猴哥能飞越十万八千里吗？云中筋斗云揭秘

西游漫话：

猴哥跟随灵台方寸山、斜月三星洞的须菩提祖师，学会七十二般变化。一日祖师问猴哥近来又学会什么，猴哥答说已能腾云驾雾。祖师要猴哥试飞看看，但见猴哥将身一耸，打了个跟头，跳离地有五六丈，踏云霞去有一顿饭工夫，往返不过三里远近。祖师笑道：“这算不得腾云，只能算爬云而已。将四海之外，一日都游遍，才能算是腾云。”猴哥叩头即拜：“师父，好人帮到底，索性来个大慈悲，既教会我七十二变之法，把这腾云之法也传给我，我决不忘恩。”祖师教猴哥学会筋斗云，一个筋斗就是十万八千里。

西游论道1：猴哥能超音速飞行吗？

猴哥一个筋斗飞越十万八千里，假设翻个筋斗用时100秒钟（不到两分钟），飞行速度约为540千米/秒，比声音在空气中的传播速度要快1636多倍，比洲际导弹7千米/秒的速度快77倍。就算猴哥慢腾腾地驾筋斗云前进，用时1000秒（约为17分钟），它的速度依然是声音的160多倍，是导弹速度的7倍多。这当然是神话小说的幻想，古人对物体高速运动的后果不得而知，凭空想象飞的越快越好。

物体在空气中高速运动有什么影响吗？当一个人穿过任何流体，无论是空气、水还是机油，这些流体就要绕过你。介质的密度越大，越快完成这个过程就越难。在空的游泳池行走很容易，要是在装满水的游泳池中行走，你需要更多的力把挡在前面的水推开。如果泳池中装满蜜糖，行走更加困难。这种阻碍流体流动的性质称为黏滞性，物体在流体中运动，黏滞性使得介质的密度增加。空气分子之间有很大空间，常温常压下邻近空气分子之间的距离是氧气分子直径的一千倍，空气分子运动速度为330米/秒，与声音在空气中的速度相同。如果你在空气中奔跑的速度超过330米/秒，面前会形成一个高密度的区域。你将前方的空气挤开，身后留下一个空气密度较低的区域。这个低密度区域可看成一个半真空的环境，其他空气自动涌向这里。跑得越快，身后空气与身旁空气之间的气压差会越大，平衡气压差需要的力更大。当地铁进入隧道时，封闭的隧道使列车身后的上升气流增强，一些报纸和垃圾就会在列车身后漂浮。

猴哥腾云驾雾飞行，飞机在天空呼啸而过。我们以飞机为研究对象，看看高速运动对飞机产生的影响。美国发明家莱特兄弟1903年驾驶飞机上天，人们认识到航空对人类社会产生了巨大影响。第二次世界大战期间，活塞式发动机、螺旋桨飞机的速度已经发展到顶峰。当时空战主要以机炮和机枪作为武器，谁的飞机速度快，谁就能抢到有利空域赢得胜利。美国飞行员耶格尔驾驶时速700多千米的“野马”式战斗机与德国飞机作战时，经常先把战机拉高，然后俯冲，借助重力加速度提高飞机速度。可是当飞机出现800千米/小时的速度时，耶格尔操纵飞机时产生失控的感觉，飞机振动特别厉害。此时飞机速度接近于音速，人们把这种现象叫“音障”。

飞行器的飞行速度用马赫数表示，马赫是奥地利物理学家，为了纪念他在超音速弹丸研究作出的贡献，人们把飞行器的飞行速度v与当地音速a之比值称为马赫数，用M表示。飞机低速飞行时，马赫数为0.4；亚音速飞行时，马赫数为0.4～0.75；超音速飞行时，马赫数为1.20～5.0。当飞机用亚音速（M＜0.75）以下的速度飞行时，在机头前方的空气受到的冲击压力不大，空气微团可避让飞行。音波也能向机头前方传播，飞机能顺利飞行。若把飞机速度提高到接近音速（M≥0.8）时，机头前部（包括机翼前缘）的空气来不及避让飞机，此时飞机迎流面对空气的压力加大，空气密度随之增大，飞机要消耗更多的能量，才能够推开机头前方的高压空气。当飞机速度达到音速时，音波不能向前传播，产生很大的激波阻力，机头前部的空气温度升高，能量集中而形成一堵高温高压的空气墙，飞机难以逾越，这种现象就叫作“音障”。这两道激波传播到空间和物体，会感到有强烈的变化。反映到人的耳朵里，耳鼓膜受到突然的空气压强变化，感觉是两声雷鸣般的巨响，这种响声称为“音爆”。音爆只有在飞机作超音速飞行时才会出现，传到地面上会形成如同雷鸣的爆炸声。

这就像站在平静的湖边，突然有一艘快艇急速驶过，岸边的水面开始是平静的，但最后由航迹形成的一大股水波会翻滚上岸。飞机以超音速飞过时，情形完全一样，只是强大的航迹波现在变成音爆。飞机在突破音障时伴随的一个奇特现象是“音爆云”，这是由于在激波面后方由于气压降低而引起温度降低，水汽凝结形成微小的水珠，看上去就像云雾一般。这种云雾只能持续几秒钟，激波现身后就转瞬即逝。

如此巨大的声响，驾驶飞机的飞行员有同样的感觉吗？飞行员听不到这种响声，因为他坐在座舱里，无法感觉到激波引起的压强、密度、温度的变化。即使座舱不密封，飞行员始终处于前激波的后面、后激波的前面，处在暂时稳定的等压强条件下，所以听不到音爆。音爆的强弱以及对地面影响的大小，与飞机的飞行高度有直接关系。激波和水波一样，距离越远，波的强度也越弱。飞机作低空超音速飞行时，地面的人能听到震耳欲聋的巨响，影响人们的生活和工作，严重时会震碎玻璃和损坏建筑物。一架在16000米高空以两倍音速飞行的协和客机，产生的音爆对地面压强高达100帕，相当于在1平方米的窗户玻璃上施加100牛顿的力，玻璃会哗哗直响。如果把压强换算成更直观的声强，100帕大约相当于133分贝，如果你身处重金属摇滚音乐会的大音箱旁边，就知道133分贝声音的巨大效果。随着飞行高度的增加，这种影响越来越弱，超过一定高度后，地面基本不会受到影响。

图1-4 音爆的形成

西游论道2：猴哥能被热障熔化吗？

猴哥腾云驾雾前进，要当心铜头铁臂被空气摩擦生热而熔化。飞机在追求高速运动时，会遇到麻烦的热障现象，即飞机在高速飞行时，气流对机身产生的冲击力、压力和摩擦力转换成热能，对机身加热所造成的热障碍。气流对飞机压力和摩擦所产生热量称为气动加热，飞行速度越高，气流对飞机表面的加热越高。飞机速度在2马赫（约660米/秒）时，飞机的迎流面温升可达100℃，速度提高到2.5马赫时，温度升高到200℃。航天飞机重返大气层时速度可达25马赫（约8250米/秒），飞机迎流面的温度升高到1400℃。一位宇航员描述航天飞机闯过热障的壮观景象：“飞机进入大气层，首先从舷窗中看到烟雾，然后出现五彩缤纷的火焰，同时发出噼噼啪啪的声音。”这是飞机头部的烧蚀材料在燃烧，它们牺牲自己，把飞机内的温度维持在常温范围，保护飞机平安返回地面。

热障对飞机性能有很大影响，一般制造飞机用的结构材料都是铝合金，铝合金的熔点低，在200℃的环境中铝合金构件的强度会降低。若飞机升温过高，结构强度降低，可能造成飞机结构破坏，甚至在空中解体。飞机上有很多仪器仪表，它们的工作温度范围大多为50～60℃。超过工作温度，仪器仪表指示就不灵了。飞机的驾驶舱设有空调降温，但要是飞行速度太快，机身产生的升温超过200℃以上，那么舱内空调也无济于事。

解决热障有两种方法：一是使飞机的飞行速度不进入热障，二是给进入热障的飞机加防热罩。用铝合金材料制造的飞机速度不超过2.2马赫，世界上超音速飞机大多控制在2.2马赫以内。航天飞机必须使用特殊材料，作出特殊处理才能躲过高温。现在使用泡沫陶瓷瓦片作高温防护层，既耐高温又起热绝缘的作用，不使温度向机舱内传导。美国航天飞机用2.6万块蜂窝结构硅瓷片组成的防护层，可经历返回大气层的热障考验。

与热障有关的另一个现象是黑障，当飞船返回大气层，摩擦发热使返回舱材料和周围气体分子被分解和电离，形成一个等离子层。等离子体具有吸收和反射电磁波的能力，包裹返回舱的等离子体层形成电磁波屏蔽层。飞船离地面40千米～80千米范围，舱外的无线电信号进不到舱内，舱内的无线电信号传不到舱外，飞船失去无线电联系，这就是黑障现象。好在电磁屏蔽的时间很短，返回舱出现黑障时，处于正常下降轨道状态，没有无线电测控影响不大。黑障持续时间仅4分钟左右，返回舱降至稠密大气层开伞减速后，黑障自动消除。

图1-5 热障的产生(www.xing528.com)

西游论道3：猴哥能飞达天庭吗？

猴哥经常腾云驾雾，到天庭拜访各位神仙。从地球到高高在上的三十三重天庭，路途如此遥远，猴哥只要一个筋斗云就到达。但是，人类梦想飞天的愿望，直到20世纪才实现。

为了把飞行器送入太空，人类研制了各种类型的运载火箭，它是由多级火箭组成的航天运载工具。运载火箭将人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等送入预定轨道。任务完成后，运载火箭被抛弃。1957年苏联首次利用运载火箭发射第一颗人造卫星，至20世纪80年代，世界各国已研制成功20多种大、中、小型运载火箭。最小的仅重10.2吨，推力125千牛，只能将1.48千克重的人造卫星送入近地轨道。中国研制的新一代大推力“长征五号”运载火箭，其运载能力达到25吨，基本与国际顶级水平相当，能够在低轨道发射空间实验室，也能够在高轨道为月球探测、其他深空探测服务。“长征五号”火箭有4个助推器，身高59.5米，起飞重量为643吨，起飞推力为8177千牛。

在人类飞天的旅途中，有三个宇宙速度制约人类脱离地球，飞向外太空的宏伟征途。从研究两个质点在万有引力作用下的运动规律出发，人们把航天器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小速度，分别称为第一宇宙速度、第二宇宙速度和第三宇宙速度。

1.第一宇宙速度

人造卫星在地面附近绕地球作匀速圆周运动，必须具有的速度v₁=7.9千米/秒，随着轨道高度增加，地球引力下降，环绕地球飞行需要的速度也降低。航天器在距地面很高的大气层外飞行，它们的飞行速度比第一宇宙速度低。因此，第一宇宙速度既是发射航天器的最小初速度，也是它们绕地球飞行时的最大环绕速度。

2.第二宇宙速度

航天器超过第一宇宙速度达到一定值时，会脱离地球的引力场，成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度叫作第二宇宙速度，第二宇宙速度v₂=11.2千米/秒。

3.第三宇宙速度

从地球起飞的航天器飞行速度达到16.7千米/秒时，可以摆脱太阳引力的束缚，脱离太阳系进入更广袤的宇宙空间，这个脱离太阳系的最低飞行速度就是第三宇宙速度。

图1-6 宇宙速度

2010年12月，美国宇航局发射的“旅行者1号”飞船，经过长达33年的长途跋涉，飞行路程超过177亿千米，接近太阳系边缘。该飞船将在未来四年内穿过太阳系边界，首次进入广袤的恒星际空间，成为离地球最远的人造飞行器。进入星际空间后，“旅行者1号”需要4万年的时间才能抵达下一个行星系，注定这是一个漫长而孤独的旅途。

“旅行者1号”于1977年9月5日发射升空，最初的设计目的是考察木星和土星。它以三块放射性同位素温差电池发电机作为动力来源，这些发电机已经大大超出原先设计寿命，目前仍然状态良好。科学家认为它们在2020年前仍能继续提供与地球联络的电力，航行速度高达61155千米/小时。

为了将反映地球的图片和声音发送至可能存在的外星人，作为向外太空派出的先遣使者，“旅行者1号”携带一个类似留声机唱片的铜质磁碟，里面有用55种人类语言录制的问候语，旨在向外星人表达人类的问候。这个磁盘有30厘米厚，表面上镀有一层金，磁盘上面还有美国前总统卡特的一份书面问候，内容是：“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力生活过我们的时代，进入你们的时代。”磁盘上有一个90分钟的声乐集锦，主要包括雷声、海浪撞击声、鸟鸣声等自然界的各种声音以及27首世界名曲。磁盘上刻有115幅影像，包括太阳系各行星的图片、人类的器官图像及说明等。它们真实地记录地球人类的生活及特征，这是向宇宙其他智能文明反映人类文明的符号，其中任何一个信息都能引起外星人的深思。