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《知識》航空史上首架超音速客機「圖波列夫TU-144」



航空史上首架速度超過音速的客機是什麼機型?很多人第一個聯想到的答案是英法合作研發的協和客機(Concorde),但這個答案其實是蘇聯時代研發的圖波列夫TU-144超音速客機。

TU-144首飛於1968年12月,比協和客機早三個月。西方國家的觀察家稱之為「協和斯基」(Concordski),因為它和豪華飛機協和客機非常相似。不過TU-144並未成為家喻戶曉的名字。部分原因是設計敗筆,另外也因為在1973年巴黎航空展上發生,在全世界媒體面前的一次嚴重空難。和冷戰時期很多偉大的科技創舉一樣,TU-144的故事也是圍繞政治展開的。

1960年,蘇聯總理尼基塔·赫魯曉夫(Nikita Khrushschev)得知了英國和法國正在研究一個新的飛機項目以重振飛機製造業的消息。這架名為「協和」的客機設計速度超越音速,它將把歐洲至美國的飛行時間縮短至數個小時。兩年後,英國和法國簽訂了正式的合作協議,開始飛機的設計和製造。差不多與此同時,飛機製造商波音公司和洛克希德(Lockheed)的超音速運輸項目(SST)也獲得批准開始進行。蘇聯意識到他們必須爭分奪秒。

英法的協和號客機和蘇聯的TU-144之間的競爭關係是那個時代國際關係的特徵,當時還在同時進行太空競賽和登月競賽。當時的理論是誰的飛機越快,誰就越是成功。既然米格-21和美國的F-104這樣的戰鬥機已經能夠達到兩倍音速,超音速旅行似乎就成為有可能實現的任務。

然而;蘇聯的大量科技資源都投向太空競賽的時候,對客機項目的投入就微不足道了。太空競賽導致蘇聯把注意力從超音速轟炸機,轉移到長距離火箭和高空導彈,從而削弱了TU-144項目,迫使蘇聯把TU-144定位為獨立的民用飛機項目。這與蘇聯製造客機的經驗背道而馳,導致開發者要面對從零開始設計複雜的超音速飛機的艱巨使命。同時,飛機還要滿足舒適度和經濟效益等要求,此前很少需要考慮這些要求。

TU-144項目很快就開始出現問題。首先,它超過了蘇聯當時航空工業的水平大概10至15年。TU-144落後的兩個重要領域是剎車和發動機控制。

相較之下,協和客機在很多尖端科技上處於領先地位,不僅包括剎車。它是首批使用碳纖材料製造剎車的飛機,在飛機落地后能夠經受讓飛機減速所產生的巨大熱量(協和客機落地的速度很高,在每小時185英里左右(296公里/小時)。

更大的問題在於發動機。協和客機是首架飛行系統的重要部分完全由電腦控制的客機,它會不斷改變進風口的形狀,以確保發動機以儘可能高的效率運轉。

協和客機還有一套飛行控制系統,能夠微調機翼的形態,以減少超音速飛行時的拖拽力。在此之前,這種計算機控制機翼的做法是聞所未聞的。協和客機擁有很多蘇聯無法與之相比較的先進技術。

與協和客機相比,TU-144的體型要大很多,長度超過67公尺,比協和客機高出約3.7公尺。它的設計巡航速度是2馬赫(2158公里/小時),一共四具發動機,每具發動機在加上補燃器后可以產生超過44,000磅的推進力,比協和客機每具發動機的推進力多6000磅。

雖然TU-144的動力更為強勁,但是它升入空中所需的動力更多。空載時,TU-144的重量接近100噸,比協和客機空載重20噸。部分原因是它巨大的起降裝置。協和客機前面有兩個輪子,機翼下有兩組輪子,每組四個輪子。而TU-144前面有兩個輪子,機翼下一共有12個輪子,部分原因是俄羅斯的輪胎採用了合成橡膠,較容易出現問題,他們的思路是如果一兩個輪子壞了,還有足夠多的輪子支撐飛機的重量。

TU-144首次飛行是在1968年12月,首次超音速飛行是在1969年6月。協和客機首次飛行是在1969年3月,首次超音速飛行是在當年10月。蘇聯由此造成了一次重大的外交轟動,但是當他們嘗試將這架重量接近100噸的客機投入運營時很快就遇到一系列難題。

西方的觀察家過去總認為,蘇聯的TU-144如果要趕超西方,唯一方法就是通過工業間諜取得協和客機設計藍圖。所以TU-144被稱為「協和斯基」,被視為幾乎是協和客機的複製品,儘管設計細節部分帶有蘇聯的粗獷風格。毫無疑問,蘇聯對TU-144的構想極大的受到了協和客機的影響,例如,去掉水平尾翼是對蘇聯以往設計的大膽改變,但在細節上還是與協和客機有很大區別。

1973年,蘇聯在巴黎航空展上展示了TU-144。圖波列夫駕駛生產的第二架飛機來到航空展,與公開演示飛行的協和原型機同台展示,但不幸的是空難降臨了。

TU-144先是起飛,然後貼近跑道,機頭垂下,起落架也放下來,好像是要著陸,接著又快速爬升,發動機開足馬力。數秒后,飛機翻轉,撞入附近的一個村莊。機上所有六名機組人員和村莊里的八人都因此喪命。

關於TU-144的墜機原因有幾種理論。有人認為駕駛員在速度較慢的時候操縱過度,導致飛機的升力不足。也有人表示,當時多雲的天氣可能讓機組人員感到困惑。還有一個理論是,飛機在最後時刻不得不突然轉向,以避開提早來到近處一邊飛行一邊拍攝圖波列夫前翼的法國幻影戰鬥機。

蘇聯原本希望讓TU-144在1973年巴黎航空展上給人留下深刻的印象,但是卻遭遇了空難。墜機只是反映出圖波列夫前衛設計的一部分問題。所以當時的蘇聯的國家航空公司,現在的俄羅斯航空公司(Aeroflot),對將飛機投入運營開始感到擔心。在正式投入運營之前,圖波列夫必須解決一系列問題。直到1977年,TU-144才開始載客營運。

蘇聯無法為降低客艙噪音找到合適的解決方案。發動機和從發動機進氣口吸收空氣的空調設備都會造成巨大的噪音。空調系統非常重要,否則機身表面的空氣摩擦產生的熱量會導致機艙溫度上升,併發生危險。

圖波列夫只是把TU-144送入空中,但是在服役后,它帶來的問題超過了它的價值。這個政治色彩濃厚的項目消耗了大量的資源。1977年,圖波列夫試圖購買協和客機使用的發動機管理計算機,但是英國擔心他們會把計算機用於噴氣式轟炸機,所以拒絕了請求。

一度頗受讚譽的科技壯舉轉眼成了政壇的燙手山芋。俄羅斯航空在1976-1982年的五年規劃中甚至沒有提及這架飛機。1978年6月,TU-144改良版在預交付試飛中發生墜機,自此以後俄羅斯航空就結束了TU-144的航空生涯。TU-144進行了102次商業飛行,其中僅55次是客運。與之相比,協和客機服役時間超過25年,完成數千次飛行,成為20世紀最經典的設計之一。

1982年,TU-144正式停產,剩下的飛機大部分已經封存,其中一部分存放在莫斯科附近茹科夫斯基(Zhukovsky)的蘇聯飛機測試基地。

波音和洛克希德公司在20世紀60年代開始設計類似協和客機,但是項目因多方面原因被取消,包括燃油成本和噪音問題。近30年後,美國航空太空總署(NASA)開始了一項「高速研究計劃」(High Speed Research Program),試圖建造下一代超音速運輸器。

因為美國從未製造過超音速客機,20世紀時美國自己的計劃遭遇失敗,所以美國NASA需要他人的幫助來進行飛行測試。

英國航空和法國航空都沒有空餘的協和客機給NASA做實驗,因此在1993年,NASA簽訂了一份協議,租賃TU-144進行一些非常複雜的實驗。

的飛行實驗為TU-144的飛行生涯畫上了句號。儘管美國NASA對它進行了很多調整,但是TU-144的客運成本依舊過高,也不夠可靠。現在殘留的「協和斯基號」有的在博物館里,有的存放在飛機庫裡。其中一架停放在德國科技博物館的外面,旁邊就放著它的老對手,協和客機。


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