火箭发射的噪音到底有多大

半个世纪前，当美国宇航局的土星五号火箭将人类送上月球时，每次发射都以其威力让旁观者惊叹不已。发射时产生的火焰令人眼花缭乱。它的爆炸声如雷鸣般响亮。它吸引了世界各地许多人的想象力，至今仍在航天传说中占有一席之地。

一些关于土星五号威力的传说夸张地描述了爆炸瞬间的声响。据称，发射的声音融化了混凝土，并点燃了附近的草地。

航空声学家通过新的计算证实，任何此类影响肯定不是由发射声音引起的，这在 8 月 23 日发表在《美国声学学会杂志》上的一篇新论文中有所描述。但他们表示，了解土星五号等大型火箭的轰鸣声越来越重要。美国宇航局的最新火箭——有史以来最大的火箭——太空发射系统 (SLS)——将于周一发射阿尔忒弥斯一号任务。与此同时，政府和商业太空飞行事业正在全球范围内迅速扩张。

“如果你参加过发射，你会发现发射时的声学效果非常大，”杨百翰大学物理学教授、新论文的主要作者肯特·吉说。但了解声音的强度不仅仅在于你在火箭发射附近听到的声音。“如果你不了解火箭产生的声学效果，你就无法有效地设计有效载荷，”他说，因为火箭发射的声学效果可能会对火箭上的所有东西造成损坏。随着人类进一步深入宇宙，这可能会使太空飞行变得不必要地具有挑战性。

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詹姆斯麦迪逊大学数学教授兼航空声学专家 Caroline Lubert 表示，火箭发射噪音来自多种复杂因素的结合。她不是这篇新论文的作者，但曾与 Gee 合作重新评估过去半个世纪的火箭噪音，这项工作为新土星五号论文奠定了基础。航空声学专家最担心的是火箭噪音引起的振动，这种振动可能会损坏火箭、其有效载荷甚至发射台结构。这些结构还可以通过反射声音来放大火箭声学。

卢伯特说，随着太空港在全球各地不断涌现，发射产生的噪音污染越来越受到周边社区和野生动物的关注。

需要进行新的计算来预测发射噪音有多大。Gee 表示，许多关于火箭发射声功率的想法都是基于 1960 年 NASA 阿波罗计划之前进行的噪音研究。其中一些旧信息是基于观察而不是直接记录的数据。确定土星五号发射的实际影响可以让工程师直接比较那次月球发射和即将进行的发射。

当 Gee 和同事们调查火箭发射声学的历史记录时，他发现有关土星五号发射声级的报告差异很大。一些报告称土星五号发射的声级低至 180 分贝，而另一些报告则称高达 235 分贝。（作为对比，商用喷气式发动机的声级范围约为 120 至 160 分贝。）而且，由于这是一个对数测量，每增加 10 分贝，就会增加一个数量级。

“从灯泡的角度来看，这就好比说 10 瓦灯泡和兆瓦灯泡是同一种东西，”Gee 说。“人们确实没有很好地理解这些水平是什么，也没有很好地描述这些水平。”

Gee 解释说，评估声音时面临的挑战之一是，分贝测量两个不同的指标：声功率和声压。他说，声功率是指火箭产生的声能总量。而声压是指到达给定距离的声音量。距离噪音源越远，噪音越小，因此该点的声压越小。

他说，有关土星五号发射时发出的分贝较低的部分报告很可能来自对声压而非声功率的测量。

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当 Gee 和他的团队根据火箭的推力和其他特性制作出土星五号发射声功率的计算机模型时，他们发现它会产生大约 203 分贝的声功率。这个声音非常非常大，但还不足以融化混凝土或引发草地火灾。“人类还没有制造出能够仅从声波中产生这种声音的声源，”Gee 说。作为比较，他说，土星五号发射的声学效果相当于大约 700 架军用飞机同时飞行时的声音。

Gee 和他的团队预计，SLS 发射的阿尔忒弥斯一号火箭将产生与土星五号火箭类似的声功率，甚至可能高出一分贝。“火箭发射时产生的推力和功率会稍微大一些，我们会利用这一点以及我们之前所做的建模，”他说，“我们会采用同样的方法，这意味着 SLS 火箭的声功率会比土星五号火箭稍微大一些。”

但 Lubert 表示，SLS 也有可能因为 NASA 的现代噪音抑制系统而变得更低沉。“我们已经做了其他事情来弥补（在土星五号发射后的五年里），”她说。“在预测振动声学负荷方面存在很多变化和不确定性。”

周一，当 SLS 计划发射阿尔忒弥斯一号时，吉和他的团队将在附近。他们根据土星五号研究选定了战略要地，并安装了传感器，准备检查 NASA 迄今为止最强大的火箭是否也是噪音最大的火箭。