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用太陽當閃光燈,NASA實拍超音速戰鬥機突破音障衝擊波

美國宇航局(NASA)正在開發X-Plane, 這是一種超音速飛機, 不過NASA的要求很高, 希望這種超音速飛機能夠安靜地飛行。 我們可能都有這樣的體驗, 當我們平時聽到飛機聲, 抬頭望向天空的時候, 往往找不到飛機的影子, 非得往聲音傳來處前方很遠的地方看, 才能發現飛機。 這是因為飛機的速度已經超過音速, 遠遠跑在了聲音前面。

飛機超音速, 必須突破音障, 產生短暫而強烈的巨大音爆。 這種音爆是聲學能量的高度集中面, 又稱激波或衝擊波(Shock Wave)面, 可以破壞地面建築, 甚至讓飛機解體或失控墜毀。

為了研製安靜的超音速飛機,

NASA的工程師決定捕捉飛機產生的衝擊波, 但這種衝擊波來無蹤去無影, 怎麼才能捕捉得到呢?這可難不住科學家們, 他們想到了一百多年前發明的紋影攝影法。 紋影攝影利用光在流場中折射率梯度正比於流場氣流密度的原理, 將流場中不可見的密度梯度變化轉變為可記錄的光強變化, 可將超音速飛機壓縮空氣產生的衝擊波, 變成可觀察、可分辨的圖像。

但紋影法需要強烈的背景光源, 到哪裡去找可供拍攝超音速飛機使用的閃光燈呢?你可能已經想到了, 太陽!沒錯, 就是太陽。 科學家們用望遠攝像機對準太陽, 然後飛行員駕駛飛機高速掠過太陽和望遠鏡之間, 捕捉飛機導致的瞬間的局部“日食”。

說起來似乎非常容易, 但這種攝影方式極為困難, 每一個環節都必須拿捏得異常精確才行, 飛機必須超音速, 掠過太陽時間不到1秒, 軌跡誤差不超過30米。 這是科學家們拍到的第一批圖像, 簡直是酷逼帥呆了!

NASA仍在不斷研究和改進這套成像系統, 希望可以追逐高速飛行的飛機進行拍攝, 並在2022年達成這一目標。

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