其速度為音速的兩倍，Mach 3 則為三倍。
即使在 Mach 1 以下，飛機也會在前方推動空氣，形成向外擴散的波紋。隨著飛機加速，這些波紋會逐漸聚集；當飛機達到 Mach 1 時，這些波紋會合併成強大的衝擊波，當衝擊波到達耳朵時，便會聽到音爆。
音爆並不是一次性「砰」的聲音。當飛機保持超音速時，它會不斷拖拽著一個三維的壓縮空氣錐形區域，只有位於這個區域內的人才能聽到音爆；如果這個區域沒有經過你身邊，你則聽不到任何聲音。
早期的超音速先驅將不可能變為日常
突破音速曾經看似不可能。控制面失靈、機翼顫動，甚至出現飛機可能在「音障」中解體的傳言。突破發生在 1947 年 10 月 14 日，Chuck Yeager 上尉駕駛火箭推動的 Bell X-1 飛機以 Mach 1.06 的速度飛越莫哈維沙漠，證明了超音速飛行是可生存且可重複的。隨後迅速獲得的關鍵經驗包括：
– 全動尾翼（stabilator）。在接近 Mach 1 時，傳統的鉸鏈式升降舵失去控制能力，X-1 的全可轉動尾翼成為後來超音速飛機的標準配置。
– 薄型、傾斜或三角翼。厚重的機翼在跨音速時會產生巨大的阻力，纖細的設計能更順利地穿過衝擊波。
– 面積規則「蜂腰」。這一原則於 1950 年代被發現，可以平滑截面面積的變化，降低 Mach 1 時的阻力。
到 1950 年代中期，F-100 Super Sabre 等戰鬥機已經能在水平飛行中輕鬆突破 Mach 1。然而，僅靠動力並不足以實現超音速飛行。渦輪噴氣發動機無法處理超音速氣流，進氣口必須生成自己的衝擊波，將空氣減速至亞音速，這一技術在 SR-71 等飛機上得到了完善。
熱量、壓力和其他隱藏的敵人
將手伸出車窗，當時速為 60 mph 時會感受到輕微的溫暖，而在 1,500 mph 時，摩擦和壓縮所產生的熱量則十分猛烈。Concorde 的鋁製機頭在巡航時達到約 127 °C（261 °F），機身因膨脹而增長了近一英尺。SR-71 Blackbird 的鈦合金外殼面臨超過 300 °C（572 °F）的溫度，鋁材則會熔化。
材料選擇、結構強度甚至顏色都至關重要。Concorde 採用白色以反射熱量，而法航的藍色塗裝則有嚴格的 Mach 2 時限。工程師們還發現，長而細的機身能分散壓力變化，降低音爆強度，這一事實現在影響著低音爆原型的設計。
超音速的代表與反彈
Concorde：Mach 2 的奢華
1976 年投入服務的英法 Concorde 可搭載約 100 名乘客，以 Mach 2 的速度將跨大西洋的航程縮短至三個半小時。然而，飛機的音爆使其航線下方的社區感到憤怒，許多國家禁止超音速飛行。
Concorde 被迫在到達公海之前保持亞音速飛行，這使其最強的優勢成為了約束。高燃油消耗、刺耳的起飛噪音、2000 年的悲劇性空難以及不斷上升的成本最終導致其於 2003 年退役。
SR-71 Blackbird：速度的庇護所
軍方可以接受音爆，而航空公司則無法。在超過 80,000 英尺的高度以 Mach 3 飛行的 SR-71，能夠躲避導彈並進行偵察。其音爆真實存在，但因為高度而變得稀薄，約為 Concorde 的一半，因此抱怨很少。該計劃證明了，只要掌握材料、進氣口和熱量散發，常規的 Mach 3 飛行是可能的。
監管的制約
公眾的不滿情緒在 1960 年代達到高峰。美國空軍的「Bongo 2 行動」故意在俄克拉荷馬市進行每日音爆測試，結果收到超過 10,000 份投訴。
1973 年，美國聯邦航空管理局禁止民用超音速飛行，這一規定至今仍在生效。波音計劃中的 2707 客機因無法在本土航線上運營而被取消，而 Concorde 則成為一個小眾產品。
安靜音爆革命：NASA 的 X-59
數十年的計算進步、風洞測試和改裝噴氣實驗使 NASA 相信可以調整音爆強度。X-59 QueSST（安靜超音速技術）應運而生。它擁有一個長而尖細的機頭（100 英尺機身的 38 英尺），可以緩慢增加壓力，削弱單個衝擊波。
機翼上方的引擎可以遮擋引擎產生的音波。最後，獨特的 T 型尾翼是一個小的非控制面，能夠干擾其他來自引擎排氣的衝擊波，進一步發揮其作用。
目標是將地面音量控制在 75-80 分貝（PLdB），接近於遠處的雷聲，而遠低於 Concorde 的 100-110 PLdB。飛行測試證實聲學模型後，該飛機將在美國選定社區上空飛行，以便研究人員測量人類反應。
最終目標是通過用聲音標準取代全面的速度禁令，為商業超音速航線在陸地上鋪平法律道路。
行業準備：Boom Supersonic 和 Spike Aerospace
在 NASA 收集所需數據的同時，兩家私人製造商已經在塑造商業超音速服務的未來。
Boom Supersonic 正在逐步復興的道路上下注。其即將推出的客機 Overture 直接借鑒了三分之一比例的 XB-1 示範機的經驗，並將最初僅在水域上運行，因為當前的噪音規則不構成障礙。
公司工程師認為，通過減少跨洋航班的時間所產生的公眾興奮，將在 X-59 證明低音爆標準可行後，為立法者提供放寬陸地禁令的政治動力。
內部設計過程是一種平衡：每減少一分貝的音爆都會影響航程、燃油經濟性、票價可負擔性和整體可持續性。由於沒有人知道「足夠安靜」是什麼，Boom 專注於當前能獲得認證的設計，然後計劃在可測量的噪音限制取代全面速度限制後進行迭代。
Spike Aerospace 則瞄準另一個利基市場：低音爆商務噴氣機，其空氣動力學設計與 X-59 的設計理念相似。該概念採用高度傾斜的三角翼，類似於 Concorde，但經過重新設計以「在到達地面之前分散衝擊波」。通過調整所有與氣流互動的表面，包括機頭、機翼和引擎位置，Spike 的工程師試圖將傳統的 N 波分解為更小、更不具侵擾性的壓力脈衝。
兩家公司都承認，核心挑戰在於經濟而非技術：設計足夠安靜以符合未來規則，但又足夠響亮以保持燃油消耗和票價在可承受範圍內。如果 NASA 的飛行測試確認這種重塑在實踐中有效，私營公司將幾乎直接將相同的延長機頭、遮擋引擎位置和融合尾翼轉移到可銷售的客艙級噴氣機上，從而以速度為賣點而不引發社區抱怨。
接下來會發生什麼？
X-59 計劃僅是第一步。如果社區測試確認柔和的震動是可接受的，國際標準機構可能會推動採納數字噪音限制，取代現有的速度限制。商業建造者將最終確定結合 X-59「DNA」與航空經濟的設計，可能包括長而窄的機頭、遮擋引擎和精緻的尾翼。
成功不僅僅是復活 Concorde 風格的奢華。從海岸到海岸的航程可能會從五小時縮短至三小時以內。洛杉磯到東京的航班也可能在七小時以內完成。關鍵是，這一速度將不會引起震動、裂紋或激怒監管機構的抱怨。
目前，競賽已經開始。NASA 預計將提供數據，立法者將制定規則，製造商則需在安靜的聲學與盈利的運營之間取得平衡。如果三者能夠協調一致，下次當聽到飛行中的噴氣機時，可能只會感受到遙遠的震動，並知道在你上方，有人以當今任何客機的兩倍速度在飛行。
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