科技| 超音速原型机XB-1 突破音障影像被捕捉
[星岛综合报道]NASA 近日释出一张新影像，提供了 Boom Supersonic 公司 XB-1 原型机突破音障的摄影证据。这张照片是在该飞机的第二次超音速飞行中拍摄的，并使用了一种特殊的成像技术来记录这一历史性时刻。
在 Boom Supersonic 研发的首款商业超音速飞机突破音障的过程中，该公司与 NASA 合作，利用一种名为 施里伦（Schlieren）光学 的技术来捕捉这一刻的影像。施里伦技术最早于 1864 年发明，你可能在学校的科学课本里见过这种技术的例子，例如用来展示子弹飞行的画面，或是烛火升腾的气流。然而，这种技术不仅仅是为了让学生在课堂上欣赏酷炫图片而存在，它也能为科学家和工程师提供宝贵的信息。
有许多种方式可以实现施里伦成像，但基本原理是使用一组特殊的光源、透镜、光学刀口以及其他光学设备来照亮一个影像，然后将其反射到萤幕上或透过摄影镜头，以形成一个稳定的影像。
有趣的是，这个影像在周围的空气未被扰动时会保持稳定。然而，当点燃蜡烛或当某个物体以超音速飞过时，就会产生微妙的空气压力、温度和密度变化。施里伦影像能够检测并使这些变化可视化，因为这些变化会改变空气的折射率，进而偏折光线。透过这种技术，我们可以看到人体手臂散发的热量、枪口喷出的气流，甚至蝴蝶翅膀推动的气流。
这些影像非常震撼，也常见于各类科学纪录片。然而，直到最近，这项技术仍然主要局限于实验室，因为要制作如平行光束等光学条件并设置适当的背景，过去的技术需要非常复杂的设备与环境。
2000 年左右，德国航空太空中心哥廷根研究所（DLR Göttingen） 开发了一种称为背景导向施里伦（BOS, Background Oriented Schlieren） 的变体技术。这种技术利用自然纹理作为背景，并结合数码影像处理技术，使得施里伦成像不再需要特殊的光源和复杂的光学装置。
BOS 技术的原理是选择一个稳定的背景，例如沙漠地面，然后将其分割成一种特殊的“斑点图案”。这个背景首先被记录为参考影像，当像 XB-1 这样的飞机穿过该区域时，因为空气的扰动，这些斑点图案会发生细微变化。透过高度复杂的交叉相关算法（cross-correlation algorithms），这些变化可以被测量并转换成可见的影像。
最终的结果就是：XB-1 突破音障的画面被成功捕捉，以21世纪的数码影像技术呈现。这不仅是历史上的一张珍贵照片，BOS 技术还具有实际应用价值。透过分析这些影像，工程师可以确认并改进 XB-1 机身的降噪设计，以减少音爆的影响。此外，BOS 还可以用于研究直升机旋翼、螺旋桨叶片的气流特性，分析机翼涡流模式，甚至记录飞机编队飞行时的气流相互影响。未来，这项技术或许还能为学生们提供更多酷炫的科学影像来欣赏。
图片：Boom Aerospace
T10
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