黃宛寧

如何放飛科研氣球

浮空艇是以空氣浮力作為升力或主要升力的一類飛行器，以填充輕于空氣的氣體（氦氣、氫氣或熱空氣）來產(chǎn)生浮力。

根據(jù)是否有動力，浮空飛行器分為氣球和飛艇兩大類：無動力的歸為氣球，有動力的稱之為飛艇。極目一號浮空艇便是一種氣球，因為是無動力的，它還有個專業(yè)的名字叫系留氣球?！跋盗簟倍直砻魉煌谧杂娠h飛的氣球，而是依靠一根系纜固定于空中某處。

系留氣球有兩個狀態(tài)：系留狀態(tài)和錨泊狀態(tài)。系留狀態(tài)可以看作它的工作狀態(tài)，氣球被主系纜拽著，停留在需要的高度，這個時候氣球上的儀器設(shè)備就可以開始工作了。而錨泊狀態(tài)可以視為待機狀態(tài)，將系留氣球收回到錨泊平臺上，由頭部的鼻錐和兩側(cè)的系索3 點共同約束，此時氣球上的科學(xué)儀器會關(guān)機，僅留有球體壓力控制的設(shè)備正常工作。

系攬在手 功能全有

系留氣球工作的時候，一般要升空至一定高度并停留下來，這時候系纜就起到了關(guān)鍵作用。通過收放系纜，科研人員可以設(shè)置系留氣球停留的高度;通過系纜內(nèi)部的電纜供電，氣球上的設(shè)備可以獲得源源不斷的電力，從而長時間駐空工作;根據(jù)需要，系纜內(nèi)部也可以設(shè)計光纖，用來傳輸高速數(shù)據(jù);最重要的是，系纜還時刻承受著氣球浮力產(chǎn)生的拉力，約束氣球不被風(fēng)吹走，所以系纜內(nèi)部還有承力層芳綸纖維（一種新型高強度合成纖維），保證系纜足夠結(jié)實。除此之外，系纜內(nèi)部還有一層屏蔽層，可以將球體上的靜電傳遞到地面接地點進行釋放，避免對電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。

極目一號的大肚量

由于極目一號的外形跟鯨有幾分相似，有人給它起了個萌萌的外號——“大白鯨”。科學(xué)觀測的儀器和設(shè)備就安裝在“大白鯨”的肚子里。為了保證安全，系留氣球在工作時必須維持一定的壓力，這是為什么呢？一方面是因為，在充氣的條件下，氣球的球體才能維持一定的剛度，抵抗較大的風(fēng)力;另一方面，也只有在有足夠壓力的情況下，極目一號的腹部才能承受足夠的拉力，掛載儀器和設(shè)備。

因此，會有一個壓力控制系統(tǒng)讓“大白鯨”的腹部壓力始終維持在一個安全的范圍內(nèi)：不能太高，過高會超過球體材料的強度極限，有破裂的風(fēng)險;也不能太低。

系留氣球處于不同高度的時候，所處環(huán)境的大氣壓是不一樣的，高度越高，空氣越稀薄，大氣壓越低，所以在氣球升降的過程中，壓力控制系統(tǒng)必須主動調(diào)節(jié)球體的壓力，秘訣就在“大白鯨”腹部的一個獨立的氣囊里。那就是副氣囊（充氦氣的氣囊叫主氣囊），里面充滿了空氣，科研人員靠調(diào)節(jié)副氣囊里面的空氣量來控制系留氣球的壓力。

在科考工作中，極目一號III 型浮空艇獲得了珠峰地區(qū)大氣水汽傳輸和溫室氣體垂直變化過程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為揭示西風(fēng)傳輸影響下的青藏高原環(huán)境變化提供了重要依據(jù)，為研究該地區(qū)的水循環(huán)和碳循環(huán)過程提供新的認(rèn)識，填補了中國乃至世界上青藏高原科學(xué)考察、高海拔區(qū)域科考的空白。有助于揭示氣候變暖背景下青藏高原對全球氣候的影響，并在此基礎(chǔ)上提出珠峰自然保護創(chuàng)新科學(xué)方案，為全球生態(tài)文明建設(shè)提供中國智慧。