獵犬號
我們都在尋找速度的極限，博爾特曾經(jīng)說過，人類百米的極限可能在九秒五左右，而憶往昔，陸上時速紀(jì)錄是幾何？時速 1149 公里！而在最近的若干年里，一群瘋狂的科學(xué)家、飛行員、贊助商、有夢的人又聚集在了一起，準(zhǔn)備在一年內(nèi)把這個紀(jì)錄再次刷新，逼近到 1000 英里，一看這單位就知道這是一群英國佬。來看看一群對速度有著無限癡迷的人，聯(lián)合飛機發(fā)動機制造商勞斯萊斯(Rolls－Royce)和汽車品牌捷豹的共同創(chuàng)舉吧！
憶往昔，紀(jì)錄咫尺天涯
1997 年 10 月 15 日早晨，一條巨大的灰塵帶在美國內(nèi)華達州的黑巖沙漠中疾馳而過。在灰塵帶的最前方，駕駛員安迪·格林穩(wěn)穩(wěn)地控制住超音速推進號賽車的后輪，此時，超音速推進號的時速已經(jīng)達到了 804 千米。幾天前，超音速推進號創(chuàng)造了全新的陸上時速紀(jì)錄——1149 千米?，F(xiàn)在，超音速推進號的英國設(shè)計師團隊希望自己成為在陸地上打破音障的第一支團隊。但是問題來了：在接近音速的時候，砂石的撞擊嚴(yán)重損壞了超音速推進號的鋁合金車身，同時，剎車所必需的降落傘也無法正常工作。整個項目幾乎到了崩潰的邊緣。在座艙內(nèi)，格林面臨著更大的問題：一旦時速突破 885 千米，車子的方向盤就會急劇地向左轉(zhuǎn)，迫使 16.5 米長的黑色超音速推進號偏離預(yù)定路線達 15 米，預(yù)定路線是用濃濃的白色油漆在沙漠中畫出的直線。就在時速達到950千米的時候，超音速推進號開始劇烈傾斜。格林本能地挽救著行駛路線。但是，車子仍然偏離了預(yù)定路線，向返回路線漂移過去。格林是英國皇家空軍的空軍中校，而且是受過牛津大學(xué)教育的數(shù)學(xué)家，他知道，就在一年前，美國人克雷格·布瑞勒夫在黑巖沙漠進行的一次打破陸上速度紀(jì)錄的嘗試中，他駕駛的車輛在時速達到 1086 千米的時候發(fā)生了重大意外，最終以失敗告終。幸運的是，在最后一刻，方向盤居然開始有反應(yīng)了。不久，一陣音爆聲響徹沙漠。無線電中傳來了時速讀數(shù)：1228 千米。音速隨著海拔和溫度的變化而變化，但一般而言是在時速 1225 千米左右。諾伯是前世界陸地極速紀(jì)錄保持者。接下來的幾個月，超音速推進號被運送到英國考文垂交通運輸博物館中展示。格林回到了皇家空軍繼續(xù)任職，諾伯繼續(xù)經(jīng)營自己的航空公司。格林和諾伯都獲得了大英帝國勛章。英國團隊創(chuàng)造了歷史。但是，對于超音速推進號離返回線路究竟有多遠一事，格林仍感到心有余悸。對于超音速推進號，格林說道：“它完成了太多的賽跑測試?！?
在獵犬號內(nèi)部，尾翼可以在賽車高速運行時確保航向穩(wěn)定
在獵犬號內(nèi)部，采用 3D 打印技術(shù)制造的鈦合金方向盤是根據(jù)格林手掌的形狀而特別生產(chǎn)的
在獵犬號內(nèi)部，尾翼可以在賽車高速運行時確保航向穩(wěn)定。油箱中裝有 800 升高濃度過氧化氫。車頭罩蓋可以把進入發(fā)動機的空氣時速降低到 965 千米
夢回今朝，追夢人依舊在路上
2014 年 8 月的一個早晨，天空中布滿烏云，在靠近英國布里斯托爾的埃文茅斯郊區(qū)的一處工業(yè)區(qū)內(nèi)，一個工程師團隊正在為制造超音速推進號的繼任者而努力工作著。這輛獵犬號超音速車象征著工程師們的一項大膽嘗試：創(chuàng)造全新的陸上時速紀(jì)錄—— 1609 千米(1000 英里)。技術(shù)中心是一處不起眼的地方，也是這輛世界上速度最快的賽車的家。在一個屋頂非常高的倉庫的正中央，獵犬號首席工程師馬克·查普曼繞著圈仔細查看獵犬號正在生產(chǎn)中的底盤，這種底盤是用鋁合金和鈦合金制造的?！按蠹覇栁沂欠駷榘驳蠝?zhǔn)備了彈出式座艙?！辈槠章贿呎f著，一邊用手摸著碳纖維一體式車架，這個車架容納了座艙和噴氣式發(fā)動機的進氣口。他接著說道：“我沒有為安迪準(zhǔn)備這樣的座艙，沒有人能設(shè)計出可以在 1.4 馬赫的速度下以正常的姿勢彈出的座艙。即使成功彈出，你也會被大約每平方米 12 噸的力量擊中。因此，座艙才是最安全的地方?！?
獵犬號項目負責(zé)人理查德·諾伯走進了倉庫，他今年68歲，穿著一件寬松的海軍制服，自孩提時代以來，諾伯就對速度產(chǎn)生了極大的熱情，如今這份激情已經(jīng)消耗了他的大部分精力。會議室的墻上掛滿了歷史上曾經(jīng)創(chuàng)造過陸上極速紀(jì)錄的汽車的圖片。諾伯出生于愛丁堡的一個軍人家庭，當(dāng)他還是一個孩童時，他就已經(jīng)能在臥室里用硬紙板做飛機發(fā)動機模型了。六歲的時候，他父親開車帶家人去尼斯湖旅行，他們正好碰到前陸上極速紀(jì)錄保持者約翰·考博正在測試他的水上極速紀(jì)錄船—圣戰(zhàn)士號，當(dāng)時船的時速達到了 322 千米。他早年是出售布料的商人，從來沒有接受過正式的培訓(xùn)。但是，他仍然對陸上極速紀(jì)錄情有獨鐘。1975 年，他設(shè)計并建造了推進一號，這是英國歷史上第一輛使用噴氣式發(fā)動機的車輛，后來，推進一號在時速達到 225 千米的時候撞毀了。1983 年，諾伯駕駛的推進二號的時速達到了 1019 千米，成功地創(chuàng)造了新的陸上極速紀(jì)錄。他告訴媒體他這么做是“為了英國，為了全世界”。后來的分析表明，如果時速再快 11 千米的話，推進二號就可能像飛機一樣起飛了，差一點就發(fā)生了車毀人亡的慘劇。
成功創(chuàng)造紀(jì)錄之后，諾伯希望創(chuàng)造新的紀(jì)錄，但是過程并不順利。他開了一家小公司，出售輕型飛機和一種橫渡大西洋的賽艇，但是這兩個項目都遇到了資金難題，諾伯開玩笑說這是因為“搞金融的人膽子不夠大”。然后，在 1992 年，諾伯遇到了朗·艾爾。朗·艾爾是一名退休的空氣動力學(xué)家，曾經(jīng)在冷戰(zhàn)期間協(xié)助設(shè)計英國的勝利者轟炸機和布里斯托爾獵犬式地對空導(dǎo)彈(獵犬號超音速車的名字也由此而來)。在艾爾和其他來自推進二號團隊主要的工程師的幫助下，諾伯建造了超音速推進號以突破音障。在超音速推進號成功創(chuàng)造新的速度紀(jì)錄之后的十年里，諾伯開設(shè)了另外一家新公司—范保羅航空公司，然而，該公司的旗艦飛機 Kestrel F1 同樣遇到了融資困難。因此，諾伯重操舊業(yè)，又投身于創(chuàng)造陸上極速紀(jì)錄的事業(yè)當(dāng)中。2006 年，他和格林一起，利用一臺名為 JCB Dieselmax 的車輛創(chuàng)造了柴油發(fā)動機車輛的世界最快速度紀(jì)錄。同年，美國探險家史蒂夫·福賽特宣布：他購買了克雷格·布瑞勒夫裝有噴氣式發(fā)動機的美國精神號賽車，并將以 800 英里的時速打破由超音速推進號保持的世界紀(jì)錄。2007年，福賽特死于發(fā)生在加利福尼亞州內(nèi)華達山脈的一次空難中，而在這個時候，獵犬號項目已經(jīng)啟動了。
如果想研制超音速賽車，他們必須投入大量的時間、精力和技術(shù)
實際操作，困難重重卻峰回路轉(zhuǎn)
為了制造一輛時速能達到 1000 英里的賽車，工程師們首先需要一臺發(fā)動機。超音速推進號采用了兩臺從 F-4 幽靈戰(zhàn)斗機上拆卸下來的 Rolls－Royce Spey型噴氣式發(fā)動機，每臺發(fā)動機可以產(chǎn)生 9979 千克的推力。獵犬號需要一臺發(fā)動機，它可以產(chǎn)生和 Rolls－Royce 發(fā)動機差不多大的推力，但是重量需要減輕一半。設(shè)計者們把目光投向了歐洲戰(zhàn)斗機集團的臺風(fēng)戰(zhàn)斗機所使用的 Rolls－Royce EJ200 型發(fā)動機。但是格林卻說：“我們永遠不可能弄到這臺發(fā)動機。如果我們要買的話，得花費 450 萬英鎊，而且你要等許多年才有資格購買?！敝Z伯說道：“漸漸地，我們清楚地明白我們已經(jīng)把自己逼進了一個死胡同?！崩盟挠绊懥Γ窳职才帕艘淮魏偷吕咨瓌拙舻臅?，當(dāng)時德雷森勛爵負責(zé)國防部的采購事務(wù)。諾伯回憶道：“一切都非常順利，直到我向他提出購買發(fā)動機。”德雷森直接拒絕了他們的請求?！昂苊黠@的是，安迪和我已經(jīng)不受歡迎了。所以，我們站了起來，開始朝門口走去。接著，德雷森改變了主意，他說‘等一下。也許你們可以為我們做點什么’?！钡吕咨f：“我告訴他們，做這件事情必須得有一個合理的動機。我們現(xiàn)在缺乏學(xué)習(xí)工程學(xué)和科學(xué)的年輕人。我告訴他們：完全改變做這件事情的目的吧。不要為了打破紀(jì)錄而做這件事，而要為了吸引和鼓勵新一代年輕人做這件事。如果你們這么做，或許我們可以幫你們。”
獵犬號的 EJ200 發(fā)動機的裝置遠比想象中難度要大
諾伯當(dāng)場答應(yīng)了德雷森勛爵的要求。格林回憶道：“我當(dāng)時有點害怕。理查德連眼睛眨都沒眨，就說：‘我們會讓英國所有學(xué)校的學(xué)生都知道這個項目?！伊私獬羲亠w機，但我卻對孩子或教育一竅不通。”作為回報，國防部準(zhǔn)許獵犬號項目工程師使用三臺 EJ-200 型發(fā)動機，歐洲戰(zhàn)斗機集團生產(chǎn)研制臺風(fēng)戰(zhàn)機時，曾使用過這三臺發(fā)動機。結(jié)果，現(xiàn)在英國有 5670 所中學(xué)參加了“獵犬號教育計劃”。而且，到 2015 年和 2016 年，當(dāng)獵犬號嘗試打破世界紀(jì)錄時，安裝在獵犬號車身上的 12 臺攝像機和 300 個傳感器將進行直播并實時傳輸數(shù)據(jù)，這樣每個人都可以在線關(guān)注賽車的運行情況。
獵犬號集火箭、賽車和戰(zhàn)斗機于一體
為達到 1609 千米的時速，獵犬號需要的動力要比一臺噴氣式發(fā)動機產(chǎn)生的動力大得多?？諝鈩恿ψ枇Π凑账俣鹊钠椒皆鲩L；換句話來說，就好像一輛賽車需要 100 匹馬力才能達到 140 千米的時速，那么，需要 560 匹馬力賽車才能達到 280 千米的時速。因此，為達到 1609 千米的時速，獵犬號需要使用 Nammo 火箭系統(tǒng)，而這個系統(tǒng)通常用于歐洲航天局的阿麗亞娜 5 號運載火箭。查普曼說：“我們大家開玩笑說，獵犬號一部分是火箭，一部分是賽車，一部分是戰(zhàn)斗機，而且事實上車的后半部分還是航天飛機?！边@種混合式設(shè)計采用了被高濃度過氧化氫氧化的橡膠燃料?；鸺l(fā)動機需要大量高濃度過氧化氫，因此查普曼團隊只好從一臺尚未宣布名稱的賽車上卸下一臺發(fā)動機并安裝在獵犬號上，這樣做僅僅是為了快速地把 800 升高濃度過氧化氫輸送到發(fā)動機中。所有推力加在一起，噴氣式發(fā)動機和火箭發(fā)動機可以產(chǎn)生 135000 匹馬力(OMG)，相當(dāng)于 180 輛一級方程式賽車產(chǎn)生的推力總和。為了能為獵犬號設(shè)計出獨特的外形，設(shè)計人員不能使用風(fēng)洞：雖然超音速設(shè)施的確存在，但是沒有設(shè)施可以模擬賽車高速運轉(zhuǎn)時地面的震動情況。諾伯和艾爾聯(lián)系了斯旺西大學(xué)工程學(xué)院，該學(xué)院曾在 1990 年代利用先進的計算流體力學(xué)(CFD)協(xié)助設(shè)計超音速推進號賽車。
獵犬號的 EJ200 發(fā)動機的裝置遠比想象中難度要大
設(shè)計一輛打破世界速度紀(jì)錄的車輛非常困難，不僅僅是產(chǎn)生足夠推力以克服作用于車身的巨大空氣阻力那么簡單。氣流在不同速度下產(chǎn)生的作用不同，產(chǎn)生的阻力也會發(fā)生巨大波動。在高于 0.8 馬赫的跨音速區(qū)域，車身的氣流在某些地方會超過音速，而在某些地方又會低于音速，此時，氣流帶來的負面影響尤為麻煩。氣流按照不同速度流動時，會產(chǎn)生巨大的沖擊波，特別是會在車身下方產(chǎn)生巨大的沖擊波，而這種沖擊波又會產(chǎn)生升力。對于超音速推進號來說，車身前方的沖擊波將沙漠地面上的塵土一掃而凈，液化了車身下方的泥土表面，極大地增加了空氣阻力，同時急劇地降低了車身穩(wěn)定性。對坐在座艙中的格林而言，突然產(chǎn)生的巨大升力或者降力也非常危險。談及項目剛開始兩年時的種種情況，諾伯說：“在那一段很長的時間里，發(fā)生了許多事故，我們做了許多設(shè)計，得到了令人瞠目結(jié)舌的數(shù)據(jù)。當(dāng)速度達到 1.3 馬赫的時候，可以產(chǎn)生 12 噸的升力，讓人感到不可思議?！卑瑺栄a充道：“沒有人能告訴我哪種車型最為合適，因為世界上從來沒有人設(shè)計過時速可以達到 1000 英里的車輛?！?
在模擬測試中發(fā)現(xiàn)車輪會產(chǎn)生極其強大的空氣沖擊波。速度達到 1 馬赫時，這些沖擊波會呈扇形向外擴散，開始與車身后部發(fā)生作用，同時產(chǎn)生升力。最終，Rolls－Royce 的工程師找到了解決方案，獵犬號團隊之前和 Rolls－Royce 的工程師一起工作，為獵犬號使用的 EJ-200 噴氣式發(fā)動機設(shè)計合適的系統(tǒng)。利用一個叫做“實驗型設(shè)計”的技術(shù)方法，兩個團隊的工程師使用超級計算機運行了一個強化的 CFD 模擬程序。然后，工程師們運行了經(jīng)過計算機優(yōu)化的程序，并根據(jù)程序計算得出的結(jié)果重新設(shè)計后輪外殼和支撐支架。伊文斯回憶說：“這大概花了我們四個月時間?！敝Z伯補充道：“這是一個重大突破。這證明朗是正確的，我們可以實現(xiàn)我們的目標(biāo)?！?
真槍實彈演練并非易事
在我們訪問獵犬號技術(shù)中心幾天之后，安迪·格林開始在伯克郡的鄉(xiāng)村地區(qū)上空進行倒懸飛行訓(xùn)練。格林牢牢地控制著他的那架 Extra 300 型特技飛行飛機，向人們展示了他的訓(xùn)練方式，他將以這種方式訓(xùn)練自己，以便為在獵犬號內(nèi)部承受巨大的地心引力做好充分準(zhǔn)備。每一次獵犬號開始奔跑時，它的噴氣式發(fā)動機就會以每秒 32 千米的時速加速，此時對格林產(chǎn)生的地心引力剛好達到 1 個 G。當(dāng)時速達到 563 千米的時候，格林將打開火箭發(fā)動機，釋放高達 12 噸的推力。格林把飛機向外翻轉(zhuǎn)了 60 度；機頭罩蓋的上方區(qū)域開始變得模糊起來，血液開始涌向頭部。格林對著對講機說：“我們現(xiàn)在開始加速，時速 400 千米……450 千米……500 千米?！睉{借多年駕駛臺風(fēng)戰(zhàn)機的豐富經(jīng)驗，52 歲的格林現(xiàn)在非常鎮(zhèn)定。飛機繼續(xù)一邊翻轉(zhuǎn)，一邊加速；這種感覺讓人異常難受。時速超過 1207 千米的時候，人將無法聽到噴氣式發(fā)動機發(fā)出的噪聲，因為獵犬號的運行速度已經(jīng)超過了音速，但是車頭罩蓋上方的空氣沖擊波會產(chǎn)生震耳欲聾的噪聲。為了保護自己，格林會在頭盔下方戴上耳塞，而且整個罩蓋會涂上吸聲涂層。當(dāng)時速達到 1609 千米的時候，獵犬號會通過測標(biāo)間距，然后，因為沙漠長度的原因，格林會切斷油門，此時，空氣阻力將產(chǎn)生 3 個 G 的巨大力量并急劇降低獵犬號的速度。 就在這個時候，格林猛拉操縱桿，操縱 Extra 300 特技飛機以時速 241 千米、在 3 個 G 地心引力的作用下向右上方猛地翻滾起來，這個過程讓人感覺十分難受。當(dāng)時速達到 1287 千米的時候，獵犬號的多孔空氣剎車或者后置式降落傘將會啟動，以最高約 129 千米/秒的速度為獵犬號減速，這個力量和汽車撞車時每秒產(chǎn)生的力量大致相當(dāng)。人受到這么大的力量時，大腦供血會急劇減少，這會導(dǎo)致眩暈；這時，格林本能地繃緊腿部和胃部的肌肉，以防止血液快速涌向自己的腳部。血液開始從大腦快速流向全身，視力范圍開始縮小，視力開始變得模糊起來。幸運的是，在喪失意識之前，讓人感到最不舒服的過程已經(jīng)結(jié)束了—格林將飛機轉(zhuǎn)為直航，以模仿駕駛獵犬號最后階段的情形：當(dāng)時速達到 483 千米的時候，格林會使用輪式碟剎把獵犬號的速度降低到正常速度，在這個時候，格林會按照 250 米的弧度大幅調(diào)轉(zhuǎn)車頭、補充燃料，然后進行返回測試。
獵犬號超音速車的駕駛者安迪·格林(上)是英國皇家空軍中校，他已經(jīng)是世界上駕駛四輪車達到最高速度的人了。理查德·諾伯(下)則參與了創(chuàng)造世界紀(jì)錄的推進二號項目，在這個項目進行的過程中，推進二號曾經(jīng) 11 次達到 960 千米的時速
創(chuàng)造陸上極速紀(jì)錄的嘗試性奔馳需要一片廣闊且非常平坦的場地。對獵犬號來說，至少需要一片長 20 千米、寬 5 千米的平地。最終，他們選擇了位于南非北開普敦省的亥克斯金·潘沙漠。當(dāng)?shù)卣心剂吮镜卮迕駧椭謇砩衬乇?，村民們用手清理了總重約 6000 噸的石塊?！叭绻阋?1000 英里的時速撞上一塊石頭，產(chǎn)生的力量相當(dāng)于口徑為 0.50 的子彈產(chǎn)生的力量。石頭碰到車身的任何一個部位，都會直接穿透過去?！?坐在倫敦西部航空俱樂部里，格林一邊說，一邊喝著 espresso。作為回報，有關(guān)方面將為該區(qū)域建造一條新的輸水管道和 4G 網(wǎng)絡(luò)以支持獵犬號創(chuàng)造全新紀(jì)錄的嘗試，該區(qū)域居民將從中受益。屆時，預(yù)計有 10000 名游客將訪問該地，觀看獵犬號奔馳。他們希望獵犬號的最高時速能夠達到 1287 千米，而這也將是一個全新的陸上極速紀(jì)錄。只有到那個時候，在英國對獵犬號進行微調(diào)之后，獵犬號才會在 2016 年重回賽場，并嘗試創(chuàng)造時速 1609 千米的全新世界紀(jì)錄。談及獵犬號的開源計劃，格林說道：“當(dāng)然，所有人都能下載使用我們的數(shù)據(jù)。但如果想研制超音速賽車，他們必須投入大量的時間、精力和技術(shù)。他們能籌集到足夠的資金嗎？我真心希望如此。一想到我們即將為這項已經(jīng)存在了 116 年的極限運動畫上句號這件事，我就感到非常難受?！备窳趾攘丝诳Х龋又f道：“我肯定不會再去做這些事了。我估計理查德也不會做這些事了。我知道朗肯定也不會做這些事了。那么，我們就應(yīng)該利用這次機會去創(chuàng)造一個歷史上前所未有的速度紀(jì)錄，同時讓新一代的年輕人接觸科技知識。這絕對是一件讓人感到心潮澎湃的事情。”
在獵犬號內(nèi)部，采用 3D 打印技術(shù)制造的鈦合金方向盤是根據(jù)格林手掌的形狀而特別生產(chǎn)的
夢想除了堅持之外，這些贊助商的幫助更為重要！
