【環(huán)球時(shí)報(bào)特約記者   晨陽】從2003年協(xié)和式超音速客機(jī)退役算起，20年過去了，全球民航業(yè)并沒有發(fā)生根本性變化，仍是亞音速客機(jī)“一統(tǒng)天下”，橫跨太平洋需要漫長的十多個(gè)小時(shí)。美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）5月4日稱，這種局面不會(huì)一直持續(xù)下去，各國正憑借多年在航空動(dòng)力和材料領(lǐng)域的最新成果研制革命性的高超音速客機(jī)。高超音速旅行的時(shí)代要到來了嗎？

歐美多國爭相發(fā)展高超音速客機(jī)

(資料圖)

“在中國上海吃完早飯，午后就能抵達(dá)巴西圣保羅”。這是CNN對(duì)于未來高超音速旅行時(shí)代的暢想，“而這一切并非幻想”。報(bào)道稱，歐洲D(zhuǎn)estinus公司設(shè)計(jì)的高超音速客機(jī)采用氫燃料提供動(dòng)力，最大飛行速度可達(dá)5馬赫，能將飛行時(shí)間縮短到目前商業(yè)航空旅行的1/4以下，“從德國法蘭克福到澳大利亞悉尼只需要4小時(shí)15分，而不是現(xiàn)在的20小時(shí)；從美國孟菲斯到阿聯(lián)酋迪拜也只需3小時(shí)30分”。報(bào)道稱，目前該公司的兩架原型機(jī)已經(jīng)成功試飛，采用氫燃料的第三架原型機(jī)將在今年年底進(jìn)行首飛。

報(bào)道提到，這種高超音速客機(jī)采用先進(jìn)的乘波體設(shè)計(jì)，在高超音速飛行條件下可以盡量減少空氣阻力，從而降低燃料消耗。Destinus公司計(jì)劃在21世紀(jì)30年代推出可容納約25名乘客的小型商務(wù)機(jī)；到21世紀(jì)40年代，隨著技術(shù)的成熟和氫燃料價(jià)格的下降，將出現(xiàn)更大的高超音速客機(jī)，“可以大幅降低這些超遠(yuǎn)程航班的費(fèi)用?！?/p>

該公司介紹稱，“我們?cè)O(shè)計(jì)的高超音速客機(jī)之所以選擇以氫燃料為動(dòng)力，是因?yàn)樗鼡碛蟹浅＿h(yuǎn)的航程——從歐洲一直飛到澳大利亞，使用航空煤油意味著需要攜帶非常重的燃料。相比之下，氫的能量密度高得多，它對(duì)于降低客機(jī)的自身重量幫助很大。”這種高超音速客機(jī)目前仍計(jì)劃使用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)作為起飛動(dòng)力，在高空再切換為氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，“但未來隨著技術(shù)的成熟，將完全使用氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)零碳排放”。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目已得到多方支持。澳大利亞墨爾本理工大學(xué)的研究人員最近開發(fā)的新型材料可以作為冷卻劑，以應(yīng)對(duì)5倍音速（約每小時(shí)6100公里）飛行時(shí)機(jī)體與空氣摩擦?xí)r產(chǎn)生的高溫。西班牙政府也撥款在馬德里附近建造測(cè)試設(shè)施，以測(cè)試為這種高超音速客機(jī)提供動(dòng)力的氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。

這并非當(dāng)前唯一的高超音速客機(jī)項(xiàng)目。歐洲此前已于2018年6月啟動(dòng)“高速推進(jìn)概念的平流層飛行應(yīng)用”（StratoFly）計(jì)劃，它是在歐洲“地平線2020”計(jì)劃資助下的一個(gè)高超音速民用飛機(jī)技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目，同樣采用乘波體布局設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)期目標(biāo)是研制可搭載300名乘客、采用氫動(dòng)力、最高速度達(dá)8馬赫的高超音速客機(jī)。

此外，總部位于美國休斯敦的金星航空航天公司正在建造可搭載十幾名乘客的“觀星者”高超音速客機(jī)，最大速度為9馬赫。“觀星者”計(jì)劃用比傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)效率更高的新型旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，目前該發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)已成功進(jìn)行過測(cè)試。前美國國家航空航天局局長吉姆·布里登斯廷表示：“這代表著它朝著真正的飛行系統(tǒng)邁出了關(guān)鍵的一步。”

美國Hermeus公司研制的高超音速客機(jī)則相對(duì)傳統(tǒng)。它采用大后掠三角翼、無平尾加雙垂尾布局，由常規(guī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)組合而成的渦輪基組合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。這種設(shè)計(jì)可以讓它像普通客機(jī)一樣從機(jī)場(chǎng)起飛，然后在高空切換到?jīng)_壓噴氣模式加速到高超音速，最后使用常規(guī)動(dòng)力減速著陸。

高超音速客機(jī)面臨幾大挑戰(zhàn)

美國“福布斯”網(wǎng)站提到，盡管高超音速客機(jī)備受期待，但它仍面臨技術(shù)、商業(yè)和監(jiān)管方面的多重挑戰(zhàn)，短期內(nèi)不太可能走向?qū)嵱没?/p>

首先就是飛行成本過高的問題。早在協(xié)和式超音速客機(jī)時(shí)代，由于在飛行過程中的油耗巨大，再加上昂貴的維護(hù)和運(yùn)營費(fèi)用，其機(jī)票相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)航班價(jià)格的數(shù)十倍。外界普遍認(rèn)為，機(jī)票價(jià)格過高導(dǎo)致的長期不滿員，是協(xié)和式超音速客機(jī)最終提前退役的主要原因之一。報(bào)道認(rèn)為，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，高超音速客機(jī)的運(yùn)營成本極高，恐怕只有極少數(shù)超級(jí)富豪才會(huì)愿意付出數(shù)十倍甚至更高價(jià)格的機(jī)票，換取節(jié)省十幾小時(shí)的空中飛行時(shí)間，這也是當(dāng)前高超音速客機(jī)普遍選擇“為超級(jí)富豪服務(wù)”的小型商務(wù)機(jī)的重要原因。

報(bào)道還提到，不少高超音速客機(jī)項(xiàng)目為滿足未來綠色出行要求而采用氫動(dòng)力，將進(jìn)一步加大運(yùn)營成本壓力。“當(dāng)前液氫的價(jià)格約為每加侖58美元，而傳統(tǒng)航空燃料只要每加侖3.6美元?！币簹涞拇鎯?chǔ)和運(yùn)輸成本也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)航空燃料，“更重要的是，當(dāng)前國際機(jī)場(chǎng)沒有氫燃料存儲(chǔ)和加注設(shè)備，為建造這些配套設(shè)施需要花費(fèi)額外的海量資金?！蓖瑫r(shí)，高超音速客機(jī)自身也需要為安裝加固的液氫存儲(chǔ)罐而特別設(shè)計(jì)，不能像常規(guī)客機(jī)那樣簡單地將傳統(tǒng)航空燃料儲(chǔ)存在機(jī)翼內(nèi)部。

其次，高超音速客機(jī)還需要克服突破音爆的噪音問題。協(xié)和式客機(jī)在超音速飛行時(shí)會(huì)產(chǎn)生超過100分貝的巨大音爆噪聲，影響生態(tài)環(huán)境和人類正常的生活工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐慕ㄖ铩榇嗣绹榷鄧冀股虡I(yè)航班在陸地上空超音速飛行，協(xié)和式客機(jī)只能在海上才能進(jìn)入超音速狀態(tài)。

在超音速飛行減噪領(lǐng)域，航空界最期待的是美國X-59靜音超音速技術(shù)驗(yàn)證機(jī)項(xiàng)目。該機(jī)由美國軍工巨頭洛克希德·馬丁公司研制，采用了特殊設(shè)計(jì)的細(xì)長機(jī)體，使得它在超音速飛行時(shí)產(chǎn)生的聲波不會(huì)疊加在一起，而是有著一定的錯(cuò)位，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)安靜的超音速飛行，“在地面聽到的聲音僅相當(dāng)于關(guān)閉汽車車門的動(dòng)靜”。外界期待，X-59的設(shè)計(jì)如果能夠通過美國聯(lián)邦航空局的審核，將為民航客機(jī)重回超音速時(shí)代打開大門。

此外，與其他高超音速飛行器一樣，高超音速客機(jī)也面臨著飛行控制、熱障防護(hù)等技術(shù)難題，需要等待動(dòng)力系統(tǒng)、先進(jìn)材料和人工智能等領(lǐng)域的技術(shù)突破。歐洲StratoFly計(jì)劃協(xié)調(diào)人、意大利都靈理工大學(xué)教授妮可·維奧拉還強(qiáng)調(diào)說，高超音速客機(jī)的難點(diǎn)不只有“飛行速度快”，還需要同時(shí)兼顧以低得多的速度在常規(guī)地面機(jī)場(chǎng)起降，這在設(shè)計(jì)上帶來極大挑戰(zhàn)。她舉例說，通常能實(shí)現(xiàn)高超音速飛行的發(fā)動(dòng)機(jī)并不是低速飛行的最佳選擇，為此往往需要將兩種不同動(dòng)力組合起來。同時(shí)這種客機(jī)在高超音速飛行時(shí)對(duì)進(jìn)氣量的需求很大，會(huì)帶來額外的阻力。設(shè)計(jì)人員不得不做出妥協(xié)，例如在機(jī)頭安裝巨大的進(jìn)氣口，并配有滑動(dòng)裝置調(diào)節(jié)進(jìn)氣量大小。但維奧拉充滿信心地表示：“我相信在有生之年會(huì)看到一架高超音速客機(jī)。

”空天飛機(jī)是另一種思路

美國“趣味工程”網(wǎng)站認(rèn)為，在滿足未來高超音速旅行的需求時(shí)，除了高超音速客機(jī)外，在近地軌道或亞軌道飛行的空天飛機(jī)也是另一種思路。

據(jù)介紹，空天飛機(jī)將航空航天兩種技術(shù)高度結(jié)合，集飛機(jī)、運(yùn)載器、航天器等多重功能于一身，既能在大氣層內(nèi)飛行，又能進(jìn)入軌道運(yùn)行。這種新概念飛行器不但可以負(fù)責(zé)太空探索和科研任務(wù)，同時(shí)還可用于快速運(yùn)輸。美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX公司）的“星艦”就被認(rèn)為具備執(zhí)行這類任務(wù)的潛力。美國空軍考慮借用“星艦”的改進(jìn)型號(hào)，未來能在1小時(shí)內(nèi)把約70-100噸的人員和物資，從美國本土發(fā)射到地球上的任何地方。按照SpaceX公司的規(guī)劃，未來“星艦”的發(fā)射成本可降至200萬美元，僅相當(dāng)于C-17運(yùn)輸機(jī)空運(yùn)成本的4倍，而目前C-17執(zhí)行洲際運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，每次都需要十多個(gè)小時(shí)甚至更長時(shí)間。

英國廣播公司注意到，中國近年來也在高超音速運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)力。報(bào)道稱，中國太空飛行企業(yè)“凌空天行”公司計(jì)劃建造一種能以每小時(shí)約4300公里速度飛行的空天飛機(jī)。該公司的演示動(dòng)畫顯示，乘客登上連接火箭的空天飛機(jī)，后者垂直升空，然后與火箭分離。空天飛機(jī)通過亞軌道飛行，實(shí)現(xiàn)在地球上任意兩點(diǎn)之間的快速運(yùn)輸，并且可以完全重復(fù)使用。據(jù)稱，它從上海飛到迪拜僅需1小時(shí)，將目前兩地的客運(yùn)飛行時(shí)間縮短了87.5%。它的未來型號(hào)還能以每小時(shí)7000公里的速度飛行。

英媒提到，中國正在推進(jìn)“騰云”飛行器等多種空天飛機(jī)項(xiàng)目?！膀v云”屬于水平起降、二級(jí)入軌的空天飛行器，具備多次重復(fù)使用能力，可在地面機(jī)場(chǎng)起飛，具有“廉價(jià)、安全、便捷、機(jī)動(dòng)”的優(yōu)勢(shì)，既可載人也可運(yùn)貨。

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