“在上海吃完早飯，午后就能抵達圣保羅”，高超音速旅行時代要來了？

【環(huán)球時報特約記者   晨陽】從2003年協(xié)和式超音速客機退役算起，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“一統(tǒng)天下”，橫跨太平洋需要漫長的十多個小時。美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）5月4日稱，這種局面不會一直持續(xù)下去，各國正憑借多年在航空動力和材料領(lǐng)域的最新成果研制革命性的高超音速客機。高超音速旅行的時代要到來了嗎？

歐美多國爭相發(fā)展高超音速客機

(資料圖)

“在中國上海吃完早飯，午后就能抵達巴西圣保羅”。這是CNN對于未來高超音速旅行時代的暢想，“而這一切并非幻想”。報道稱，歐洲D(zhuǎn)estinus公司設(shè)計的高超音速客機采用氫燃料提供動力，最大飛行速度可達5馬赫，能將飛行時間縮短到目前商業(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15分，而不是現(xiàn)在的20小時；從美國孟菲斯到阿聯(lián)酋迪拜也只需3小時30分”。報道稱，目前該公司的兩架原型機已經(jīng)成功試飛，采用氫燃料的第三架原型機將在今年年底進行首飛。

報道提到，這種高超音速客機采用先進的乘波體設(shè)計，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；到21世紀(jì)40年代，隨著技術(shù)的成熟和氫燃料價格的下降，將出現(xiàn)更大的高超音速客機，“可以大幅降低這些超遠程航班的費用?！?/p>

該公司介紹稱，“我們設(shè)計的高超音速客機之所以選擇以氫燃料為動力，是因為它擁有非常遠的航程——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，它對于降低客機的自身重量幫助很大。”這種高超音速客機目前仍計劃使用傳統(tǒng)發(fā)動機作為起飛動力，在高空再切換為氫燃料發(fā)動機驅(qū)動，“但未來隨著技術(shù)的成熟，將完全使用氫燃料發(fā)動機以實現(xiàn)零碳排放”。

據(jù)介紹，該項目已得到多方支持。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5倍音速（約每小時6100公里）飛行時機體與空氣摩擦?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試設(shè)施，以測試為這種高超音速客機提供動力的氫燃料發(fā)動機。

這并非當(dāng)前唯一的高超音速客機項目。歐洲此前已于2018年6月啟動“高速推進概念的平流層飛行應(yīng)用”（StratoFly）計劃，它是在歐洲“地平線2020”計劃資助下的一個高超音速民用飛機技術(shù)驗證項目，同樣采用乘波體布局設(shè)計，遠期目標(biāo)是研制可搭載300名乘客、采用氫動力、最高速度達8馬赫的高超音速客機。

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，最大速度為9馬赫?！坝^星者”計劃用比傳統(tǒng)發(fā)動機效率更高的新型旋轉(zhuǎn)爆震發(fā)動機，目前該發(fā)動機原型機已成功進行過測試。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?！?/p>

美國Hermeus公司研制的高超音速客機則相對傳統(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)動機和沖壓發(fā)動機組合而成的渦輪基組合循環(huán)發(fā)動機提供動力。這種設(shè)計可以讓它像普通客機一樣從機場起飛，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)動力減速著陸。

高超音速客機面臨幾大挑戰(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)和式超音速客機時代，由于在飛行過程中的油耗巨大，再加上昂貴的維護和運營費用，其機票相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)航班價格的數(shù)十倍。外界普遍認為，機票價格過高導(dǎo)致的長期不滿員，是協(xié)和式超音速客機最終提前退役的主要原因之一。報道認為，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，高超音速客機的運營成本極高，恐怕只有極少數(shù)超級富豪才會愿意付出數(shù)十倍甚至更高價格的機票，換取節(jié)省十幾小時的空中飛行時間，這也是當(dāng)前高超音速客機普遍選擇“為超級富豪服務(wù)”的小型商務(wù)機的重要原因。

報道還提到，不少高超音速客機項目為滿足未來綠色出行要求而采用氫動力，將進一步加大運營成本壓力?！爱?dāng)前液氫的價格約為每加侖58美元，而傳統(tǒng)航空燃料只要每加侖3.6美元。”液氫的存儲和運輸成本也遠高于傳統(tǒng)航空燃料，“更重要的是，當(dāng)前國際機場沒有氫燃料存儲和加注設(shè)備，為建造這些配套設(shè)施需要花費額外的海量資金。”同時，高超音速客機自身也需要為安裝加固的液氫存儲罐而特別設(shè)計，不能像常規(guī)客機那樣簡單地將傳統(tǒng)航空燃料儲存在機翼內(nèi)部。

其次，高超音速客機還需要克服突破音爆的噪音問題。協(xié)和式客機在超音速飛行時會產(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，嚴重時甚至?xí)茐慕ㄖ?。為此美國等多國都禁止商業(yè)航班在陸地上空超音速飛行，協(xié)和式客機只能在海上才能進入超音速狀態(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)驗證機項目。該機由美國軍工巨頭洛克希德·馬丁公司研制，采用了特殊設(shè)計的細長機體，使得它在超音速飛行時產(chǎn)生的聲波不會疊加在一起，而是有著一定的錯位，從而實現(xiàn)相對安靜的超音速飛行，“在地面聽到的聲音僅相當(dāng)于關(guān)閉汽車車門的動靜”。外界期待，X-59的設(shè)計如果能夠通過美國聯(lián)邦航空局的審核，將為民航客機重回超音速時代打開大門。

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

”空天飛機是另一種思路

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

據(jù)介紹，空天飛機將航空航天兩種技術(shù)高度結(jié)合，集飛機、運載器、航天器等多重功能于一身，既能在大氣層內(nèi)飛行，又能進入軌道運行。這種新概念飛行器不但可以負責(zé)太空探索和科研任務(wù)，同時還可用于快速運輸。美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX公司）的“星艦”就被認為具備執(zhí)行這類任務(wù)的潛力。美國空軍考慮借用“星艦”的改進型號，未來能在1小時內(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運輸機空運成本的4倍，而目前C-17執(zhí)行洲際運輸任務(wù)時，每次都需要十多個小時甚至更長時間。

英國廣播公司注意到，中國近年來也在高超音速運輸領(lǐng)域發(fā)力。報道稱，中國太空飛行企業(yè)“凌空天行”公司計劃建造一種能以每小時約4300公里速度飛行的空天飛機。該公司的演示動畫顯示，乘客登上連接火箭的空天飛機，后者垂直升空，然后與火箭分離?？仗祜w機通過亞軌道飛行，實現(xiàn)在地球上任意兩點之間的快速運輸，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，將目前兩地的客運飛行時間縮短了87.5%。它的未來型號還能以每小時7000公里的速度飛行。

英媒提到，中國正在推進“騰云”飛行器等多種空天飛機項目?！膀v云”屬于水平起降、二級入軌的空天飛行器，具備多次重復(fù)使用能力，可在地面機場起飛，具有“廉價、安全、便捷、機動”的優(yōu)勢，既可載人也可運貨。

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