科技| 超音速原型機XB-1 突破音障影像被捕捉
[星島綜合報道]NASA 近日釋出一張新影像，提供了 Boom Supersonic 公司 XB-1 原型機突破音障的攝影證據。這張照片是在該飛機的第二次超音速飛行中拍攝的，並使用了一種特殊的成像技術來記錄這一歷史性時刻。
在 Boom Supersonic 研發的首款商業超音速飛機突破音障的過程中，該公司與 NASA 合作，利用一種名為 施里倫（Schlieren）光學 的技術來捕捉這一刻的影像。施里倫技術最早於 1864 年發明，你可能在學校的科學課本裡見過這種技術的例子，例如用來展示子彈飛行的畫面，或是燭火升騰的氣流。然而，這種技術不僅僅是為了讓學生在課堂上欣賞酷炫圖片而存在，它也能為科學家和工程師提供寶貴的信息。
有許多種方式可以實現施里倫成像，但基本原理是使用一組特殊的光源、透鏡、光學刀口以及其他光學設備來照亮一個影像，然後將其反射到螢幕上或透過攝影鏡頭，以形成一個穩定的影像。
有趣的是，這個影像在周圍的空氣未被擾動時會保持穩定。然而，當點燃蠟燭或當某個物體以超音速飛過時，就會產生微妙的空氣壓力、溫度和密度變化。施里倫影像能夠檢測並使這些變化可視化，因為這些變化會改變空氣的折射率，進而偏折光線。透過這種技術，我們可以看到人體手臂散發的熱量、槍口噴出的氣流，甚至蝴蝶翅膀推動的氣流。
這些影像非常震撼，也常見於各類科學紀錄片。然而，直到最近，這項技術仍然主要局限於實驗室，因為要製作如平行光束等光學條件並設置適當的背景，過去的技術需要非常複雜的設備與環境。
2000 年左右，德國航空太空中心哥廷根研究所（DLR Göttingen） 開發了一種稱為背景導向施里倫（BOS, Background Oriented Schlieren） 的變體技術。這種技術利用自然紋理作為背景，並結合數碼影像處理技術，使得施里倫成像不再需要特殊的光源和複雜的光學裝置。
BOS 技術的原理是選擇一個穩定的背景，例如沙漠地面，然後將其分割成一種特殊的「斑點圖案」。這個背景首先被記錄為參考影像，當像 XB-1 這樣的飛機穿過該區域時，因為空氣的擾動，這些斑點圖案會發生細微變化。透過高度複雜的交叉相關算法（cross-correlation algorithms），這些變化可以被測量並轉換成可見的影像。
最終的結果就是：XB-1 突破音障的畫面被成功捕捉，以21世紀的數碼影像技術呈現。這不僅是歷史上的一張珍貴照片，BOS 技術還具有實際應用價值。透過分析這些影像，工程師可以確認並改進 XB-1 機身的降噪設計，以減少音爆的影響。此外，BOS 還可以用於研究直升機旋翼、螺旋槳葉片的氣流特性，分析機翼渦流模式，甚至記錄飛機編隊飛行時的氣流相互影響。未來，這項技術或許還能為學生們提供更多酷炫的科學影像來欣賞。
圖片：Boom Aerospace
T10
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