（編者注：本文最初發表於 1997 年 10 月號的《大眾科學》雜誌。我們釋出這篇文章是因為一些相關新聞。）
在查克·耶格爾 1947 年駕駛 X-1 實驗飛機 突破音障之前，工程師們曾預測，超音速衝擊波產生的抖振可能會撕裂他那架流線型的飛機。正如最近準備突破 1 馬赫速度的兩輛定製超音速汽車的駕駛員（或許可以稱他們為飛行員）一樣，工程界也表達了類似的擔憂，或許這次更有理由。“任何以 600 英里 [約 965 公里] 或更高的時速干擾車輛的東西，都會使其進入你不想進入的領域，”德克薩斯 A&M 大學的機械工程教授梅克·麥克德莫特評論道。“空氣動力使地面車輛不再是地面車輛。它們會想要飛起來。”
當本期雜誌付梓印刷時，有史以來最認真的地面車輛突破音速的嘗試計劃於今年 9 月和 10 月初在內華達州里諾市東北部的黑巖沙漠（美國最大的幹湖床）進行。 突破 1 馬赫速度——音速，在黑巖沙漠遇到的溫度下約為 750 英里/小時——有望成為兩支團隊之間引人注目的對決，這兩支團隊曾在不同時期聲稱擁有地球上最快汽車的稱號。
一位競爭者是克雷格·布里德洛夫，他是 60 歲的“噴氣汽車”美國精神號的駕駛員。布里德洛夫在 1963 年至 1970 年間五次創下紀錄。另一支團隊由理查德·諾布林領導，他是 51 歲的英國車輛的駕駛員，該車輛在 1983 年創下了 633 英里/小時的當前紀錄。雖然諾布林正在監督這項工作，但他的汽車Thrust SSC 將由皇家空軍戰鬥機飛行員安迪·格林駕駛。
這場比賽不是兩輛車同時競爭的直線競速賽。兩個團隊將共享沙漠，以逐漸增加的速度進行單獨的行駛。即使他們沒有突破音障，他們仍然可以超越諾布林 1983 年的紀錄或 700 英里/小時的里程碑。
這些團隊並不是世界上唯一嘗試打破 1983 年紀錄的團隊。但是，投入到他們兩輛車中的大量工程和費用使他們成為唯一有望接近音速的候選者。
非官方地，音障可能已經被突破。1979 年，特技演員斯坦·巴雷特聲稱駕駛火箭動力汽車百威火箭號達到了近 740 英里/小時的速度。
但是，如果這輛車確實達到了那麼快的速度——布里德洛夫和其他人對此激烈爭論——它只在一個方向上達到了這個速度。國際汽車聯合會，這個總部位於巴黎的認證這些紀錄的組織，要求車輛必須在兩個相反方向的行駛中，在一個英里長的測量距離內，平均速度打破紀錄，每次行駛間隔在一小時之內。在黑巖沙漠中，汽車將在 15 英里長的平地上行駛。他們將加速近五英里，在大約五秒鐘內透過賽道中間的測量英里，然後減速五英里，透過切斷動力並釋放降落傘，然後在速度低於 300 英里/小時時施加剎車。然後他們將掉頭並沿原路返回。
如何製造一輛以 1 馬赫速度行駛的汽車？布里德洛夫和諾布林的團隊都選擇了最初用於戰鬥機的噴氣發動機。但是，選擇將駕駛員綁在噴氣發動機上原來是最簡單的設計決策之一。讓駕駛員活下來是另一回事。對於汽車達到音速時會發生什麼，我們知之甚少。正如耶格爾所瞭解的那樣，在飛機中，當車輛接近 1 馬赫速度時，發生的衝擊波會在周圍空氣中衰減。當汽車接近音速時，超音速和亞音速氣流之間的邊界會在車輛和地面之間產生衝擊波，這可能會引發潛在的致命後空翻或側滾。
噴氣汽車已經證明了它們的危險性。在去年嘗試駕駛美國精神號創造紀錄時，布里德洛夫以非官方的 677 英里/小時的速度失控並損壞了後輪。英國團隊也因汽車框架上的應力而經歷了磨難。Thrust SSC 在今年 7 月在約旦的傑夫沙漠進行的 540 英里/小時以上的測試中，後懸架支架發生故障，造成了損壞。
沒有翅膀的飛機
競爭者們採用了不同的設計方法。布里德洛夫試圖減小汽車的正面橫截面積，以減少來自 750 英里/小時或更高速度的迎面風的阻力。美國精神號重 4.5 噸，長 44 英尺，最寬處（後輪之間的跨度）為 8.5 英尺。這個寬度比它的英國競爭對手小近四英尺。車身前部的橢圓形旨在讓車身下方的破壞性衝擊波逸散到兩側。此外，車身前部距離地面僅一英寸，以減少壓力可能積聚的區域。後部 18 英寸的較大間隙允許壓力波從後部逸出。
前輪是三個鋁製圓盤，它們在單軸上旋轉，每個圓盤之間隔著十分之一英寸，這種結構旨在增加慣性力，以防止偏航——左右移動。車輪本身在其圓周上纏繞著石墨纖維，並用玻璃纖維封頂。這些高效能輪胎可以保護外輪輞，外輪輞可能會承受 35,000 倍的重力。“如果車輪在高度受壓時撞到岩石，你不需要成為火箭科學家也能弄清楚它可能會從外圍斷裂到輪轂，你就會發生災難性的故障，”布里德洛夫說。
每個後輪都從車身伸出幾英尺。這種設計選擇傾向於向前移動質心（重心），從而增強穩定性。“這就像獨輪車上的把手，”布里德洛夫說。“把手越長，就越容易拿起負載，獨輪車的前輪上的重量就越大。”後軸被包裹在一個扁平的水平翼狀結構中，稱為整流罩。鰭片連線到每個整流罩的遠端邊緣，以防止偏航力。
自從去年的事故以來，布里德洛夫改進了整流罩的空氣動力學形狀，使氣流在頂部加速，而在底部減速。這種設計更改旨在防止下方的空氣變成超音速併產生衝擊波。採取這一步驟還需要增加一套襟翼——可以設定翼面以防止機翼將汽車從地面抬起。
穩定性至上
Thrust SSC 團隊採取了不同的方法，首先確定了安全達到 1 馬赫速度所需的最穩定設計。然後才決定採取動力和減阻措施。與布里德洛夫偏愛試驗和錯誤開發形成對比的是，團隊空氣動力學家羅納德·F·艾爾斯（曾設計過制導導彈）嚴重依賴超級計算機模擬和超音速測試，使用一個兩英尺長的模型，該模型在一個軌道上由火箭燃料推進。
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根據艾爾斯的分析，Thrust SSC 成為比美國精神號更大、更笨重的車輛，重達 7 噸，長 54 英尺。該團隊竭盡全力保持車輛俯仰的穩定性——車頭相對於車輛水平軸線上方或下方的傾斜度。“抬頭幅度過大，你就會像飛機一樣起飛，”艾爾斯說。“低頭幅度過大，你就會把自己埋在沙漠裡。”
成為愛國者導彈還是礦工鑽頭的區別僅在一個度左右的角度。這個角度在超音速速度下也會發生變化。該車採用主動懸架，可以在車輛接近音障時進行必要的俯仰調整。應變計測量車輪上的載荷，並將此資訊傳遞給車載計算機。然後，汽車後部的液壓千斤頂可以自動調整姿態。在兩次行駛之間，還可以調整汽車後部水平穩定器的角度，以確保後輪牢固地保持在地面上。
Thrust SSC 的前輪隱藏在發動機整流罩內，發動機整流罩是容納發動機的罩子，這減少了迎風的橫截面積。將發動機放置在側面並保持較寬的前輪距，使重心比美國精神號更靠前，這是旨在保持車頭位置的措施。向前設定重心抵消了汽車猛然打轉的趨勢。艾爾斯說，來自兩個發動機的增加的推力彌補了增加的重量和更寬的前輪廓產生的額外阻力。“這種型別的汽車沒有重量限制，”他打趣道。與布里德洛夫不同，Thrust SSC 團隊使用鍛造鋁製車輪，這些車輪在沒有輪胎的情況下轉動。該團隊希望沙漠表面足夠柔軟，以彌補車輪上沒有輪胎的不足。
駕駛員格林坐在駕駛艙中，駕駛艙位於兩個發動機之間的中間部分，這使他能夠更好地感受到汽車的左右移動。格林操縱兩個後輪轉向，後輪收在車身底部的後部，以避免干擾噴氣發動機的尾氣。一個後輪略微位於另一個後輪的後方和一側，避免瞭如果車輪彼此平行放置會在後部產生的產生阻力的凸起。前輪固定不動：避免前轉向機構減少了阻力。
在製造超音速汽車中學到的經驗教訓可能除了在吉尼斯世界紀錄大全中留下記錄以及為製造和駕駛汽車的人們帶來刺激之外，幾乎沒有任何價值。“我確信參加世界陸地速度紀錄是你在上帝的地球上可以做的最激動人心的事情，”諾布林說，表達了他的團隊為此任務帶來的傳教士般的熱情。以這些速度執行汽車的實際衍生應用最多隻是推測性的。布里德洛夫指出了輪胎技術的可能性。但是，當被問及這種石墨輪胎可能在何處有用時，布里德洛夫思考了一下，然後回答說：“我不知道。我的任務是獲得陸地速度紀錄。我對其他事情不太感興趣。我認為肯尼迪想去月球。他並不關心由此產生的副產品。他只是想擊敗俄羅斯人。”