小珂

不久前，由美國宇航局和加拿大航天局，以及多所知名大學(xué)合作建造的新型天文望遠(yuǎn)鏡——SuperBIT成功誕生，它將獲得比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡更高分辨率的圖像。

多年前，美國宇航局的天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，哈勃望遠(yuǎn)鏡在持續(xù)數(shù)十年高效觀測太空的過程中，已日漸顯露出它的局限性。比如觀測范圍有限、分辨率低，以及無法揭示更多的細(xì)節(jié)等，天文學(xué)家需要用更新的太空望遠(yuǎn)鏡來觀測太空。

這時，多倫多大學(xué)的天文學(xué)博士穆罕默德通過翻查曾經(jīng)的研究數(shù)據(jù)和資料發(fā)現(xiàn)，為了克服光線穿過地球上旋轉(zhuǎn)、湍流的大氣層而使人類對宇宙的看法變得模糊的問題，地面上的天文臺都會建在海拔高的地點(diǎn)。然而，只要有大氣層的存在，就始終無法避免觀測模糊的問題，只有將望遠(yuǎn)鏡放置在太空中，才能完全擺脫大氣層的影響。而將太空望遠(yuǎn)鏡攜帶至太空中的實(shí)驗(yàn)，也有不少天文學(xué)家嘗試過，通常是以氦氣氣球?yàn)檩d體，可這些實(shí)驗(yàn)都因氣球在空中停留的時間太短而宣告失敗。

穆罕默德的研究陷入阻滯，于是他向天文學(xué)家史密斯請教。史密斯想到，如果能夠研發(fā)出一種在空中長時間停留的氣球，就能成功破解這一難題，這或許能讓人類的太空觀測技術(shù)邁上一個新臺階。

幾日后，史密斯組建了研究團(tuán)隊(duì)，開始專注于這種新型氣球的研發(fā)。起初，史密斯團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列小型氣球地面實(shí)驗(yàn)，測試承壓能力和充氣展開情況。在破壞實(shí)驗(yàn)中，部分氣球在壓差較大時出現(xiàn)了非理想形狀，部分氣球又因內(nèi)外壓差過大而發(fā)生了脹裂。

后來，史密斯團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了多輪實(shí)際尺寸氣球飛行的試驗(yàn)，并嘗試使用超壓氣球進(jìn)行科學(xué)任務(wù)，但還是出現(xiàn)了氣球難以完全展開和中途脹裂的情況。接著，史密斯團(tuán)隊(duì)又進(jìn)行了無數(shù)次的球面伸縮和球體耐壓試驗(yàn)，才找到改善氣球延展性和韌性的方法。經(jīng)過多年的不懈努力，這種功能性強(qiáng)的超壓氣球才通過了長時間太空飛行的測試，最終創(chuàng)出了長達(dá)數(shù)月的太空飛行戰(zhàn)績。

這種超壓氣球的外部呈扁球形，球體為全封閉式，它由許多獨(dú)立的輕質(zhì)聚乙烯薄膜構(gòu)成，每片膜片的邊沿都有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)來降低球膜應(yīng)力。球體中的密封氣囊一方面可提供飛行時所需升力，一方面又能在晝夜溫度和氣壓變化時，始終保持氣球的內(nèi)外正壓，使球體外形飽滿，又不易脹裂。因此，超壓氣球才能在維持零壓載重和升限能力時，不受溫度和壓差的影響。

當(dāng)超壓氣球升到一定的高度時，球體被浮升氣體脹滿，繼續(xù)上升時球內(nèi)壓力增高，浮升氣體密度加大，重力與浮力會達(dá)到一種平衡。每當(dāng)白天太陽輻射增加，球內(nèi)氣體溫度上升令球體膨脹時，在不排出氣體的情況下，所增加的壓力由球體結(jié)構(gòu)承受。球內(nèi)外的較大壓差能避免日落時球體內(nèi)浮升氣體溫度下降而導(dǎo)致的浮力損失，從而達(dá)到穩(wěn)定的飛行高度，并具備長航時飛行的能力。

超壓氣球的研發(fā)成功，讓世界上唯一能夠進(jìn)行高分辨率多色光學(xué)和紫外觀測，且廉價環(huán)保的新型天文望遠(yuǎn)鏡SuperBIT可以穩(wěn)定飛行至太空，拍攝出成像媲美哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的高解析圖片之理想變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)，標(biāo)志著人類觀測太空的技術(shù)成功邁向了新的里程碑。

由于超壓氣球具有穩(wěn)定的飛行高度和飛行時長，在未來，它很有可能作為航天飛機(jī)和可擴(kuò)展運(yùn)載火箭的替代品。并且，隨著材料、結(jié)構(gòu)等各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，超壓氣球的飛行時間還會進(jìn)一步延長，使用壽命或與衛(wèi)星相當(dāng)。