一起去坐飞机吗？眨眼就到的那种？
原标题：一起去坐飞机吗？眨眼就到的那种？
原创 朱步冲 果壳
蔓延全球的新冠疫情，让民用航空业一夜之间陷入泥沼，然而正所谓“胆小者看到危机，胆大者看到机会”，一些新锐航空飞行器制造企业和航空公司，就在筹划一种更快捷，更舒适的全新的航旅出行方式。说不定，等疫情结束后不久，我们再次出行时，就能体验到它。
超音速客机，请求出战！
这种全新的出行方式，就是超音速客机。来自美国科罗拉多的航空初创企业Boom Supersonic于近日宣布，明年1月7日，它将正式推出自己的单座超音速原型机XB-1，并将在年内试飞。
展示中的XB-1原型机 | https://boomsupersonic.com
XB-1的高速度设置为2.2马赫（音速的2.2倍），航程超过1900公里，采用3台通用电气公司出品的 J85-15引擎。公司创始人布莱克·绍尔（Blake Scholl），精力充沛，野心勃勃，曾经就职于亚马逊，拥有私人飞机驾驶执照。他声称，自己要做民用航空界的埃隆·马斯克，而XB-1，就是未来民用航空界的SpaceX。
“序曲”与XB-1飞行想象图 | https://boomsupersonic.com
绍尔宣称，如果XB-1试飞成功，那么公司下一步计划就是建造以XB-1为蓝本的大型超音速客机“序曲”（Overture）。序曲机长51米，翼展18米，载客量大约为55名，航程8800公里，时速同样为2.2马赫，整体客舱皆以商务舱标准建造，预计在2030年投入使用。“更少的乘客，更舒适的旅行环境，更短的飞行时间，想想看，从东京到西雅图，只要4个半小时，是不是令人兴奋！”绍尔表示。
英国航空公司的“协和”超音速客机 | www.bbc.com
当然，超音速客机并不是一个时髦的新发明，它曾经短暂出现在民用航空历史上：1976年，英法两国联合研制的“协和”超音速客机正式投入运营，直至2003年退役。
“协和”客机座舱，以其精致的餐食和周到的服务著称 | www.bbc.com
曾几何时，“协和”是空中旅行“逼格”的高境界，它能以2.04倍音速的速度飞行，在3个半小时之内，就能将92~120名乘客从西欧送至美国东海岸。宽敞的空间，考究的装饰和精致的空中餐食，构筑了它独特的魅力。
然而，与之相对的是，“协和”客机平均往返机票价格为12000美元，是标准航班价格的30倍左右，从而导致需求不足，最终只交付了14架（法航7架，英航7架），大多数航班的空座率超过50%，而且乘客多来自常旅计划升舱。最后，70年代的石油危机，导致航空燃料价格急剧上涨，使得“协和”更加难以为继。2000年7月，法航一架“协和”从巴黎戴高乐机场升空后不久，由于事故不幸坠毁，造成113名乘客罹难，从而为“协和”的棺材敲上了至关重要的一枚钉子。
所以，在“协和”退出历史舞台将近20年后，超音速飞行如果要想成为我们的旅行方式，首先要让人“付得起”。和马斯克的SpaceX一样，序曲计划将通过“走量”模式，摊薄运营维护成本，让价格更加亲民。绍尔宣布，批量生产的序曲，将可以把单机价格降低到2亿美元左右，而2亿到4亿价格区间的中小型民用航空机市场还是蓝海，尤其对于需求相对稳定，讲求效率和舒适的商务航空来说，市场还有不少潜力可挖。
"序曲”超音速客机座舱概念图，其卖点在于“普通人支付得起的超音速商务舱旅行” | https://boomsupersonic.com
绍尔盘算，在2030年投入使用后，“序曲”的产量将迅速扩展到1000架左右，规模化的运营，能让它的票价与当前跨国普通航班商务舱处在同一水平——只要付出大约4000美元，就能乘坐“序曲”，在五个小时之内从东京飞抵洛杉矶，这个价格，是“协和”客机票价的四分之一。届时，1000架序曲的载客能力可以满足全球超过500条越洋商务航线的需要。
飞得更快，还要更环保!
不过，横在XB-1和“序曲”面前的拦路虎还有一只，就是国际航空业面临的环保压力。从2019年1月开始，全球航空运输业碳中和方案及减排计划（CORSIA）正式实施，目标是在2050年将全行业二氧化碳排放量较2005年减少50%。
2018年7月，国际清洁交通委员会（ICCT）在一份针对超音速客机的环评报告中指出，在现有技术标准下，超音速客机可能在碳排放上超出现有标准70%，每位乘客消耗的航空燃料大约是亚音速喷气客机乘客的5倍以上，更不用提超音速客机所造成的噪音污染了。为此，委员会对超音速客机的发展持谨慎态度，并敦促各航空公司与飞行器研发企业早日出台技术革新与管理措施。
对于这个问题，Boom Supersonic的解决方案可谓多头出击，开源节流并举。
首先，为了降低燃料成本和碳排放，绍尔宣布XB-1和“序曲”使用替代合成燃料：利用直接空气捕获技术（DAC），从空气中提取二氧化碳，再利用水电解和燃料合成过程来生产清洁的液态烃燃料。另外，公司宣布，“序曲”将不采用XB-1的J85-15引擎，而改与罗尔斯·罗伊斯合作，后者将为“序曲”开发效率更高，更节能的全新涡扇发动机。
生产线上正在组装的XB-1机身 | boomsupersonic.com
第二，是从飞机结构下手。当飞机超音速飞行时，气流会对机身传来规律性震动，为了对抗这种震动，就需要更坚固的机身结构，而超音速客机独有的“细长型”身材，又对机身结构的设计施加了严格的限制，使得任何“减重”方案都困难重重，稍一不慎，就会导致机体强度的降低。
对此，Boom Supersonic的应对方案是，XB-1和序曲在设计中，都将大量使用碳纤维材料和钛合金，许多部件将采用3D打印技术，从而力争在保持机身结构坚固的同时，减轻整机重量，并抵御超音速飞行空气摩擦引发的高温。根据Boom Supersonic公布的数据，XB-1 的机身高耐温上限能够达到148摄氏度。
机体横截面积变化与遭遇阻力关系图，可以看到，左边机体横截面积变化剧烈的设计方案，遭遇的空气阻力将随着面积的增大而急剧上升，右边的“小蛮腰”方案遭遇的空气阻力则显著减小 | www.geekswipe.net
另外，XB-1和“序曲”都改进了外形与气动布局，从公开资料上看，它们都有令人过目不忘的“小蛮腰”设计，从而使机翼宽度处机身最窄，总体横截面积变化平缓。从航空动力学角度讲，机体横截面积变化越平缓，它遭遇的阻力就越低。
嘘！别让下面的人听到！
更轻的重量和改善的外形布局，不仅能有效降低能耗，削减碳排放，还能有效减轻“音爆”。
由于音爆，所以预计开通的超音速客机航线大多为越洋飞行路线 | www.aero-mag.com
“音爆”是飞机超音速飞行时，产生的冲击波所引发的巨响。由于飞机速度超越音速，坐在飞机里的人无缘听到“音爆”，而对地面上的人，音爆则形成了难以忍受的巨响，“协和”之所以受到抵制，就是因为沿途造成的音爆，有个段子就叫做：“协和从华盛顿超音速飞去圣地亚哥，站在芝加哥都能听到它的噪音。” 所以， 现阶段筹划中的超音速客机航线，大部分被设定为跨海长途飞行，也是因为越洋飞行中，下方基本不会有居民存在。
不过，机场终究是要建在陆地上的繁华城市附近的，起飞降落阶段依旧会影响到沿途居民，所以要消除音爆，还是要从飞机本身的设计入手。
“协和”客机超音速飞行时形成的两重“音爆云” | www.spkeaerospace.com
常规的超音速喷气飞机，空气冲击波从机头到达机尾翼的时候增强，形成两次明显的音爆，所以XB-1的外形设计与NASA和洛克希德·马丁设计的X-59静音超音速技术飞机颇为相似：两者都采用了细长机身，机翼从机身向外的延展角度与厚度都进行了优化，以减弱超音速飞行中机身产生的激波。另外，根据推测，XB-1和X-59一样，机翼尖端也进行了特殊设计，使帮助飞行器机体在超音速飞行时产生的激波大部分向上方发散，仅剩小部分强度较小的余波射向地面，将噪音降低为可以融入城市环境背景噪音的程度。绍尔已经向外界保证， “序曲”产生的音爆级别大约只是协和的1/30。
截至目前，序曲客机已获得价值60亿美元的意向订单，买家包括维珍集团（10架）和日本航空（20架），后者在2017年向Boom投资了1000万美元。
Aerion AS2超音速科技飞行想象图 | https://www.ainonline.com
维珍航空马赫3科技飞行想象图 | www.aero-mag.com
当然，垂涎于超音速民用航空市场的，远远不止Boom Supersonic一家。有力竞争者包括波音支持的Aerion公司，它在今年4月宣布在佛罗里达投资3亿美元建造一座工厂以制造12座超音速客机AS2；太空狂人理查·布兰森也来插了一脚，宣布维珍航空将开发超音速客机马赫 3。这款豪华超音速公务机“机如其名”，时速能够达到3马赫，从纽约飞到伦敦只需2小时，不过票价就非一般人能够负担，估计不比布兰森的太空旅行飞船银河号便宜多少。
届时，也许我们相约旅行的口号就变成“一起坐飞机出去玩吗？坐一次能吹一辈子的那种？”
参考文献
[1] Yicheng Sun，Howard Smith, “Conceptual Design of Low-Boom Low-Drag Supersonic Transports”，AIAA AVIATION Forum, 2020.6
[2] Anastasia Kharina “Environmental performance of emerging supersonic transport aircraft”, ICCT Journal, 2018.7
作者：朱步冲
编辑：odette
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