2000年7月25日，协和式飞机从巴黎飞往纽约的途中坠毁，机上109人以及地面上的4人全部遇难。这一事件不仅仅是一场悲剧，它似乎也象征着超音速航空旅行的黯淡现状。
协和式飞机自1976年辉煌问世以来，一直是财富和权力的象征，但它也已成为一种技术恐龙。它仍然是唯一能超音速飞行的商用飞机，但它消耗的燃油量巨大，而且其复杂的20世纪60年代的技术需要大量的维护，导致票价高得离谱：纽约到伦敦往返机票高达12,750美元。此外，它还有一个最大的缺点：协和式飞机的音爆——一种震耳欲聋的双重爆炸声，可以震碎下方的建筑物玻璃。这限制了协和式飞机只能在水上空飞行。
然而，最近超音速飞行又开始重新受到关注。湾流公司（Gulfstream），这家以为名流和企业高管提供天空旅行为闻名的公司，一直在悄悄地从NASA和洛克希德·马丁公司招募航空专家。该公司尤其对那些了解空气围绕超音速飞机流动时发生的奇特现象，以及拥有三角翼和耐热材料经验的专家感兴趣。总之，这些人可能知道如何消除音爆。湾流公司的目标是制造一种能突破音障、但又足够安静、可以随时随地飞行的富豪专属客机。想象一下，早上7点从纽约出发，飞往莫斯科参加一个2小时的会议，然后在晚餐前回家。或者想象一下，洛杉矶到纽约只需2小时，而不是现在需要5个半小时。
湾流公司的努力与美国军方对下一代超音速飞机的浓厚兴趣不谋而合。冷战结束后，军事行动越来越多地发生在远离美国和盟国空军基地的地区，因此快速抵达变得更加紧迫。在海湾战争期间，B-52轰炸机从印度洋迭戈加西亚岛上的美国军事基地起飞；它们花了7个小时才到达伊拉克。将飞行时间缩短一半将具有重大的战略价值。有鉴于此，美国国防部高级研究计划局（DARPA）去年向美国三大航空巨头——波音、洛克希德·马丁和诺斯罗普·格鲁曼——授予了近3500万美元的超音速研究合同。如果DARPA从国会获得更多资金，它将在这三家公司中选择一家，建造一架低音爆超音速飞机原型机——所谓的X飞机——以展示最新技术。
鉴于以往许多超音速飞行的尝试都以失败告终，目前对超音速飞行的兴趣多少有些令人意外。自20世纪50年代以来，美国、俄罗斯、法国和英国一直在制造超音速飞机，但迄今为止还没有一种具有商业可行性。最近，在1999年，NASA和波音公司放弃了一个耗资10亿美元、为期10年的联合项目，该项目旨在建造一架具有300个座位、具有商业可行性的超音速客机。尽管取得了技术上的成功，波音最终认为该项目在经济上不切实际而退出。鉴于即使是像空客A380双层巨无霸这样相对简单的项目也很难启动，波音公司的高管们不愿向航空公司推销像超音速喷气机这样高风险、激进的项目。
尽管如此，今天的超音速研究人员却洋溢着新的乐观情绪：诺斯罗普·格鲁曼公司空气动力学家Barnaby Wainfan表示，目标是“探索可能和稍微不可能的领域。”
降低音爆
考虑到过去的各种尝试的起伏，湾流公司为何决定重新追逐超音速的梦想？因为它认为有市场。湾流公司的客户——世界上最富有的人——已经愿意花费4500万美元购买像湾流V这样的常规私人飞机。G-Five是该公司洲际公务机。它建造在相对较短（6000英尺）的跑道上起降，通过在靠近旅客最终目的地的小型、不拥挤的机场之间飞行来证明其价格的合理性。但它的飞行速度与波音747一样慢。
鉴于时间就是金钱，湾流公司推测，购买G-Fives的同一批人将乐意花费8000万美元来实现两倍的速度。世界上最大的公务机运营商Executive Jet的董事长兼首席执行官Richard Santulli去年在接受《连线》杂志和《纽约时报》采访时表示，一旦低音爆超音速公务机问世，他的公司将购买大量此类飞机。
但湾流公司仍然需要克服一个主要的障碍：音爆。直到最近，大多数人认为音爆是超音速飞行的不可避免的后果。为什么？普通的亚音速喷气机——比如747——以大约每小时550英里的速度飞行。这比音速（海平面上760英里/小时，在高空约660英里/小时，因为稀薄空气中声音传播速度较慢）要慢。喷气机排开的空气通常会像溪流绕过岩石一样绕过飞机。但是，当飞机超过音速时，空气就无法轻易地让开了。取而代之的是，飞机在通过时会压缩空气。这种撞击会通过大气层传播压力脉冲。
压力脉冲的强度随着远离飞机而减弱。但同时，脉冲的形状发生变化，汇聚成一个N形波。在N形波内，压力急剧上升，然后逐渐下降，最后又猛然恢复到正常的Atmospheric pressure。与此同时，一股与飞机速度同步的压缩空气形成一道墙，从波浪向外扩散。当这道空气墙掠过地面时，就会被听到和感觉到，这就是音爆。人耳能感知N形波前部和后部的压力增加，这就是为什么音爆通常被听作是两次响亮的爆炸声。
低音爆研究的一个重大进展是，通过改变飞机形状就可以降低音爆的强度。一方面，小型飞机造成的干扰较小。这是因为音爆问题是由空气位移引起的：飞机停在压缩空气柱上，飞机越轻，压力越低。
形状与尺寸同样重要。如果飞机相对于其重量来说很长，N形波会分布在更大的距离上，峰值压力会更低。此外，如果机翼沿机身展开，而不是像传统飞机那样集中在中间，压力脉冲的凸起就会变小，音爆也会减小。湾流的飞机将长约140英尺，但只搭载8到14名乘客。
湾流公司项目高级副总裁Pres Henne用手臂交叉来演示这些概念。“这里有一个最佳点，”他说，并指着他的手臂交叉的地方。如果飞机相对细长，并且在恰当的高度飞行，那么就会有一个点，在那里N形波不会形成，地面上的峰值能量——也就是音爆——会很弱。
问题仍然存在：到底要多安静才算够静？没有人确切知道。然而，研究人员已经决定，找出可接受的声音阈值并非至关重要。他们没有试图确定可接受的声音阈值在哪里，而是决定跳过这一步，直接设定一个激进的低音爆噪声目标。协和式飞机的N形音爆前沿压力跳升为2.1磅/平方英尺，而新的设计目标是最大压力升仅为0.3磅/平方英尺。这仅相当于海平面大气压的七千分之一——你乘坐电梯上三层楼感受到的压力变化比这还大。
为“飞行俱乐部”打造的更快的喷气机
湾流公司计划制造的这种安静超音速飞机将以1.6马赫（音速的1.6倍，或略低于1100英里/小时）到2马赫（1320英里/小时）的速度巡航，并且在需要加油前至少能飞行4600英里。湾流公司计划在2006年开始生产这种飞机——他们称之为“安静超音速喷气机”（QSJ）。
除了克服音爆问题，最大的障碍之一是制造一种价格合理、且不会对机场附近居民造成“前排麦当娜演唱会”级别噪音的发动机（这里指的是常规噪音，而不是音爆）。今天的喷气式客机依靠前面巨大的产生推力的风扇来降低噪音，但这些风扇无法用于超音速飞机，因为在超高速度下，风扇的空气流量不够快，无法产生任何推力。
解决方案是什么？最简单的超音速发动机是吸入尽可能少的空气，并尽可能快地从排气管排出，但不幸的是，这种设计并没有解决噪音问题。三年前NASA放弃的超音速飞机就使用了这类喷气发动机，它需要一个相当于房车大小的消音器。
通用电气公司设计了一种可变循环发动机，其内部阀门和活动叶片使其能够在三种模式下运行。在起飞和着陆时——噪音最令人烦恼的时候——它是一种安静的发动机，工作方式与今天的喷气发动机类似；在加速到1马赫的过程中，它就像一个简单但嘈杂的超音速发动机；而在巡航时，它会采用介于两者之间的设置。
与此同时，罗尔斯·罗伊斯公司提出了一种折衷的发动机设计，该设计勉强满足了起飞时的噪音要求，而且没有任何额外的移动部件。该公司计划采用其遄达800型发动机，这是一款为波音777客机设计的推力达95,000磅的巨型发动机，但会移除产生大部分推力的风扇，并用一个更小、更高压的风扇取而代之。
发动机的开发成本不菲。然而，罗尔斯·罗伊斯和通用电气公司都提议制造超音速发动机，其中高温高压核心——成本最高的部分——与更大、更常规的商用发动机的核心相同，这样可以将投资分摊到更大的市场。
环境方面的抱怨一直困扰着协和式飞机，它在高空排放大量的氮氧化物，对臭氧层造成损害——臭氧层是地球天然的大气过滤器，保护地球生命免受太阳紫外线的侵害。这些有害影响是美国在1971年放弃其最初的超音速喷气机项目的原因之一。但这些担忧正在消退。参与NASA超音速项目的研究人员设计了燃烧室——发动机中燃料燃烧的部分——可以产生更少的氮氧化物。其中一些技术已经成功应用于亚音速发动机。
但是，即使技术障碍被克服，政治障碍依然存在。湾流公司官员表示，在DARPA开始建造演示飞机，并且联邦航空管理局（FAA）表明将通过修改其禁止陆地上空超音速飞行的规定作出回应之前，他们不会认真投资于超音速项目。没有飞行许可，低音爆飞机就没有价值。
设计策略
湾流公司的安静超音速喷气机设计与公司现有的飞机有一些共同之处——例如T型尾翼和安装在机身后部高处的发动机——但它更纤细。它有一个长长的机头，以拉长压力波，以及宽大、后掠角度很大的箭头形机翼。机翼可以遮挡发动机进气口的激波，防止它们到达地面。湾流公司的安静超音速喷气机不会太省油，但Henne认为这不是问题。“这个市场的机器不是为了追求每座最低运营成本而设计的，”他有些保守地说道。翻译：如果你买得起湾流，你就不在乎多消耗几吨燃料。
DARPA提出的三种设计，与湾流喷气机相比，外观上或多或少有些异国情调，这是有充分理由的。DARPA的目标要高得多。该机构希望建造一架飞机，能够在不加油的情况下携带20,000磅的炸弹或其他有效载荷飞行7,000英里——对于一架亚音速飞机来说，这是一项了不起的任务——速度至少达到1600英里/小时。“这非常困难，”诺斯罗普·格鲁曼项目经理Charles Boccadoro说。“你设定的目标稍微超出你能做到的范围。”但他补充说，“我们已经确定了非常接近DARPA目标的技术。”
军方不像公务机制造商那样担心降低音爆。美国空军和海军飞行员可以在水上或西南部沙漠地区进行超音速飞行训练，这些地区有陆地上空飞行的豁免权。此外，噪音也不是战略上的劣势——当敌人听到音爆时，它已经落后于飞机，为时已晚。但Boccadoro指出，未来的超音速飞机将以最高速度长距离飞行，因此如果在军事试验区之外进行训练会很有用。不仅如此，DARPA的任务是开发具有民用和军用潜力的技术——因此它参与开发安静的超音速飞行。
计算流体动力学（CFD）已经成为音爆研究中必不可少的工具。就像电子风洞一样，CFD使用计算机硬件和软件来模拟空气围绕飞机流动的模型。这种方法越来越强大。Boccadoro说，在20世纪90年代，“我们可以用CFD来模拟飞机本身的声压”，但这并没有告诉工程师音爆是如何形成的。如今，Boccadoro说，“随着计算能力和内存的爆炸式增长，我们可以高保真地计算出飞机机身长度四倍范围内的流动。”
如果设计师能够做到这一点，他们就能准确地预测出音爆在远离飞机数百倍机身长度的地方如何共振，并最终到达地面。
今年夏末，诺斯罗普·格鲁曼公司将测试该公司基于CFD的设计理念，使用一架经过改装的F-5E虎式战斗机，该飞机拥有更长的机头和重新设计的机身。F-5E将以高达1000英里/小时的速度飞越一个麦克风阵列。工程师们想要弄清楚的是，远场效应——地面上测得的音爆——是否与预测相符。如果相符，那么Boccadoro的团队和其他人将朝着设计未来低音爆超音速喷气式飞机迈出重要一步。
协和式飞机的争议
协和式飞机在1976年问世时是一项技术上的壮举，至今仍是唯一投入商业运营的超音速客机。然而，由于其震耳欲聋的音爆，它被禁止进行陆地上空飞行，并且主要靠往返纽约与巴黎和伦敦之间来维持运营——这段行程耗时4小时。
该飞机以两倍音速飞行，约合每小时1350英里。它可载100名乘客，而且效率极低、运营成本极高，以至于往返机票价格约为12,000美元——相当于一辆新本田思域的价格。（真皮座椅和免费香槟或许能稍微缓解一下冲击。）去年年底，在因坠机事件停飞16个月后，协和式飞机机队已恢复服务。
英法两国政府于1962年根据一项条约同意建造该飞机，该条约规定无论成本如何上涨，任何一方都不能退出。到1973年，大多数航空公司都取消了订单。值得注意的是，汉莎航空的技术总监Reinhardt Abraham曾表示，即使圣诞老人把它放在树下，他也不会运营协和式飞机。这几乎就是16架生产飞机的命运——最后五架以每架一法郎的价格卖给了英国航空和法国航空。
