“馬赫”到底是什么意思？15馬赫的速度飛一小時(shí)，能飛多少公里？

你有沒有過這種體驗(yàn)，遠(yuǎn)處超音速飛機(jī)朝你飛來，飛機(jī)都擦著頭頂過去了，你才聽見一聲震得窗戶抖的巨響，之前四周安安靜靜啥動(dòng)靜都沒有。這種神奇現(xiàn)象背后，就是大家常聽到的“馬赫”在起作用。很多人一直以為馬赫是速度單位，其實(shí)從根上就理解錯(cuò)了。那15馬赫飛一小時(shí)，到底能跑出去多遠(yuǎn)？今天咱就掰扯明白。

馬赫真不是公里或者米那種長度單位，它壓根就是個(gè)比值。算法很簡單，就是當(dāng)前飛行器的速度，除以它當(dāng)下飛行環(huán)境里的音速。這個(gè)名字是紀(jì)念?yuàn)W地利物理學(xué)家恩斯特·馬赫，他早年間就專門研究物體高速穿過空氣時(shí)產(chǎn)生的沖擊波。

1馬赫說白了就是和聲音跑一樣快，速度超過1馬赫，就等于物體跑贏了自己發(fā)出的聲音，音爆也就跟著來了。這里最容易搞錯(cuò)的點(diǎn)，就是音速不是固定值，完全看你在啥環(huán)境飛。海平面空氣密實(shí)溫度高，音速大概是每小時(shí)1200公里出頭。到了一萬米高空，氣溫掉到零下五十多度，音速就慢下來，只有每小時(shí)大概1060公里左右。

同一個(gè)馬赫數(shù)，在地面和高空對應(yīng)的實(shí)際速度，差了快一百六十公里。之前陸地極速紀(jì)錄保持者安迪·格林開的“推進(jìn)號(hào)”，貼著地面跑到每小時(shí)1230多公里就算突破音障了。協(xié)和式客機(jī)在一萬五千多米的高空巡航，突破音障需要的實(shí)際速度反而低了一大截。兩者都實(shí)打?qū)嵳ǔ隽艘舯赏七M(jìn)號(hào)要拼盡全力堆速度，協(xié)和在高空就輕松很多。

搞懂這點(diǎn)，算15馬赫的距離就很簡單了。按萬米高空的音速算，15馬赫大概是每小時(shí)一萬六千公里，要是貼著海平面算，實(shí)際速度還能再往上，逼近一萬八千公里。這個(gè)速度是什么概念？北京到紐約的直線距離才一萬一千多公里，飛過去都用不了一小時(shí)。地球赤道一圈四萬公里，兩個(gè)多小時(shí)就能繞完一整圈，你早上出門按下起飛鍵，早飯還沒吃完，它都把太平洋甩在身后了。

這個(gè)速度聽著輕巧，人類啃下超音速這塊硬骨頭的過程，一點(diǎn)都不輕松。一九四七年十月十四日之前，各國軍方試了很多年，只要飛機(jī)逼近音速，就會(huì)撞進(jìn)劇烈的湍流里，機(jī)身四面八方承受巨大壓力，瘋抖之后甚至直接被撕開，不少飛行員連人帶機(jī)摔了下去。那時(shí)候好多人都覺得，音障就是老天爺給人類劃的紅線，根本跨不過去。最后是查克·耶格爾開著亮橙色的貝爾X-1，把這條線狠狠踩碎了。

貝爾X-1自己飛不到足夠高度，是被塞進(jìn)B-29轟炸機(jī)的彈艙，帶到加利福尼亞干湖上空兩萬五千英尺高度才投放的。脫鉤之后，X-1一路沖到四萬英尺，速度超過了那個(gè)高度的音速，人類第一次實(shí)打?qū)嵧黄屏艘粽稀＿@不光是耶格爾膽子大，那架飛機(jī)做了專門的氣動(dòng)改進(jìn)，能在湍流里保持穩(wěn)定，再加上耶格爾本身操縱技術(shù)過硬，才成就了這次突破。換個(gè)人坐進(jìn)那個(gè)座艙，扛不扛得住那份劇烈抖動(dòng)，誰也說不準(zhǔn)。

把空氣當(dāng)成水來想，音爆原理其實(shí)很好懂。船在水面走，船頭會(huì)不斷向外推出漣漪，飛機(jī)在空氣里飛，產(chǎn)生的聲波也一圈圈往外擴(kuò)。等飛機(jī)的速度超過聲波擴(kuò)散的速度，聲波就再也跑不到飛機(jī)前面去了。這就是為啥超音速飛機(jī)朝你飛來，飛機(jī)到了你跟前你才聽見聲音，之前啥動(dòng)靜都沒有，聲音全被甩在了后面。

被落下的能量不會(huì)憑空消失，飛機(jī)前后的壓力發(fā)生突變，擠壓出一道沖擊波，這才是音爆的本體。它也不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)錐形，學(xué)名叫馬赫錐，只要錐體掃過的范圍，所有人都會(huì)感受到那一下，飛機(jī)根本不需要從你正頭頂飛過。很多人弄錯(cuò)一件事，音爆不是發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音，它是飛機(jī)前方堆積的高壓空氣，在飛機(jī)飛過去之后突然回填產(chǎn)生的壓力沖擊。你把手快速來回?fù)]，能感覺到空氣貼著手流過，就是這個(gè)道理，只是飛機(jī)的尺度大得多。

很少有人知道，任何超音速物體產(chǎn)生的都是兩聲音爆，不是一聲。機(jī)頭前方堆起巨大壓力，是第一聲，機(jī)尾后方壓力驟然回落，是第二聲。兩聲的間隔只取決于機(jī)身長度，飛機(jī)又大又長，兩聲間隔就拉開，飛機(jī)又小又薄，兩聲幾乎疊在一起，聽著就像只有一聲。當(dāng)年航天飛機(jī)返回大氣層，速度遠(yuǎn)超音速，機(jī)身又大，兩聲的間隔明顯到誰都能聽出來。

音爆的強(qiáng)弱，其實(shí)和速度的關(guān)系沒有大家想的那么大。從1馬赫漲到1.3馬赫，音爆威力漲得很兇，再往上提速，威力變化就微乎其微了。反而是飛機(jī)的重量、尺寸、飛行高度影響更大，飛機(jī)越重越大，擠開的空氣越多，壓力回填的時(shí)候動(dòng)靜就越大。飛得越高，馬赫錐鋪開的范圍越大，六萬英尺高度飛行的超音速飛機(jī)，地面六十英里寬的范圍都在音爆影響里。

正因?yàn)橐舯业饺?、?dòng)物和建筑上都不好受，現(xiàn)在超音速飛機(jī)都被禁止在人口稠密地區(qū)上空飛行。當(dāng)年協(xié)和式客機(jī)服役的時(shí)候，航線沿線的居民沒少抱怨，那聲炸響動(dòng)不動(dòng)就嚇你一激靈，長期下來還和焦慮水平上升掛鉤，極端情況甚至可能傷到聽力。所以超過1馬赫的飛機(jī)通常都會(huì)繞開人口密集區(qū)，實(shí)在要飛過去，也會(huì)把速度降下來。協(xié)和式以2馬赫在五萬兩千英尺高度巡航的時(shí)候，地面正下方的壓力足以震碎玻璃，換誰住這兒也忍不了。

回到15馬赫這個(gè)量級(jí)，到了這份上，音爆已經(jīng)不是主要矛盾了。飛行器面對的第一道坎變成了熱障，空氣被壓縮摩擦，機(jī)體表面溫度能沖到上千攝氏度，普通合金根本撐不住，得靠特種耐高溫材料硬扛。第二道坎是通信黑障，高速穿行的時(shí)候，飛行器周圍會(huì)電離出一層等離子體，無線電信號(hào)打不進(jìn)也出不來。飛船返回大氣層的時(shí)候速度能到二十幾馬赫，黑障持續(xù)的那幾分鐘，地面只能干等著。

正因?yàn)殡y度這么大，高超音速領(lǐng)域一直是各國下重注攻關(guān)的方向。咱們國家在這塊一直悶頭搞積累，懷柔的超高速風(fēng)洞能在地面復(fù)現(xiàn)幾十馬赫的飛行條件，飛行器真正上天之前，先在實(shí)驗(yàn)室里吹夠無數(shù)次。咱們的東風(fēng)-17這類高超音速裝備已經(jīng)公開亮相，背后是幾十年在風(fēng)洞、材料、控制領(lǐng)域一步步啃出來的技術(shù)。這些核心技術(shù)買不來，也靠臨時(shí)突擊不出來，得一步一步熬。

七十多年前耶格爾沖過音障的那架X-1，機(jī)身不到十米長，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燒幾分鐘燃料就見了底。今天我們已經(jīng)能沖擊十幾馬赫的飛行速度，可空氣還是那口空氣，最基礎(chǔ)的規(guī)則一點(diǎn)沒變。誰跑贏了聲音，就得接受空氣給出的所有挑戰(zhàn)，這么多年過去，這條規(guī)矩一個(gè)字都沒改。

參考資料：人民日報(bào) 《帶你讀懂“馬赫”的真正含義》