20年前干掉人類第一架超音速商業飛行的飛機是少林七十二絕技之一的“獅子吼”。

這東西威力到底有多大？

2022年湯加火山噴發時，各國用于監控核試驗的探測網各種預警警報亂響，因為探測到的壓力波數據全部超過上限。

也就是說這次火山爆發的威力遠超核子武器。

最終數據顯示，湯加火山噴發產生的大氣壓力波與蘇聯1961年試爆的人類有史以來最大的氫彈“沙皇炸彈”威力相當，且持續時間是后者的四倍。

全球之前的記錄保持者是1883年印度尼西亞喀拉喀托的火山噴發。

那場火山噴發造成逾3萬人死亡。4800公里外都能聽見火山噴發的隆隆聲。

湯加火山噴發的聲波最遠傳播到1萬公里外的美國阿拉斯加。

火山爆發的聲音為何能傳遞這么遠，這就是今天我們要介紹的音爆，也是人類超音速商業飛行的最大攔路虎。

究竟音爆是什么，又是什么導致了音爆？

你要理解音爆，只需要將空氣想象成液體就好了。

當某物，可以是小鞭子、子彈、火山爆發、流星雨、航天飛機等，當它們加速到高速時，運動方向前方的空氣分子會像水面掉進一塊鵝卵石一樣產生漣漪，呈輻射狀傳遞。

速度越快，前端產生的波越多，堆積和壓縮后就像海浪一樣層層疊加，最后在你前方形成滔天巨浪。

這就像玄幻小說中講的“蓄勢”，武俠小說中的“陽關三疊”，將對手和自己的力量蓄積在一起，然后一次性打出，大海無量。

然后物體加速到速度超過前方的“大海無量”，形成后發先至的撞擊，力量是非常巨大的。

如同在水面船支擊穿和沖過巨浪，此時的巨浪就是水墻。將海浪向兩側和后部推開，猛烈的撞擊能讓船體分崩離析。

把這種情景帶到空氣中，那是飛行產生的沖擊波作用在空氣上，讓局部氣流的最大速度達到音速，產生疊加和局部激波，形成空氣墻。

此時的空氣墻就是音波墻，強度猶如銅墻鐵壁。

而當飛行器速度超過音速時，飛行器如一把利劍插入高壓高縮氣體中，引發壓力的急劇釋放，發出巨響，聽起來像爆炸。

這就是音爆，這股能量會造成飛機撕裂、劇烈抖動、操作困難、失控，甚至墜毀。

音爆是飛機或其他物體自身速度超過音速時必然產生的噪音，通常以110分貝計時，響亮如雷聲或爆炸。

具體飛行器在空氣中引發的沖擊波，我們可通過下圖管中窺豹。

這是NASA使用紋影攝影技術，記錄的兩架美國飛機以超音速飛行時對空氣分子產生沖擊波的效果圖。

當飛行器持續以超音速飛行，它將在前面產生一個由加壓空氣分子組成的圓錐體。

圓椎體切面由大到小，不斷被飛行器產生和打破，形成一系列持續不斷的聲波爆裂。

我們稱之為“音爆地毯”。

音爆地毯的尺寸隨著物體的高度而增加，達到每 300米高度增加1.5公里。

美國宇航局研究發現，一架在 17000米高空飛行的飛機會產生80公里寬的音爆地毯。

在這條音爆地毯范圍內的人將感受到轟鳴聲最響亮的部分，位于地毯邊緣的人聽到的聲音就會柔和多了。

音爆地毯外的人感受還會小得多了。

音爆地毯范圍內和范圍外的人，耳朵感受差異是天壤之別。

音爆地毯受飛機的運動或該地區的地理位置和面貌的影響很大。

聲波強度對突然加速、“S”形轉彎、山丘和山谷非常敏感。

音爆除了形成音爆墻，形成巨大阻力，還會產生音爆云。

當飛行器的速度達到1224千米/時，即音速時。

周圍的空氣在高壓下水汽析出，凝結成云，學名叫普朗特-格勞厄凝結云。

有時空氣中水分太大，即便不是超音速飛行也會產生凝結云，這就是你看到飛機劃過天空，留下一條白線，留下美麗一場的原因。

這是在一定天氣條件下所形成的視覺效果。

當速度足夠時，機身周圍會圍繞一層如同白色紗裙一般的錐形薄霧，美輪美奐。

實際上這是非常危險的，不做處理和對應的話，會把里面的人震得七葷八素，戰斗力大減，飛機散架，甚至墜毀等。

這個時候飛機必須加速沖過去，利劍出鞘。

超音速飛機的前世今生。

1947年，試飛員查爾斯駕駛貝爾 X-1火箭飛機首次正式突破音障。

三年后第一種實用化的超音速軍用飛機F100“超佩刀”戰斗機出現。

經濟性考量，這類軍事必轉民用。

隨即超音速客機被視為商業飛行的發展路向，英國、法國、美國相繼計劃研發超音速客機。

一直到1976年，法國宇航和英國飛機公司聯合推出了第一種中程超音速客機“協和號”，讓人類實現了突破音障的商業飛行。

協和式客機采用了細長型機身和弧形前緣細長三角翼，主要材質為鋁合金，裝備4具帶加力燃燒室的羅爾斯·羅伊斯的奧林匹斯593型渦輪噴氣發動機，單具推力超過38000磅。

在高效率的發動機推進下，協和飛機的巡航速度可長時間保持在2.02馬赫，每小時2140千米，最高巡航高度達18000米。

見過這種飛機的人都知道協和式飛機具有獨特的可下垂機鼻頭錐。

這不是為了標新立異吸引眼球。

這種設計不僅有助于協和號在飛行時突破音障，還能保持飛機的流線外形，提高滑行、起飛和著陸時飛行員的視界。

協和號飛機的飛行路線主要是倫敦和紐約，巴黎和紐約之間的往返航線。

它能夠在短短三個半小時內將乘客從美國東海岸運送到歐洲，其他飛機通常需要八個小時。

然而一架協和號客機每個小時的油耗達到20噸左右，雖然它一次性可以裝90多噸燃油，但油耗是波音747飛機的兩倍。

協和式飛機的設計初衷只求速度，不求經濟效益。

但運行中航空公司為了保持利潤，羊毛出在羊身上，只能不斷提高票價。

超音速飛行的成本有多貴？協和式客機飛行的價格是普通客機頭等艙的4倍。

高額的票價讓協和號無法大規模推廣使用。

另外協和號起飛、降落時巨大的轟鳴聲讓機場人員非常不適和不喜歡。

到了2000年飛機還發生致命空難，隨后全球石油危機爆發，油價飛升，乘客越來越少。

內憂外患之下，最終2003年“協和號”不得不退役。

協和式飛機十分超前，這是人類巨大的技術成就，但是協和式飛機燃料消耗低效的令人難以置信，運行成本十分昂貴，最后逼死了自己。

人類一直未放棄超音速商業飛行。

一別兩寬，20年后，隨著技術的進步，碳纖維構件，渦輪風扇發動機，氣動設計優化軟件的出現。

加上商業飛行這塊大蛋糕實在誘人，巴西、日本MRJ、俄羅斯的圖系列、中國C919都鉚足了勁擠進來。

為了保持技術領先，跨代碾壓，美國在2020年左右將超音速商業飛行再次提上日程。

前事不忘后事之師，這一次研發人員目的是實現速度與成本的等效。

全球目前公布在正在開發的超音速商業飛行器有六款。

起風時，豬都會飛，這時想乘風破浪而跑來打醬油的也不少。

這就像第五代戰機一樣，阿三哥、棍子兄和當年只會策馬奔騰的突厥鐵騎都不嫌事大地宣布了研發立項。

有些東西聽聽就是了，你當真就輸了，別人其實也沒想過真的研發出來，跳一跳鬧一鬧的目的只是為了給自己打針雞血，提升民族士氣。

目前全球最出名和最能被持續投入，技術積累和潛力最強的有兩款。

一款是當前洛克希德馬丁公司正在開發和制造的低音爆飛機X-59 QueSST。

它使用了靜音超音速技術，飛行速度將達到1.42馬赫，高度達到16764米。

相對于協和飛機效率低到天誅地滅的渦輪噴氣發動機，X-59使用的是渦輪風扇發動機。

鑒于飛機在空中高速飛行中壓縮前面的空氣產生的沖擊波會從機頭到達機尾翼形成兩次明顯的音爆。

X-59在機身結構設計上，設計人員把飛機設計得特別修長，并改變機翼現狀，采用薄機翼和水平穩定翼設計，阻力減少了20%。

通過這些處理，讓沖擊波不會沿著飛機傳遞、匯合在一起。

目前這款飛機已經完成制造，開始在美國不同城市間飛行，收集關于地面人群對超音速飛行如何反應的數據。

據說，這種飛機的噪音和關閉轎車門的聲音差不多。

不知是真是假，我反正是懷疑，如果真的，波音早就跳出來吆喝了。

除此之外，美國科羅拉多的Boom Supersonic公司在去年推出了新型超音速環保客機“序列號”。

“序列號”飛機計劃于2024年投產，2026年首航。

最后音爆危險嗎？

首當其沖的飛行器是絕對危險的，這就像跳水失誤，背部拍上去，柔弱的水能讓你骨折一樣。

但隨著技術進步，尤其是材料技術，再加上各項保護措施，完全不用擔心了。

現在的戰斗機飛行員可沒有一個因為音爆傷亡的，大部分的戰斗機都是實現了超音速飛行的。

至于沒有防護，在地面上被音爆覆蓋的人呢？

也不用擔心，人類的耳膜要想被音爆造成傷害，這個音爆必須是航天飛機著陸產生超壓強的600倍。

所以吃瓜群眾些不用擔心，可以繼續沒羞沒臊的生活，期待有一天感受戰斗機飛行員的生死時速。