百问百答

人类在探索宇宙过程中，会遇到冲击波现象。冲击波是自然界中普遍存在的一种物理化学现象，与人类有着密切的关系。2022年12月31日，中科馆大讲堂邀请到中国科学院力学研究所研究员、中国科学院大学教授张德良，和我们一起解锁冲击波的“密码”。

什么是冲击波？它是如何形成的？

在介质中如果在某个很小的空间中具有巨大能量、并在很短的時间内被释放出来，瞬时释放的巨大能量压缩周围介质，将其瞬时压缩形成一个间断的界面，这个间断面就是冲击波。

超音速飞机是如何产生冲击波的？

飞机在超音速飞行时，机头前部空气就会被严重挤压，形成一个空气间断面。间断面后面的空气温度压力升高、能量堆聚，形成一堵高温、高压的“空气墙”——冲击波。这时飞机的气动性能发生急剧变化，阻力突增、升力骤降。随着飞行速度不断增加，形成的冲击波会越来越强。

超新星爆发也会产生冲击波吗？

超新星爆发是某些恒星在演化接近末期时会经历的一种剧烈爆炸过程。恒星通过爆炸会将大部分物质以1/10的光速向外抛散，并向周围的星际物质发射巨大能量，形成类似于“冲击波”的现象。中国科学家曾观测到最强超新星爆发，它的亮度是太阳的5700亿倍。

如何利用冲击波解决火箭和飞行器的防热问题？

当飞行器飞行速度超过声速3倍时，表面温度可达400摄氏度以上，这时飞行器必须考虑防热问题，因为这会引起飞行器发生灾难性事故，导致机毁人亡。长征系列运载火箭发射过程中在整流罩外面必须有一层特殊材料的防热层来防热，否则运载火箭发射会发生事故。此外，现在还在研究新概念的气动防热新方法

冲击波地面反射会产生音爆吗？

超声速飞机在1.6万米高空飞行时产生的冲击波传播到地面时会在地面上反射，这种反射会产生很强的音爆，音爆引起的压强可达到100帕以上。100帕压强大约相当于133分贝声强，它会引起很强的噪声，音爆产生的噪声对人体伤害是很严重的。

（责任编辑 / 高琳   美术编辑 / 韦英章）