美国改变人类未来飞机横空出世，没挡风玻璃看不见前面，怎么飞？

美国NASA一架可能改变人类未来的飞机已经横空出世，即将进行第一次试飞，最奇葩的是，它没有挡风玻璃，也看不到前方的视野，却能够以1.5倍超音速，几乎无声地掠过天空，一旦成功，就可能彻底改变未来的商业飞行和人类交通模式，让我们能够以超快的速度，到达地球上任何地方，跨洲际长途飞行将不再是一场噩梦，甚至地球也将变得越来越小，从而改变人类文明的发展进程，让我们来看看这究竟是怎么回事。

超音速客机

首先问一个小知识点，你知道世界上距离最长的航班吗？新加坡到纽约，15300多公里，要飞行近19个小时，你可能就是想想脑袋都要大了，困在一个狭窄的座位上19个小时，这是在旅行还是闭关苦修啊。然而最奇怪的是，人类的科技水平不是早就可以超音速了吗？像是美国的SR-71“黑鸟”侦察机，上世纪70年代就达到了3.3倍音速，3500公里/小时，15000公里只要4个多小时就能到达，6个小时就能飞往全球任何地方，为什么现在还没有这样的航班呢？

说起来你可能不太相信，最大的原因竟然是——音爆！事实上世界上并不是没有超音速客机，而是曾经有过，并且非常耀眼，但它最终还是不敌音爆的影响，被无情地淘汰了。这就是英国和法国联合开发的协和式超音速客机，巡航速度就是2.02马赫，2158公里/小时，最大可达2.2马赫，伦敦到纽约5575公里，最快纪录只用了2小时52分59秒。

但它并不是唯一的超音速客机，而是唯二中的一款，另一款是苏联的图144，据说是苏联发现英法要开发超音速客机后，派间谍得到了协和式的总装图，却导致整个间谍网被捣毁，很多商务人员被英法驱逐出境。

但成果也显而易见，1968年底，图144早于协和式两个月首飞，成为世界上第一款超音速客机，但它的命运却也是最悲惨的，1978年兴冲冲飞到巴黎航展和协和式客机同台竞技，结果突然失控俯冲解体，碎片雨点般砸向地面15座建筑，导致6名机组人员和8名地面人员死亡，最让人无语的是，它的主任设计师也在飞机上，所有图-144随即全部退出客运，载客总数仅3284人。

而协和式的命运也好不到哪里去，一出生就因为音爆问题备受困扰，在美国更是受到环保分子和居民的强烈反对，导致美国国会立法禁止协和式客机在美国着陆，后来虽然慢慢放开，但施加了诸多限制，所以协和式客机虽然拥有超音速的超凡能力，却也只能在海上超，陆地上空必须降到亚音速飞行。再加上超音速飞行油耗极高，几乎是同类型客机的一倍，导致使用和维修成本非常高，超音速客机的前景因而不被看好，所以没有人再给他们下订单。

2000年7月25日，法航4590航班协和式飞机起飞时，轮胎被另一架客机掉落的钛金属条刺破，碎片击中油箱导致发动机舱起火，但飞机已到达起飞速度，不得不强行升空，随后失速坠毁，109名机组人员和乘客以及地面4名民众死亡。这场空难成为压垮协和式超音速客机的最后一根稻草，紧接着911恐怖事件发生，民航业彻底陷入危机，协和式最终在2003年全部退役，超音速客机也由此折戟沉沙，全军覆没。

所以纵观超音速客机短短一生多舛的命运，我们可以发现，困扰它的最大问题还是音爆。如果不是因为在陆地上空被禁止超音速飞行，它可以凭借比其他客机快一倍多的速度，即使票价更贵，也可以获得更多高端乘客的青睐，因为它相当于缩短了地球上的时空距离，对整个人类社会的发展都有着巨大的影响。很明显，人类从原始社会一路走来，步行、骑马、汽车、飞机，速度每提高一个数量级，文明发展就将进入一个新的阶段。

那么音爆究竟是怎么回事，它是怎样影响超音速飞行的呢？我们这里就简单地讲一下。

爆轰交响曲

音爆是物体在空中运动，速度突破音障时产生的像爆炸一样的声音。可以回想一下你在湖里划船的情形，水波会呈圆形向四周扩散，这是因为你船的速度没有水波扩散的速度快。当你驾驶汽艇驰骋在湖面上的时候，由于快艇速度超过了水波的扩散速度，波浪就会在快艇尾部被压缩成三角形，激烈地涌动。

飞机在空中飞行同样如此，声音也是一种波，只是我们看不见而已，当飞机速度没有超过空气中的音速，即340米/秒，或1224公里/小时的时候，声音会向四面八方传播。而一旦飞机速度超过音速，声波就会被压缩成圆锥形，拖在飞机的后方，如果人正好位于这个圆锥形范围内，就会听到震耳欲聋的爆炸声，所以被称为音爆，飞机越快，距离越近，声音越大。有趣的是，飞行员是完全听不到任何声音的，因为所有声音都追不上飞机了，即使是飞机自己发出的声音。

音爆并不是砰砰两声就完了，而是一种冲击波脉冲，会一路掠过飞机下方的区域，能量极大，震耳欲聋，甚至可能震碎房屋的玻璃，很多人形容就像炸弹落下一样。根据早些年的统计，全球每天平均有10多万个航班飞行，可以想象，如果现在的民航客机都是超音速，相当于地球上每天都有10多万架飞机，不断地往下“扔炸弹”，发出巨大的爆炸声，虽然不会伤人，但玻璃是不是都得统一加厚呢？在无时无刻不在的爆炸声中，人们又能做什么呢？都不要工作了，每天就欣赏爆轰交响曲好了。

超音速音爆成因

但不可能因为音爆，人类文明就缴械投降，乖乖地被禁锢在音速之下，苟且活着吧？毕竟我们的目标是星辰大海，诗和远方，只要交通速度再提高一个量级，就意味着地球将变成真正的地球村，几个小时我们就能到达村里的任何地方。

所以1970年代美国国会颁发超音速飞行禁令后，NASA就开始研究，如何解决超音速飞机的音爆问题，以说服监管部门取消对陆地上空超音速飞行的限制，解脱音速对人类旅行速度的羁绊。

科学家们发现，我们在地面上听到的音爆，实际上是由多个冲击波组成的，主要是来自机头，但也来自机翼、发动机、尾部和飞机结构的凸起或边缘。这些冲击波被聚集和压缩，彼此无法避开，最终会合并成更强大的单个冲击波。音爆的强度或响度，则取决于被加速的空气量，因此也就取决于飞机的大小和形状。音爆的持续时间则与飞机长度的1.5次方成正比，这意味着飞机越长，音爆就会越分散，从而强度也会减弱。

所以情况就很清楚了，音爆主要是和飞机的形状有关，并不需要什么神奇的材料和高科技的发动机来改进。然而在上个世纪，要设计所谓的“安静”超音速飞机，却非常地困难，因为需要准确模拟声波的相互作用，以及它们从1万多米高空到地面的传播方式，那时候没有高速计算机和机器学习模型，只能通过风洞试验来进行，可能需要数百数千次，这意味着高昂的成本和时间代价，基本上是不可能的。

到了2010年代中期，技术的进步终于允许NASA启动安静超音速计划（Quest）了，他们和洛克希德·马丁公司签署合同，共同打造一架静超音速飞机，目标是将音爆降低到75EPLdB（有效感知噪声分贝），大约相当于洗碗机运行的声音，或者是你经常听到的关车门的声音。作为对比，我们前面提到的协和式客机，它的EPLdB是105，相当于油门轰满的摩托锯。

这架飞机就是我们今天的主角，X-59Quest静超音速试验飞机。

历史性里程碑

洛克希德·马丁公司从2013年起，就开始研究静超音速飞机，先后设计了C100，有点像协和式飞机的缩短版，发动机位于机背上，之后逐步迭代到C605，并最终在2018年获得了官方名称X-59 Quest。

针对我们前面所说的那些音爆产生的原因，工程师们进行了各种创新设计，首先是将机身加长，笨重部件靠后，所以才有了我们看到的超长的尖细的机头，几乎占到整个飞机长度的一半。然后巨大的发动机放在尾部，就像一个巨大的驼峰。

由于不连续的结构会产生冲击波，X-59干脆取消了挡风玻璃和座舱盖，并将驾驶室放到了飞机中部，这意味着飞机将没有前方视野，飞行员肉眼无法看到前面，于是设置了由4K摄像头和大屏幕组成的增强型飞行视觉系统，目前来说是飞机上唯一用到的先进技术。

然后就是缩小机翼，将发动机进气口放在飞机上面，让机身尽量呈流线型，可以分散超音速飞机的冲击波，并将大部分冲击波向上偏转，防止其合并和冲向地面。

这一系列的设计让飞机看起来非常怪异，但又很科幻，长度为30.4米，翼展仅9米，起飞重量14.7吨，最大速度1.5马赫，巡航速度1.42马赫，飞行高度16800米，远高于现在的民航机，距离越远，声音越小，所以协和式的巡航高度高达18000米，那里的气流也更平稳。

经过8年的设计建造后，洛克希德·马丁终于在1月12日向公众公开展示了X-59，NASA称这一时刻将成为“航空史上的历史性里程碑”，X-59将在未来几个月由TOP Gun的3名飞行员进行试飞，也就是《壮志凌云》中的美国海军战斗机武器学校。

X-59一旦验证成功，将可能结束美国空域50年来的商业超音速飞行禁令，开启超音速客机设计建造的新时代，人类社会也将进入下一个量级的快速交通时代。而这，仅仅只需要改变飞机的形状，你是不是觉得太神奇了？那么，X-59能够测试成功，完成静超音速飞行吗？让我们拭目以待。