中央紀(jì)委國(guó)家監(jiān)委網(wǎng)站 于露
“當(dāng)對(duì)講機(jī)里傳來(lái)‘浮空艇升空高度突破9000米’的聲音，大家都特別興奮，整個(gè)營(yíng)地滿是掌聲和歡呼聲，還有隊(duì)員干脆從行軍床上跳下來(lái)，盯著監(jiān)控屏幕看。”回憶起5月15日凌晨極目一號(hào)III型浮空艇升空的經(jīng)過(guò)，參與我國(guó)第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究的浮空艇科考分隊(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師陳其仍然記憶猶新。
當(dāng)日，由中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（以下簡(jiǎn)稱空天院）自主研發(fā)的極目一號(hào)III型浮空艇從海拔4300米的中國(guó)科學(xué)院珠穆朗瑪峰大氣與環(huán)境綜合觀測(cè)研究站附近發(fā)放場(chǎng)地升空，最終超過(guò)珠峰8848.86米的高度，創(chuàng)造了海拔9032米的大氣科學(xué)觀測(cè)海拔高度世界紀(jì)錄。專業(yè)人士表示，“此次在珠峰地區(qū)執(zhí)行任務(wù)的極目一號(hào)III型浮空艇平臺(tái)技術(shù)難度、駐空高度、攜帶載荷種類在已知的高原型系留浮空艇中前所未有。”
關(guān)于駐空高度——
游弋珠穆朗瑪峰之巔，“大白鯨”不僅靠顏值，更靠實(shí)力
浮空艇在發(fā)放場(chǎng)地準(zhǔn)備升空（圖片由中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院提供）
執(zhí)行此次觀測(cè)任務(wù)所使用的浮空艇，長(zhǎng)55米、高19米，體積達(dá)9060立方米，利用浮升氣體的浮力升空，通過(guò)地面錨泊設(shè)備系纜控制升空和駐空。因周身雪白、流線型身形，加上充滿氣后圓圓滾滾的體態(tài)，極目一號(hào)III型浮空艇被科考隊(duì)員昵稱為“大白鯨”。聊起這個(gè)憨態(tài)可掬又很有內(nèi)涵的大家伙，多位浮空艇科考分隊(duì)隊(duì)員顧不得連續(xù)作業(yè)的疲憊，在觀測(cè)間隙興致勃勃地向記者介紹它創(chuàng)造世界紀(jì)錄背后的奧秘。
從外觀看，浮空艇的白色外觀能夠反射太陽(yáng)光，避免浮空艇內(nèi)部氣體溫度劇烈變化；像鯨魚流線型的身姿，則充分運(yùn)用了仿生學(xué)的設(shè)計(jì)理念，有利于在高空中維持艇體的穩(wěn)定性。此外，“大白鯨”飽滿的“身體”里充滿了氦氣等多種氣體，可以幫助它獲得升空動(dòng)力“御風(fēng)而行”。
不僅如此，“大白鯨”還很有“內(nèi)涵”。空天院浮空器中心高級(jí)工程師黃宛寧告訴記者，突破世界紀(jì)錄的背后，蘊(yùn)含著很多技術(shù)升級(jí)和突破。比如，浮空艇的艇體材料是一種輕質(zhì)低密度高強(qiáng)抗輻射的復(fù)合織物材料，由我國(guó)自主研發(fā)，具有重大的科學(xué)研究和工程應(yīng)用意義。早在2018年，他們就在珠峰地區(qū)嚴(yán)苛的環(huán)境條件下開展了復(fù)合織物材料的相關(guān)試驗(yàn)。
此外，浮空艇的錨泊主系纜是由多束輕質(zhì)高強(qiáng)的聚乙烯纖維制成，外覆保護(hù)層。由于錨泊主系纜長(zhǎng)度達(dá)幾千米，所以必須控制單位重量，在此基礎(chǔ)上，還要保證抗拉強(qiáng)度留有足夠的安全余量。
“輕量化和高強(qiáng)度是存在一定矛盾的，因此我們要在材料上進(jìn)行突破，同時(shí)要在二者之間取一個(gè)適合工程應(yīng)用的平衡。”黃宛寧說(shuō)。
值得一提的是，為了實(shí)現(xiàn)升空高度超過(guò)珠峰，浮空艇的各分系統(tǒng)（艇體分系統(tǒng)、測(cè)控分系統(tǒng)、能源分系統(tǒng)、錨泊分系統(tǒng)）也都借鑒以往的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)、多輪測(cè)試與集成聯(lián)調(diào)，確保在保障各分系統(tǒng)最佳性能的同時(shí)，兼顧各分系統(tǒng)的高可靠性與穩(wěn)定性。
關(guān)于攜帶載荷——
展開垂直觀測(cè)，重要數(shù)據(jù)助力揭示青藏高原環(huán)境變化機(jī)理
5月15日上午，駐空飛行的浮空艇（圖片由中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院提供）
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所（以下簡(jiǎn)稱青藏所）的相關(guān)專家告訴記者，極目一號(hào)III型浮空艇搭載的探測(cè)儀器可以實(shí)時(shí)在線測(cè)試大氣水汽穩(wěn)定同位素、黑碳、粉塵、甲烷、二氧化碳等大氣組分，了解其在地面以上數(shù)千米垂直范圍內(nèi)的分布變化。這種“垂直觀測(cè)”加上傳統(tǒng)的地基“平面觀測(cè)”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大氣組分的立體觀測(cè)，為揭示西風(fēng)傳輸影響下的青藏高原環(huán)境變化提供了重要科學(xué)依據(jù)。以大氣水汽穩(wěn)定同位素的垂直變化為例，它可以指示高空不同層位水汽的來(lái)源和相對(duì)貢獻(xiàn)率，對(duì)全面認(rèn)識(shí)“亞洲水塔”的水汽來(lái)源和動(dòng)態(tài)變化非常重要。
青藏高原是世界屋脊、地球第三極，是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障和戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備基地。青藏所的相關(guān)專家介紹說(shuō)，青藏高原也被稱為“亞洲水塔”，世界上很多大江大河由此發(fā)源，海拔落差超過(guò)8000米，動(dòng)植物種類豐富，相當(dāng)于微縮的地球。青藏高原也是季風(fēng)和西風(fēng)的巨型調(diào)節(jié)器，對(duì)全球氣候變化影響深遠(yuǎn)。通過(guò)浮空艇獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，有助于我們進(jìn)一步揭示青藏高原的環(huán)境變化機(jī)理，優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系，這對(duì)于對(duì)推動(dòng)青藏高原可持續(xù)發(fā)展、推進(jìn)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)、促進(jìn)全球生態(tài)環(huán)境保護(hù)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
此外，讓浮空艇的升空高度能夠超過(guò)9000米，達(dá)到中—高對(duì)流層，還有助于消除地表輻射的影響，展開原位測(cè)量，提供更真實(shí)、更準(zhǔn)確的科學(xué)數(shù)據(jù)；從浮空艇平臺(tái)角度講，升空高度突破海拔9000米，也是對(duì)平臺(tái)各分系統(tǒng)在多次高原外場(chǎng)試驗(yàn)后分系統(tǒng)迭代升級(jí)的實(shí)際考驗(yàn)。
關(guān)于技術(shù)難度——
肩負(fù)“巔峰使命”，他們致力于站在世界之巔解決科學(xué)難題
部分科考隊(duì)員在浮空艇前合影。（圖片由中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院提供）
“巔峰使命”珠峰科考浮空艇科考分隊(duì)由來(lái)自中國(guó)科學(xué)院青藏所、空天院、長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所和中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第八研究所等單位的60余名科考隊(duì)員組成，是第二次青藏科考16支科考小組中人數(shù)最多的。他們中既有在珠峰地區(qū)開展一線科考作業(yè)的成員，也包括從設(shè)計(jì)階段開始至實(shí)驗(yàn)階段全部參與的技術(shù)人員。
據(jù)了解，從4月26號(hào)到現(xiàn)在，參與一線科考的隊(duì)員們就住在珠峰站海拔4300米左右營(yíng)地的方艙里。因受到風(fēng)力、風(fēng)向及航空安全限制，為了不錯(cuò)過(guò)最佳窗口期，實(shí)驗(yàn)進(jìn)入關(guān)鍵階段，晝夜顛倒、連續(xù)加班加點(diǎn)成了他們的常態(tài)。
空天院浮空器中心二部主任張?zhí)┤A告訴記者，浮空艇順利升空、打破紀(jì)錄，一方面要應(yīng)對(duì)高原低氣溫、低氣壓、強(qiáng)輻射、風(fēng)向變化等已知危險(xiǎn)；另一方面，空天院研制的極目一號(hào)I型浮空艇三年前達(dá)到的觀測(cè)高度為海拔7003米，一旦超過(guò)這個(gè)紀(jì)錄，“之上的每一米都是未知的新挑戰(zhàn)”。陌生的電磁環(huán)境和風(fēng)場(chǎng)，對(duì)浮空艇本身的性能和載荷設(shè)備的穩(wěn)定觀測(cè)帶來(lái)難以預(yù)測(cè)的考驗(yàn)。
有鑒于此，浮空艇團(tuán)隊(duì)先后九上高原，積累了浮空器在青藏高原大量飛行數(shù)據(jù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，他們依托空天院的專業(yè)技術(shù)力量，構(gòu)建了從設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試、系統(tǒng)集成、外場(chǎng)試驗(yàn)的全產(chǎn)業(yè)鏈流程，對(duì)艇體材料、測(cè)控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、錨泊設(shè)備等進(jìn)行了深度的攻關(guān)研究。“將最新的成果和技術(shù)用于解決最前沿的科學(xué)問(wèn)題”，張?zhí)┤A如是總結(jié)。
青藏高原的科考工作隨時(shí)都有可能面臨各種各樣的險(xiǎn)境，這次青藏科考研究也立意為“巔峰使命”。作為一名長(zhǎng)期專注于研究青藏高原水循環(huán)與氣候變化機(jī)制的女科學(xué)家，中科院青藏高原研究所研究員、浮空艇綜合觀測(cè)科考分隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)高晶這樣看待自己肩負(fù)的使命：“只要有目標(biāo)，不管多艱難，都要想辦法去實(shí)現(xiàn)。要努力把需要做的事情做到最好，享受攀登科研高峰的過(guò)程。”
如今，已創(chuàng)造出浮空艇大氣科學(xué)觀測(cè)新紀(jì)錄的這支隊(duì)伍，即將奔赴其他地方開展科考，繼續(xù)書寫“巔峰使命”。