人类已进入了以恒星太阳为中心的星际航行时代，对物体运动的速度我们应该有一个基本的了解，本文就此作一个科普简介。

在物理学中，物体的运动速度以英文小写v表示，声音在空气等介质中的传播速度是以英文小写字母a来表示的，v/a=M，这个M称为马赫数（是为纪念科学家马赫而命名的），马赫数表示物体运动速度与声音传播速度之间的比值。声音传播的速度在海平面上和标准大气压下（760毫米汞柱和温度15℃）的传播速度是每秒340米，当然随着离开地面的高度和传播介质温度的变化而略有改变，但通常可以忽略不计。当以M数来划分物体运动速度时，通常有七个区间。0<M<0.3称为低速运动，0.3<M<0.5为低亚声速运动，0.5<M<0.8为高亚声速运动，0.8<M<1.2为跨声速运动，1.2<M<5为超声速运动，M>5为高超声速运动。M>15以上为极高声速运动。

在物体运动速度逐步提高的七个区间当中，人类大约经过了一个世纪的努力才得以实现，其中遇到了两大障碍，一个是声障(或音障)，一个叫作热障。早期的飞机在跨声速飞行时会发生抖动，飞机操作性很差，容易造成机毁人亡的事故。当时人们看到这种现象，认为物体的运动速度是无法突破音速的，因此称这种现象为“音障”。后来经过科学家们的努力，设计制造出一种特殊的管道，即称为“风洞”的实验装置。研究人员将飞机按比例缩小成几十倍的模型放入风洞，进行吹风试验。在风洞里，飞机模型是不动的，而气流是以实际飞行时相同的马赫数吹过模型。根据相对运动原理，这与实际中飞机在气流中飞行的相互作用是一样的，但要满足相似准则数：即马赫数相等，雷诺数相同等。

在满足相似准则数下，将飞机模型在风洞中做吹风试验。风洞的实验段是矩形的，风洞两侧有光学玻璃观察窗口，通过纹影仪等特殊的实验仪器来观察飞机模型在风洞中吹风时的流动情况。

人们发现飞机在跨声速飞行时，飞机的翼面上会产生正激波，而正激波的本质就是高压与低压气流的分界面，正激波在机翼上移动造成压力的不稳定、不平衡，引起机翼抖动，容易引发事故。但是，一旦突破跨声速区进入超声速区，这个正激波就变成了机翼前沿的斜激波，而此斜激波是稳定的激波，飞机就可以稳定飞行了。因此只要飞机迅速突破跨声速区至超音速区，就进入稳定状态，这样声障问题就解决了。

热障是指当卫星或宇宙飞船从太空飞行返回地面时，飞行器在进入地球表面大气层，由于飞行器与气流高速摩擦，使得物体表面产生上百甚至上千度高温，这样飞行器容易被烧毁。这就像夏天晴朗的夜空所看见的流星一样，流星也就是太空石块偶尔闯入地球大气层时由于高速降落摩擦而被燃烧留下的轨迹，如果未燃烧完落入地球表面就是陨石了。

那么热障如何突破？科学家发明了特殊的材料，将它涂在飞行器外侧，当摩擦产生高温时，这些特殊材料会燃烧然后脱落并带走高温，这样飞行器本身及内部没有任何影响。所以热障问题是利用可燃烧并脱落的金属防护层来解决的。

另外，还有关于第一宇宙速度和第二宇宙速度的常识。如果人类要把飞行器送入太空中，围绕地球近地轨道运行，飞行器的发射速度必须达到每秒7.9公里，这个速度就叫第一宇宙速度。飞行器的发射速度低于这个速度就会被地球吸引下来。而要把飞行器送到火星等太阳系的其他星球，飞行器的发射速度必须达到每秒11.2公里的速度，这就是第二宇宙速度，这时候火星探测器在脱离火箭后，可以在无动力状态下脱离地球轨道飞向火星。

我国于2020年7月发射了第一枚火星探测器“天问一号”，2021年5月在火星表面成功着陆。