航空航天工程师大卫·格雷厄姆和他的三位同事有一个截止日期，而一只棕色的小乌龟却危及了这个日期。几个小时后，当旭日东升，照亮去年八月的一天莫哈韦沙漠时，两架诺斯罗普·格鲁曼 F-5E 战斗机将从地平线上疾驰而来。飞机将在哈珀干湖上空 30,000 英尺处以每小时 920 英里的速度飞行，后面拖着长长的音爆——这是超音速飞行标志性的声音信号，通常使得高速飞越陆地上空成为不可能。
这些工程师，他们都是由诺斯罗普·格鲁曼牵头的研究团队成员，致力于使这些声音信号明显不那么明显，他们预计两次音爆会略有不同——这种差异非常细微，即使你竖起耳朵也听不见，即使你试图找出一种旨在减缓超音速冲击波的 30 年理论是否能在真实、混乱和充满气泡的大气中奏效，但这种差异足以被他们 SUV 后座的仪器检测到。
但是这辆 SUV 里塞满了必须在湖床上展开的设备，它哪里也去不了，除非那只沙漠龟挪开它爬行动物的屁股。土地管理局的指示很严格：惊吓濒危动物可能会危及其生命。黎明前是雄性沙漠龟在寻找水源、食物和伴侣时漫游的时间。这很辛苦，正如每只乌龟都知道的，有时候一个家伙就是需要休息一下。在它挪动了 15 分钟之后，这头野兽才慢吞吞地离开了。
最终来到湖床上，美国国家航空航天局的调查员埃德·哈林监督了由他设计的便携式仪器包的布置，每个仪器包都包含一个超灵敏的 Brel & Kjaer 4193 麦克风，它们呈大约 2.5 英里宽的阵列。向北，诺斯罗普试飞员罗伊·马丁调整了他的 F-5E，格雷厄姆已经把它改得面目全非，以至于韦尔科·加西奇 1956 年的优雅设计几乎认不出来了。马丁向前推杆，这架鹈鹕鼻的 F-5E 在一个浅俯冲中开始加速，冲破音障。
精确瞄准飞机并不容易。格雷厄姆、哈林和威尔实验室的音爆专家肯·普洛特金选择在拂晓时进行测试，因为在八月的一天晚些时候，热气流会从沙漠地面升起，大气会变得混乱。选定的航线使得初升的太阳正好照射在马丁的脸上。马丁眯着眼睛看着仪器，调整并锁定了测试速度——马赫 1.36，比音速快 36%。
音爆的圆锥体在马丁的飞机后面拖了好几英里，当压力波扫过哈林的阵列时，他正在减速，转弯准备可能的第二次飞行。在他身后的航线上，迟了 45 秒，是一架来自内华达州法伦海军航空站的标准 F-5E。普洛特金认为，如果两架战斗机间隔超过 30 秒且不超过两分钟，那么两次音爆的比较将是公平的。
第二次音爆以其惯有的威力袭来——一声震耳欲聋的双响（一次是飞机的前部，一次是尾部），方圆数英里都能听到——数据收集完毕。“我确实听到了区别，”格雷厄姆回忆道。这或许有争议。每次音爆的两个冲击波间隔不到 1/10 秒，而且团队甚至没有尝试改变改装飞机音爆的后半部分。但在片刻之内，工程师们就在一台放在汽车后备箱盖上的笔记本电脑上看到了两次音爆。一条蓝线显示了改装 F-5E 的压力波；一条红线代表海军战斗机。
这与预测完全吻合。在音爆领域工作时间最长的肯·普洛特金跳起了小舞。格雷厄姆说他看到了自己眼中的泪水。普洛特金给纽约州伊萨卡的康奈尔大学打了个电话。“成功了！”他说。对方的回应很平静：“我就知道会这样。”
八月在莫哈韦沙漠进行的试飞回答了一个关于低音爆设计的关键问题：工程师们现在知道，他们可以预测音爆在从飞机传播到耳朵的过程中是如何发展的。这意味着设计和制造低音爆飞机涉及的投机性风险要小得多。在几年内，一架低音爆 X 型飞机可能为超音速公务机铺平道路——调查一直显示，即使价格高达 1 亿美元，此类飞机也有强劲的需求，而且波音和湾流公司据知都在进行 SBJ 项目——或者一架安静的超音速轰炸机，它能够以高速悄无声息地潜入敌方领土，而不会被刺耳的音爆暴露其存在。甚至有迹象表明，洛克希德·马丁公司凭借其在飞行能力方面最出色的飞机方面悠久的历史，能够建造一架正在一个代码锁定的保险库中开发、并由一个未公开的赞助商资助的实用超音速公务机。
然而，主要的障碍仍然存在，包括制造能够胜任这项任务且在起降时能够降低噪音水平的发动机，以及改进安静超音速设计，使其在外观上比明显丑陋的 F-5E 改装型号更具视觉吸引力。但在陆地上空飞行超音速飞行的最大挑战是：没有人知道对地面上的人来说，低到什么程度才算足够低，无论是音爆来自空军喷气机还是亿万富翁的豪华专机。而这最终是一个政治问题，而不是工程问题。
尽管如此，与到达此地所付出的一切相比，最后的政治障碍可能很容易克服。这是一场长达 30 年的竞赛，始于普洛特金在莫哈韦湖床上与康奈尔大学的阿尔伯特·乔治的通话。乔治是普洛特金在 20 世纪 60 年代末在康奈尔大学的论文导师，当时音爆是一个热门话题。协和式超音速客机及其俄罗斯的对应机型正在飞行，波音公司正在设计一架长 300 英尺、时速 1800 英里的巨型飞机。但这些飞机受到其震耳欲聋的音爆的限制。乔治根据纯粹的声学理论，找到了一种方法，将尖锐的双响音爆转化为柔和、无害的压力波。他的同事理查德·西巴斯——“普洛特金说，西巴斯大约 30 秒后就会提出这个理论”——在此基础上建立了一个数学结构。结果就是西巴斯-乔治理论。
研究人员于 1971 年 1 月发表了他们的理论。国会在两个月后取消了波音公司的超音速运输项目，而 30 多年来，该理论仍然只是一个理论。数学很复杂：它适用于简单的形状，但没有人知道如何用它来设计一架实用的飞机。如果你尝试了，即使部分正确，唯一知道是否正确的方法是在风洞中测试模型，观察错误，修改模型并再次测试——这是一个漫长而昂贵的努力，而且无法真正保证下一次测试会产生更好的结果而不是新的问题。普洛特金说：“西巴斯-乔治是一个理想。当你进入一架真实的飞机时，这种方法并没有你需要的那么精确。”
20 世纪 90 年代初，随着计算机性能的提升和计算流体动力学（CFD）——使用计算机模拟飞机周围的空气流动——的出现，这个问题有了解决方案。通过 CFD，可以在比风洞快得多的速度下评估设计，可以对结果进行详细分析，并且几乎可以即时进行修改。
但即使你能按照西巴斯-乔治理论设计一架飞机，仍然有一个重大的障碍。地面的音爆与飞机旁边的音爆不同。当压力波在大气中传播时，它的形状会发生变化，单独的脉冲会流动并融合在一起，形成撞击地面的双响。西巴斯-乔治说，适当的设计可以防止这种情况发生——但这只适用于理想化的、稳定的、从超音速巡航高度接近真空到地面较稠密空气平稳过渡的大气。真实的大气并非如此——空气密度是可变的，大气中充满湍流和风切变等——而且它太大，任何 CFD 都无法完全涵盖。许多怀疑论者认为这些不完善之处可能足以使该理论无效。
要证明西巴斯-乔治理论，显然必须制造飞机并飞行，而且很有可能因为大量不可预测的因素而完全失败。大多数人认为，为这个困境提出解决方案的研究员是多梅尼克·马格列里。马格列里早已从美国国家航空航天局退休，他在音爆方面的经验无与伦比。“我认为自己是世界专家，”他说，“因为我比其他人活得久。”
20 世纪 90 年代初，当美国国家航空航天局开始重新审视超音速运输飞机时，马格列里意识到，回答这个关键问题——“音爆是否会以某种稳定性持续存在，还是会随着飞机远离而变成 N 波形？”——的唯一方法是进行飞行演示。1993 年，马格列里提出了一项计划，对 Firebee 2（一种超音速无人靶机）进行减少音爆的改装。当资金变得紧张时，该项目被取消了，美国国家航空航天局改装洛克希德 SR-71“黑鸟”侦察机进行类似测试的计划也被取消了。但制造 SR-71 的洛克希德·马丁公司著名“臭鼬工厂”的员工秘密地重新审视了低音爆技术。20 世纪 90 年代中期，“臭鼬工厂”从麦克唐纳·道格拉斯公司聘请了低音爆专家约翰·摩根斯坦，并聘请了当时在科罗拉多大学博尔德分校的理查德·西巴斯作为顾问。到 1998 年，“臭鼬工厂”团队相信他们已经解决了低音爆问题，并与湾流公司合作开发了一架超音速公务机。两家公司与潜在客户进行了洽谈，其中包括
NetJets。沃伦·巴菲特的公司开创了出售商用飞机股份的业务，并且已经有数百架飞机待购。如果低音爆技术可行，NetJets 准备购买。
就在美国国家航空航天局的超音速运输项目因波音公司悲观的预测而受挫之际，这个好消息传来了。
但是洛克希德·马丁、湾流及其盟友可以在国会山施加影响，第一笔用于新的低音爆研究的资金出现在 2000 年 2 月的五角大楼预算中。国防高级研究计划局的“安静超音速平台”（QSP）项目于次年启动。DARPA 不制造公务机的业务，因此 QSP 的目标是开发所谓的“双重用途”技术，既可用于公务机，也可用于远程超音速轰炸机。这使得诺斯罗普·格鲁曼公司介入。
有人说过，有一种方法可以识别外向型的工程师——他和你说话时会看着你的鞋子。但这绝对不适用于热情、健谈、衣着整洁的查尔斯·博卡多罗，他于 2000 年接管了诺斯罗普·格鲁曼的 QSP 项目。此前，博卡多罗曾参与过一项未来攻击机的研究，并得出结论，QSP 的马赫 2 速度——约 1320 英里/小时——是下一代飞机的“最佳选择”。
博卡多罗说，安静超音速飞机的吸引力比以往任何时候都更加明显。“反介入”威胁——从恐怖主义到导弹——将意味着美国军队将驻扎在离战场更远的地方。“你不会将数百架短程战斗机带入战区，”博卡多罗指出。但像诺斯罗普公司自己的 B-2 这样的亚音速轰炸机从遥远的基地起飞需要很长时间，因此无法快速响应，而极快的超音速飞行器即使能够制造出来也很难维护。凭借隐身、高度和速度，一架马赫 2 的轰炸机“可以日复一日地飞行”。
博卡多罗毫不犹豫地邀请了 Eagle Aeronautics 和 Wyle Laboratories 加入他的 QSP 团队——从而获得了 Maglieri、Plotkin 和 Juliet Page 的独家访问权，她曾是麦克唐纳·道格拉斯公司高速民用运输团队的关键成员。设计师吉姆·克尔斯韦尔说，他们的影响力至关重要。“DARPA 有一些极其宏伟的目标，”他说，“每个人都在寻找某种神奇的机制来抑制音爆。”研究人员提出了从等离子体到超音速双翼飞机等各种方案。“肯、多梅尼克和我们的内部人员都同意，提出的一些方案要么不符合物理定律，要么不够稳健，”诺斯罗普公司现任 QSP 项目经理史蒂夫·科马迪纳说。“它们可能在飞机正下方有效，但在侧面则不然。”解决方案显然是造型，使用经过计算机增强的西巴斯-乔治理论版本。
在那时，马格列里复活了他关于 Firebee 演示机お想法——但每个人都知道存在缺点，最重要的是无人驾驶测试飞行器往往会坠毁。空气动力学家大卫·格雷厄姆有另一个想法：诺斯罗普·格鲁曼公司自己的 F-5E 战斗机。当诺斯罗普试飞员罗伊·马丁经过格雷厄姆的隔间时，这位工程师拦住他，问他对驾驶一架经过大量改装的 F-5E 有何看法。马丁只有两个条件：不要使前机身变宽（这会影响进气道的进气流量）并保持主起落架舱门不变（F-5E 的腹部着陆程序很简单：不要这样做）。
格雷厄姆的团队花了 16 个月的时间设计了 F-5E 的新机头，克服了从进气道溢出——超音速飞行的一个副作用，它将无法被进气道吸入的空气向前推，在机头附近产生冲击波——到洛克希德·马丁、诺斯罗普和波音用于制定音爆整形改装的计算机代码之间存在的巨大差异。该团队在 2002 年的大部分时间里都在艰苦工作，但进展不大。“最终设计被确定为 24B4，这足以说明我们经历了多少次，”格雷厄姆说。
2002 年 12 月，DARPA 在亨廷顿海滩举行了一次会议，审查拟议的 F-5E 改装方案。普洛特金、马格列里和诺斯罗普·格鲁曼团队在会见 NASA 和 DARPA 之前在房间里碰头，“我们问自己，‘我们到了吗？’”格雷厄姆回忆道。最终的设计是一个巨大的改装，一个巨大的鹈鹕嘴，但团队认为它会起作用。现在诺斯罗普·格鲁曼公司可以开始改装测试飞机——一架海军的 F-5E。它已经飞行了 7,200 小时，海军准备将其送往坟场。诺斯罗普·格鲁曼公司为其争取到了 50 小时的使用寿命延长。
一个令人担忧的问题：改装所需的时间
F-5E 将首次飞行测试推迟到夏季，届时高温将使空气更加湍流，并增加音速的局部速度，使马赫 1.4 的目标无法实现。“好消息是我们的阻力预测是正确的，”马丁说。“这将使我们达到马赫 1.3。”通用电气公司在发动机老化的 J85 发动机上同意“推杆”，条件是任何人不得再次使用它们。改装后的飞机被证明是可靠且易于飞行的。普洛特金现在说，任何与西巴斯-乔治理论合作过的人都从未怀疑过它——而 8 月 27 日测试的开箱即用成功以及预测与理论之间近乎不可思议的匹配，都值得跳舞庆祝。“仍然有人说你永远无法在现实世界中获得这些结果，”他说。马格列里补充道：“造型并不是测试的全部。关键是证明造型的效果能在真实的大气中，在真实的距离上持续存在。”
在老旧的测试飞机剩余的宝贵几个小时里，团队获得了后续测试的资金，以观察在不同条件下是否可以重现结果。这些飞行于 2004 年 1 月进行，当时较低的温度将速度范围扩大到马赫 1.45，并且可以在下午 1 点之前飞行并仍能获得良好的数据。天气很好。“我们连续九天运气很好，”哈林说。F-5E 运转得像一辆新本田，团队又进行了 21 次飞行。
哈林发射了一架装备传感器的 F-15 来探测音爆的形状，并从美国空军试飞员学校借了一架 Blanik 滑翔机，在地面上方 6,000 到 8,000 英尺处收集测量数据，避开了涡流和湍流。普洛特金设计了一种“俯冲”机动，可以将音爆集中在一个选定的地面区域，就像飞机转弯时发生的那样：结果再次与理论相符。“我们又看到了普洛特金的喜悦之舞，”格雷厄姆说。
如今，诺斯罗普·格鲁曼团队正在为研究飞机寻找一个博物馆住所，并与其他公司一样，正在着眼于下一阶段。博卡多罗认为空军对超音速轰炸机的兴趣日益浓厚，有六家公司正在关注超音速商用飞机。其中包括湾流——它开发了可变后掠翼设计和一种伸缩式的剑鱼状尖刺机头，可以分解和削弱前方的冲击波——洛克希德·马丁和波音。通用电气航空发动机公司高级技术营销和政府计划经理哈维·马科林表示，潜在市场巨大。“NetJets 会告诉你，他们会立即订购 100 架超音速公务机，”他引用了多项预测，即使价格接近每架 1 亿美元，超音速公务机的市场也接近 500 架。
大多数人都同意，在五角大楼或 NetJets 启动全面开发计划之前，必须有一架 X 型飞机，一架全新的飞机，旨在实现低音爆特性。这需要资金。“技术状况很好，”马科林说，“但我们今天还没有足够的资源来实现它。”美国国家航空航天局正在制定 X 型飞机的计划，该飞机将在其生命周期内进行改装，以演示一系列技术。弗吉尼亚州兰利研究中心的美国国家航空航天局新超音速飞行器团队负责人彼得·科恩说。它的第一个任务是向联邦航空管理局和公众证明，今天对超音速商用飞行的绝对禁令可以被限制音爆强度所取代。
特别是发动机需要特别关注。主要的发动机制造商——通用电气、罗尔斯·罗伊斯和普惠公司——正在研究用于军用和民用飞机的超音速巡航发动机。主要挑战：民用发动机在起降时必须安静（但军用发动机不必），而超音速发动机则一直全速运转，使得大修之间难以运行数千小时。
也许进展最快的是洛克希德·马丁公司。由一家未公开的赞助商资助，该公司的超音速公务机项目自 2001 年以来一直在进行中。项目经理汤姆·哈特曼除了感谢西巴斯（他于 2000 年去世前曾与洛克希德·马丁合作）之外，不愿意讨论这项工作。“当历史被书写时，”他说，“西巴斯将是低音爆的奥维尔和威尔伯·莱特。”
洛克希德·马丁公司在 11 月发布的一份新闻稿平淡无奇地表示，其飞机的低音爆技术已经得到证明，并且飞机设计已经“关闭”，这意味着该公司拥有一种能够奏效的形状、尺寸、性能和重量的组合。该公司认为不需要演示机，只是需要一项新的 FAA 法规，允许在每平方英尺 0.5 磅的峰值过压下进行有限的超音速越境飞行。该公司及其未公开的赞助商认为，如果飞机比竞争对手先起飞，它就能抢占 500 架飞机的市场。
到 2010 年，一架 X 型飞机甚至一架公务机原型机可能会做到 15 年前大多数人认为违背物理定律的事情：以超音速飞行而不会在地面上留下可感知的音爆。如果发生这种情况，对一款优雅的小型战斗机进行的一项非常丑陋的改装将是通往这一目标的重要一步。
