1945年4月9日，在欧洲战争结束前不到一个月，一位名叫汉斯•基多•穆克（Hans Guido Mutke）的年轻德国空军飞行员为了帮地面上的一名飞行员同伴，驾驶梅塞施密特ME262喷气式战斗轰炸机垂直俯冲。当梅塞施密特向下加速俯冲时，飞机开始剧烈摇晃，失去了控制。不过穆克成功地恢复了控制，并幸存下来描述了这一事件，后来他声称自己超越了音速，这一说法看似合理，但颇具争议。
二战期间和之后发生的类似事件使一些人相信飞机很难“打破音障”，这一说法引起了普遍误解，人们以为空中存在着某种“砖墙”，飞机必须冲破它才能以超音速飞行。
无可非议，推倒这堵“砖墙”的飞机是贝尔X-1，一架子弹形状的火箭动力试验机。1947年10月，试飞员查克•叶格（Chuck Yeager）在水平飞行时驾驶橙黄色X-1飞机达到了略快于音速的速度，但美国空军直到次年才正式宣布了这一壮举。
从那时起，喷气式飞机经常超过1马赫，即1倍音速，就连1959年推出的诺斯罗普T-38“禽爪”喷气式教练机也能做到。一些军用喷气机可以飞得更快。20世纪60年代首飞的SR-71“黑鸟”军用侦察机的飞行速度甚至超过了3马赫。
虽然军用飞机在20世纪50年代和60年代每天都在打破声障，但商业客机在这段时间的飞行速度仍然限制在亚音速。这种情况直到1976年初才有所改变，法英联合研制的首批协和式超音速民航客机的速度可达到2马赫。苏联的图波列夫TU-144也可以达到同样的速度，它从1977年开始载客飞行，在此之前一年还被用于运输邮件和货物。
那时，完全有理由想象，从此我们都将以超音速环球飞行。但我们并未实现。协和飞机的最后一次飞行是在近20年前。今天的飞机并不比60年前的飞机飞得快。事实上，为了降低燃油成本，它们往往会飞得更慢一些。
现在，几家飞机制造商和美国国家航空航天局（NASA）正致力于开启超音速商用航空的新时代。他们正在准备试飞的原型机，并且已经设计出能够搭载许多乘客的成熟客机。这一次，他们最大的挑战可能不是音爆，支持者坚持认为他们可以充分解决这个问题。主要障碍将来自监管以及环境保护：超音速客机产生的污染比亚音速客机要严重得多。
我们将会进入一个新的高速商用航空的黄金时代吗？人们很快就能乘喷气式飞机3个小时横渡太平洋？要回答这些问题，我们需要深入了解半个多世纪前，在第一次推动超音速客机发展的过程中发生了什么，以及哪里出现了问题。
1956年，也就是在叶格的历史性飞行9年后，英国政府成立了一个超音速运输咨询委员会，开始与国际合作伙伴讨论建造超音速客机。1962年，法国和英国政府达成了合作协议，研发后世人所知的“协和式”飞机。这架流线型三角翼客机于1969年进行了第一次超音速试飞。虽然美国选择不参与协和式飞机的开发，但1963年时任总统约翰•肯尼迪宣布了开发美国超音速客机的计划。此后不久，联邦政府与波音公司签订了一份开发这种飞机的合同（波音公司在设计竞赛中战胜了洛克希德•马丁等公司）。
与此同时，环保主义者对这类飞机起飞时的噪声、高空排放物可能侵蚀臭氧层以及破坏性的音爆表示担忧。最后一个问题可能最令人担忧，督促美国联邦航空管理局（FAA）进行各种演习，以判断公众对音爆的反应。1964年，美国俄克拉荷马城上空进行了非常频繁的实验。在几个月的时间里，超音速飞机在这座城市上空每天飞8次，每周7天，虽然时间不预定，但总是在白天。从20世纪50年代初开始职业生涯的音爆专家多米尼克•马格里里（Dominic Maglieri）回忆了这长达数月的测试结果。“看起来人们好像有点适应了。”马格里里说，“但随着时间的推移，情况发生了很大的变化：很快，他们就接到了成千上万个电话和投诉。”马格里里说，其中一些负面反馈甚至包括要求赔偿，有一位宫殿式豪宅的业主声称音爆震裂了他家的大理石地板。
显然，没有人会接受震裂石板的音爆。除这些反对意见外，环保主义者也提出了对臭氧层的担忧——几年后，麻省理工学院的研究人员似乎证实这一设想是合理的，他们得出结论，未来500架超音速客机就将消耗16%的臭氧层。尽管得到了美国联邦航空管理局、航空业和航天公司的大力支持，美国参议院还是在1971年停止资助开发超音速客机。两年后，美国联邦航空管理局禁止在陆地上空进行超音速飞行，这一禁令一直延续至今。当时，协和式飞机还在飞往一些目的地，包括美国的一些目的地，但仅在水面上以超音速飞行。这种情况一直持续到2003年，英国航空公司和法国航空公司的机队退役，总共只有12架飞机。（生产制造了14架飞机，其中一架在1994年报废，另一架在2000年坠毁。）虽然协和式飞机成功克服了阻碍超音速客运服务的技术障碍，但它还是屈服于经济因素：这些飞机的燃料和维护成本特别高。但是，新一代航空工程师和企业家渴望再次接受技术、环境和经济挑战。这也许并不奇怪，在21世纪推动超音速旅行的不是老牌制造商，而是新来者。其中资金最为雄厚的是位于丹佛的Boom Technology公司（它的商标名是Boom Supersonic）。2016年，当Boom还在Y Combinator的创业孵化计划中时，就得到了维珍集团的大力支持，维珍集团向它提供了工程支持，并预定购买Boom前10架客机。（最近，维珍银河一直在设计自己的超音速客机。）维珍对这一领域感兴趣并不令人惊讶：13年前，该集团创始人理查德•布兰森爵士（Sir Richard Branson）曾试图购买英国航空公司即将退役的7架协和式客机，供维珍大西洋航空公司使用，但并未成功。Boom不断从各种风险基金和日本航空公司获得了超过1.5亿美元的资金。它已经用这笔钱建造了一架1/3比例的原型机，称为XB-1，其商用飞机被称为“序曲”（Overture），将能够搭载多达88名乘客，该公司预计将于2029年开始商业飞行。Boom也在强调其减少环境影响的计划，超音速飞行带来的环境影响是不可避免的。今年4月，Boom首席执行官布莱克•斯库尔（Blake Scholl）在众议院航空小组委员会的听证会时指出：“可持续航空燃料（SAF）是实现“序曲”飞机可持续发展的关键，我们正在从头开始设计“序曲”飞机，百分之百使用可持续航空燃料，实现飞行净零碳排放。”在准备过程中，Boom研究了XB-1演示机的发动机的生物燃料使用情况，并与普罗米修斯燃料公司合作，后者将用可再生能源从大气中提取碳，为XB-1提供合成喷气燃料。Boom表示，其飞机将只在水面上进行超音速飞行。即便如此，由该公司的网站获悉，该公司依然正在“对飞机进行优化设计，以减少音爆”。类似地，另一家初创企业——总部位于波士顿的斯派克航空航天公司（Spike Aerospace）表示，其计划开发的S-512超音速公务机的“空气动力学设计提供专有的安静超音速飞行技术。它能以1.6马赫速度的全速巡航，不会对地面产生巨大的扰民音爆。”同样，美国加州的Exosonic公司也声称，它设计的超音速客机“只会对地面产生较柔和的砰砰声，比一般的交通方式要安静”。这正是NASA探索“X-59 QueSST”实验飞机的一种策略。“X-59 QueSST”是“安静超音速技术”（ quiet supersonic technology）的缩写。洛克希德•马丁公司目前正在其著名的加州帕姆代尔臭鼬工厂建造X-59。“我过去常开玩笑说，这架飞机看起来像一架膨胀的F-16。”NASA负责X-59技术的助理项目经理大卫•里奇温（David Richwine）说，“这是一架很长的飞机，我想它大约有97英尺长。”里奇温解释说，增加长度是“管理音爆信号”（这是工程师的说辞，听起来不会那么刺耳）的一种方法。
NASA能否成功，最快将在2024年进行揭晓，届时X-59将飞越美国的一小部分城市，以判断公众对Richwine所期望的“砰砰声”的反应。假设这项目按计划进行，届时将正值美国联邦航空局在俄克拉荷马城测试后的60年。让你的大理石地板做好准备吧。有趣的是，曾最为努力地降低其正在开发的超音速喷气式飞机音爆效应的Aerion公司现在似乎要倒闭了。该公司位于内华达州里诺市，由亿万富翁罗伯特•巴斯（Robert Bass）于2003年创立。Aerion最初尝试的商用超音速飞机是一架可搭载12人的公务机AS2，其最高设计速度为1.4马赫。该公司曾经探索过AS2以超音速在陆地上空飞行，同时音爆又不会影响下方人群的可能性。Aerion将这项技术称为“无音爆巡航”。虽然我们看不到它在Aerion的AS2上使用，但其他超音速飞机可能会采用这一有趣的策略，因此值得在这里简要介绍一下。这一概念的关键是一种被称为“马赫截止”的现象，其物理学原理很简单：当飞机以超音速飞行时，速度会超过它产生的声波。这些声音堆积起来，会形成冲击波。引发音爆的冲击波的传播角度取决于飞机相对于声速的移动速度。对于以音速好几倍的速度飞行的喷气式飞机来说，音爆以与飞行轨迹成陡峭的角度传播。对于只比声速快一点的飞机，音爆以平缓的角度传播。第二种情况在这里很重要，因为还有一点相关的物理现象：声音在空气中传播的速度取决于温度。在空气较冷的高空，声音的传播速度要比在靠近地面、空气较暖的要慢。这种现象导致声波在向下传播时会发生折射（弯曲），就像光波在水和空气之间或玻璃和空气之间传播时发生折射一样。由于这种折射，以足够平缓的角度向下传播的声音会向上弯曲，永远不会撞到地面。类似的物理现象还可以解释你可能会看到海市蜃楼。热沥青上方的空气可使倾角平缓的光线向上弯曲，看起来像是从水坑里反射出来的。如果一架飞机的飞行速度没有比音速快很多，靠近地面的空气又足够温暖，它产生的音爆，尽管可能声音很大，但绝不会到达地面。这样即可超音速飞行，而没有音爆。需要做出的妥协是飞机的飞行速度不能比音速快很多，最多为1.1或1.2马赫。与可以0.94马赫的速度飞行的塞斯纳的Citation X公务机相比，这并不是一个很大的改进。要对马赫截止现象进行商业化开发还需要美国联邦航空局放宽对陆上超音速飞行的禁令，而这可能永远不会实现。目前正努力恢复商业超音速飞行的公司明白，它们必须以某种方式解决音爆噪声问题。而走得最远的Boom公司正在煞费苦心地解释它的飞机燃料不会增加商业航空已经排放到空气中的大量的碳。“这个逻辑有几个问题。”国际清洁运输理事会的航空和航运项目主任丹•卢瑟福（Dan Rutherford）说，“首先，一旦飞机出了工厂的大门，制造商对用什么燃料就几乎没有控制权了。”这些飞机制造商主张的是让他们的最终客户愿意为防止净碳排放买单。卢瑟福说，“这些飞机本身并不节省燃料。”2018年，他和两位同事估计，一架商业超音速客机，就像Boom正在设计的那架，每乘客公里的耗油量可能是同类亚音速飞机的5到7倍。卢瑟福进一步指出，生物喷气燃料的价格至少是传统喷气燃料的三四倍，用大气中提取碳合成喷气燃料的价格将更高。结合高成本燃料与高油耗，“这些飞机的运营成本如此之高，很难看到它们在市场上会取得成功。”他说。但6月初，美国联合航空公司宣布计划购买Boom公司的15架Overture客机，该公司的企业发展副总裁迈克尔•莱斯基宁（Michael Leskinen）向本刊解释道：“我们将努力向市场引入和供应更多的可持续航空燃料，我们也希望随着供应量的增加，能够降低燃料成本。”尽管如此，我们很容易想象，在如此大的经济压力下，即使美联航坚持使用可持续燃料，其他运营商最终还是会使用传统的喷气燃料驾驶飞机，使每乘客公里飞行的碳排放量提高5倍甚至更多。但据卢瑟福说，情况会更糟。“如果你看看超音速飞机会使地球变暖的其他排放物——超音速飞机在平流层产生的氮氧化物、颗粒物和水蒸气，会发现它们对气候的影响甚至可能更糟，大约是20倍或更多，因为污染物在大气中停留的时间更长。”
卢瑟福承认，与二氧化碳相比，这些非碳影响的研究结果还不确定。但正如20世纪60年代人们对臭氧层的担忧一样，超音速商用航空的支持者需要考虑这些飞机产生所有污染物的有害影响以及它们在目前的飞行高度上延长停留的时间。他们真的会那样做吗？“我们努力实现100%的绿色。”莱斯基宁说，“这包括我们飞机所产生的各种影响。Overture与我们选择运行的任何其他飞机没有什么不同。”这是一个伟大的承诺，但即使美联航能够兑现该承诺，这也是该公司对2050年做出的承诺，而不是2029年引入“序曲”飞机的承诺。更广泛的社会层面将不得不在超音速运输的环境后果和它给相对少数的旅行者节省的时间之间做出权衡。当然，在未来几十年中，可能会出现多种方法，不同的国家也许会采取不同的政策。然而，似乎可以肯定的是，亚当•斯密的“看不见的手”将产生相当大的影响，就像它对早期的超音速奇迹——协和式飞机和航天飞机所做的那样。最终，二者都被证实陷入技术死胡同，因为它们的运营成本高于其服务的价值。IEEE Spectrum
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