為何飛機速度半世紀無變化？探索音速壁與超音速機「Overture」挑戰之道

新幹線等地面交通工具隨著技術進步而快速提升速度，但在空中旅行方面，現代旅客機的巡航速度（約每小時 900 公里，約為馬赫 0.8 至 0.85）自1960年代首批噴氣客機問世以來幾乎沒有變化。儘管航空技術已經顯著演進，但為什麼飛機卻沒有選擇加速的道路？這背後涉及物理學的限制及現代社會的迫切需求，而如今，正有新一代的挑戰者試圖突破這些障礙。

飛機速度未能提升的主要原因在於物理上的「空氣阻力」及「音速障壁」。當接近音速（馬赫 1）時，機身周圍會產生強大的衝擊波，並導致空氣阻力急劇增加，這種現象稱為「造波阻力」。為了克服這一障礙，飛行器需要消耗大量燃料，並產生地面上可聞的音爆（衝擊波所致的轟鳴），這對航空公司而言是運營成本中的一大負擔。因此，航空器和引擎製造商投入巨資開發的是「更省油的引擎」，而非「更快的引擎」。此外，隨著對碳中和的迫切需求，減少二氧化碳（CO2）排放成為當前航空業的首要任務，這使得業界轉向注重燃油效率及環保，而非追求速度。

自2003年「協和號」退役以來，商業航空中單純的「速度」似乎不再是絕對價值。然而，當前一個顛覆常識的項目正在穩步推進。美國的航空製造商「Boom Supersonic」正在開發的超音速客機「Overture」被視為重振超音速空中旅行的希望，並吸引了全球主要航空公司的關注。Boom公司的進展不僅停留在概念階段，2025年1月，其技術驗證機「XB-1」在加利福尼亞州莫哈維沙漠上空成功進行了首次超音速飛行。目前該公司正集中資源於「Overture」的實用型機體及其自家研發的專用引擎「Symphony」，並計劃於2029年左右投入商業運行。

在談及超音速客機時，或許會聯想到「協和號」這類只供富裕階層乘坐的高價飛行器。協和號的高運營成本主要來自於其「低燃油效率」和「高維護成本」。而「Overture」卻能以「與商務艙等同的票價」獲利，這源於過去五十年航空技術的劇變。協和號為了突破音速使用了「加力燃燒器」，造成巨大的燃料消耗和噪音，而「Overture」的專用引擎「Symphony」在不使用加力燃燒器的情況下實現了超音速巡航，顯著改善了燃油效率和噪音。

此外，「Overture」使用輕量且耐熱的「碳複合材料」，取代了協和號使用的重型鋁合金，這不僅減輕了機體重量，還顯著提升了燃油效率。現代的超級計算機還利用CFD（計算流體力學）模擬技術進行數以千萬計的設計模式測試，得出最理想的機體形狀以降低空氣阻力和提高升力效率。

然而，「Overture」還面臨另一個挑戰，即目標是使用「100%可持續航空燃料（SAF）」運行。目前，SAF的生產成本是傳統噴氣燃料的數倍甚至十幾倍，因此對於高價SAF的需求可能會影響票價。Boom公司正在與SAF製造初創公司合作，以建立未來的燃料供應鏈。預計到2030年代，隨著各國政策的支持和生產能力的提升，SAF的價格將會下降。此外，該公司還針對重視時間效益的商務客群，設定「與商務艙等同的票價」，以吸收燃料費用的溢價。

「Overture」計劃以馬赫 1.7 的速度巡航，同時為了避免音爆對地面的影響，在陸上飛行時將速度限制在約馬赫 0.94，待飛出海域後再加速至馬赫 1.7，這符合當前的運營規範。美國航空和聯合航空已經與該公司簽署了多份訂單和選擇權。而對於日本航空業界來說，這並不是一個遙遠的故事。日本航空（JAL）在2017年就已經對該公司進行投資，並獲得20架的優先訂購權。JAL還定期提供技術支持和運營專業知識，未來「Overture」在連接日本及全球的航線上運營的潛力非常可觀。

位於北卡羅來納州的「超級工廠」已經完工，生產體系的建立正逐步推進。過去五十年中「飛機不會變快」的常識正在朝著環保與速度兼顧的新階段邁進。