1950 年 10 月，《大眾科學》雜誌特別介紹了「在擔當飛機、火箭和盔甲的結構材料上，挑戰鋁和鐵」的「新競爭者」。強韌、質輕又抗腐蝕，鈦扮演未來的神奇金屬。
英國牧師，同時也是礦冶專家兼化學家葛瑞格（William Gregor）於 1791 年在康瓦耳的馬納坎（Manaccan）村一條河中分離出一些「黑沙」時，發現了鈦。今天我們知道那是鈦鐵礦，主要成分是鐵鈦氧化物，他從這種礦物中提煉出混合物，其中含有一種新元素的氧化物，他把它命名為馬納坎礦。四年後，德國化學家克列普洛（Martin Klaproth）由鈦的另一種重要礦物，金紅石中分離出二氧化鈦。他把新元素取名為鈦（titanium），這個名字來自希臘神話中的泰坦（Titan）巨神族，這些神遭父親優拉納斯（Uranus）囚禁在地球內部。克列普洛也發現了鈾（uranium）；在那個時代，這兩種元素的性質都未完全瞭解，所以他選用了抽象的名字。然而，純屬巧合，最後證實克列普洛的命名相當恰當：和泰坦族受困在地球內部的情況一樣，鈦在礦物中的鍵結很強，非常難提煉。
直到 1910 年，冶金專家杭特（Matthew Albert Hunter）在紐約州的壬色列理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute ）進行研究時，才製出純的金屬鈦樣本。進行這項研究時，他發現了鈦的特殊物理性質。而自從首次發現鈾以來，經過了一百五十年，直到1940 年代，才發明出把鈦由礦物中提煉出來的商業製法。當冷戰初期緊張局勢逐漸升高，美俄雙方都渴望能建立先進的科技，使自己在海面、空中及外太空都占有優勢。鈦看起來似乎就是能達到這個目標的神奇新金屬。第一次及第二次世界大戰是用鐵和碳作戰；冷戰將是用鈦和鈾作戰。
鈦使冷戰時期的工程發揮到極致，例如洛克希德公司的超音速間諜機黑鳥。黑鳥的飛行速率是音速的三倍，超越任何蘇聯的先進飛彈科技，可以在數小時之內，把重要的軍事情報帶回美國本土。黑鳥是工程界令人讚歎的傑作，而且至今仍是世界上最快的吸氣式載人噴射機。
超音速黑鳥
「我們將飛在（2 萬 7 千公尺的）高空上，並把速率提高到 3馬赫⋯⋯我們飛得愈高愈快，別人要追蹤我們的位置就愈困難，更不用說想阻止我們了。」洛克希德航太公司研發中心副總裁詹森（Kelly Johnson）對一群工程師解釋道。
1950 年代在冷戰的高峰期，美國渴望知道蘇聯的軍事實力。衛星技術有嚴重的限制：軌道固定，太容易預測，路徑不可能不被發現，何況由外太空拍攝到的畫面通常都很模糊。
詹森相信他的間諜機是能蒐集足夠軍事情報，還能確保機上飛行員安全的唯一方法。冷戰時期第一批間諜機是由第二次世界大戰的轟炸機改裝而成的，這些飛機速率緩慢，又在低空飛行，很容易受到蘇聯的攻擊。1950 年代末期，洛克希德最先進的間諜機 U-2，可以在 21 公里的高度飛行，速率最快可達時速 8 百公里，但是蘇聯砸下重金，研發可以攻擊 U-2 的先進反間諜機武器。美國顧慮到 U-2 易遭蘇聯反間諜機科技的攻擊，所以想發展一種可以飛得更高、更快的新型間諜機。事實上也確實如此，1960 年正當洛克希德開始研發黑鳥時，一架 U-2 被擊落，飛行員鮑爾斯（Gary Powers）遭 KGB 逮捕。
黑鳥的飛行速率是 U-2 的四倍，飛行高度高了 6 公里，實現了美國的雄心壯志。設計這架飛機時的野心可不小：美國空軍希望打造一架飛機，不必再躲避蘇聯的飛彈，而是快到讓任何飛彈都無法鎖定。以前就有飛機飛過 3 馬赫以上的速率，但那是利用後燃器造成的短程爆發。黑鳥將以這種速率做正常飛行，全程都要使用後燃器。但是要成功打造如此複雜的工程傑作，洛克希德的工程師必須先學會如何駕馭鈦。
1959 年，詹森的 3 馬赫飛機研究工作開始在洛克希德的設計工程單位「臭鼬工廠」進行，「臭鼬工廠」的暱稱，是因為附近有一家塑膠工廠會發出難以忍受的惡臭而來。工程師很快就體認到，鋼實在太重了；而鈦是質輕金屬中，唯一能承受 3 馬赫飛行造成的高溫的。
27 公里的高空，空氣接近真空，非常稀薄。溫度是會凍死人的攝氏零下 55 度。即使如此，因為黑鳥飛得比步槍子彈還快，機鼻會因與空氣摩擦而使溫度上升到攝氏 400 度以上。靠近後燃器的地方溫度更超過 560 度。要不是漆成黑色，溫度還會更高，也因為漆成黑色，因而有了黑鳥之名。溫度變化這麼大，造成飛機在飛行時會膨脹數英寸。機身與燃料箱只有在高速飛行時才能緊密結合，一旦降落，燃油就會由縫隙漏出，滴在跑道上。
黑鳥的結構重量中，鈦超過百分之九十。這個計畫啟動之時，沒有人曾經這樣大規模，或在如此極端的條件下使用過鈦。只有美國境內的小公司「鈦金屬公司」處理過鈦，而且這家公司製造的鈦，品質不太穩定。不但如此，他們還找不到足夠的鈦來打造飛機。中情局找遍全球，最後由蘇聯的一家出口商那裡取得貨源，對方並不知道他們正協助打造要用來對付蘇聯的間諜機。
在設計、測試與打造黑鳥間諜機期間，共製造了 1 千 3 百萬個鈦零件。工程師在過程中遭遇許多困難。一點點雜質就會讓鈦變脆，一開始時，某些零件由腰部的高度掉下來，就會砸得粉碎。用鋼筆畫的線會很快把鈦薄片侵蝕出一條縫；鍍鎘的板手會造成螺栓脫落；最奇怪的是，夏天製造的點焊板會碎裂，但冬天製造的不會。後來終於找出汙染源是氯，原來臭鼬工廠在夏天為了防止產生藻類，在水塔裡添加了氯。
這些問題後來都找到了解決方案，但費用很高。工程師必須在極度潔淨的環境裡工作，每一個零件都要泡在酸中，然後在氮氣中焊接。這架飛機的造價快速增加到幾億美元。
但是它還是建造完成了，而且在 1964 年 12 月 22 日舉行處女航，為了娛樂詹森，它以超音速飛行低空掠過空軍基地的跑道。洛克希德成功造出人類歷史上最不可思議的飛機。至今這仍然是最佳典範，顯示人類智慧與地球元素的特殊性質相結合時，會產生什麼火花。
黑鳥不只是工程奇蹟，也是功能強大的戰爭工具。越戰期間它首次執行任務時，很快就展現了價值。位於南越溪生的美軍基地遭北越軍隊包圍，但是美軍找不到敵人補給兵員與彈藥的卡車停車場。1968 年 3 月 21 日，黑鳥執行偵察任務時，飛過南北越之間的非軍事區。它拍回的照片不只揭露了可疑的卡車停車場，還有包圍溪生的重型火砲布置圖。幾天後，美軍對這些目標發動了空中攻擊，而且在兩個星期之內就解除了包圍。
黑鳥在越南證明了它的價值之後，在 1973 年 10 月又再次派上用場，當時埃及軍隊渡過蘇伊士運河，發動贖罪日戰爭。阿拉伯聯軍的閃電攻擊令以色列猝不及防，而美國在這場衝突中支持以色列，擔心如果情報不足，以色列可能會失去更多領土。蘇聯則支持阿拉伯聯軍，已經調動宇宙衛星提供以色列軍隊的位置給阿拉伯聯軍；尼克森總統下令黑鳥也對以色列提供類似的支援。
黑鳥自紐約飛到阿拉伯與以色列邊界，距離有 9 千公里，它破紀錄在 5 小時內抵達，且在禁區上空飛行 25 分鐘就足夠它拍照了。第二天早上，顯示阿拉伯軍隊位置的照片已經放在以色列參謀總長的桌上。
有了鈦，美國在冷戰時期掌控了整個天空。在太空中，美國也一樣占盡優勢，阿波羅及水星太空計畫中都廣泛使用鈦。但是在鐵幕的另一邊，蘇聯也利用神奇的鈦金屬稱霸海洋，他們建造了一種新型的潛水艇，體積較小、速率較快，而且可以潛到較深的海底。
打造蘇聯潛艇
「這一定是先進設計：新的材料、新型的發電機，還有新的武器系統 —這一定是最高級的。」斯維亞托夫（Georgi Sviatov）在擔任 K-162 潛艇的蘇聯海軍初級工程師時這麼說。當時蘇聯想製造一艘潛艇，要能快速通過危險水域去攻擊敵人，而且中途不會被偵測到。
工程師想使用鋼和鋁，但是鈦的優點很明顯。在打造潛艇船身時，金屬的強度對重量比值是首要考量，船身一定要輕，潛艇才能自然浮出水面，但是同時也要能承受極大的水壓。鈦的優異比值能使蘇聯潛艇下沉到創紀錄的深度。不但如此，鈦又能抗腐蝕，它的表面會形成二氧化鈦薄層，在嚴苛的海洋環境中保護船身。而且，鈦和鐵不同，鈦不是磁性物質，潛艇較不會被偵測到，也不會引爆磁性水雷。
美國完成鈦製黑鳥時，蘇聯正在為高科技船身努力。第一艘鈦船身潛艇 K-162 太貴了，大多數人都認為，就算用黃金打造也不用這麼貴；於是，這艘潛艇就被戲稱為「金魚」。
1983 年，蘇聯又再次使用鈦，這次要打造世界上潛水最深的潛艇。長度 122 公尺的共青團員號（Komsomolets），船身內層用鈦打造，可在 1 公里的深度運作。1989 年 4 月，共青團員號沉沒於挪威海，起因是有一條高壓空氣管線起火燃燒，引發大火。火焰快速經由富含氧氣的空氣蔓延開來。因為火燒、水淹，加上窒息，60 名水兵中有 42 名死亡。破裂的鈦製船身、兩座反應爐，以及至少兩枚核彈頭，至今仍沉在海面下 1.6 公里處，封在混凝土製成的石棺內，以防止裡面有毒的鈽外漏。
美國軍事情報團在 1960 年代末開始蒐集蘇聯鈦船身潛艇的證據。衛星照片拍到，在列寧格勒（聖彼得堡）蘇多梅海軍上將造船廠（Sudomekh Admiralty Shipyard）中有一種特殊金屬，這金屬對光的反射性太好，不可能是鋼，而且它也不腐蝕。在 1969 年冬天，美國海軍助理武官葛林（William Green）中校在訪問列寧格勒時，撿到一片碎片，這是由駛離蘇多梅船廠的卡車上掉下來的。結果發現那是鈦。這件事到了 1970 年代中期才獲得證實，當時情報團的軍官在檢查蘇聯送往美國的廢五金中，發現有一片鈦上面刻了 705 的數字。情報團已知這是一直在注意的蘇聯潛艇計畫的序號。長期以來，美國都不相信蒐集到的情報。要打造船身像蘇聯潛艇這麼龐大的尺寸，鈦看起來實在太貴，也太困難了。
冷戰結束後，具有極度深潛能力的鈦船身潛艇，以及 3 馬赫的鈦機身飛機，都不需要了。在 1990 年代初，隨蘇聯瓦解，鐵幕兩邊都可以刪減軍事費用了；美國總統老布希及英國首相柴契爾夫人稱之為「和平紅利」。最後一艘 705 型潛艦已退役，而黑鳥的經費也已經刪除，整個研發過程結束，黑鳥成為史上唯一未遭敵人砲火擊落，也未損失任何乘員的軍機。
本文摘自《改變世界的七種元素》，由天下文化出版
