苏联图-144:注定失败的协和飞机竞争者

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1968年12月,一架具有里程碑意义的客机即将迎来首飞。

这架飞机就像一枚巨大的白色投镖,是20世纪60年代人类创造的最具未来感的飞行器。超级流线型设计确保它的速度能够达到来福枪子弹的速度——此前有人觉得这对载客飞机来说太快了。

这架飞机独特的尖头很像是电影《飞侠哥顿》(Flash Gordon)系列里依靠火箭助推的飞行器。当飞机靠近跑道时,整个机头会下滑,让飞行员能够更好的观察地面的情况。这个效果让飞机看起来像是即将落地的大鸟。

这听起来就像是在描述英法合作制造的协和飞机(Concorde)。协和飞机穿越大西洋只需三个小时左右——但上文中描述的并不是协和飞机。这架太空船风格的喷气式客机的巨大尾翼上饰有前苏联的锤子和镰刀图案。这是共产主义版的协和飞机:图波列夫图-144(Tu-144,,图-144),也是首架速度超过两倍音速的客机。

它的首飞早于协和飞机三个月。西方国家的观察家称之为"协和斯基"(Concordski),因为它和豪华飞机协和号非常相似。不过图-144并未成为家喻户晓的名字。

部分原因是设计败笔——另外也因为在1973年巴黎航空展上发生在全世界媒体面前的一次严重空难。

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和冷战时期很多伟大的科技创举一样,图-144的故事也是围绕政治展开的。

1960年,前苏联总理尼基塔·赫鲁晓夫(Nikita Khrushschev)得知了英国和法国正在研究一个新的飞机项目以重振飞机制造业的消息。这架名为"协和"的客机设计速度以音速计,它将把欧洲至美国的飞行时间缩短至数个小时。两年后,英国和法国签订了正式的合作协议,开始飞机的设计和制造。差不多与此同时,飞机制造商波音公司和洛克希德(Lockheed)的超音速运输项目(SST)也获得批准开始进行。

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Image caption 前苏联此前已经把三角形机翼设计用于米格-21(MiG-21)等战斗机(图片来源:Science Photo Library)

前苏联意识到他们必须争分夺秒。

"协和飞机和图-144之间的竞争关系是那个时代国际关系的特征,"协和飞机前飞行员,英国航空公司(British Airway)航班运营经理乔克·洛威(Jock Lowe)说,"当时还在同时进行太空竞赛和登月竞赛。"

洛威说:"当时的理论是谁的飞机越快,谁就越是成功。"既然米格-21和美国的F-104这样的战斗机已经能够达到两倍音速,超音速旅行似乎就成为有可能实现的任务——尽管可能还具有挑战性。

航空资讯网站全球飞行(Flight Global)的出版商大卫·卡明斯基-莫罗(David Kaminski-Morrow)说:"前苏联在太空竞赛初期取得的成功大大增强了它对技术专家治国政治时代的信心,并促使领导层相信有可能与西方声望极高的项目展开竞争。"

前苏联的图-104喷气式客机当时已经造成轰动。在20世纪50年代,苏联人乘坐这款飞机各地旅行,让西方世界感到震惊。根据作家霍华德·穆恩(Howard Moon)在冷战结束前完成的关于图-144的重要历史著作《苏联的超音速运输》(Soviet SST),图-104为更宏大的航空目标铺平了道路。

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Image caption 前苏联的首架客机图波列夫Tu-104让西方世界感到震惊(图片来源:Getty Images)

在20世纪50年代,前苏联的快速工业化促使苏联的规划者提出更为宏大的计划。"前苏联的领导人被尖端行业的成就冲昏了头脑,所以除了前苏联太空计划和军事航空取得的荣誉外,领导人还对这些宏大的项目念念不忘。但是,前苏联的技术和经济现实与苏联精英阶层对之过高的期待之间产生了沟壑,这可以在很大程度上解释随后发生的复杂历史,"穆恩在他的书中写道。

图-144后来成为不论付出怎样的代价都必须成功的项目。但在20世纪60年代,当苏联的大量科技资源都投向太空竞赛的时候,对客机项目的投入就微不足道了,卡明斯基-莫罗表示。

他说:"太空竞赛导致前苏联把注意力从超音速轰炸机,转移到长距离火箭和高空导弹,从而削弱了图-144项目,迫使前苏联把图-144定位为独立的民用飞机项目。"

他还说:"这与前苏联制造客机的经验背道而驰,导致开发者要面对从零开始设计复杂的超音速飞机的艰巨使命。同时,飞机还要满足舒适度和经济效益等要求——此前很少需要考虑这些要求。"

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Image caption 图-144项目要求在太空竞赛的同时投入大量研发资源(图片来源:Alamy)

图-144项目很快就开始出现问题。首先,它超过了前苏联当时航空工业的水平大概10至15年。图-144落后的两个重要领域是刹车和发动机控制。

协和飞机在很多尖端科技上处于领先地位,不仅包括刹车。它是首批使用碳纤材料制造刹车的飞机,在飞机落地后能够经受让飞机减速所产生的巨大热量(协和飞机落地的速度很高,在每小时185英里左右(296公里/小时))。但是俄罗斯人未能模仿这一设计。

更大的问题在于发动机。协和号是首架飞行系统的重要部分完全由电脑控制的客机——它会不断改变进风口的形状,以确保发动机以尽可能高的效率运转。

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Image caption 协和飞机拥有很多前苏联无法与之相比较的先进技术(图片来源:Science Photo Library)

协和飞机还有一套飞行控制系统,能够微调机翼的形态,以减少超音速飞行时的拖拽力。在此之前,这种计算机控制机翼的做法是闻所未闻的——现在亚音速飞行的客机也已经配备这项技术。

前苏联知道协和飞机项目正在有条不紊的进行,所以对图-144投入了越来越多的资源。这是对图波列夫设计局——以及发动机设计师库兹涅佐夫(Kuznetsov)和科尔索夫(Kolesov)(他们两人为这个雄心勃勃的计划建造了发电厂)——的一场考验,因为他们在制造飞机的同时还在与美国展开太空竞赛。

与协和飞机相比,图-144的体型要大很多,长度超过67米,比协和飞机长大约3.7米。它的设计巡航速度是2马赫(2158公里/小时),一共四台发动机,每台发动机在加上补燃器后可以产生超过44,000磅的推进力——比协和飞机每台发动机的推进力多6000磅。

虽然图-144的动力更为强劲,但是它升入空中所需的动力更多。空载时,图144的重量接近100吨,比协和飞机空载重20吨。部分原因是它巨大的起降装置。协和飞机前面有两个轮子,机翼下有两组轮子,每组四个轮子。而图-144前面有两个轮子,机翼下一共有12个轮子,部分原因是俄罗斯的轮胎采用了合成橡胶,较容易出现问题(他们的思路是如果一两个轮子坏了,还有足够多的轮子支撑飞机的重量)。

虽然图-144在表面上很像协和飞机,但是它们有很多区别,协和飞机的设计师解决的问题在图-144那里并没有足够成熟的解决方案。

"图-144的空气动力学设计较弱——虽然只是略逊一筹,但是这很关键,"洛威说。

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Image caption 图-144看起来和协和飞机非常类似,尤其是超音速侧影(图片来源:Alamy)

"我们进行了研究,当它开始服役后,我们就知道它不是我们的竞争对手。"

然而,前苏联还是率先制造出了超音速客机。图-144首次飞行是在1968年12月,首次超音速飞行是在1969年6月。协和飞机首次飞行是在1969年3月,首次超音速飞行是在当年10月。前苏联由此造成了一次重大的外交轰动——但是当他们尝试将这架重量接近100吨的客机投入运营时很快就遇到一系列难题。

西方的观察家过去总认为柏林墙以西地区的科技明显更胜一筹,并认为前苏联的图-144如果要赶超西方,唯一方法就是通过工业间谍。所以图-144被称为"协和斯基",被视为几乎是协和飞机的复制品,尽管设计细节部分带有前苏联的粗犷风格。

卡明斯基-莫罗说,事实并不是那么黑白分明。"毫无疑问,前苏联对图-144的构想极大的受到了协和飞机的影响——比如,去掉水平尾翼是对前苏联以往设计的大胆改变。"

"但是其他方面存在明显的区别,比如发动机的配置。图-144还需要更为坚固的机身,以应对较为恶劣的飞行环境。虽然工业间谍在图-144的开发中发挥了作用,但是前苏联仍然依靠自己探索,解决了项目中出现的大量技术难题。结果是图-144是一架与协和飞机大体相仿,但在细节上有很大区别的飞机。"

1973年,苏联在巴黎航空展上发布了图-144。图波列夫驾驶生产的第二架飞机来到航空展,与公开演示飞行的协和原型机同台展示(当时,西方的设计仍未投产)。

两大超音速客机团队之间的竞争十分激烈。根据《时代》杂志的报道,图-144的试驾员米哈伊尔·科斯洛夫(Mikhail Koslov)曾嘲讽协和飞机团队:"你就等着看我们飞吧。到时候你就会看到了。"6月3日,图-144成功升空,科斯洛夫似乎打算超过前一天协和飞机较为谨慎的演示飞行。然后空难降临了。

图-144先是起飞,然后贴近跑道,机头垂下,起落架也放下来,好像是要着陆——接着又快速爬升,发动机开足马力。数秒后,飞机翻转,撞入附近的一个村庄。机上所有六名机组人员和村庄里的八人都因此丧命。

关于图-144的坠机原因有几种理论。有人认为驾驶员在速度较慢的时候操纵过度,导致飞机的升力不足。也有人表示,当时多云的天气可能让机组人员感到困惑。还有一个理论是,飞机在最后时刻不得不突然转向,以避开提早来到近处一边飞行一边拍摄图波列夫前翼的法国幻影战斗机。

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Image caption 前苏联原本希望让图-144在1973年巴黎航空展上给人留下深刻的印象——但是却遭遇了空难(图片来源:Alamy)

坠机只是反映出图波列夫前卫设计的一部分问题。所以前苏联的国家航空公司——现俄罗斯航空公司(Aeroflot)对将飞机投入运营开始感到担心。在正式投入运营之前,图波列夫必须解决一系列问题。即使在当时,1975年的首批客机航班仍然处于测试运营阶段,只是把信件而非乘客从莫斯科送往现哈萨克斯坦的阿拉木图(Almaty)。

直到1977年,图-144才开始客运。

前苏联无法为降低客舱噪音找到合适的解决方案。发动机和从发动机进气口吸收空气的空调设备都会造成巨大的噪音。空调系统非常重要,否则机身表面的空气摩擦产生的热量会导致机舱温度上升,并发生危险。

而协和飞机把燃料用作吸热功能,以控制温度,所以不需要如此大功率的空调设备——这就把噪音降低到了可以让人接受的程度。

穆恩对图-144搭载外国观察家的首次飞行的描写中清晰指出了图-144与协和飞机的区别:

"客舱有一些缺点:一些天花板的面板没有合紧,服务托盘卡壳,窗户的遮光板会自行下落。五座并列过于拥挤而受到批评。有的卫生间无法使用。新客机存在这些问题是正常的。但是还有一个更为严重的问题。机载音箱播放了《爱情故事》(Love Story)、《布达佩斯之恋》(Gloomy Sunday)、《虎豹小霸王》(Raindrops Keep Falling on My Head)等片的主题曲,但乘客几乎听不到。他们印象最深刻的不是速度,而是噪音。"

"按照《纽约时报》的报道,在气流的冲击下,巨大的空调和发动机发出了震耳欲聋的噪音,简直在皇后区(Queens)都能听到。乘客抱怨巨大的风声让人无法交谈,他们只能通过传递字条来交流。"

图波列夫只是把图-144送入空中,但是在服役后,它带来的问题超过了它的价值。这个政治色彩浓厚的项目消耗了大量的资源。1977年,图波列夫试图购买协和飞机使用的发动机管理计算机,但是英国担心他们会把计算机用于喷气式轰炸机,所以拒绝了请求。

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Image caption 图-144是最后一批需要使用降落伞来减速的客机(图片来源:Getty Images)

一度颇受赞誉的科技壮举转眼成了政坛的烫手山芋。俄罗斯航空在1976-1982年的五年规划中甚至没有提及这架飞机。1978年6月,图-144改良版在预交付试飞中发生坠机,自此以后俄罗斯航空就结束了图-144的航空生涯。图-144只进行了102次商业飞行,其中仅55次是客运。与之相比,协和飞机服役时间超过25年,完成数千次飞行,成为20世纪最经典的设计之一。

1982年,图-144正式停产。剩下的14架图-144获得了短暂的二次使用机会,用于训练前苏联太空暴风雪号(Buran)航天飞机的机组人员。到1989年柏林墙倒下,剩下的飞机大部分已经封存,其中一部分存放在莫斯科附近茹科夫斯基(Zhukovsky)的前苏联飞机测试基地。

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图-144的故事本应就此结束,但还有一点后续。

20世纪90年代,美国航天局(Nasa)开始了一项数十亿美元的项目"高速研究计划"(High Speed Research Programme),试图建造下一代超音速运输器。波音和洛克希德公司在20世纪60年代开始设计类似协和号的飞机,但是项目因多方面原因被取消,包括燃油成本和噪音问题。近30年后,美国航天局希望重拾这一项目。

该项目的成员之一是美国航天局的前试飞员罗布·瑞沃斯(Rob Rivers)。他是唯一驾驶过协和号和图-144这两种飞机的飞行员。

"我差不多是HSRP项目的专用飞行员,我在波音工作。这个项目很大,差不多是一个40亿美元的项目。"

"当我在HSRP项目时,英国航空公司的一名飞行员来到兰利(Langley)和我们讨论协和飞机和高速飞行。"

"我当时觉得驾驶协和飞机是个很棒的主意。于是,1997年,我飞到肯尼迪机场,坐上协和飞机的弹射椅就起飞了。当时,手边有秒表、笔记本和卷尺,"瑞沃斯后来还在布里斯托(Bristol)附近用协和飞机模拟器完成了数次飞行,后来又驾驶另一架协和飞机飞回美国。

因为美国从未制造过超音速客机——20世纪时美国自己的计划遭遇失败——所以美国航天局需要他人的帮助来进行飞行测试。

一个大问题是"英国航空和法国航空都没有空余的协和飞机给我们做实验,"瑞沃斯说。

当时前苏联刚在几年前解体。俄罗斯的处境十分不利,经济呈自由落体式下滑。"克林顿总统和俄罗斯曾商谈与俄罗斯航空业合作开展大型项目,因此他们的工程师才没有流失到伊朗等地,"瑞沃斯说。

俄罗斯确实有一架超音速客机——不过它经历了坎坷的命运,并且已经退役。

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Image caption 图-144让美国航天局有机会借助真实飞机的力量设计未来的超音速飞机(图片来源:Science Photo Library)

"1993年,我们签订了一份协议,租赁图-144进行一些非常复杂的实验,"瑞沃斯说。

在俄罗斯做生意并不容易。租赁图波列夫必须通过一家英国公司IBP Aerospace。这家外包公司是该交易的中间商。

"交易是这样的——美国航天局要付款给波音,波音付款给IBP,IBP付款给图波列夫。那时会有人在半夜用美元购买燃油——这在当时的俄罗斯是非法的。"瑞沃斯说。

"我们开的这架图波列夫之前只飞了83个小时就在1990年退役了,之后在1993年被封存。但是现在就像凤凰一样浴火重生了。"

美国航天局租赁图-144后,安装了更可靠的现代发动机以及一整套仪器,包括特别的"数据总线",它可以存储飞机在执行飞行任务时运行的很多实验的所有数据。

然而,早期的飞行成了一场灾难。数据总线记录下了不可能出现的飞行特点。代表图波列夫驾驶飞机的俄罗斯飞行员不能接受美国航天局的访谈。"合同里没有包含与飞行员访谈的条款,"图波列夫已濒临破产,只能按照合同规定的付款条件行事。飞行员收到付款也是在飞行结束以后。"

后来经过决定,美国航天局不得不派出自己的飞行员去测试图波列夫。

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Image caption 美国航天局的项目让图-144在1990年代末起死回生(图片来源:Nasa)

确定的人选就是瑞沃斯,并且特别预定了1998年9月前往俄罗斯。在出发前数周,他和几个朋友一起休了一个短假。

"我去了怀俄明州(Wyoming)钓鳟鱼。我狠狠的摔了一跤,胫骨断了,脊柱骨折,脚踝也摔坏了,"瑞沃斯说。

"在怀俄明州,我告诉医生:'我两周后必须去俄罗斯。你一定要治好我。'他说:'不可能,你打的石膏至少要六到八个月才能拿掉。'"最后,医生还是让步了,在瑞沃斯的腿上绑了铁棒,这样他就可以成行。

美国航天局不希望瑞沃斯带伤去俄罗斯。"如果美国航天局的飞行员撑着拐杖出现会很丢脸,"瑞沃斯说。但是,再找其他人就太晚了。

瑞沃斯在前往莫斯科的长途班机上脸色一直很差,亚历山大·普霍夫(Alexander Pukhov)在机场接到他以后,送他上了厢式车。普霍夫是图波列夫公司的设计总监,1960年代曾在图-144的项目中工作。瑞沃斯的第一个晚上就被送去看图波列夫公司的航空医师。声望颇高的普霍夫在那里与瑞沃斯达成了一个约定。

"普霍夫对我说:'只要你在媒体面前不用拐杖,并且在走向飞机的时候不用拐杖,你就可以驾驶飞机。'"

"我的腿当时非常疼,但是我绝对不能错过这个机会。这将会是我试飞职业生涯的巅峰。整个西方世界只有两个人驾驶过这架飞机,而我将会成为其中之一。"

瑞沃斯和另一名飞行员戈登·富勒顿(Gordon Fullerton)被安排住在茹科夫斯基附近的前克格勃疗养院。茹科夫斯基曾经是前苏联的空军基地,用来作实验性设计和原型的测试。

"当我第一次看到这架飞机时——它庞大的机身和它距离地面的高度——我感到震惊。"

瑞沃斯遵守了诺言,首飞时不拄拐杖走向飞机。但是用脚踝走路给他带来了巨大的痛苦。"我花了很长时间练习(不用拐杖)用拐棍走路。当脚踝受到压力时我感到痛苦万分。"

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Image caption 图-144缺少协和飞机的复杂性,但是它的动力要强大得多(图片来源:Alamy)

"于是我丢下了拐杖。用拐棍走向飞机。普霍夫看到后捧腹大笑,大家都给我加油欢呼,就好像是电影场景一样。"

瑞沃斯和福勒顿(福勒顿于2013年去世)驾驶图-144完成了很多次飞行,直到1998年末。到最后,瑞沃斯成为全球唯一可以自称拥有驾驶图-144和协和飞机第一手经验的飞行员。

美国航天局的飞行为图-144的飞行生涯画上了句号。尽管美国宇航局对它进行了很多调整,但是图-144的客运成本依旧过高,也不够可靠。现在残留的"协和斯基号"有的在博物馆里,有的存放在飞机库里。其中一架停放在德国科技博物馆的外面,旁边就放着它的老对手——协和飞机。

"协和飞机更加复杂,"瑞沃斯说,"但是图-144在工程学方面也有很多复杂的例子。"

"它们不一样。图-144可以乘坐更多的旅客,飞行速度更快,飞行高度更高。"

"协和飞机就像是肯塔基纯种马(Kentucky)——娇小但是速度很快。图-144就像是克莱兹代尔马(Clydesdale),体型巨大,动力惊人,但是不够灵活。"

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