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如何与《百科探秘》成为好朋友?
中国人民解放军
红鹰飞行表演队
图说天下
15 飞行员如何手动操纵飞机?
18 国产教练-十高级教练机剖视简图
20 星舰首飞:炸了却引发全场欢
呼,还刷新了纪录
24 旋转的“西瓜”陀螺
4 享天空盛宴,让梦想起航
——2024年中国航展纪实
中国人民解放军红鹰飞行表演队
2025.3 总第 455 期
专家委员会(按姓氏笔画排序)
吴 岩 张厚英 葛永良
韩国军 焦国力 潘习哲
编审委员会(按姓氏笔画排序)
马 劲 王依兵 王俊永 王燕平 朱林崎
刘 勇 李会超 孙正凡 余 恒 宋媛媛
张 治 张敬宜 邵明辉 施 韡 彭柳蓉
曾翔龙 戴建峰 魏朝博
出 版 人 马玉秀 主 编 杨丽萍
执行主编 刘长鸿 责任编辑 门艳杰
美术编辑 刘峙岩
国际标准刊号: ISSN 1003-7349
国内统一刊号: CN 12-1428/N
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封面图:歼-20
目 次
47 京津冀公民科学素质大赛真题
48 冲关我最棒
26 诗词中的天文学
——二月二,春龙节
30 汪望望望远镜指南
32 鹰影影天文摄影指南
40 时空探秘之火星运河的传说(上)
34 春雨为什么贵如油?(上)
39 奇妙的冻雨
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创性、科学性和知识准确性,不
得抄袭、剽窃,切勿一稿多投。
●中国航空学会单位会员
●中国科普作家协会单位会员
●中国科普期刊研究会单位会员
4 享天空盛宴,让梦想起航
——2024年中国航展纪实
中国人民解放军红鹰飞行表演队
文 / 刘峙岩 摄 / 杨今曦
亲爱的小航空爱好者们,第
十五届中国国际航空航天博览会
(简称中国航展)于 2024 年 11
月 17 日在珠海圆满闭幕,
在这个展示大国重器、
享天空盛宴,让梦想起航
——2024年中国航展纪实
◎运-8反潜巡逻机
感受祖国强大的舞台上,留下了
许多令人难忘的飞行瞬间,直到
今天,我的心情依然激动不已。
请大家跟随《百科探秘》特约记
者杨今曦的镜头,一起回顾一下
那些精彩的瞬间吧!
特别策划
空军八一飞行表演队:空中的彩虹
首先,让我们的目光投向空军八一飞行表演队。他们驾驶着六架歼 -10C 战斗机,在空中画
出红、黄、蓝三色烟雾,如同彩虹一般绚烂。看!他们正在执行急速升空等高难度动作,每一
个动作都精准而优雅,展现了飞行员们高超的飞行技巧。
◎八一飞行表演队 歼-10C
◎勇士
飞行表
演队
苏-35
S
红鹰飞行表演队:天空中的画家
接下来,让我们来欣赏一下红鹰飞行表演队的精彩表演。他们的教 -8 教练机排列成
箭形与菱形编队,完成了通场飞行和横滚、正面开花等飞行动作,如同天空中的画家,绘
制出一幅幅美丽的图案。
6
歼-20:天空中的舞者
◎蓄势待发的歼-20
现 在 到 了 歼 -20 战 斗 机 的 表 演 时
间。作为我国自主研发的第五代隐形战
斗机,歼 -20 的每一次亮相,都带给
人们一场视觉盛宴。看它们大角度爬升、
翻转下降,如同天空中的舞者,展示着
力量与美的完美结合。
7
8
歼-16:多用途的空中利剑
歼 -16 是中国自主研发的双座、重型多用
途战斗机,具备远距离超视距空战能力和强大
的对地、对海打击能力。它装备有主动电子扫
描相控阵雷达,可同时识别攻击多个目标。
歼-35A:隐身的新星
快来看看歼 -35A !这是我国中型隐身多用
途战斗机的首次公开飞行展示。歼 -35A 的动作
干练、流畅,如同闪电一般划破长空,炫舞蓝天。
它的出现,为中国空军的武器库再添一笔辉煌!
9
直-10:霹雳火
直 -10 是中国自主研制的第一种专用武装直升机,具有优良的飞行性能、较强的战场
生存力、多机空地信息化协同、连续、快速攻击多目标能力。
直-20:海上的
守护者
直 -20 舰载直
升 机 在 海 军 未 来
的计划中,将成
为航空母舰及两
栖攻击舰的舰载
机, 执 行 运 输、
挟带导弹和后勤支
援等任务。
10
直-8C:空中的大力士
直 -8C 运输直升机以其强大的运载能力和多用途性在本届中国航展上亮相,展示了
我国在直升机领域的发展成就。
直-8G:高原的战神
直 -8G,全称直 -8 高原型直升
机,是我国专门制造的一种用于高
原地区操作的改进型直升机,对高
海拔和低氧环境作战具备一定优势。
11
运油-20:空中的加油站
看!我国自主研制的大型战略运
输机运 -20 改装的运油 -20 正在展示
其灵活的身姿。它放出加油管呼啸全
场,真是个“灵活的胖子”!
12
苏-57:俄罗斯的隐形猛禽
在本届中国航展上,俄罗斯的苏 -57
隐形战斗机以其惊人的机动性能吸引了
众多目光。苏 -57 是一款单座双发隐形
多功能重型战斗机,以隐身性能好、起
降距离短、超机动性能、超声速巡航等
特点著称。
13
俄罗斯勇士飞行表演队:天空的雄鹰
每一张照片都是一个故事,每一次飞行都是一次梦想的起航。希望
这些展翅高飞的飞机能激发你对航空的热爱,对飞翔的梦想,让我们一
起期待下一届的中国航展,再一次相聚在这片蓝天之下!
俄罗斯勇士飞行表演队以全新的苏 -35S 战斗机再次亮相于中国航展,
这是他们阔别八年后的重返。这支成立于 1991 年的传奇飞行表演队,以
其精湛的技艺和独特的编队动作闻名于世。在本届中国航展上,他们展示
了“涅斯捷罗夫筋斗”“加力盘旋”“郁金花开”等一系列惊险刺激的特
技飞行动作。这些高难度特技飞行动作大都在 800~900 千米 / 小时的飞
行速度下完成,展现了苏 -35S 卓越的机动性和操控性。
发
现
更
多
14
操纵杆:控制飞行姿态
坐在汽车里,你会看见司机通过方向盘、油门和刹车等机构来驾驶汽车。虽然现在很多飞
机都有自动驾驶系统,但飞行员也是可以人工来控制飞机的。你知道飞行员是如何手动操纵飞
机的吗?操纵飞机可比操纵汽车复杂多了——飞机需要左右转向,加速或减速运动,还要上升
和下降。那这些动作需要飞行员操纵什么装置来实现呢?今天,我们一起进入飞机驾驶舱,看
看飞行员如何驾驶飞机吧!
驾驶飞机最基本的操作是使用操纵杆。操
纵杆位于飞行员座位的正前方或左手右手边。
不同飞机配置的飞行控制设备会有差异,例如
波音系列客机的操纵杆长得像方向盘,而空客
系列的操纵杆就是字面意义上的杆子,因为它
设置在飞行员的左手或右手边,所以也被称为
侧杆。飞行员通过前后、左右移动操纵杆来控
制飞机的升降和转向。
◎操纵杆
向前推操纵杆,飞机的升降舵向下,
飞机开始下降;向后拉操纵杆,升降舵
抬起,飞机开始爬升。
左右移动操纵杆时,飞机的副翼会
做相应偏转,这会让飞机沿纵轴滚转,
实现左右转弯。
飞行员 手动 飞机?如何 操纵
文 / 方振林
15
航空博物馆
脚踏板:控制方向舵
如果你留意观察,便会发现飞行员的脚下有两个脚踏板。这可不是油门踏板,它们用于控
制飞机垂尾上的方向舵。方向舵能控制飞机绕垂直轴的偏转方向,在飞行中遭遇侧风、乱流以
及控制地面滑跑方向时,它会起到重要作用。
升降舵
升降舵朝上,飞
机爬升;升降舵
朝下,飞机下降
副翼(和襟副翼) 滚转
右转
副翼(和襟副翼)向
上,使飞机机翼向下
副翼(和襟副翼)向
下,使飞机机翼向上
一旦建立需要的横滚坡度,就将
副翼(和襟副翼)置于中立位,
使飞机转向时保持姿态稳定
升降舵
升降舵控制杆
16
推力杆用于控制飞机发动机的推
力,类似汽车的油门。推力杆通常位于
驾驶舱中控台或飞行员的身侧,通过前
后推拉来控制发动机的动力大小,改变
飞机的飞行速度——配合操纵杆,也可
以控制飞行高度。
恭喜你,学会了控制这几个操纵机
构,你就完成了最基础的飞行控制课程。
在实际飞行中,飞行员还需要视情况操
作襟翼、扰流板等飞行控制面板。多学
多练,各种控制相互配合好,才能安全
地完成每一次飞行。
推力杆:控制发动机
踩下左侧踏板,方向舵会向左偏转,机尾朝右、机头朝左转。
踩下右侧踏板,方向舵会向右偏转,机尾朝左、机头朝右转。
向后拉杆:减小推力,发动机的功率变小,
使飞机减速或下降。
向前推杆:增大推力,发动机会输出更多
动力,使飞机加速或爬升。
方向舵 方向舵向右偏转,
飞机就会向右偏转
17
文、图 /Digitalunit
18
19
文 / 朱林崎
◎超重型火箭和星舰飞船完全集成(左、中),形成星舰系统(右)(图源:SpaceX)
星舰成功从轨道发射台升空,飞到了 39 千米的高空,但由于先后有 6 台发动机出现故障,
星舰在空中仅仅飞行了大约 4 分钟就翻滚爆炸,万众瞩目的首秀以一场壮观的“烟花表演”戛
然而止,与原计划的 90 分钟飞行时间相距甚远。尽管如此,现场却爆发出了热烈的欢呼声。
SpaceX 网络直播的主持人表示:“这里的每个人都非常兴奋。”SpaceX 首席执行官兼创始人埃
隆 • 马斯克也在第一时间发文,祝贺 SpaceX 团队成功进行了一次激动人心的星舰试飞。
星舰采用了箭船一体化设计,所以星舰飞船的直径与超重型火箭的一
样大,星舰飞船堆叠在超重型火箭上方,形成完整的星舰系统。2023 年 4
月 20 日,仿佛一只刚刚展开翅膀的新生大鹏鸟,首枚完全集成的超重型
火箭与星舰飞船迎来了它们的处女秀——星舰首次全面综合飞行测试 。
星舰首飞:
炸了却引发全场欢呼,
还刷新了纪录
20
航天播报站
◎2023年4月20日,星舰首飞,成功离开发射台,但4分钟后爆炸
(图源:SpaceX)
打破旧魔咒,创造新纪录
为什么星舰首飞仅仅 4 分
钟就炸成了烟花,现场观众却
欢呼雀跃,还称其为“成功”
的试飞呢?这是因为星舰的开
发理念与传统火箭的不同,它
采用了“以飞代试”的模式。
简单来说,就是用一系列原型
机进行反复测试,边飞边炸,
边炸边改进,一路试错,一路
更新,不断提升星舰的性能。
星舰的全面综合飞行测试,并
不是以是否爆炸来衡量成败,
而是看是否达成了测试目标,
以及能学到多少经验。
这次试飞的主要目的是验证星舰能否顺利发射,进入预定轨道,以及再入大气层的能力。
SpaceX 表示“只要不在发射台上爆炸,就算成功”。尽管超重型火箭尾部的推进剂泄漏,引发
了火灾,导致星舰失控,未能实现超重型火箭与星舰飞船的分离,但星舰成功升空,未炸掉发射塔,
并顺利飞到了 39 千米的高空,超重型火箭与星舰飞船的完全集成体经受住了严苛考验。对于这
样一枚实验性的火箭来说,这已经是一个了不起的重大突破,被科学家称为“一座重要的里程碑”。
星舰首次飞行备受瞩目,其中一个关键原因是它刷新了人类最强运载火箭的纪录。超重型
火箭如巨龙般腾空而起,产生的巨大推力一举超越了航天史上所有火箭,打破了苏联 N1 火箭保
持了半个世纪的纪录,赢得了“最强火箭”的桂冠。超重型火箭强劲的动力,来自它底部密密
麻麻排列的 33 台猛禽发动机。它们并列排布,就像一个巨大的蜂巢,使得超重型火箭成为目前
并联发动机数量最多的火箭。
“只要不在发射台上爆炸,就算成功”
21
◎超重型火箭安装
了33台猛禽发动机
(图源:Everyday
Astronaut)
◎SpaceX超重型火箭发动机构型(右)与N1火箭发动机构型(左)相似
要想让火箭拥有强大的
推力,有两种途径:一种是
使用几个非常强大的发动
机,另一种是使用大量相对
较小的发动机。超重型火箭
选择了后者。这种设计与苏
联 N1 火箭一级并联 30 台
发动机的构型有惊人的相似
之处。
20 世纪 60 年代,苏联还没有能力造出特别强大的发动机,他们急于与美国进行登月竞赛,
于是在研发 N1 火箭的过程中,采取了“推力不够,数量来凑”的无奈之举,在火箭一级并联
了 30 台 NK-15 发动机。虽然 N1 火箭创造了起飞推力的世界纪录,并保持了半个世纪之久,但
其实这 30 台发动机很难同时点火,也不能在飞行中精准调整方向。结果,N1 火箭从 1969 年到
(图源:NASASpaceflight.com)
22
1972 年间总共发射了四次,四射四炸,黯然退场,最终苏联在登月竞赛中落败。
N1 火箭的失败给航天界留下了“多发动机魔咒”,意思是发动机越多,可靠性越差。多发
动机的设计是大忌,它会带来振动、结构、散热、可靠性等一系列问题,控制的难度急剧上升,
意味着有更多的潜在故障点和更复杂的系统。
那么,为什么星舰要迎难而上,挑战“多发动机魔咒”呢?
我们可以把火箭发动机的设计比作计算机的集群。如今,大型计算机公司如字节跳动的数
据中心采用数以万计的小型计算机进行集群计算,替代了曾经的超级计算机。如果其中一台或
几台计算机出现故障,不会影响今日头条或抖音软件的整体运行。但如果采用一台或几台大型
计算机,但凡一台计算机发生故障,整个系统就会停摆。火箭发动机也是如此,如果采用几台
大型发动机,只要有一台发生故障,火箭就会损失大部分的推力,无法进入预定轨道。用大量
成熟的小型发动机组成集群,即使一台或多台小型发动机发生故障,推力损失也较小,剩余的
推力足以让火箭继续飞行。
N1 火箭虽然并联了 30 台发动机,但设计上的局限使它仅允许两个对称布局的发动机出现故
障。而星舰允许的故障发动机数量大大提升,在星舰首飞中,先后有 6 台发动机出现故障,火
箭仍能继续飞行。N1 火箭的发动机爆炸无法隔离,单台发动机爆炸会严重影响整个箭体。而超
重型火箭的每个发动机都封闭在自己的防爆保护罩中,单台发动机爆炸后不会影响相邻的发动
机。此外,N1 火箭没有处理复杂任务的计算机,而星舰有——SpaceX 的工程师可以利用软件模
拟发动机运转状况,找出潜在问题并加以解决。在飞行时,计算机能够检测到异常,并在发生
灾难性故障前关闭发动机,保障火箭的安全性。事实上,N1 火箭的失败不能完全由发动机数量
多来“背锅”,主要原因是 NK-15 发动机相对较新,未经测试,非常容易发生故障。
除了安全性,采用大量小型发动机并联还可以“省钱”。制造超大型发动机的成本很高,
而小型发动机可以大规模流水线式生产,生产成本大幅降低。发动机尺寸越小,处理、测试、
安装和运输越容易,进一步降低了成本。
星舰不仅成功打破了“多发动机魔咒”,带来了前所未有的火箭推力,创造了最强火箭的
新纪录,为未来的火箭设计提供了新思路,还通过创新的设计和技术,实现了可靠性和经济性
的平衡。
23
科学实验室
旋转的“西瓜”陀螺
文 / 邢克萍 邵明辉
2013 年 6 月,航天员王亚平通过太空实验
向我们展示了转动陀螺的特性。在太空中,由
于陀螺不受重力的影响,可以悬浮在空中,我
们可以清楚地观测到陀螺高速旋转时会保持一
定的姿态。在地球上旋转的陀螺是否也有类似
的特点呢?今天,我们就一起动手做个实验。
1
2 3 4
用小剪刀在瓶盖中心处戳一个小洞。
把竹签掰成合适的长度。 把竹签插进瓶盖
中心的洞里。
取适量橡皮泥填入瓶盖里。
瓶盖、竹签、小剪刀、一小块橡皮泥
24
定轴性
当陀螺快速旋转起来之后,如果我们只是轻触而不去刻意破坏它的
旋转方式,它不会改变自转轴的方向。我们对陀螺做一个受力分析:一
个不旋转的陀螺,假设我们在左侧轻轻向下推它,正常情况下,它肯定
会朝这个方向翻转;但当陀螺高速旋转的时候,我们再在相同的位置推
它,情况就不同了——推动的瞬间,左侧受到向下的推力,陀螺的这部
分会向下转动,同时右侧会向上运动。然而别忘了,陀螺还在高速旋
转呢,陀螺左侧的位置会快速地跑到右侧,而右侧向上运动的惯性还
在,向上和向下的力相互抵消,整个陀螺翻转的动作就停止了。看上
去的结果就是旋转的陀螺被推动时,其自转轴可以永远保持同一个方
向而不会发生翻转,这就是转动陀螺的定轴性。
概念
一点通
5 6为了美观,你还可以在纸上用彩笔画
上喜欢的图案,加在瓶盖上。这样就不容
易和别人的陀螺搞混啦。
我的“西瓜”陀螺做好啦,你做了一
个什么样的陀螺呢?快让它转起来吧!
原理
揭秘
手机是如何测步数的呢?手机里有一个叫陀螺仪的装
置。陀螺仪也叫角速度传感器,它可测量物体偏转、倾斜
时的转动角速度,也就是说它能够检测手机角度的动态变
化。当我们在走路的时候,手中或者口袋中的手机会随着
运动出现角度的偏移,当陀螺仪检测到持续而且有规律的
角度偏移时,它就会自动开始判断我们正在走路,然后进
行计数。而手机中的加速度传感器同时可以检测到持续而
有规律的加速度变化,并自动开始判断我们正在走路然后
进行计数。所以手机是如何知道我们走了多少步的呢?就
是通过陀螺仪结合加速度传感器计算出来的。
轻松
答题
下面哪件事在地面和太空都能顺
利完成? ( )
A. 用陀螺仪测量运动方式
B. 用弹簧秤测量物理质量
C. 用天平测量质量
D. 用摆钟计算时间
答案在本期找
25
诗词中的天文学
——二月二,春龙节
文 / 宋媛媛 图 / 老 无
农历正月过后的第一个非常重要的节日,就是春龙节了。也许这个名字会让你感到陌生,
提起它另一个名字,一定无人不晓,那就是“龙抬头”。民谚有云:“二月二,龙抬头;大仓满,
小仓流。”龙抬头代表着春天来临,也是农民播种的时候。这句话寄托着人们期盼五谷丰登的
美好愿望。那为什么会称为“龙抬头”呢?龙在哪里?让我们先来看看这两句诗:
晓见苍龙驾,东郊春已迎。
彩云天仗合,玄象太阶平。
——[唐]皇甫冉 《东郊迎春》(节选)
这两句诗描写了古时人们迎接春天
的场景。早春往往延续着冬天的寒冷,
而日历在古代老百姓家中并不普及,他
们是如何知晓春天的到来呢?其实只要
掌握星空的变化规律,就能发现春的脚
步。也许你知道北斗七星有指示季节的
作用,古人早早就通过观察北斗七星,
发现了它的斗柄指向不同,季节在变更。
除了北斗七星,还有很多星宿也能
作为季节的标志。诗人皇甫冉说早上看
到了腾云驾雾的“苍龙”,于是去东郊
举行迎春的仪式。这里的龙,指的是天
上东方苍龙七宿。我国古代把二十八星
夜访观星台
26
宿平均分成四部分,每部分用一种神兽来表示,它们是东方苍龙、西方白虎、南方朱雀、北方玄
武,称为四象,每一象由七个星宿组成。东方苍龙七宿是角、亢、氐、房、心、尾、箕,分别代
表苍龙的不同部位,比如角宿代表龙的犄角,亢宿代表龙的脖子,氐宿代表龙爪,心宿代表龙的
心脏,尾宿代表龙尾。这七宿连起来看,就像一条在空中腾飞的巨龙。
在古代,皇帝和众大臣在立春这天会去东郊举行盛大的迎春仪式,可见古人对春天的重
视。诗中的“天仗合”是一种吉祥的云,“太阶平”指的是天上名为“太阶”的星,都有吉
祥的寓意,表达了诗人对春天的美好向往。
古人通过观察星空,很快掌握了东方苍龙星宿运动的规律:在冬季,东方苍龙七宿会隐没
在地平线以下,无法看到;随着春季的到来,苍龙会在日落后不久“崭露头角”;当代表苍龙
头角的大角星和角宿在日落后露出地平线,人们发现每到这时候,天气变暖和了,农民们马上
就可以播种了,便以此作为春天的标记。这便是“龙抬头”的来历。为了方便记忆,人们把二
月二定为春龙节,这就是可以看到“龙抬头”的时候。
苍龙与星象
27
在古代,龙还有另外一项重要的技能,那就是降雨。二月二的春龙节大都处于雨水和惊蛰
两个节气之间。俗话说“春雨贵如油”,庄稼生长需要春雨的滋润,而龙被认为能行云布雨。
早在商周时期,人们在日落后看到苍龙七宿升起,还会举行祈雨仪式。俗语还有“龙不抬头,
天不下雨”,在春龙节前后,下雨对农事有重要的意义。
关于春龙节,还有一段美丽的传说。传说玉皇大帝变身成一个乞丐到民间游历,他来到一
个财主家门前,伸手向主人乞讨。不料财主不但不给他饭吃,还放出狗来驱赶他。玉皇大帝非
常气愤,觉得地上的人太坏了,要加以惩罚。回到天庭,玉皇大帝命令负责降雨的苍龙三年不
许给人间降雨。庄稼因旱灾而颗粒无收,民间哀鸿遍野。苍龙看到了这个悲惨景象,不忍百姓
们饿死,便偷偷地下了一场雨,解除了旱灾。
老百姓十分感激苍龙,称之为龙王爷。不久后这件事被玉皇大帝得知,他生气地把苍龙打
入凡间,用一座大山压住,并在山边立碑写道:“苍龙降雨犯天规,当受人间千秋罪。要想重
春龙节的传说
大角星和角宿一曾被古
人看成东方苍龙头上的两只
角,不过由于大角星距离黄
道较远,后来人们又把角宿
一旁的角宿二作为龙角。大
角星是春季北半球夜空中最
亮的恒星,它与角宿一、五
帝座一共同组成了春季大三
角。大角星是一颗 0 等星,
发出的光芒金灿灿的;角宿
一是一颗 1 等星,发出蓝色
的光芒。你在城市的夜晚也
能看到这两颗星。不过由于
岁差的影响,“龙抬头”的
时间一直在后移,如今想在傍晚看到大角星和角宿一,要等到清明节前后了。
28