极目一号极目远眺

黄宛宁

如何放飞科研气球

浮空艇是以空气浮力作为升力或主要升力的一类飞行器，以填充轻于空气的气体（氦气、氢气或热空气）来产生浮力。

根据是否有动力，浮空飞行器分为气球和飞艇两大类：无动力的归为气球，有动力的称之为飞艇。极目一号浮空艇便是一种气球，因为是无动力的，它还有个专业的名字叫系留气球。“系留”二字表明它不同于自由飘飞的气球，而是依靠一根系缆固定于空中某处。

系留气球有两个状态：系留状态和锚泊状态。系留状态可以看作它的工作状态，气球被主系缆拽着，停留在需要的高度，这个时候气球上的仪器设备就可以开始工作了。而锚泊状态可以视为待机状态，将系留气球收回到锚泊平台上，由头部的鼻锥和两侧的系索3 点共同约束，此时气球上的科学仪器会关机，仅留有球体压力控制的设备正常工作。

系揽在手 功能全有

系留气球工作的时候，一般要升空至一定高度并停留下来，这时候系缆就起到了关键作用。通过收放系缆，科研人员可以设置系留气球停留的高度;通过系缆内部的电缆供电，气球上的设备可以获得源源不断的电力，从而长时间驻空工作;根据需要，系缆内部也可以设计光纤，用来传输高速数据;最重要的是，系缆还时刻承受着气球浮力产生的拉力，约束气球不被风吹走，所以系缆内部还有承力层芳纶纤维（一种新型高强度合成纤维），保证系缆足够结实。除此之外，系缆内部还有一层屏蔽层，可以将球体上的静电传递到地面接地点进行释放，避免对电子设备产生干扰。

极目一号的大肚量

由于極目一号的外形跟鲸有几分相似，有人给它起了个萌萌的外号——“大白鲸”。科学观测的仪器和设备就安装在“大白鲸”的肚子里。为了保证安全，系留气球在工作时必须维持一定的压力，这是为什么呢？一方面是因为，在充气的条件下，气球的球体才能维持一定的刚度，抵抗较大的风力;另一方面，也只有在有足够压力的情况下，极目一号的腹部才能承受足够的拉力，挂载仪器和设备。

因此，会有一个压力控制系统让“大白鲸”的腹部压力始终维持在一个安全的范围内：不能太高，过高会超过球体材料的强度极限，有破裂的风险;也不能太低。

系留气球处于不同高度的时候，所处环境的大气压是不一样的，高度越高，空气越稀薄，大气压越低，所以在气球升降的过程中，压力控制系统必须主动调节球体的压力，秘诀就在“大白鲸”腹部的一个独立的气囊里。那就是副气囊（充氦气的气囊叫主气囊），里面充满了空气，科研人员靠调节副气囊里面的空气量来控制系留气球的压力。

在科考工作中，极目一号III 型浮空艇获得了珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程的关键数据，为揭示西风传输影响下的青藏高原环境变化提供了重要依据，为研究该地区的水循环和碳循环过程提供新的认识，填补了中国乃至世界上青藏高原科学考察、高海拔区域科考的空白。有助于揭示气候变暖背景下青藏高原对全球气候的影响，并在此基础上提出珠峰自然保护创新科学方案，为全球生态文明建设提供中国智慧。