地球上的史诗风洞如何让我们更好地在太空中飞行

在航天器登陆火星或未来货机翱翔于城市上空之前，它们必须经过设计并在风洞中经过严格测试。即使是大型航空公司使用的波音 747 喷气式客机，也要接受此类测试。这些设施允许工程师在离地面仅几英尺的地方“飞行”飞机和航天器。NASA 使用这些机器已有 100 年的历史，现在终于建造了一座新的风洞，以适应 21 世纪——这是该机构 40 多年来第一座新风洞。

美国宇航局飞行动力学研究设施 (FDRF) 计划于 2025 年在弗吉尼亚州兰利研究中心投入使用，高度将超过 100 英尺。美国宇航局领导人认为，这将是打造未来航天器的关键。该机构计划使用新的风洞为人类前往月球和火星的太空飞行做准备，以及为前往两个拥有浓密大气层的太阳系星球的机器人任务做准备：金星和土星富含甲烷的卫星土卫六。它也将是下一代地球飞行器的关键，美国宇航局希望使下一代地球飞行器更具可持续性，以符合其到 2050 年实现净零排放的目标。

美国宇航局兰利研究中心主任克莱顿·特纳在该设施奠基仪式的新闻稿中表示：“我们将利用该设施彻底改变世界。我们研究人员的谦逊精神和这种努力将使我们达到新的高度，揭示未知，造福人类。”

风洞通常使用巨大的风扇将空气推过静止物体，以模拟飞行器周围、上方和下方的空气运动。这允许工程师根据他们在实验中看到的情况调整他们的设计，使飞行器更加稳定和符合空气动力学。风洞是试验新技术的安全场所，也是在人类登机前测试任何飞行器安全性的关键步骤。它对火箭和航天器也至关重要，工程师必须确保飞行器能够安全穿越行星大气层。（生物学家甚至使用风洞（虽然不是 NASA 的）来观察飞翔的大雁。）

兰利最近建造的风洞是 1980 年建成的国家跨音速设施。该设施将继续运行，但 FDRF 将取代两个现有的风洞，这两个风洞都已有近 80 年历史：1939 年建成的 12 英尺低速旋转风洞和 1940 年建成的 20 英尺垂直旋转风洞。在新设施中测试的飞行器将超出最初建造者的想象。NASA 兰利首席工程师查尔斯“迈克”弗雷莫在最近一次关于该项目的社区讲座上开玩笑说：“几十年来，我们还没有测试过任何带螺旋桨的东西。”

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第一个 NASA 风洞（也是美国政府的第一个风洞）建于 1921 年的兰利。它基本上是一个装有强力风扇的华丽盒子。从那时起，该机构已经建造了 40 多个风洞，其中许多都有特殊用途。有些很小，只用于微型模型，有些大到可以容纳整架喷气式飞机。每个风洞产生的温度、压力和风速都不同，旨在模拟飞机在现实世界中可能遇到的不同条件。一些风洞可以以每小时 4,000 英里的速度移动空气，比 747 通常的巡航速度（每小时 600 英里）快得多。

许多著名的任务都是在风洞中开始的。例如，好奇号火星车的降落伞早在它进入火星大气层之前，就首先在位于加利福尼亚州的 NASA 艾姆斯国家全尺寸空气动力学综合设施中进行测试。过去几年，NASA 旨在让美国人重返月球的 Artemis 任务的关键部件，包括猎户座载人舱和 SLS 火箭，都在风洞中进行测试。

FDRF 的新风洞将比过去的设施更高效，从而降低成本。此外，对于进行风洞测试的工作人员来说，它将更加安全，过去他们在部署模型时，冒着被吸入机器的风险。“就像我们现在所做的一样……一位非常熟练的技术人员将手动发射模型。这不是开玩笑，”弗雷莫在他的演讲中说。过去，只有一些轻伤，大多数事故只是损坏了设施本身。但现在将有更多的故障安全措施来将风险降至最低。

它甚至可能为飞行汽车铺平道路，通过测试垂直起飞技术，就像《回到未来》中的悬浮汽车或经典的《杰森一家》式飞行汽车所展示的那样。这些都是非常前卫的想法，但如果没有经过时间考验的风洞的帮助，它们永远无法起飞。