半个世纪前，当 NASA 的土星五号火箭将人类送上月球 时，每一次发射都以其强大的力量令旁观者惊叹。发射时的火焰令人眼花缭乱。其爆炸性的起飞 震耳欲聋。它抓住了全世界许多人的想象力，至今仍是航天史上的传奇。
一些关于土星五号力量的故事夸大了那一爆炸性时刻的声学效力。据称，发射的声音融化了混凝土，并点燃了附近的草坪。
航空声学专家们进行了新的计算，证实任何此类影响肯定不是由发射的“声音”引起的，该研究发表在 8 月 23 日的《美国声学学会杂志》上。但是，他们说，理解像土星五号这样巨型火箭的轰鸣声越来越重要。NASA 最新的火箭——有史以来最大的火箭，太空发射系统（SLS）—— 最早将于周一发射 Artemis I 任务。与此同时，全球范围内的政府和商业航天活动正在迅速扩展。
“如果你参加过发射，你就会知道声学效果是巨大的，”杨百翰大学物理学教授、新论文的首席作者 Kent Gee 说。但理解声音的强度不仅仅在于你可能在火箭发射附近听到什么。“如果你不了解火箭产生的声学效果，你就无法高效地设计有效载荷，”他说，因为火箭发射的声学效果会损坏上面的所有设备。随着人类不断深入宇宙，这可能会使太空飞行变得不必要的困难。
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詹姆斯麦迪逊大学数学教授、航空声学专家 Caroline Lubert 说，火箭发射的噪音来自复杂的声源组合。她并非这篇新论文的作者，但此前曾与 Gee 合作，重新评估过去半个世纪的火箭噪音，这项工作是新土星五号论文的基础。航空声学专家最关心的是火箭噪音引起的振动，这些振动会损坏航天器、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效果。
Lubert 说，随着世界各地越来越多新太空港的出现，发射产生的噪音污染正日益成为周边社区和野生动物的担忧。
Gee 说，需要新的计算来预测发射会有多响。许多关于火箭发射声学功率的想法都基于 20 世纪 60 年代 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这次月球发射和即将到来的发射。
当 Gee 和他的同事调查火箭发射声学的历史记录时，他发现关于土星五号发射声级报告差异巨大。一些报告称土星五号发射的声级低至 180 分贝，而另一些报告则高达 235 分贝。（作为参考，商用喷气发动机的噪音范围大约在 120 到 160 分贝之间。）而且，由于这是一个对数度量，每增加 10 分贝就意味着数量级增加。
Gee 说：“用灯泡来类比，这就好像说一个 10 瓦的灯泡和一个兆瓦的灯泡是一样的。”“人们并没有真正了解这些水平是多少，以及这些水平代表着什么。”
Gee 解释说，评估声音的挑战之一是，分贝可以衡量两种不同的东西：声功率和声压。声功率是指火箭产生的总声能量。而声压是指在给定距离处接收到的声音量。离声源越远，声音越小，因此在该点的声压也越小。
他说，一些关于土星五号发射发出较低分贝的报告，很可能是测量了声压而不是声功率。
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当 Gee 和他的团队根据火箭的推力和特性对土星五号发射的声功率进行计算机建模时，他们发现其声功率约为 203 分贝。这确实非常非常响——但不足以融化混凝土或引发草坪火灾。“人类尚未产生能够纯粹依靠声波达到这种效果的声源，”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产生的声响。
Gee 和他的团队预计 Artemis I 的 SLS 发射产生的声功率与土星五号相似，可能高出一分贝。“火箭在发射时产生的推力和功率略有增加，我们会利用这一点以及我们之前进行的建模，”他说，“我们会采取同样的方法，这表明 SLS 会比土星五号稍微响一点。”
但 Lubert 说，SLS 也可能因为 NASA 现代的降噪系统而变得更安静。“（自土星五号发射以来的半个世纪里）我们已经采取了其他措施来补偿，”她说。“预测振动声载荷存在很大的变数和不确定性。”
周一，当 SLS 计划发射 Artemis I 时，Gee 和他的团队将在附近。他们根据土星五号的研究，在战略要点设置了传感器，准备检验 NASA 最强大的火箭是否也将是最响的。
