(設想中的高超音速飛行器,飛行速度超過5馬赫)
超音速飛行,曾經被人類視為不可能,但是如今人類的各種超音速飛機已經多如牛毛。而且不僅僅是超音速戰鬥機、超音速轟炸機等軍用超音速飛機,就連超音速客機也已問世很多年。比如英法當年聯合研製的"協和"式超音速客機,就曾經運營多年,並且至今依然保持著民航客機的最高飛行速度記錄。不過受技術水平的限制,協和式超音速客機存在較多問題,所以在2003年已經全部退役。不過這一次,美國重新撿起了"超音速客機"的概念,還打算拿自己的總統做試驗。
(美國國家權力的象徵——總統專機"空軍一號")
環球網8月10日引述美國空軍的消息稱,美國空軍決心打造一款高超音速版的"空軍一號"總統專機。報導稱,一家名為"赫爾繆斯"的民營航空航天公司已與美空軍籤訂合約,開發高超音速總統專機。根據美國空軍的消息,新式的"空軍一號"飛行速度將超過5馬赫,以確保"總統乘坐這架專機可以在90分鐘內從紐約抵達巴黎"。如果這種新式超音速飛機研製成功,那意味著目前全球現役的大部分防空飛彈根本追不上這架飛機。
突破音障,也是突破人類的認知
飛行器在空氣中高速飛行時,聲波通常走在物體前端,這時飛行器需要克服的空氣阻力相對較小。但是當飛行器速度逐步加快一直到超過音速時,聲波在物體前端就會被壓縮並最終形成激波,同時由於空氣阻力急劇加大,其感覺就好像是飛機撞上了一堵牆,而這堵牆就是"音障"。早期螺旋槳飛機速度普遍較慢,發動機功率也小,所以機翼通常設計成平直翼,這樣以增大升阻比,提升飛機的升力,加強機動性。但是這種設計也導致飛機正面阻力加大,所以螺旋槳飛機在正常水平飛行時基本不可能突破音速,也曾經有人駕駛螺旋槳式飛機通過高速俯衝企圖突破音障,但是結果無一例外地撞上"音障"而導致飛機空中解體。所以在二戰時期,各國列裝的俯衝轟炸機普遍要安裝減速板,以防止在俯衝攻擊時飛機超速而導致空中解體。
(戰鬥機刺破音障的瞬間)
在航空技術進入噴氣式時代後,由於技術的進步,最終人類得以突破音障,如今各國空軍的戰鬥機已經無一例外的進入了超音速時代,而且有相當部分是可以飛2倍音速的先進戰鬥機,最新的第五代戰鬥機,更是把"超音速巡航"列為五代戰鬥機的技術要求之一,可見速度在當今依然是各國戰鬥機追求的一個重要指標。而且不僅僅是戰鬥機,美俄兩國還裝備了多款專門的超音速戰略轟炸機,不但可以跨洲際遠程轟炸,還能超音速飛行。
(B-1B槍騎兵戰略轟炸機突破音障瞬間)
自古以來就是"兵貴神速",意思就是說行軍打仗的速度快,可以讓敵人毫無防備,從而增大己方獲勝的概率。這一點在現代戰爭中更為重要。因為各種通信情報指揮系統的反應速度都很快,所以現代戰爭節奏很快,任何敵方目標的出現,往往都只有很短的時間,能夠抓住敵方目標出現的短暫時間,對其進行有效打擊,是目前世界各國軍隊都在追求的目標。超音速戰鬥機和轟炸機,由於飛行速度快,接到指令後能夠更快地抵達目標區域並對目標發動攻擊,因此能夠有效打擊所謂的"時間敏感目標"。而且對於戰鬥機而言,可以高速飛行意味著可以在更遠的空域對敵方飛機進行攔截,從而確保己方的制空權。這一點俄羅斯的米格-31遠程截擊機就是最典型的代表。
(不僅僅是戰鬥機,轟炸機也有超音速型號,圖為全球最大的超音速轟炸機圖-160戰略轟炸機)
而且飛機速度快的話,還有另外一個優勢——可以躲飛彈。這一點冷戰時期美蘇兩國的高速飛機都曾經實際測試過。早在1971年時,當時蘇聯剛剛研製成功最新式的米格-25重型截擊機不久,為了實測米格-25的性能,蘇軍派出了4架米格-25R型偵察機前往埃及,部署在埃及的亞歷山大,專門用於偵察以色列軍隊在蘇伊士運河和西奈半島的軍事部署情況。米格-25R通常在2.2萬米以上的高度,以2.8馬赫的最大速度由地中海方向突入西奈半島,在進行快速偵察後隨即返回亞歷山大港。
(被西方稱之為"飛行的不鏽鋼"的米格-25截擊機,在攜帶2噸彈藥的情況下依然可以飛到2.4馬赫以上)
以軍地面防空雷達曾經多次捕捉到這個高空飛賊,但是無奈當時以軍的主力F-4E戰鬥機的最大升限也只有1.83萬米,對於以色列飛行員而言,能夠遠遠看一眼米格-25已經是很了不起的成就了。在米格-25對以軍的偵察活動中,以軍不止一次發射過美制"霍克"防空飛彈,甚至還由F-4E對米格-25發射過空空飛彈。但是均由於米格-25飛行高度太高,速度太快,最終無一命中。根據以軍後來公布的數據,以軍雷達曾經探測到米格-25以3.2馬赫的高速飛行,是一款實實在在的,"飛彈追不上"的飛機。
(SR-71黑鳥高速偵察機)
在冷戰時期,美國也量產過一款3倍音速的飛機,這就是著名的SR-71"黑鳥"高速偵察機,該機是米格-25唯一的對手,冷戰時期縱橫全球十多年,從未被擊落過,僅在1982年靠近朝鮮半島時曾經被蘇制薩姆-5遠程防空飛彈擊傷。從服役到退役,SR-71偵察機曾經遭到過超過100次的地空飛彈攔截,但是從未被擊落,也算是創造了高速飛機的世界紀錄。
超音速飛機的民用化
在冷戰時期,東西方陣營的對峙並不僅僅局限於軍事領域,民用經濟和科技領域的競爭同樣激烈,這是超音速飛機民用化的最初原因——面子工程。
(被卸下翅膀改造紀念碑的圖-144)
從冷戰至今,全球總共出現過3款超音速民航機,分別是英法聯合研製的協和式超音速客機、蘇聯的圖-144型超音速客機以及一款僅出現過設計方案的米格-25改進版超音速公務機。不過這三種飛機方案中,僅有協和式最終研製成功並投入使用,蘇聯開發的兩款超音速民用飛機最終都胎死腹中,不能不說是一個大大的遺憾。
(唯一投入量產的協和式飛機)
英法聯合研製的協和式民航機早在1969年3月就實現了首飛,1976年1月正式投入民航使用,其航線正是跨大西洋航線,執行從倫敦希斯羅機場、巴黎夏爾·戴高樂機場,到紐約的甘迺迪國際機場之間的民航線路。協和式飛機可以在1.5萬米的高空以2.02馬赫的速度高速飛行,從巴黎到紐約,乘坐協和式飛機只需要3小時15分鐘,而從倫敦到紐約更是僅需要2小時53分鐘。比普通民航航班節省一半時間,因此非常適合商務人士的出行活動。由於巴黎和紐約有6個小時的時差,而協和式飛機從巴黎飛抵紐約僅需要3個多小時,因此很多乘坐協和飛機的乘客戲稱:"我還沒出發就已經到達了。"
(號稱"協和斯基"的圖-144型超音速客機,可惜該機並未投入使用)
蘇聯的圖-144型超音速客機在外形上和英法聯合研製的協和式非常相似,二者都採用了窄體機身設計,並採用了大S型無尾三角翼布局,這種布局設計相當於為飛機增加了邊條翼,同時兼顧了飛機低速起降性能和高速飛行性能。同時協和式飛機會在爬升到1.5萬米高度後再進入超音速飛行狀態,這樣音爆對地面的影響會減到最小。同時圖-144和協和式都採用了可變機頭,由於在起降時,飛機機頭抬起過高會影響飛行員視野,所以兩種飛機不約而同的設計可動機頭,在起降時飛機機頭可以下垂,這樣可以給飛行員提供良好的視野。同時為了加強飛機的穩定性,圖-144還在機頭兩側設計了可伸縮的鴨式前翼。不過遺憾的是圖-144型超音速客機最終僅建造數架樣機,並未真正投入使用。
(奇葩的米格-25超音速公務機,如今我們只能在模型上揣摩該機的性能了)
蘇聯當時還曾經在米格-25截擊機基礎上開發過一款小型超音速公務機。不過該機僅停留在圖紙方案階段,因為該機設計上拉長了米格-25的機身,騰出空間安置一個小型乘員艙,最多可搭載8名乘客,並且這時的米格-25依然可以飛到最多2.3馬赫以上的高速。只不過超音速飛行階段燃料消耗過大,這種米格-25"公務機"的航程僅有大約1200公裡,實在太短,所以乾脆連原型機也沒造就直接被"槍斃"。
為什麼要開發超音速"空軍一號"?
平心而論,超音速客機實際上只有一個優點——速度快。其餘都是缺點,例如唯一服役的協和式飛機,其音爆噪音很大,因此隔三差五就會被環保人士抗議其噪聲汙染。當初在協和式飛機研製時期,因為環保組織的抗議,該機差點胎死腹中。
(2000年7月25日,協和式飛機最慘重的一次事故)
除了噪聲以外,協和式飛機的安全性也不好,根據統計,在2003年10月退役之前,協和式飛機幾乎每年都會出現一次爆胎事故,儘管大部分並未引發人員傷亡,但是如此頻繁的事故實在讓人害怕。而且不僅是爆胎事故,協和式飛機至少發生過7次重大事故,其中最嚴重的一次是2000年7月25日,當時法航4590次航班從巴黎戴高樂機場起飛,準備飛往紐約。但飛機起飛後不到2分鐘,飛機發動機突然起火併墜毀,事故造成機上100多名乘客和機組人員,以及4名地勤人員死亡,事故震驚了整個世界,也直接促成了協和式飛機的退役。
(1980年的協和式客機)
除了嚴重的安全問題外,票價昂貴也是一個重要原因,由於協和式進行的是超音速飛行,因此飛機自身的燃料消耗和飛機損耗也要明顯大於常規的民航客機,但是其載客數量卻很少。該機僅設計有100個旅客座位,並按照前40、後60的比例分配,算上機組人員和空乘人員,協和式飛機最多可以搭載約120人。由於載客較少,又是超音速飛行,因此協和式飛機的機票相當昂貴,早在1980年代,從巴黎乘協和式飛機到紐約的票價就超過了9000美元,因此只有少數高端人士才能坐得起協和式飛機,這讓該機的運營收益非常不好。
(多種綜合原因,最終導致了協和式黯然收場,如今全球民航領域依然是傳統亞音速客機的天下)
儘管有上述這麼多缺陷,但是美國空軍卻回過頭來,要為總統打造高超音速的"空軍一號",這到底是為什麼呢?
這主要是因為公務用飛機和一般的民航還是有區別的。目前全球只有美國和俄羅斯擁有真正意義上的"總統專機",其他國家一般都是臨時徵用飛機作為專機使用。而由於美國是世界上"拉仇恨"最多的國家,因此美國總統的專機自然也是最受人關注的飛機。以至於好萊塢還專門拍攝過一部名為《空軍一號》的電影,來講述美國的空軍一號飛機被一夥恐怖分子劫持後,總統和恐怖分子鬥智鬥勇的故事。所以如果"空軍一號"能夠實現超音速飛行,甚至是5馬赫以上的高超音速飛行,將會大大增加飛機的安全性。這是因為目前全球絕大部分防空飛彈的最大速度通常在4馬赫左右,而空空飛彈則通常在3.5~4馬赫之間,如果"空軍一號"的飛行速度超過5馬赫,那意味著全球絕大多數地空飛彈和空空飛彈根本追不上美國的總統專機,從這個角度上說,空軍一號的安全性自然會大大增加。
(其實美國的"空軍一號"也曾經替換多代,並非一開始就是波音747飛機)
其次,美國總統作為全世界最強大國家的首腦,其每天要處理的政務自然也是多種多樣,因此高速飛行的飛機可以有效節省總統出訪時在空中花費的時間,提高總統的出行效率,特別是一旦有緊急突發情況,需要總統出面時,高速專機可以快速抵達。同時由於專機速度足夠快,即使是現役戰鬥機也根本追不上,從而還可以省去總統專機的專機護航飛機,從而節省成本開銷。
另外,還有一個很難被量化的因素是,高超音速公務機的研製,可以客觀上帶動新材料、自動化技術、新式航空發動機、電子計算機等等一系列相關產業的發展進步,對於航空工業整體會有一個促進效果。而在傳媒上還可以用來證明美國的"強大",從而當作一個新的"面子工程"來吹噓。
(其實,拿這位總統來做個試驗,估計問題也不大……)
正因為研發高超音速的公務飛機會帶來眾多看得見和看不見的收益,所以美國空軍才會不惜拿總統"做試驗",來開發全新的高超音速"空軍一號"總統專機。