美国NASA的 X-59 Quesst正在颠覆50年前的超音速飞机技术极限

美国国家航空航天局（NASA）正在通过开发 X-59 飞机来解决长期以来禁止民用超音速陆上飞行的问题，该飞机的目标是将音爆减少到"砰"的一声。这一举措可能会带来监管方面的变化，使噪音水平优先于速度，从而有可能将陆上航空旅行速度提高一倍，同时确保安全、可持续性和减少噪音污染。

图中所示的美国国家航空航天局的 X-59 号飞机，其设计飞行速度比声音还快，但产生的声波"砰砰"声比飞机轰鸣声更小。为了测试公众对这种噪音的感受，Quesst 计划的一部分包括让 X-59 在几个社区上空飞行，以调查人们的反应。资料来源：洛克希德-马丁公司

50 年前，美国联邦政府禁止所有民用超音速飞机在陆地上空飞行。该规则禁止非军用飞机以快于声音的速度飞行，这样它们产生的音爆就不会惊吓到下方的公众，也不会让他们担心潜在的财产损失。

该禁令于 1973 年 4 月 27 日正式生效，在超音速军用喷气式飞机飞过的城市进行的民意调查对禁令的出台产生了很大影响。许多人表示，他们不喜欢听到的声音，也不喜欢车窗被音爆震响。

尽管一些研究提出了减缓音爆影响的方法，但 20 世纪 60 年代和 70 年代初的航空技术还不够成熟，无法及时完全解决这一问题，从而阻止了该规则的颁布。

但如今，美国国家航空航天局正在研究一种解决方案。

美国国家航空航天局 Quesst 任务集成经理彼得-库恩（Peter Coen）说："这是一条今天很多人都不知道的规则，但它却是我们 Quesst 任务的核心所在，因为我们的 X-59 飞机是静音超音速飞机。"

空军的 B-58 Hustler 超音速轰炸机是 20 世纪 60 年代用于在美国城市上空产生音爆的众多军用喷气式飞机之一，以观察公众对声音的反应。这项研究促使美国从 1973 年开始禁止民用超音速飞机在陆地上空飞行。资料来源：空军

美国国家航空航天局的 X-59 被设计成以比声音更快的速度飞行，但噪音却大大降低--如果发出任何声音的话，下面的人会听到声波"砰砰"声，而不是轰鸣声。为了测试公众对这种噪音的感受，Quesst 计划的一部分包括让 X-59 在几个社区上空飞行，以调查人们的反应。

美国国家航空航天局（NASA）将把结果提交给美国和国际监管机构，他们将考虑制定新的规则，以取消长期以来实施的禁令。我们的目标是转变监管方式，重点关注飞机产生的声音，而不是速度限制。

"我们肯定已经准备好书写超音速飞行史上的新篇章，使陆上空中旅行的速度提高一倍，但这种方式是安全的、可持续的，而且比以前安静得多"。 -Peter Coen，NASA Quesst 任务集成经理

联邦对超音速飞行禁令的起源可以追溯到 1947 年，当时以火箭为动力的 XS-1 飞机首次突破了音障，开启了超音速研究的英雄时代。

起初，人们只是为了学习如何让 X 型飞机飞得更快、更高。没有人考虑音爆的问题，主要是因为很少有人居住在进行研究的地方。

尽管人们很早就对飞机飞行速度超过音速时产生的大气冲击波（我们听到的音爆）这一神秘现象产生了兴趣，但当时却没有什么工具和有限的数据来帮助了解发生了什么。

但是，随着空军和海军开始在全国各地的基地部署大量超音速喷气式飞机，越来越多的公众开始接触到这种经常令人震惊的噪音，人们对音爆的兴趣也迅速增长。

美国国家航空航天局将向美国和国际监管机构提交结果，后者将考虑制定新的规则，以取消长期以来实施的民用超音速飞行禁令。资料来源：英国皇家空军米尔登霍尔基地

从 1956 年开始，一直到 20 世纪 60 年代，空军、海军、美国国家航空航天局（NASA）和美国联邦航空管理局（FAA）都动用资源，研究音爆在各种条件下是如何形成的，对建筑物可能产生什么影响，以及公众在不同地点会有什么反应。

这些年来，亚特兰大、芝加哥、达拉斯、丹佛、洛杉矶和明尼阿波利斯等地的居民在使用多种类型的超音速喷气机时，都会受到军用战斗机和轰炸机在高空飞行时产生的音爆影响。

两次集中研究--一次是 1961 年在圣路易斯上空，另一次是 1964 年在俄克拉荷马城上空（分别被称为 Bongo 和 Bongo II）--毫无疑问，公众并不完全支持从高空落下的常规音爆。

这些试验引发了全国性的新闻报道，并助长了人们对超音速飞行的强烈负面情绪。

美国国家航空航天局的 Quesst 任务图显示了环绕着研究飞机的超音速冲击波的造型，它位于一个住宅社区的上空。该图像突出了此次任务期间将在美国多个城市进行的突破性研究。图片来源：NASA / Maria Werries

为了更好地了解和预测音爆的形成，美国政府开始与工业界合作，尝试开发超音速运输机（SST）。

1963 年 6 月，约翰-肯尼迪总统宣布建造 SST，从技术角度提高了人们对研究和缓解音爆的兴趣，使这项研究成为当务之急。

SST 项目旨在生产新型商用超音速客机的原型，这种客机能够以三倍于音速的速度在世界任何地方搭载多达 300 名乘客。(请注意，声速会因温度和海拔高度等因素而变化。在海平面和华氏68 度时，音速为每小时 768 英里）。

航空界竞相发展对超音速冲击波的认识，以降低 SST 可能产生的音爆噪声水平。但是，这些研究人员的速度远远赶不上环境问题和政策讨论的速度，甚至有可能在飞机制造之前就将其停飞。

1968 年夏天发生的三件事就证明了这一点：

• 5 月 31 日，在科罗拉多州空军学院的一次典礼上，一架 F-105 雷电战斗机在学校上空飞行 50 英尺时突破音障。音爆炸毁了标志性的空军礼拜堂一侧的 200 扇窗户，造成十几人受伤。

• 一周后的 6 月 8 日，《纽约时报》发表了一篇社论，利用科罗拉多州发生的事件来强调音爆对国家和平与福祉的危害，声称许多人"被它吓得半死"。

• 随后，国会于 7 月 21 日指示联邦航空局制定"控制和消除飞机噪音和音爆"的标准。

几年内，美国联邦航空局正式提出一项规则，限制民用飞机以超过 1 马赫的速度飞行。1971 年 5 月，美国国会取消了 SST 计划，两年后，禁止民用飞机在陆地上空进行超音速飞行的规定正式生效。

在同一时期，英国和法国正在开发和试飞协和式飞机，该飞机在 1976 年至 2003 年期间提供了商业超音速航空旅行。协和式飞机的消亡有很多原因，包括 2000 年的一次致命坠机，但经济和环境问题是最主要的原因。美国和其他国家的禁令限制协和式飞机在陆地上以超过声音的速度飞行，这大大限制了其创收选择。

展望未来，为了取消禁令并使陆上超音速航空旅行有一个可行的市场，我们的想法是监管机构将根据与以前不同的标准制定新的规则。

1973 年制定的速度限制并没有考虑到飞机可以超音速飞行，但又不会产生音爆影响到下面的人的可能性。当时的评估是公平的，因为当时还不存在实现超音速所需的技术。

"现在确实如此，"库恩说。"因此，我们建议根据声音来制定规则，而不是仅仅根据速度来制定规则。如果超音速飞行的声音不足以影响下面的人，那么飞机就没有理由不能超音速飞行。"

在过去的半个世纪里，美国国家航空航天局的航空创新者们有条不紊地攻克了让轰鸣声安静下来的难题。奎斯特的 X-59 正在证明这项技术的道路上，不久之后将进行社区飞越和最重要的公众调查。

然而，今天公众对超音速飞机在上空飞行的接受程度远远超出了音爆噪声。机场噪音、废气排放和气候影响都是仍需解决的因素。

美国国家航空航天局正与政府、工业界和学术界的合作伙伴一起，努力解决这些挑战。但是，在第一步--解除长达半个世纪之久的陆上超音速飞行禁令--完成之前，这一切都不重要。

库恩说："我们很高兴能向前迈出这一大步，但我们也认识到，还有更多的工作要做。"

本文大部分内容基于劳伦斯-本森（Lawrence Benson）的研究成果，他撰写了美国国家航空航天局（NASA）官方历史书《安静的轰鸣：异型音爆演示器与安静超音速飞行的探索》（Quieting the Boom: The Shaped Sonic Boom Demonstrator and the Quest for Quiet Supersonic Flight）。

编译来源：ScitechDaily