超音速民航“全球競賽” 這家中國公司要“換道賽車”
中國唯一專注於臨近空間的商業航太企業,首次開源他們的創新方法論。 2024 年3 月,一架名為XB-1 的小型超音速驗證機在美國加州莫哈維航太港成功試飛。這是自2003 年協和超音速客機最後一次飛行後,人類再次向民航超音速客機挑戰。

XB-1 背後的公司叫做Boom Supersonic,由著名的Y Combinator 孵化,OpenAI 創辦人Sam Altman 是他們的早期投資人。此外,Sam 近年來的「死對頭」馬斯克也經常在社群平台上表達對這家公司的關注。身為SpaceX 和特斯拉的創辦人,馬斯克堅定地認為人類可以靠科技改變出行的方式以及效率。
其實,除Boom Supersonic 外,近年來商業航太領域裡還有很多玩家都瞄準了超音速客機這個領域。美國的另一家新創公司Hermeus,希望把飛行速度提高至5 倍音速;在歐洲,瑞士新創公司Destinus 提出以氫能源作為高超音速客機的動力,立志將綠色能源與航空技術結合。
自然也包括中國。近日,一家名為「凌空天行」的商業航太公司開始從幕後走向台前。這家成立於2018 年的公司,希望在未來推出一款巡航速度4 倍於音速的高超音速客機——比曾經的協和號還要快2 倍,從北京到紐約只需3 小時。
那麼,現在全球的超音速客機競爭到底發展到了什麼階段呢?凌空天行又將以怎樣的技術底氣和研發思路參與這場競爭呢?近日,筆者有幸和凌空天行總設計師團隊進行了線下交流,本文即是交流後得到的一些資訊和思考。
探索從未停止探索的超音速客機
說到民用超音速飛行,就一定繞不開協和號客機。這個由英法聯合研發的項目,於1976 年正式投入商業運作。它代表著那個時代人類最前沿的航空技術,也是迄今為止唯一實現長時間大規模商業使用的超音速客機計畫。
協和客機可以以超過2 倍音速(折合約2140km/h)的速度巡航,是一般民航客機的2.5 倍以上。從倫敦到紐約,協和號最快的一次飛行只花了2 小時52 分59 秒,而兩地之間本身有5 小時時差。英航當年為這趟航線打出了一句霸氣的廣告語:「還沒起飛就已到達」(Arrive Before You Leave)。
協和號的票價高昂,比一般亞音速民航客機的頭等艙全價票還要高2-3 倍。但因為它打破了時間的概念,提供了一種前所未有的高效出行方式,因此在運行初期,它還是受到了歐美商務旅客的大量歡迎。

1976 年1 月,首架協和客機起飛| 來源:視覺中國
然而儘管如此,協和客機本身作為一個商業項目仍然很難獲利。
最大的兩個問題在於音爆和油耗。
音爆限制了協和客機的航線-無法在陸地上空飛行,只能執飛跨洲際的航線。又因為航程問題,協和號無法直飛跨太平洋航線(如日本東京到洛杉磯),因為留給航空公司的選擇幾乎只有從歐洲到美國東岸的大西洋航線。所以,早期來自日本甚至中國的意向訂單全部流失。
油耗又進一步推高了航空公司的營運成本-協和號的油耗是一般民航客機的4 倍,而載客量卻只有大型亞音速飛機的1/3 左右。這就要求它在保證高票價的同時,也要隨時擔心油價變動造成的衝擊。
2000 年,法國航空4590 號協和客機在起飛階段起火墜毀,機上109 人全數死亡。疊加第二年的911 事件,讓世界民航業陷入恐慌情緒。隨後的伊拉克戰爭推高了油價,成為壓垮協和號的最後一根稻草,航司無力維繫協和號的運營,更無意擴大協和號機隊。協和號最終於2003 年退出歷史舞台。
儘管如此,人類並沒有放棄對民用超音速飛行領域的探索。這其中又分成了兩條不同的技術線:
美國的Boom Supersonic 被認為是目前最接近超音速客機飛行的公司之一,由Y Combinator 孵化,曾經拿到Sam Altman 、8VC、沙烏地阿拉伯NEOM 等著名投資機構和個人的投資。其正在研發的超音速客機Overture 基本上延續了協和客機的空氣動力學設計思路,透過使用複合材料,改進引擎等方式減輕重量、控製油耗、增大航程。
該公司稱,Overture 的巡航速度可達1.7 倍音速,並將適配超過600 條航線,計劃於2026 年試飛,2030 年進行商業飛行。

Overture 設計概念圖:採用三角翼設計+四引擎佈局,像是協和號和波音747 的結合| 來源:Boom Supersonic
來自美國的另一家明星公司Hermeus 則代表了另一條完全不同的科技樹。它旗下的飛行器目標巡航速度達到了馬赫5(即5 倍音速),是協和客機的2.5 倍——以這個設計速度,從紐約到倫敦只需要一個半小時。同時,為了降低啟動阻力和摩擦熱,這類飛機的飛行高度比普通亞音速民航客機高一倍,可以達到25000 米以上,其整體的氣動佈局、表面材料、發動機類型都和曾經協和號有較大不同。
說穿了,雖然都是超音速,那上述的這種高超音速路線,對應的完全就是一種嶄新的「下一代飛機」。
中國公司和“換道賽車”
由於「下一代飛機」的飛行速度、高度都和現有的亞音速民航客機有較大不同,所以新一代產品無論在發動機工作邏輯、飛機整體氣動佈局、機身材料,甚至可能包括起降的方式和基礎設施,都和過去有極大不同。
這就像新能源車和傳統燃油車,儘管一新一舊,但兩者之間並不是一個簡單由後往前的升級關係,而是一套「換道賽車」的全新敘事邏輯。所以,在這條全新的路線上,大家相對可以在同一條起跑線上開始競爭。
自然,除了前文介紹的歐美公司外,也少不了來自中國的力量。成立於2018 年的中國商業航太企業「凌空天行」是我國在這條技術路線上的先驅和探索者。
凌空天行專注於臨近空間(一般指離地高度20,000 公尺以上)高速飛行技術的商業化開發與服務,是我國在這一領域的唯一企業。據了解,該公司研發主力團隊多具有「國家隊」背景,研發實力雄厚。
2024 年,凌空天行旗下的「雲行」系列超音速驗證機與「筋斗雲」高速沖壓引擎雙雙試飛成功。本週一,他們在成都發布了新一代驗證機「竄天石猴」。
關於產品本身,筆者先簡單為各位畫個重點:

凌空天行新一代超音速飛機驗證機「竄天石猴」 | 來源:凌空天行
第一,基本資料層面:下一代超音速驗證機「竄天石猴」長7m,總重量為1.5t,航程3000km,巡航速度4 馬赫,無人,預計2026 年首飛。
第二,动力层面:下一代超音速验证机“窜天石猴”将搭载两个“冲压发动机”——这和普通民航客机采用的涡轮发动机有着显著不同。优势是结构简单,在高超音速的工况里性能卓越,但它无法从零速状态下静止启动。
因此,這將直接影響產品的起降方式。目前,驗證機沒有採取傳統飛機的滑跑起飛方式,而是透過火箭發射,將驗證機送到相應高度並提供初始速度,然後啟動沖壓發動機。
不過,這並不代表最終的載人版客機將採用上述這套起降方案。據了解,目前為客機準備了兩套方案,分別對應機場跑道和發射場兩個不同的場景。 “大概率還是用跑道,只是起飛方式會有些區別。”
第三,氣動佈局層面:過去的超音速飛機通常採用飛機和引擎一體化的設計,以獲得更好的空氣動力學造型。而凌空天行卻採用了「飛發分離」的模組化設計,在測試和驗證階段可以提高效率,在後續產品化的過程裡,也可以提供更多商業落地的可能場景。

高速沖壓引擎JINDOU400 | 來源:凌空天行
第四,未來目標:從現階段的7m 無人超音速驗證機,「最終型態」大致是一款長度在30 公尺量級,可搭載50-80 人的超音速客機,以4 馬赫速度巡航,預計從北京到紐約只需3 小時抵達。在凌空天行的時間線上,他們希望在2031 年前後可以實現客機原型機的首飛。
簡單總結一下就是:凌空天行真的用了一套完全不同於以往的思路,設計出了一個“新玩意”,並且進入了快速驗證和測試階段。
“快速求證,大步快跑”
看到這裡,你可能會問了:聽起來這是一個「無人區」項目,所需的技術以及資源投入都非常大。那作為一家成立6 年多的公司,凌空天行的底氣來自哪裡呢?
前文提到,凌空天行核心研發成員多有「國家隊」背景,擁有不只飛機和引擎研發本身的技術累積。據了解,從成立至今,凌空天行總共完成了90 次發射任務,這在中國所有商業航太公司裡是首屈一指的。
更重要的是,和上世紀全球各國那場轟轟烈烈的航太競爭不同,超音速民航客機的競爭,並不是無限資源投入的宏大敘事,而是一場和科技相關的現代商業競賽。在技術之外,如何制定更合理的計劃也是關鍵。換句話說,「造飛機」這個過程本身,也是一種創新。

「筋斗雲」高速沖壓引擎試飛發射現場| 來源:凌空天行
從一個商業組織的角度去觀察凌空天行,我們又發現了幾點有趣:
第一,團隊善於拆解關鍵問題,一步一步快速求證。例如,團隊現階段核心的問題就是要驗證高速沖壓引擎的一系列數據,因為在他們看來,低速引擎是「成熟的產品」。所以他們選擇要火箭發射的方式,跳過低速部分,用解耦的方式達到快速驗證高速沖壓引擎的效果。
第二,和傳統航太企業相比,在控製成本上有一套自己的方法論。去年12 月完成試飛的JINDOU-400 沖壓發動機,外殼採用的是普通的市售鋼管。鄧帆在溝通時表示:商業機構選擇材料的核心邏輯是“剛剛好的是最好的”,而不是一味堆砌最好的材料。所以在製造、生產等流程中,要透過設計流程本身,打造一套全新「低成本、高技術」方案。
第三,把每一步都當成產品而非試驗品去做。如果只盯著超音速客機那個“最終形態”,那麼現階段的無人驗證機就只是一個試驗品。但實際上這個已被驗證的臨近空間高速飛行器,還可以在其他場景中作為產品。據了解,凌空天行不同階段的技術成果,也都收到了相對應的產品需求。
第四,在科技和產品上保持著一種共創心態。以大疆無人機為例,剛開始的產品對應的空拍場景,但後來卻在農業噴灑、消防等其他場景衍生出了基於無人機技術不同的應用場景。凌空天行希望以這種開源的心態,為科技尋找更多可能的PMF(Product Market Fit)。

「竄天石猴」亮相歐洲航空展| 來源:凌空天行
當然,回到高超音速客機這個產品型態,現階段還面臨許多技術、資源以外的問題。依照目前的法律規定,離地20,000 公尺以上的屬於國際空域,和民航飛行有關的管制條例暫時空白;同時,由於高超音速飛機屬於一個全新形態,民航客機商業運作前需要進行的適航審核相關條文同樣處於空白。
所以,肉眼可見的是通往未來的道路仍是遙遠且崎嶇的。鄧帆在溝通中表示,目前能給出的時間線是,2031 年爭取客機原型機的試飛,但何時可以落地商業飛行,尚未可知。不過,和傳統科研過程的“大膽假設、小心求證、小步快跑”,他相信凌空天行作為一家商業航天企業,已經找到了一條自己的創新道路,那就是:
「大膽假設、快速求證、大步快跑」。