原標題:人類還能重啟超音速旅行嗎?
20世紀以來,世界上的一切都在變得更快。汽車在提速、火車在提速、飛機也在提速。整個地球由于交通工具的快速連接,越來越像一個小小的村莊。
尤其是飛機,經(jīng)過技術(shù)的迭代,其由萊特兄弟試飛時的12秒36米到噴氣式飛機的900km/h,給人們的出行帶來了巨大的方便。但令人不解的一點是,距離世界上第一架噴氣式客機誕生已經(jīng)有近70年的時間,目前飛機的運行時速仍然基本上停留在上個世界中期的水平。戰(zhàn)機既然都已經(jīng)實現(xiàn)了超音速飛行,為什么客機仍然顯得慢吞吞的?
其實,人們并非對超音速客機漠不關(guān)心。畢竟超快的速度不僅可以節(jié)省大量的旅行時間,而且在緊急醫(yī)療物品配送、災(zāi)難救援等方面也有顯著的意義。相反,帶著對速度的不懈追求,人類對超音速客機研究的腳步一直都未停止。比如最近波音公司和NASA相繼宣布了自己的超音速飛機研制進展,一個說要讓飛機每小時飛5600公里,一個說要讓飛機“靜音飛行”,看起來,很有點志在必得、開啟人類航空新時代的意思。
而實際上,在此之前,超音速客機曾經(jīng)在地球的上空飛翔了近三十年。
超音速客機也有春天
上個世紀六七十年代,世界航空業(yè)的發(fā)展可以說進入了一黃金時代。在冷戰(zhàn)的背景下,各種宇宙飛船、航天飛機等軍備競賽層出不窮,美國甚至實現(xiàn)了人類歷史上的第一次登月。在這個背景下,處處要較勁的蘇聯(lián)和西方在超音速客機的研制上展開了激烈的追逐。
與戰(zhàn)機不同,客機要實現(xiàn)超音速飛行必須要考慮到其龐大的機體、乘客體驗。畢竟戰(zhàn)機體積較小,所以在機身設(shè)計上相對自由。而且,突破音障也是超音速客機需要克服的一個重要關(guān)卡。
從上個世紀50年代,美國、歐洲和蘇聯(lián)都開展了各自的超音速客機研制計劃,但最終只有英法聯(lián)合研制的協(xié)和號和蘇聯(lián)研制的圖-114兩種機型成功。有趣的是,無論是在試飛還是正式運營上,圖-114總是要搶在協(xié)和號的前頭,來彰顯蘇聯(lián)人民永不認輸?shù)木瘛?/p>
尷尬的是,圖-114問題不斷,先是在一次航展上發(fā)生墜機事故導致機上人員全部遇難,后來在七十年代交付使用的時候又再次出現(xiàn)故障,這也就導致圖-114系列一開始只是執(zhí)行一條從莫斯科飛往阿拉木圖的貨運航線,時間是在1975年12月。但這也是世界上第一條超音速飛機商用航線,因為第二年1月英法的協(xié)和號才首次載客飛行。
然而因為故障不斷和其他原因,圖-114最終運行了7年之后宣布停產(chǎn),并在一年之后蘇聯(lián)停止圖-114的研制。蘇聯(lián)的超音速客機項目算是告一段落。
協(xié)和號則看起來技術(shù)相對安全一點,平穩(wěn)運行了二十多年,期間也沒有事故報告。直到2000年才在一次起飛之后墜毀,而這次墜毀也與飛機的性能沒有直接的關(guān)聯(lián)。
而由于長期以來關(guān)于超音速客機的詬病不斷,這次墜毀事故也成為了導火索,三年之后,協(xié)和號也迫于各種原因,最終完全退出了歷史的舞臺。
從20世紀60年代初著手研制,到70年代中期交付商用,再到21世紀初正是停運,超音速客機的發(fā)展歷程并不能說是一帆風順。雖然成功運行了近三十年,但其背后反映的是人類在一個瘋狂的航天工業(yè)時代在面對航運需求方面的急躁冒進的態(tài)度。雖然飛機能飛起來,但它各個方面的細節(jié)處理并不好。
而對一項商業(yè)活動來說,能飛起來只是剛剛完成了第一步。把飛行效益、旅客體驗等各方面的因素綜合考慮進去并作改進,才是進行超音速商業(yè)飛行前提和保障。
在航空上,“唯快不破”不是真理
那么,既然爆炸事故僅僅只是一個誘因,究竟其背后是什么原因?qū)е鲁羲亠w機雖然快,但仍然暫時告別了天空呢?
我們大致可以從兩個角度來分析。
第一個角度是航空公司。對航空公司而言,要速度的原因就是,速度能換來經(jīng)濟效益。但是當對速度的追求實現(xiàn)了,但經(jīng)濟效益卻沒跟上,那為這個“快”而付出的經(jīng)濟代價就不值得了。
1. 飛行成本高昂
飛行成本主要體現(xiàn)在兩個方面,一個是維修,一個是燃油。
從維修方面來說,協(xié)和式客機每飛行一小時,航空公司就需要用18個小時來進行日常維修,而飛機一旦出現(xiàn)故障,其維修成本則更高。而隨時時間的流逝,客機的磨損和老化則令日常維護的成本越提越高。
而在燃油方面,可能是協(xié)和式飛機沒有預料到的。上個世紀六、七十年代,國際石油價格差不多一桶3、4美元,而到協(xié)和號停飛的2003年,石油價格差不多突破了40美元,即便扣除通貨膨脹因素,也要高出許多。而由于超音速飛機發(fā)動機燃油率不高,要保持超音速飛行,燃油成本自然就上去了。
2. 航線距離短
這就是一個很尷尬的地方了。理論上來說,超音速客機最適合的是長途飛行,比如橫跨個太平洋之類的。但尷尬的是,由于燃油效率低,飛機飛個差不多三四個小時就沒油了;而由于其巨大的噪音,美國甚至禁止其在國內(nèi)降落,因此協(xié)和號的航線既少又短。在這些因素的作用下,超音速客機多少顯得有點雞肋。
第二個角度則是旅客的乘坐體驗。當然,第一體驗肯定是快啊,一小時超過2000公里,但隨快而來的,更多則是煩惱了。
1. 乘坐體驗差
對,噪音太大了。畢竟超過兩千公里的時速,盡管協(xié)和號的機身被做成流線型,并且客艙空間沒有普通客機那么大,其噪音仍然達到了接近90分貝。90分貝是個什么概念呢?75分貝基本上就是人體耳朵舒服的上限了,90分貝的效果大概相當于晚上去酒吧的嘈雜環(huán)境,說個話都恨不得趴對方耳朵上。從乘客的角度來說,做個飛機跟逛酒吧似的,也太受罪了。
2. 乘坐成本高
成本有多高呢?一張倫敦到紐約的機票9000美元,人民幣大概6萬多……果然是富豪們的專屬。關(guān)鍵是,花9000美元去天上逛酒吧這事兒怎么想都有點吃虧,最主要還沒有酒,只有噪聲。有這么多錢,為什么我不買個普通飛機的頭等艙?
而對航空公司來說,即便是比普通飛機貴了十幾倍的票價,其還是不能達到收支平衡,每一趟航班都是在虧本運行。足可見這飛機是有多能造了。
除去航空公司與乘客這兩個與飛機有直接關(guān)聯(lián)的因素之外,超音速客機還不受社會的歡迎,最大的槽點就是其會帶來嚴重的噪音污染。在超音速飛行的時候,其產(chǎn)生的噪音能達到一百三十多分貝,把一個人給震瘋是沒有問題。如果是在對流層進行超音速飛行的話,方圓幾公里之內(nèi)的玻璃將統(tǒng)統(tǒng)體無完膚。所以,協(xié)和號被禁止在對流層進行超音速飛行。但即便如此,其飛行產(chǎn)生的噪音也比普通客機高出不少,機場附近可謂民怨四起。
于是,航空公司也不想飛了,乘客也不想坐了,機場附近的居民們天天盼著它趕緊消失免得打擾自己睡覺。而協(xié)和號又最終不幸出了場事故,加速了超音速客機的退出天空的步伐。雖然這二十多年的飛行算不上波瀾壯闊,但超音速旅行的一個時代也總算是結(jié)束了。
但是,超音速旅行真的就從此離我們而去了嗎?
超音速旅行重啟可能不會太遠
可以肯定的是,人類對速度的追求永遠不會停止。一個越來越快的世界,必然要求越來越快的對接工具。那么,重啟超音速飛行似乎成了一個必須要趕快提上日程的計劃。
事實上,最近幾年各大航空公司紛紛以PPT或試飛的形式來展示自己的超音速客機飛行計劃,比如這次美國波音公司的超音速客機項目聲稱能實現(xiàn)超過5倍音速的飛行;甚至有外媒稱中國正在研制“I”系列超音速客機,時速超過8000公里……聽起來是不是特別勁爆?
但不管離真正的飛行還有多遠,從各種因素來講,超音速客機的商業(yè)回歸也將成為一種必然。
第一,地面交通提速的沖擊。
這方面在中國的表現(xiàn)最為突出。2017年中國高鐵6年之后重新恢復350公里的時速運行,其對航空公司的旅客分流作用非常明顯。據(jù)分析,800公里的旅程之內(nèi)高鐵將分流航空的20%-30%,1000-1200公里則會分流15%-20%。這也造成了航空公司更大幅度的價格優(yōu)惠,其飛行效益必然受到影響。
當然有人就說了,在1200公里以內(nèi)的路線上雖然高鐵對航空的影響顯著,但1200公里之外的長途旅行,航空的蛋糕幾乎不會受到影響。尤其是跨洋飛行,高鐵不行了吧?
別擔心,超級高鐵照顧您。
關(guān)于超級高鐵,想法有很多。比如今年6月份在北京召開的世界交通運輸大會上,西南大學就提出了多態(tài)耦合軌道研發(fā)技術(shù),其將磁懸浮技術(shù)和真空技術(shù)結(jié)合在一起,將可能實現(xiàn)1500公里時速的高鐵運行速度。具體點兒說就是,列車在一個真空管道里懸浮行駛,最大程度減小阻力,行動如風。
當然,更著名的管道高鐵運輸則來自馬斯克的Hyperloop,它有一個更響的名頭叫“膠囊高鐵”。在經(jīng)過兩年的測試之后,Hyperloop已經(jīng)被批準建設(shè)第一條試運行線路,連接巴爾的摩和華盛頓,而整個運行時間還不到五分鐘。馬斯克則計劃在3年內(nèi)形成實際運力,10年后建成連接全美的高鐵網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)全美4時達。
而更殘暴的是,中國航天科工還提出要建時速4000公里的超音速高鐵……
競爭對手們步步緊逼,航空公司怕不怕?所以在競品面前,超音速客機的研制似乎迫在眉睫。而且相對而言,技術(shù)攻關(guān)要比超級高鐵容易點。畢竟,飛機曾飛過超音速,而高鐵可從來沒有跑贏過音速。
第二,技術(shù)的進步也在促使超音速旅行之門的再次開啟。
對超音速客機來說,最需要解決的問題就是如何突破音爆。所謂音爆,即物體在突破音障的時候形成的強烈的爆炸聲。其聲音可高達130多分貝,即便是身處16000米高空的協(xié)和號,其產(chǎn)生的音爆也足以震裂地面的玻璃。這也是美國限制協(xié)和號飛行的原因之一。
那么,如何突破音爆問題就成為了一個頗具難度的技術(shù)攻關(guān)。NASA和軍火制造公司洛克希德馬丁達成了一項2.5億美元的協(xié)議,研制X系列的超音速飛機。據(jù)稱,其將在不產(chǎn)生音爆的情況下實現(xiàn)超音速飛行,而且在飛行的過程中產(chǎn)生的噪音也只有75分貝,與目前飛機的噪音相差無幾。NASA計劃在2021年能夠?qū)崿F(xiàn)首次試飛,如果成功,毫無疑問將是航空史上的一次革命。
協(xié)和式飛機因為音爆問題,只能飛行大洋航線,而且是飛越直線距離比較短的大西洋。那么,如果音爆問題得以解決,其將不僅可以在大洋上空飛行,陸地上空也將才成為可能。飛行區(qū)域被大大擴展,線路也會得以增加。超音速飛行的雞肋之處也就不會顯得那么突出了。
并且,音爆的解決也會對乘客的舒適度增加、準飛航線的拓展、準飛區(qū)域的擴大等產(chǎn)生影響,飛行成本的壓力也會得到緩解。隨著收益的增加,發(fā)動機的油耗問題顯得不那么突出。畢竟,發(fā)動機的改進技術(shù)難度極高,目前幾乎已經(jīng)觸碰到了瓶頸,每節(jié)省一滴油都需要一次技術(shù)突破。
而人類對速度的追求不會停止。地面交通的步步緊逼、全球商務(wù)需求的節(jié)節(jié)攀登,都讓超音速飛機的重出江湖變得日益迫切。而且可以預見的是,雖然仍然存在一定的技術(shù)攻關(guān)難度,但超音速飛行的重啟必然不是一個有生之年系列,人類也終將對“出發(fā)前就到達”進行重新定義。
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