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          极目一号III型浮空艇超越珠峰、创世界纪录

          世界之巅的“巅峰使命”

          来源:中央纪委国家监委网站 发布时间: 2022-05-27 17:00

          中央纪委国家监委网站 于露

            “当对讲机里传来‘浮空艇升空高度突破9000米’的声音,大家都特别兴奋,整个营地满是掌声和欢呼声,还有队员干脆从行军床上跳下来,盯着监控屏幕看。”回忆起5月15日凌晨极目一号III型浮空艇升空的经过,参与我国第二次青藏高原综合科学考察研究的浮空艇科考分队结构设计师陈其仍然记忆犹新。

            当日,由中国科学院空天信息创新研究院(以下简称空天院)自主研发的极目一号III型浮空艇从海拔4300米的中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站附近发放场地升空,最终超过珠峰8848.86米的高度,创造了海拔9032米的大气科学观测海拔高度世界纪录。专业人士表示,“此次在珠峰地区执行任务的极目一号III型浮空艇平台技术难度、驻空高度、携带载荷种类在已知的高原型系留浮空艇中前所未有。”

            关于驻空高度——

            游弋珠穆朗玛峰之巅,“大白鲸”不仅靠颜值,更靠实力

          浮空艇在发放场地准备升空(图片由中国科学院空天信息创新研究院提供)

            执行此次观测任务所使用的浮空艇,长55米、高19米,体积达9060立方米,利用浮升气体的浮力升空,通过地面锚泊设备系缆控制升空和驻空。因周身雪白、流线型身形,加上充满气后圆圆滚滚的体态,极目一号III型浮空艇被科考队员昵称为“大白鲸”。聊起这个憨态可掬又很有内涵的大家伙,多位浮空艇科考分队队员顾不得连续作业的疲惫,在观测间隙兴致勃勃地向记者介绍它创造世界纪录背后的奥秘。

            从外观看,浮空艇的白色外观能够反射太阳光,避免浮空艇内部气体温度剧烈变化;像鲸鱼流线型的身姿,则充分运用了仿生学的设计理念,有利于在高空中维持艇体的稳定性。此外,“大白鲸”饱满的“身体”里充满了氦气等多种气体,可以帮助它获得升空动力“御风而行”。

            不仅如此,“大白鲸”还很有“内涵”。空天院浮空器中心高级工程师黄宛宁告诉记者,突破世界纪录的背后,蕴含着很多技术升级和突破。比如,浮空艇的艇体材料是一种轻质低密度高强抗辐射的复合织物材料,由我国自主研发,具有重大的科学研究和工程应用意义。早在2018年,他们就在珠峰地区严苛的环境条件下开展了复合织物材料的相关试验。

            此外,浮空艇的锚泊主系缆是由多束轻质高强的聚乙烯纤维制成,外覆保护层。由于锚泊主系缆长度达几千米,所以必须控制单位重量,在此基础上,还要保证抗拉强度留有足够的安全余量。

            “轻量化和高强度是存在一定矛盾的,因此我们要在材料上进行突破,同时要在二者之间取一个适合工程应用的平衡。”黄宛宁说。

            值得一提的是,为了实现升空高度超过珠峰,浮空艇的各分系统(艇体分系统、测控分系统、能源分系统、锚泊分系统)也都借鉴以往的试验结果进行了深化设计、多轮测试与集成联调,确保在保障各分系统最佳性能的同时,兼顾各分系统的高可靠性与稳定性。

            关于携带载荷——

            展开垂直观测,重要数据助力揭示青藏高原环境变化机理

          5月15日上午,驻空飞行的浮空艇(图片由中国科学院空天信息创新研究院提供)

            来自中国科学院青藏高原研究所(以下简称青藏所)的相关专家告诉记者,极目一号III型浮空艇搭载的探测仪器可以实时在线测试大气水汽稳定同位素、黑碳、粉尘、甲烷、二氧化碳等大气组分,了解其在地面以上数千米垂直范围内的分布变化。这种“垂直观测”加上传统的地基“平面观测”,实现了对大气组分的立体观测,为揭示西风传输影响下的青藏高原环境变化提供了重要科学依据。以大气水汽稳定同位素的垂直变化为例,它可以指示高空不同层位水汽的来源和相对贡献率,对全面认识“亚洲水塔”的水汽来源和动态变化非常重要。

            青藏高原是世界屋脊、地球第三极,是我国重要的生态安全屏障和战略资源储备基地。青藏所的相关专家介绍说,青藏高原也被称为“亚洲水塔”,世界上很多大江大河由此发源,海拔落差超过8000米,动植物种类丰富,相当于微缩的地球。青藏高原也是季风和西风的巨型调节器,对全球气候变化影响深远。通过浮空艇获取的相关数据,有助于我们进一步揭示青藏高原的环境变化机理,优化生态安全屏障体系,这对于对推动青藏高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护将产生深远影响。

            此外,让浮空艇的升空高度能够超过9000米,达到中—高对流层,还有助于消除地表辐射的影响,展开原位测量,提供更真实、更准确的科学数据;从浮空艇平台角度讲,升空高度突破海拔9000米,也是对平台各分系统在多次高原外场试验后分系统迭代升级的实际考验。

            关于技术难度——

            肩负“巅峰使命”,他们致力于站在世界之巅解决科学难题

          部分科考队员在浮空艇前合影。(图片由中国科学院空天信息创新研究院提供)

            “巅峰使命”珠峰科考浮空艇科考分队由来自中国科学院青藏所、空天院、长春光学精密机械与物理研究所和中国电子科技集团公司第八研究所等单位的60余名科考队员组成,是第二次青藏科考16支科考小组中人数最多的。他们中既有在珠峰地区开展一线科考作业的成员,也包括从设计阶段开始至实验阶段全部参与的技术人员。

            据了解,从4月26号到现在,参与一线科考的队员们就住在珠峰站海拔4300米左右营地的方舱里。因受到风力、风向及航空安全限制,为了不错过最佳窗口期,实验进入关键阶段,昼夜颠倒、连续加班加点成了他们的常态。

            空天院浮空器中心二部主任张泰华告诉记者,浮空艇顺利升空、打破纪录,一方面要应对高原低气温、低气压、强辐射、风向变化等已知危险;另一方面,空天院研制的极目一号I型浮空艇三年前达到的观测高度为海拔7003米,一旦超过这个纪录,“之上的每一米都是未知的新挑战”。陌生的电磁环境和风场,对浮空艇本身的性能和载荷设备的稳定观测带来难以预测的考验。

            有鉴于此,浮空艇团队先后九上高原,积累了浮空器在青藏高原大量飞行数据和应用经验。在此基础上,他们依托空天院的专业技术力量,构建了从设计、仿真、测试、系统集成、外场试验的全产业链流程,对艇体材料、测控系统、能源系统、锚泊设备等进行了深度的攻关研究。“将最新的成果和技术用于解决最前沿的科学问题”,张泰华如是总结。

            青藏高原的科考工作随时都有可能面临各种各样的险境,这次青藏科考研究也立意为“巅峰使命”。作为一名长期专注于研究青藏高原水循环与气候变化机制的女科学家,中科院青藏高原研究所研究员、浮空艇综合观测科考分队队长高晶这样看待自己肩负的使命:“只要有目标,不管多艰难,都要想办法去实现。要努力把需要做的事情做到最好,享受攀登科研高峰的过程。”

            如今,已创造出浮空艇大气科学观测新纪录的这支队伍,即将奔赴其他地方开展科考,继续书写“巅峰使命”。

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