成都的天空,真的会迟早布满气球吗?

mmcc new product    July 03, 2017    view:256

一层层薄如三明治塑料袋的聚乙烯,被整整齐齐地叠放在位于美国亚利桑那州图森市世界景观公司总部的木盒子里。它看起来像浴帘,而不是航天飞行器。不过,一旦被充满氦气,这个塑料气囊将变成长度和蓝鲸相当且能向上飞行30多千米进入平流层的泪珠状气球。在平流层中,它将提供地球的全景图像或者关于太空的清晰影像。

如果一切按计划进行,世界景观公司的工作人员会将这个气球小心翼翼地放在一块位于图森市以南约40公里的沙漠地区的保护性防水布上,并在黎明前的寒冷空气中将其展开。随着太阳升起,装满氦气的卡车将为其充入相当于4.4万个聚会气球的气体量。一旦充盈起来,气球将飞行4~7天,悬挂的吊篮里则装有世界景观公司自己的天气设备以及一个由快餐连锁店肯德基买单的汉堡。

尽管这是一种营销噱头,但此次发射意义重大:世界景观公司迄今已完成50余次短距离飞行,而这将成为它的首次多天飞行。其目标是展示一种携带科学仪器飞往太空边缘的新方法所具有的前景。

装载科学仪器

世界景观公司首席技术官Taber MacCallum以开发前卫的项目著称。上世纪90年代初,他和当时的未婚妻、世界景观公司首席执行官Jayne Poynter入驻生物圈2号—— 一个位于亚利桑那州沙漠的封闭的大型生态系统。这启发他们创办了第一家公司,即为太空探索建造生命保障系统的完美太空发展公司。2012年,两人和美国宇航局(NASA)前科学事务主管、飞经冥王星的“新视野号”项目首席科学家Alan Stern共同创建了世界景观公司。其首个项目是设计将谷歌公司管理人员Alan Eustace运送至41千米高空的气球,以便让他在2014年进行打破纪录的自由落体跳伞。

在这之后,他们原以为公司的主要业务是将寻找刺激的富豪送到太空边缘。但此后,其他需求开始涌入。在公司为载人吊篮进行试验飞行时,研究人员开始询问其能否装载一些小型仪器。“我们都说:‘NASA不为你们做这个吗?’”MacCallum回忆道:“他们回答说:‘是的。但NASA需要好些年而且太贵了。你们能搭载这个仪器吗?’”

MacCallum的父亲是一名开展气球运载试验的伽马射线天文学家,因此他很快意识到这个潜在客户群的价值。2015年,世界景观公司为顾客运送了首个科学载荷,以便对蒙大拿州立大学(MSU)研究人员用来记录日全食的视频和追踪系统开展测试。此次飞行还携带了一台MSU学生正在测试的小型抗辐射电脑,以及一台来自北佛罗里达大学的臭氧气体传感器。

自此以后,世界景观公司陆续开展了其他试验,包括一台伽马射线探测器和一个遥感系统。该公司表示,目前几十名顾客正在等待飞行航次。“我们看到,人们正在对若干年前我们甚至认为不会存在的事情逐渐变得有兴趣。”MacCallum表示。

可操控气球的两大优势

迄今为止,世界景观公司的可操纵气球(约30米宽)无法携带50公斤以上的东西。不过,和NASA大很多的“超压气球”相比,它们提供了一个关键优势。NASA的气球在高层大气中会变成100多米宽的独特南瓜形状,并且通过抵抗令气球膨胀和泄气的昼夜温度波动保持在一个恒定的高度。这意味着它们能连续数月停留在空中,但同时依赖于跨越大陆的盛行风。

世界景观公司和雷文航空之星公司想利用平流层在不同高度朝不同方向吹的分层风来操控气球,或者使其保持在一个地方。通过利用来自太阳能电池板的能量将空气送入或抽出分隔舱,气球能提高和降低自身的密度并因此调整高度。两家公司分析了天气数据库中记录的盛行风模式,然后朝几乎每个方向,甚至沿着8字形轨迹发射了气球,从而像地球同步卫星一样悬停在地球大部分区域。

“我们正在开辟新的疆域。”雷文航空之星公司总经理Scott Wickersham表示,几十年来,该公司一直为NASA和包括谷歌在内的商业客户生产气球。其中,谷歌的“潜鸟计划”正利用可操控气球测试在服务匮乏地区扩大互联网接入途径。

静止的高空气球能携带摄像机监控骤发洪水和森林火灾,或者携带扫描激光器远程感知土壤水分和植被生长。很多研究人员还将它们视为装备雷达的理想平台,以探测气球下面的风和云。在地球上空3.6万千米处运行的地球同步卫星对于雷达研究来说太过遥远。它们被限制在被动探测来自云层和地面的微波以及其他辐射。海拔较低的卫星和航空器会在空中迅速移动,意味着它们只能拍摄很少的快照。同时,地基雷达无法探测山脉或者地平线之外的事物。

可操控气球还提供了在云层内开展试验的方法。哈佛大学大气科学家John Dykema想就一种对抗气候变化的雷达技术进行小型试验:将气溶胶喷入平流层以反射阳光和为地球降温。Dykema和合作者计划利用世界景观公司的气球,通过释放水蒸气在寒冷的上层大气中创建一个几公里长的反射性冰晶区。气球将在约6小时内测量人造云内外的条件。后续任务将研究这些冰晶是否影响阻挡危险紫外线的臭氧总量,并且衡量其对入射的阳光和逸出的辐射产生的影响。

兴奋和担忧并行

虽然只有世界景观公司和雷文航空之星公司设计了可操控气球,但其他公司也在放飞科学试验装置。近空间公司自1996年起便为政府、学术机构和商业客户提供高空飞行。一家成立于2009年的西班牙初创公司——零至无穷已将以色列高中学生的教育设备送至31千米的高空,并且最终希望将乘客送至太空边缘。

NASA对新的商业参与者表示欢迎,尽管有一些保留。“我们很兴奋,但也存在担忧。”NASA气球项目负责人Deborah Fairbrother表示,“为了安全起见,我们制定了一些非常严格的要求,只是想确保参与者在安全地做这件事。”世界景观公司在历次发射气球时均同联邦航空管理局进行了协调,以避免危及空中交通。该公司表示,当被刺破时,气球会缓慢降落,因此有足够的时间将载荷释放到可操控的降落伞上。不过,即便是像NASA开展的经验丰富的项目也常常陷入混乱。在该机构于今年4月执行的最近一次发射中,其气球在发射后的第3天便开始漏气并且下降。

然而,美国国家海洋和大气管理局气象学家、世界景观公司最热诚的支持者Kenneth Howard对制定行之有效的操作指南非常有信心。去年9月,在了解了世界景观公司后,Howard将4500公斤重的雷暴追逐雷达运到该公司总部,以确认其能否被运送到空中。然而,世界景观公司并未胜任这项工作。不过,Howard预测,天空中迟早将布满各种气球。

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