NASA開啟X-Planes研究的歷史新紀元
歷史總是相似的。過去的七年中，有一些時間段相比起其他顯得格外忙碌——當全國航空領域最智慧的頭腦設計、建造並試飛了一系列驗證機，用以測試飛行中那些極具想像力和實用性的最新想法。
短翼，長翼，三角翼，前掠翼，變後翼，寬尾翼，無尾翼；高速，低速；噴氣推進，火箭推進，甚至核推進——儘管這項技術從未在空中被使用過。
這些先驅飛機中的每一架都有它自己的成敗往事，甚至是悲劇；每一架都由不同的公司製造，不同的政府組織出於不同的目的去運作。
他們就是被熟知的X-Planes（X系列飛機）或者X-vehicles（X系列飛行器），因為其中有一些是導彈或者宇宙飛船。它們廣受讚譽，給予全球航空愛好者暖意和懷舊感。
「每一架都有著各自的趣聞，每架都在航空史中都有一席之地，幫助它們青史留名。」NASA的首席歷史學家Bill Barry說道，「而且它們真的很炫酷。」
現在，NASA的航空開拓者們準備再一次將一系列新的驗證機送上藍天，意在秉承其展示高端科技，拓展航空前沿的重要傳統使命。
它們的目標包括展示如何讓客機每次飛行只燃燒一半燃料並減少75%的污染，以及比現在的噴氣式飛機更安靜——即使是在超音速飛行時。
NASA對X-Planes的重新重視被稱做航空新視野（New Aviation Horizon，NAH），於二月份宣布並作為總統預算的一部分編入2016財年（財年始於2016年10月1日）。該計劃是在接下來的十年內設計，建造並試飛一系列X-Planes，以加速先進綠色航空科技的工業融合。
「如果能造出那些飛機中的一部分並展示部分技術，我們希望能讓美國工業更快更容易地掌握它們，並把它們推向市場。」NASA的綜合航空系統項目負責人Ed Waggoner說道。
NASA知道如何去實施該項目，追溯到它前身——美國航空顧問委員會（NACA），以及最早的一架X-Planes。它被恰如其分地命名為X-1，它是NACA和之後新成立的美國空軍共同進行的項目。
超音速實驗
「從前空中住著一隻惡魔，他們說但凡挑戰它都難逃一死。他們的操控桿將變得僵硬，他們的飛機將搖擺不定，他們的肉體將泯然不復。
這個惡魔就住在儀錶上1馬赫（Mach 1）位置，指向750英里每小時（1207km/h）——在此，空氣難以流動；惡魔就住在這個據說無人能破的屏障後面，這個屏障叫「音障」。
然後他們建造了一架小型飛機X-1，嘗試著打破音障。人們來到加利福尼亞高地沙漠試飛，他們便是試飛員；儘管無人知曉他們姓甚名誰。」《太空先鋒》1984（The Right Stuff, 1984)
貝爾X-1， Chuck Yeager於1947年駕駛它打破音障。
圖片來源：NASA
由貝爾飛機製造的X-1是第一架飛行速度高於音速的飛機，因此打破了音障。音障是一個十分流行但是本質上具有誤導性的術語，它更多被用於指代高速飛行的挑戰這一虛設的概念，而不是空中不可逾越的物質牆。
正如《太空先鋒》這樣的書和影視作品繪聲繪色記載的一樣，在1947年10月14日，空軍上尉Chuck Yeager摩拳擦掌，鼓起勇氣爬進亮橘色的「魅力格林散德」號，駕駛X-1飛出其歷史的一刻。
據報道，那一天在羚羊谷，也就是加利福尼亞愛德華空軍基地所在地，響盪著其第一次音爆的餘波。但無論那裡是否有人真的聽到了音爆，之後的數十年里，軍事基地上方超音速飛行帶來的無數餘波常常回蕩在山谷里。
X-1也成為由NACA（NASA的前身），美國空軍，海軍和其他政府機關管理的一系列驗證機項目中的第一個。
近日，美國空軍編號的X-Planes名單已經到了56號，但這不意味著那裡就有56架X-Planes.有一些飛機有多個版本但使用同一個編碼，而且還有更多實驗運載工具已經經過設計，製造和試飛，卻沒有被編號。與此同時，一些已被編號的X運載工具從來沒有被建造過。
「X-52在編號時被跳過了，因為沒人希望把這架飛機和B-52轟炸機混淆在一起。此外，有一些X-Planes根本不是研究用的驗證機，而是生產型飛機和宇宙飛船，這樣就把X-Planes這個系列的水攪得更渾了，分不清哪個是哪個不是。」Barry說。
「他們在X-1誕生的時候並沒有想過要有一系列的X飛行器，因為你最終總會有好幾個修正版本，比如A版本，B版本等等——它們是很不一樣的飛行器。」
沒被命名為X-Planes的驗證機包括一些NASA的空天飛機，以及美國海軍的D558II空中火箭。1953年，飛行員Scott Crossfield駕駛著它第一次以兩倍音速飛行，也就是2馬赫。
更令人費解的是，有一些早期的X-Planes被叫做XS-1，XS-2等等。XS是實驗超音速（experiment supersonic）的簡寫。「雖然並沒有歷史文件清楚地記載，在某些時候XS會變成X，因為XS聽上去太像excess (多餘的），感覺像是不需要的東西一樣。」Barry提到。
還有一些飛機，比如XB-70，一個常被視作X-Planes的超音速噴氣飛機的典範，卻並不在美國空軍官方編號的56種X-Planes之列。Barry說：「通常來說，當歷史上對X-Planes的指定變成一個非常模糊的術語時，它成為了今天人們口中最新研製飛機的代名詞。」
也許在所有和NASA聯繫在一起的X-Planes中，X-15火箭飛機是最新也是最有名的——甚至比X-1更勝一籌。「毫無疑問，X-1是最具有歷史意義的一架飛機。
不僅因為它是第一架，還有它在超音速飛行領域做出的種種貢獻。但是X-15或許是所有X-Planes中最有實際生產意義的版本。」Barry說。
1959年至1968年，共計飛行199次，有翼飛機X-15以極超聲速到達宇宙邊緣，開拓了設計理念和操作程序。正是它們直接促進了「水星計劃」，「雙子星計劃」，「阿波羅載人航天飛行計劃」和太空梭的發展。
除了對高速航空做出的貢獻以外，X-15還有其他成就。Barry解釋道，它是NASA，空軍和海軍這幾個處於競爭關係的軍事產業一次極好的合作。
「X-15所代表的這種重要航空研究，最適合由幾個有共同目標的組織合作完成。」Barry說，「我們已經預見到這一點了，因為我們打算試飛下一波飛機。」
「三腳椅」
「三腳椅的第一條腿」——計算可行性：該模型展現了噴氣發動機旋翼周圍空氣產生的聲音會以反方向傳播。
圖片來源：NASA/Tim Sandstrom
「三腳椅的第二條腿」——一個半結構模型正在NASA Langley風洞進行顫震實驗。圖片來源： NASA Langley/Sandie Gibbs
但是，在這個高速電腦可以進行複雜的模擬，世界級風洞能夠使用並測試高模擬模型的時代，為什麼我們還需要試飛像X-Planes這樣的東西？
「這是個好問題。」Waggoner說。答案和Waggoner描述的三腳椅在航空研究領域中的必要性有關。
第一條椅腿代表計算能力，包括那些高速超級計算機。它們可以模擬空氣流經物體，如機翼，方向舵或一整架飛機時的物理現象。這些現象僅以1和0的形式存在於模擬中。
第二條椅腿代表實驗方法。科學家常將一個物體（機翼，方向舵或整架飛機）整體或部分的比例模型放入風洞來測量流經物體的氣流。
在風洞中的測量數據可以幫助完善電腦模型，而這些模型則進一步優化飛機設計。優化後的設計可以再一次進行風洞測試。
「它們每一個都很棒，而且會促進彼此的優化，但每個都有可能在根據結果進行推斷時發生錯誤。」Waggoner說，「所以第三條椅腿就是走出去，真正地去試飛這些設計方案。」
不論試飛的是X-Planes還是新飛機的全尺寸原型機，所有實際飛行中記錄的數據都可以用來校驗並提升最新設計的計算方法和實驗方法。
「現在你有三種不同的方式來看待同一個問題，」Waggoner說，「只有這三件事情一起做我們才能充分降低錯誤率，從而完全相信我們的數據。」
靜音超音速技術
靜音超音速技術（Quiet Supersonic Technology, QueSST）的概念處於初級設計階段，它或將成為NASA的一流X-Planes之一。
儘管可能不會是航空新視野X-Planes系列中最先被試飛的三腳椅研究，QueSST已經被運用在飛機的設計中了。
洛克希德.馬丁公司（Lockheed Martin）領導的團隊在二月份簽訂了先期設計合同。如果時間規劃和議會基金能夠維持，這架新的超音速X-Planes預計在2020年試飛。
QueSST旨在解決X-1在70年前進入航空領域時就帶來的問題——干擾民生的過響音爆。
近期的研究顯示：超音速飛機有可能被設計成某種形狀，使它在超音速飛行時形成的激波產生極輕的音爆，這樣公眾就聽不見了。
關於產生的音爆有各種各樣的描述：有的說像遠遠的雷聲，有的說像外面鄰居用力關車門時你在家裡聽到的聲音，還有的說像超音速心跳的重擊。
NASA打算設計，建造並試飛一系列X-Planes以測試先進的綠色航空技術。
圖片來源：NASA/Maria C. Werries
「我們知道這個概念能夠實際應用，但現在繼續研究的最好方法是向公眾展示X-Planes的能力。」NASA超音速項目經理Peter Coen說。
QueSST試飛收集的數據有望幫助美國聯邦航空管理局（Federal Aviation Administration）及他國同行設立與噪音相關的規章制度，使全國範圍內超音速航空的商業化成為可能。
「提供數據是將公共交通引入可接觸、可支付的超音速飛行的關鍵一步。」Coen說。
與此同時，其他的驗證機也列在考慮之中，包括那些形狀新穎、打破傳統桶狀機身和傳統機翼的飛機以及其他使用混合動力推進的飛機。
那些X-Planes確切的外觀，操控方法和飛行地點都還沒有準確定下。「我們想讓市場和社會幫助我們決定向哪個方向發展，」Waggoner說，「但我們真的很為自己將要展示的東西感到激動。」
有趣的是，儘管那些未來將被測試的飛機都被當做X-Planes, 完全有可能只有其中的一些能獲得官方指定編號——甚至一架都沒有。
「我們還不知道，」Waggoner說，「可能只有等到我們馬上要承接建造合同時才會針對每架飛機做出決定。」
所以，無論NASA最終決定用X—數字還是好記的首字母縮寫（或是兩者兼備）來給新飛機命名，有一件事是毋庸置疑的： NASA的飛行研究項目正再一次振興航空研究，進入令人激動的新紀元。
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