航天飞机与吉他

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  当航天飞机从肯尼迪太空中心发射时,它的吼声令人难以置信。即使在数英里外的观众也要紧紧抓住座椅位靠好身子。那种声波几乎可以穿透身体与摇动骨头。
  USATODAY网站报道,不久前,乡村歌手克林特·布莱克在NASA(美国国家航空暨太空总署)网站上发了一项公布。根据布莱克的说法,最近一些卫星发射的事件让他想到他自己。
  “你知道吗,我的吉他就像一个火箭一样。”他说。
  这是演艺事业的夸大其词吗?不是。这是一项科学事实。布莱克的吉他就像一个火箭一样。“他们二者都有共振。”位于休斯顿航天总署(NASA)约翰逊太空中心(JSC)的航天工程师罗德尼·罗查解释道。“当你拿起一把吉他时,”布莱克示范说,“你首先会注意到它下半部的音箱。而这个共鸣作用的音箱,它的形状是为了要配合吉他弦发出的声音。”他拨弄吉他的E弦,发送出它独特的“感人的”的E频率。
  “我们称它为共鸣,任何一把很棒的吉他都需要有这样一种主条件。”布莱克说。
  虽然共鸣对吉他也许很棒,但是“就宇宙飞船而言可能是灾难性的,”罗查提醒道,“当航天飞机离地升空时,主引擎的吼叫声大得可以让靠近发射台底座的人死去——不是被它底部的热浪烤焦,而是被它引擎的声音给杀死。这些引擎以无比巨大的力量在‘弹奏’着宇宙飞船。隆隆震耳的声波贯穿着整艘宇宙飞船与负载物(航天飞机或卫星),不停地在找寻着、探测着、摇晃着。”
  “我们不能让这些声音找到,并引爆出那些感人的共鸣”,罗查说,“否则,声音会被放大,震动会增加,螺栓可能会被震得松脱,盖子可能会被掀起,接合处也可能会松开。”甚至造成航天飞机升空爆炸的悲剧。
  “它确实能让你的任务摇摇晃晃,”布莱克笑着表示。
  这些引擎并不是声音的惟一来源。在火箭升空、穿过大气层飞向太空途中,也会夹带着巨大的撕裂声。在空气中快速前进,会引起强烈的气动噪音,让整艘宇宙飞船嘎嘎作响。“在开车途中,你稍微摇下车窗,就可以听到类似的气动噪音。”罗查说。
  即使在太空中,这些噪音也不会停止。当宇宙飞船要接驳另外一艘宇宙飞船时,或者当它要点燃推进器离去时;每一次推进器的停止或点燃,都会让它像是又被弹奏了一次。
  罗查说,工程师的目标就是要确保这些震动在肇事之前就迅速衰减。用音乐家的语言来说,“火箭设计者必须避免‘余音绕梁’”。
  当布莱克乱弹他的吉他时,声音会持续一阵子。这归功于吉他本身的构造,布莱克说:“注意一下,吉他是用质轻、柔软的木头做成的,这种材质就是容易震动。”
  而火箭却是由僵硬的、质量重的材料制成的,这样就能减少共鸣与余音。但是,那不是宇宙飞船设计者惟一使用的技巧。有时他们还会修改火箭的形状,增加支撑物,或填塞空隙。目的都是为了调降火箭自己造成的震动。
  要调整火箭很不容易,因为它比吉他更复杂。
  想想看,一把吉他由许多零件组成,包括弦栓、弦钮、琴颈、移调夹、音箱的面板和侧边的六条弦。这六弦能发出六个基本的频率:82赫兹,110赫兹,147赫兹,196赫兹,247赫兹,330赫兹;对应开放和弦符号是E2,A2,D3,G3,B3和E4。
  然而,一个典型的火箭是由成千上万个零件组成的。著名的航天飞机就有超过百万个零部件。所有的这些零件一起振动会产生出各种频率的声波,从大象才听得到的低音波,到类似用指甲尖划过黑板的高频尖锐刺耳声都有。
  但是,哪个频率会造成最大的危害?哪个部位最容易受共振?你要如何去调整这个复杂的设备?
  为了回答这些问题,美国航天总署的工程师已经替宇宙飞船研发出“声音技术室”。在这些大房间里摆放着我们从火箭取得的部分,让它们暴露在极大的噪音之下。“确实够大声了。我们在JSC的某一个165分贝的喇叭就能够制造出像航天飞机主引擎产生的那种噪音。”这位工程师说。
  通过观察“受测物体”对声音的回应,工程师能够发现共鸣,并设法改善。“最脆弱的零件多半是有质轻、表面积大的特性——就像吉他那样。”他提醒说。
  “听觉测验”是从40年前的“阿波罗”计划以来火箭设计的一个例行项目。罗查说:“在那时,航天总署工程师就在一些特殊的实验室里,利用极大的声音来测试那次载运宇宙飞船火箭的某些部位,后来对航天飞机的测试也沿用相同的做法。”
  目前,航天总署正准备建造一艘新的宇宙飞船,名为“航天员探测车”(CEV),准备再把航天员送上月球和登陆火星时使用它。“我确信CEV也将会进这种声音测试室来测试。”罗查说。
  谁会曾经猜测到呢?“控制声音的重要性,对火箭科学家和对音乐家都是一样的。”布莱克一边随意拨弄着吉他,一边这样说。如果你仔细聆听,你已在余音中听到月球探测器的发射声了。
  对了,声音在太空中到底是怎么一回事呢?以上说的都是指人类在太空中的飞行。宇宙飞船内有空气,可以传递声波,耳朵可以听到对话声。但是,机器人宇宙飞船内部没有空气,也没有人的噪音,可是它会有震动和共振。它们也都像吉他。
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