（编者注：本文最初发表于 1997 年 10 月号的《大众科学》杂志。我们发布这篇文章是因为一些相关新闻。）
在查克·耶格尔 1947 年驾驶 X-1 实验飞机 突破音障之前，工程师们曾预测，超音速冲击波产生的抖振可能会撕裂他那架流线型的飞机。正如最近准备突破 1 马赫速度的两辆定制超音速汽车的驾驶员（或许可以称他们为飞行员）一样，工程界也表达了类似的担忧，或许这次更有理由。“任何以 600 英里 [约 965 公里] 或更高的时速干扰车辆的东西，都会使其进入你不想进入的领域，”德克萨斯 A&M 大学的机械工程教授梅克·麦克德莫特评论道。“空气动力使地面车辆不再是地面车辆。它们会想要飞起来。”
当本期杂志付梓印刷时，有史以来最认真的地面车辆突破音速的尝试计划于今年 9 月和 10 月初在内华达州里诺市东北部的黑岩沙漠（美国最大的干湖床）进行。 突破 1 马赫速度——音速，在黑岩沙漠遇到的温度下约为 750 英里/小时——有望成为两支团队之间引人注目的对决，这两支团队曾在不同时期声称拥有地球上最快汽车的称号。
一位竞争者是克雷格·布里德洛夫，他是 60 岁的“喷气汽车”美国精神号的驾驶员。布里德洛夫在 1963 年至 1970 年间五次创下纪录。另一支团队由理查德·诺布尔领导，他是 51 岁的英国车辆的驾驶员，该车辆在 1983 年创下了 633 英里/小时的当前纪录。虽然诺布尔正在监督这项工作，但他的汽车Thrust SSC 将由皇家空军战斗机飞行员安迪·格林驾驶。
这场比赛不是两辆车同时竞争的直线竞速赛。两个团队将共享沙漠，以逐渐增加的速度进行单独的行驶。即使他们没有突破音障，他们仍然可以超越诺布尔 1983 年的纪录或 700 英里/小时的里程碑。
这些团队并不是世界上唯一尝试打破 1983 年纪录的团队。但是，投入到他们两辆车中的大量工程和费用使他们成为唯一有望接近音速的候选者。
非官方地，音障可能已经被突破。1979 年，特技演员斯坦·巴雷特声称驾驶火箭动力汽车百威火箭号达到了近 740 英里/小时的速度。
但是，如果这辆车确实达到了那么快的速度——布里德洛夫和其他人对此激烈争论——它只在一个方向上达到了这个速度。国际汽车联合会，这个总部位于巴黎的认证这些纪录的组织，要求车辆必须在两个相反方向的行驶中，在一个英里长的测量距离内，平均速度打破纪录，每次行驶间隔在一小时之内。在黑岩沙漠中，汽车将在 15 英里长的平地上行驶。他们将加速近五英里，在大约五秒钟内通过赛道中间的测量英里，然后减速五英里，通过切断动力并释放降落伞，然后在速度低于 300 英里/小时时施加刹车。然后他们将掉头并沿原路返回。
如何制造一辆以 1 马赫速度行驶的汽车？布里德洛夫和诺布尔的团队都选择了最初用于战斗机的喷气发动机。但是，选择将驾驶员绑在喷气发动机上原来是最简单的设计决策之一。让驾驶员活下来是另一回事。对于汽车达到音速时会发生什么，我们知之甚少。正如耶格尔所了解的那样，在飞机中，当车辆接近 1 马赫速度时，发生的冲击波会在周围空气中衰减。当汽车接近音速时，超音速和亚音速气流之间的边界会在车辆和地面之间产生冲击波，这可能会引发潜在的致命后空翻或侧滚。
喷气汽车已经证明了它们的危险性。在去年尝试驾驶美国精神号创造纪录时，布里德洛夫以非官方的 677 英里/小时的速度失控并损坏了后轮。英国团队也因汽车框架上的应力而经历了磨难。Thrust SSC 在今年 7 月在约旦的杰夫沙漠进行的 540 英里/小时以上的测试中，后悬架支架发生故障，造成了损坏。
没有翅膀的飞机
竞争者们采用了不同的设计方法。布里德洛夫试图减小汽车的正面横截面积，以减少来自 750 英里/小时或更高速度的迎面风的阻力。美国精神号重 4.5 吨，长 44 英尺，最宽处（后轮之间的跨度）为 8.5 英尺。这个宽度比它的英国竞争对手小近四英尺。车身前部的椭圆形旨在让车身下方的破坏性冲击波逸散到两侧。此外，车身前部距离地面仅一英寸，以减少压力可能积聚的区域。后部 18 英寸的较大间隙允许压力波从后部逸出。
前轮是三个铝制圆盘，它们在单轴上旋转，每个圆盘之间隔着十分之一英寸，这种结构旨在增加惯性力，以防止偏航——左右移动。车轮本身在其圆周上缠绕着石墨纤维，并用玻璃纤维封顶。这些高性能轮胎可以保护外轮辋，外轮辋可能会承受 35,000 倍的重力。“如果车轮在高度受压时撞到岩石，你不需要成为火箭科学家也能弄清楚它可能会从外围断裂到轮毂，你就会发生灾难性的故障，”布里德洛夫说。
每个后轮都从车身伸出几英尺。这种设计选择倾向于向前移动质心（重心），从而增强稳定性。“这就像独轮车上的把手，”布里德洛夫说。“把手越长，就越容易拿起负载，独轮车的前轮上的重量就越大。”后轴被包裹在一个扁平的水平翼状结构中，称为整流罩。鳍片连接到每个整流罩的远端边缘，以防止偏航力。
自从去年的事故以来，布里德洛夫改进了整流罩的空气动力学形状，使气流在顶部加速，而在底部减速。这种设计更改旨在防止下方的空气变成超音速并产生冲击波。采取这一步骤还需要增加一套襟翼——可以设置翼面以防止机翼将汽车从地面抬起。
稳定性至上
Thrust SSC 团队采取了不同的方法，首先确定了安全达到 1 马赫速度所需的最稳定设计。然后才决定采取动力和减阻措施。与布里德洛夫偏爱试验和错误开发形成对比的是，团队空气动力学家罗纳德·F·艾尔斯（曾设计过制导导弹）严重依赖超级计算机模拟和超音速测试，使用一个两英尺长的模型，该模型在一个轨道上由火箭燃料推进。
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根据艾尔斯的分析，Thrust SSC 成为比美国精神号更大、更笨重的车辆，重达 7 吨，长 54 英尺。该团队竭尽全力保持车辆俯仰的稳定性——车头相对于车辆水平轴线上方或下方的倾斜度。“抬头幅度过大，你就会像飞机一样起飞，”艾尔斯说。“低头幅度过大，你就会把自己埋在沙漠里。”
成为爱国者导弹还是矿工钻头的区别仅在一个度左右的角度。这个角度在超音速速度下也会发生变化。该车采用主动悬架，可以在车辆接近音障时进行必要的俯仰调整。应变计测量车轮上的载荷，并将此信息传递给车载计算机。然后，汽车后部的液压千斤顶可以自动调整姿态。在两次行驶之间，还可以调整汽车后部水平稳定器的角度，以确保后轮牢固地保持在地面上。
Thrust SSC 的前轮隐藏在发动机整流罩内，发动机整流罩是容纳发动机的罩子，这减少了迎风的横截面积。将发动机放置在侧面并保持较宽的前轮距，使重心比美国精神号更靠前，这是旨在保持车头位置的措施。向前设置重心抵消了汽车猛然打转的趋势。艾尔斯说，来自两个发动机的增加的推力弥补了增加的重量和更宽的前轮廓产生的额外阻力。“这种类型的汽车没有重量限制，”他打趣道。与布里德洛夫不同，Thrust SSC 团队使用锻造铝制车轮，这些车轮在没有轮胎的情况下转动。该团队希望沙漠表面足够柔软，以弥补车轮上没有轮胎的不足。
驾驶员格林坐在驾驶舱中，驾驶舱位于两个发动机之间的中间部分，这使他能够更好地感受到汽车的左右移动。格林操纵两个后轮转向，后轮收在车身底部的后部，以避免干扰喷气发动机的尾气。一个后轮略微位于另一个后轮的后方和一侧，避免了如果车轮彼此平行放置会在后部产生的产生阻力的凸起。前轮固定不动：避免前转向机构减少了阻力。
在制造超音速汽车中学到的经验教训可能除了在吉尼斯世界纪录大全中留下记录以及为制造和驾驶汽车的人们带来刺激之外，几乎没有任何价值。“我确信参加世界陆地速度纪录是你在上帝的地球上可以做的最激动人心的事情，”诺布尔说，表达了他的团队为此任务带来的传教士般的热情。以这些速度运行汽车的实际衍生应用最多只是推测性的。布里德洛夫指出了轮胎技术的可能性。但是，当被问及这种石墨轮胎可能在何处有用时，布里德洛夫思考了一下，然后回答说：“我不知道。我的任务是获得陆地速度纪录。我对其他事情不太感兴趣。我认为肯尼迪想去月球。他并不关心由此产生的副产品。他只是想击败俄罗斯人。”