【明報專訊】超音速和諧式客機（Concorde）於2003年退役，背後有很多技術、經濟和環保考量。其中，由於超音速飛行引致的「音爆」（sonic boom）現象，令強力音波破壞地面建築物，曾是難以跨越的難關之一。不過在早前，美國航天初創公司Boom聲稱運用「馬赫截斷」（Mach Cutoff）原理，在超音速飛行實驗中，成功在「音爆」未明顯傳至地面的情况下突破音速飛行，讓超音速民航機重燃在陸地上空飛行的希望。
要了解超音速飛行，先要了解音速的概念。顧名思義，音速是聲音在空氣中傳播的速度，通常以馬赫（Mach）為計算單位。留意馬赫並非一個固定值，而是受環境條件影響，例如在海平面、15℃氣溫的條件下，1馬赫相當於每秒約340米；但在1萬米高空，由於氣溫較低，1馬赫會降至每秒約295米。
和諧式客機 倫敦3小時飛紐約
香港理工大學航空航天工程學系助理教授顧桑迪解釋，音速與溫度密切相關。「溫度愈高，空氣分子的運動愈快，聲音傳播的速度便會愈快；相反在高空的低溫環境下，音速便會減慢。」他補充，現時在實驗室做風洞模擬測試時，其中一種做法是透過提升風洞內溫度，模擬接近音速甚至超音速的實驗環境，而不是只靠風扇產生強勁氣流。
當物體移動速度超過當前環境下的音速時，即可稱為超音速。1960年代，英法兩國合作研究超音速民航客機「和諧式」，並於1970年代開始投入市場。當時和諧式客機飛行速度可達2馬赫，從倫敦到紐約只需2小時52分鐘，遠比普通民航機的7至8小時航程快捷。不過，自從和諧式客機於2003年退役後，至今都未有新的超音速客機出現。
震碎房屋窗戶 超音速禁內陸飛行
顧桑迪認為，和諧式客機退役並非全關技術問題，更多是市場需求與經濟考量。「客機票價昂貴，只有少數商務旅客負擔得起。此外，噪音、環保問題及燃料消耗量巨大，都是停飛的主要原因。」翻查2003年報道，來回倫敦及紐約的和諧式機票約12,000美元（約93,600港元），比普通客機的商務艙約貴3倍之多。
和諧式客機遇到的最大難題，顧桑迪認為是「音爆」——飛機以超音速飛行期間，會持續向四周產生巨大聲響及衝擊波，威力足以震碎地面上房屋的玻璃窗（見主圖）。翻查美國新聞網站The Colorado Springs Gazette報道，1968年美軍一架F-105 Thunderchief戰鬥機於科羅拉多空軍軍校上空突破音障，令該區200扇玻璃窗被震碎及12人受傷。到1973年，美國政府頒令禁止民航機在陸地上以超音速飛行。顧桑迪補充，和諧式客機由於機身設計因素，以低於音速飛行時特別耗油，若只能在海面以超音速飛行，不僅會顯著耗油，還大幅延長飛行時間，同時限制了航空公司開拓一些熱門內陸城市的航點，最終影響盈利。
改良機身設計 「馬赫截斷」解決音爆
儘管挑戰重重，多年來仍有多家公司積極投入超音速民航機研究。其中Boom通過改良機身設計，利用被稱為「馬赫截斷」的物理學原理（詳見「知多啲」），宣稱解決了音爆對地面的影響，今年1月該公司一架超音速小型原型機XB－1試飛成行。計劃將試飛實驗得來的數據用於研發超音速民航機Overture之上，預計2029年推出民航市場。
研究「極音速」 高於音速5倍飛行
如果「音爆」問題解決，最新科技下飛機可飛得多快？顧桑迪指單單考慮速度的話，超音速技術現時已經很成熟，他研究的主項已屬於「極音速」（hypersonic）範疇，即以高於音速5倍飛行的技術。不過，在這個速度下飛行，飛機外殼會與空氣粒子產生極高的摩擦熱，猶如隕石進入地球大氣層時的燃燒現象。「雖然我們可以加厚機身的防熱材料，防止飛機被高溫燒毁，但就會增加飛機重量，降低燃油使用效率。」他笑說現時每天都在與研究團隊一起，嘗試轉換物料及修改零件設計，以蒐集更多數據，讓飛機工程師設計出更輕、更快的飛機。