呼呼！

航空工程师戴维·格雷厄姆和他的三位同事有一个最后期限，而一只棕色的小乌龟却让他们陷入了危险。再过几个小时，去年 8 月的一个早晨，当太阳从莫哈韦沙漠升起时，两架诺斯罗普·格鲁曼 F-5E 战斗机就会飞过地平线。飞机在哈珀干湖上空 30,000 英尺处飞行，时速 920 英里，会发出长长的音爆——这是超音速飞行的独特听觉特征，通常情况下，高速飞越陆地是不可能的。

这些工程师都是诺斯罗普·格鲁曼公司领导的研究小组的成员，该小组致力于使这些特征变得不那么明显，他们预计两次轰隆声会有所不同——这种差别太细微了，即使你竖起耳朵去验证一个 30 年前的旨在减轻超音速冲击波的理论是否能在真实的湍流和充满气泡的大气中发挥作用，也听不到，但这种差别却足够大，可以被他们 SUV 后座的仪器探测到。

但是，这辆塞满必须横跨湖床的装备的 SUV 不会动，除非沙漠龟把爬行动物的后部移开。土地管理局的指示很严格：惊吓这种濒危动物可能会威胁到它的生命。黎明前是雄性沙漠龟四处游荡寻找水、食物和雌性陪伴的时间。这是一项艰苦的工作，每只乌龟都知道，有时雄性乌龟只是需要休息一下。经过漫长的 15 分钟，这只野兽才蹒跚上路。

最后在湖床上，NASA 调查员 Ed Haering 监督了他设计的便携式仪器包的放置，每个仪器包都包含一个超灵敏的 Brel & Kjaer 4193 麦克风，阵列宽度约为 2.5 英里。在遥远的北方，诺斯罗普试飞员 Roy Martin 排列着他的 F-5E，格雷厄姆把它弄得面目全非，直到 Welko Gasich 1956 年的优雅设计几乎无法辨认。马丁将操纵杆向前推，鹈鹕鼻的 F-5E 开始以浅俯冲的方式加速，加速突破音障。

让飞机准确瞄准并非易事。格雷厄姆、哈林和怀尔实验室的吊杆专家肯·普洛特金选择在黎明进行测试，因为在八月的晚些时候，沙漠地面会升起热气流，大气会变得湍急。选择的航线让初升的太阳直射在马丁的脸上。马丁眯着眼睛看着仪器，对准目标，锁定测试速度——1.36 马赫，比音速高出 36%。

音爆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，准备进行第二次飞行。一架标准的 F-5E 战机从内华达州法伦海军航空站飞来，落后他 45 秒。普洛特金认为，如果两架战机的飞行时间相差 30 秒以上，两声轰鸣声之间的对比是公平的。

第二声轰鸣声像往常一样响彻湖床——两声雷鸣般的轰鸣声（一次是飞机前部，另一次是飞机后部）在数英里外都能听到——数据完整。“我确实听到了不同，”格雷厄姆回忆道。这可能值得商榷。每次轰鸣的两次冲击波相隔不到 1/10 秒，而该团队甚至没有试图改变改装飞机轰鸣声的后半部分。但片刻之后，工程师们就在汽车后备箱上的笔记本电脑上查看了两次轰鸣声。蓝线表示改装后的 F-5E 的压力波；红线表示海军战斗机。

这与预测完全吻合。肯·普洛特金 (Ken Plotkin) 在繁荣行业待的时间比在场的其他人都长，他跳了一段快步舞。格雷厄姆说他看到他眼里含着泪水。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。对方平静地回答：“我知道会成功的。”

8 月份在莫哈韦沙漠上空进行的试飞解答了有关低音爆设计的一个关键问题：工程师们现在知道，他们可以预测音爆从飞机传到耳朵时会如何发展。这意味着设计和制造低音爆飞机所涉及的投机风险要小得多。几年之内，低音爆 X-plane 可能为超音速商务喷气机铺平道路——调查一直显示，对这种飞机的需求强劲，即使价格高达 1 亿美元，波音和湾流公司也已开始研发 SBJ——或者是一种安静的超音速轰炸机，能够高速潜入敌方领土，而不会因刺耳的音爆而暴露其存在。甚至有迹象表明，洛克希德·马丁公司在飞行飞机方面有着悠久的历史，其性能被大多数观察家视为不可想象，现在，它已经有能力制造一架可操作的超音速公务机，该飞机正在一个密码锁库中开发，并由一个身份不明的赞助商提供资金。

然而，主要的障碍仍然存在，包括制造能够胜任这项任务的发动机，能够在起飞和降落时将噪音输出降低到可以接受的水平，以及改进安静的超音速设计，使其比公认的丑陋的 F-5E 型号更符合视觉要求。但在批准超音速飞行进行陆上旅行方面，最大的挑战是：没有人知道地面上的人能飞到多低才算足够低，不管轰鸣声来自空军喷气式飞机还是亿万富翁的快车。这最终是一个政治问题，而不是工程问题。

不过，与克服这一障碍所付出的一切相比，跨过最后的政治障碍可能并不困难。这场竞赛已经持续了 30 年，始于普洛特金在莫哈韦湖床听到的声音，那声音属于康奈尔大学的阿尔伯特·乔治。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。当时，协和式超音速客机和俄罗斯同类飞机正在试飞，波音公司正在设计一款 300 英尺长、时速 1,800 英里的庞然大物。但这些飞机都因震耳欲聋的音爆而受到阻碍。乔治从纯声学理论出发，找到了一种方法，将音爆从尖锐的双重爆炸重塑为柔和无害的压力波。他的同事理查德·西巴斯——“西巴斯大约在 30 秒后提出了这个理论，”普洛特金说——在其背后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。两个月后，国会废除了波音公司的超音速运输机，30 多年来，该理论一直保持不变。数学计算很复杂：它适用于简单的形状，但没有人知道如何用它来设计实用的飞机。如果你尝试过，唯一能知道你是否正确（哪怕只是部分正确）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，而且不能真正保证下一次测试会产生更好的结果而不是不同的问题。普洛特金说，Seebass-George“是一种理想。当你进入一架真正的飞机时，这种方法并不像你需要的那样精确。”

20 世纪 90 年代初，随着计算机功能越来越强大，计算流体力学（CFD，即利用计算机模拟飞机周围的气流）的出现，这一问题的解决方案逐渐浮现。借助 CFD，设计评估速度远快于风洞，结果可以得到细致分析，修改几乎可以立即完成。

但即使你能按照 Seebass-George 的设计来设计飞机，也还是会有一个问题。地面上的轰隆声与飞机旁边的轰隆声是不一样的。当压力波在大气中扩散时，它会改变形状，单个脉冲会流动并混合在一起，形成撞击地面的双重轰隆声。Seebass-George 表示，正确的设计可以防止这种情况发生 - 但只有在理想化的稳定大气中才能实现，这种大气可以平稳地从超音速巡航高度的近真空过渡到地面的较稠密空气。真实的大气并非如此 - 空气密度是可变的，大气中充满了湍流和风切变等 - 而且它太大了，任何 CFD 都无法涵盖。许多怀疑论者认为这些缺陷可能足以推翻该理论。

为了证明 Seebass-George 的理论，显然你必须制造飞机并试飞，而且由于不可预测的因素太多，很有可能会以失败告终。大多数人认为，解决这一难题的研究人员是 Domenic Maglieri。Maglieri 早已从 NASA 退休，他在音爆方面的经验无人能及。“我认为自己是世界专家，”他说，“因为我比其他人都活得久。”

20 世纪 90 年代初，当 NASA 开始重新审视超音速运输机时，Maglieri 意识到，回答这个关键问题的唯一方法——“轰鸣声会保持一定的稳定性，还是在离开飞机时会变成 N 波？”——是进行飞行演示。1993 年，Maglieri 提出了一项计划，对 Firebee 2（一种超音速无人驾驶靶机）进行减少轰鸣声的改造。由于资金紧张，该计划被取消，NASA 为进行类似测试而改造洛克希德 SR-71 黑鸟侦察机的计划也被取消。但在洛克希德马丁公司著名的臭鼬工厂制造 SR-71 的人正在秘密重新审视低轰鸣声。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轰鸣声专家 John Morgenstern，并聘请当时在科罗拉多大学博尔德分校工作的 Richard Seebass 担任顾问。到 1998 年，臭鼬工厂团队相信他们已经解决了低轰鸣问题，并与湾流公司合作开发超音速商务喷气机。两家公司与潜在客户进行了交谈，其中包括
NetJets。沃伦·巴菲特 (Warren Buffett) 的公司率先推出了出售商务飞机股份的业务，并且已经订购了数百架喷气式飞机。如果低空飞行能奏效，NetJets 准备购买。

就在美国宇航局的超音速运输机因波音公司的悲观预测而被击落之际，这一好消息传来了。
但洛克希德马丁、湾流公司及其盟友可以在国会山上操纵，而用于新型低轰鸣声研究的第一笔资金于 2000 年 2 月出现在五角大楼的预算中。国防高级研究计划局的静音超音速平台 (QSP) 项目于次年开始。DARPA 并不从事制造公务机的业务，因此 QSP 的目标是开发所谓的两用技术，既可用于公务机，也可用于远程超音速轰炸机。这让诺斯罗普·格鲁曼公司参与其中。

据说有一种方法可以识别外向的工程师——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、衣着考究的查尔斯·博卡多罗，他在 2000 年接管了诺斯罗普·格鲁曼公司的 QSP 项目。此前，博卡多罗曾参与未来攻击机的研究，并得出结论，QSP 的 2 马赫速度（约 1,320 英里/小时）是下一代飞机的“最佳速度”。

博卡多罗表示，安静的超音速飞机的吸引力现在比以往任何时候都更加明显。从恐怖主义到导弹的“反介入”威胁将意味着美国军队将驻扎在远离战区的地方。“你不会把数百架短程战斗机带入战区，”博卡多罗指出。但亚音速轰炸机（如诺斯罗普自己的 B-2）从遥远的基地起飞需要很长时间，因此无法快速做出反应，而超高速高超音速飞行器即使能够制造出来也很难维护。凭借隐身性、高度和速度，2 马赫的轰炸机“可以日复一日地飞行”。
博卡多罗立即签下鹰航公司和怀尔实验室加入其 QSP 团队，从而获得了与马格利里、普洛特金和朱丽叶·佩奇的独家接触机会，后者曾是麦克唐纳·道格拉斯高速民用运输团队的关键成员。设计师吉姆·克斯韦尔说，他们的影响至关重要。“DARPA 有一些非常宏伟的目标，”他说，“每个人都在寻找某种神奇的机制来抑制轰鸣声。”研究人员提出了从等离子体到超音速双翼机等各种方案。“肯、多米尼克和我们公司内部人员都同意，他们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起作用，但不能在侧面起作用。”解决方案显然是使用计算机增强版的塞巴斯-乔治理论。

当时，马格里耶里重新提出了基于 Firebee 的演示机的想法，但每个人都知道这样做有缺点，最主要的是无人驾驶测试机容易坠毁。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，问他对于驾驶机头经过大量改装的 F-5E 有何看法。马丁只有两个条件：不要让前机身变宽（这会影响进气口的气流）并且不要动主起落架舱门（F-5E 机腹着陆的程序很简单：不要）。

格雷厄姆的团队花了 16 个月为 F-5E 设计新机头，克服了各种困难，包括进气口溢出（超音速飞行的副作用，会将进气口无法吸入的空气向前推，在机头附近产生冲击波），以及洛克希德马丁、诺斯罗普和波音公司用于制定机头造型修改的代码之间的巨大差异。整个 2002 年，该团队一直在努力工作，但离飞行测试还差得很远。“最终的设计被确定为 24B4，这能让你了解我们经历了多少次修改吗？”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、马格利里和诺斯罗普·格鲁曼团队在与 NASA 和 DARPA 会面之前聚集在一个房间里，“我们问自己，‘我们到了吗？’”格雷厄姆回忆道。最终的设计是一个粗略的修改，一个巨大的鹈鹕喙，但团队认为它可以工作。现在诺斯罗普·格鲁曼可以开始改装测试飞机——海军的 F-5E。它已经飞行了 7,200 小时，海军准备将它运往飞机坟场。诺斯罗普·格鲁曼获得了 50 小时的延长寿命。

一个令人担忧的问题是：修改
F-5E 的首次飞行测试推迟到了夏天，那时的高温会使空气更加湍急，并增加局部音速，使 1.4 马赫的目标遥不可及。“好消息是，我们对阻力的预测是正确的，”马丁说。“这将使我们达到 1.3 马赫。”通用电气同意对老旧的 J85 发动机进行“油门推力”，条件是不再使用它们。经过改装的飞机被证明是可靠且易于飞行的。普洛特金现在说，所有使用过西巴斯-乔治理论的人都从未怀疑过它——8 月 27 日测试的开箱即用的成功以及预测与理论之间几乎不可思议的匹配值得为之跳舞。“仍然有人说你永远不会在现实世界中获得这些结果，”他说。马格列里补充道：“塑造并不是测试的真正目的。问题在于证明形状的影响会在真实的大气中、在真实的距离下持续存在。”

趁着这架老化的测试飞机还剩下宝贵的几个小时，团队获得了一系列后续测试的资金，以查看在不同条件下是否可以重现结果。飞行于 2004 年 1 月进行，当时气温较低，速度范围达到 1.45 马赫，甚至可以在下午 1 点飞行，并且仍能获得良好的数据。天气非常好。“我们非常幸运，连续 9 天都成功了，”哈林说。F-5E 就像一辆新本田一样，团队又进行了 21 次飞行。

哈林驾驶一架配备传感器的 F-15 战斗机探测吊杆的形状，并从美国空军试飞员学校借了一架 Blanik 滑翔机，在离地面 6,000 至 8,000 英尺的高度进行测量，远离漩涡和乱流。普洛特金设计了一种“推倒”机动，将吊杆集中在地面的选定区域，就像飞机转弯时可能发生的那样：结果再次与理论相符。“我们再次看到普洛特金的欢乐舞蹈，”格雷厄姆说。

如今，诺斯罗普·格鲁曼团队正在为这架研究飞机寻找一个博物馆，并像其他公司一样，着眼于下一阶段。博卡多罗发现空军对超音速轰炸机的兴趣日益浓厚，有六家公司正在研究超音速商用飞机。其中包括湾流公司（该公司开发了一种可变后掠翼设计和一种可伸缩的剑鱼形机鼻尖，可以分解和减弱前向激波）、洛克希德·马丁公司和波音公司。通用电气航空发动机公司先进技术营销和政府项目经理哈维·麦克林说，潜在市场巨大。“NetJets 会告诉你，他们会立即订购 100 架超音速商务喷气机，”他指出，并引用了一些预测，这些预测认为，即使每架价格接近 1 亿美元，超音速商务喷气机的市场需求也将接近 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，必须先有 X 飞机，这是一种全新的飞机，旨在实现低轰鸣声特征。这需要资金。“这项技术已经发展得很好了，”麦克林说，“但我们现在没有足够的资源来实现它。”据弗吉尼亚州 NASA 兰利研究中心新超音速飞行器团队负责人彼得·科恩 (Peter Coen) 称，NASA 正在制定 X 飞机的计划，该飞机将在其使用寿命内进行改进，以展示一系列技术。它的首要任务是向联邦航空管理局和公众证明，目前对超音速商业飞行的彻底禁令可以通过限制轰鸣声强度来取代。

发动机尤其需要特别关注。主要的发动机制造商——通用电气、劳斯莱斯和普惠公司——正在研究用于军用和民用飞机的超音速巡航发动机。关键挑战：民用发动机在起飞和降落时必须保持安静（但军用发动机则不然），超音速发动机一直全速运转，因此很难在两次大修之间运行数千小时。

或许，走得最快的是洛克希德·马丁公司。该公司的超音速商务喷气机项目由一位未透露姓名的赞助商资助，自 2001 年以来一直在进行中。项目经理汤姆·哈特曼不愿谈论该项目，只是将功劳归于塞巴斯，他在 2000 年去世前曾与洛克希德·马丁公司合作。“当历史被书写时，”他说，“塞巴斯将成为低空飞机领域的奥维尔和威尔伯·莱特。”
洛克希德·马丁公司 11 月的一份新闻稿中直截了当地表示，他们的飞机的低轰技术已经得到验证，飞机设计已“完成”，这意味着该公司已经确定了可以实现的形状、尺寸、性能和重量的组合。该公司表示，不需要任何演示机，只需要一项新的联邦航空管理局规则，允许在峰值超压为每平方英尺半磅的情况下进行有限的超音速飞越。该公司及其未透露姓名的赞助商认为，如果飞机在竞争对手之前起飞，它就可以抢占 500 架飞机的市场。

到 2010 年，X-plane 甚至商务喷气机原型机都可以做到 15 年前大多数人认为违反物理定律的事情：以超音速飞行，且不会在地面留下明显的轰鸣声。如果真的实现了，对一架优雅的小型战斗机进行非常丑陋的改装将是实现这一目标的关键一步。