在西藏自治區(qū)被稱為“東方瑞士”的魯朗鎮(zhèn)的一處空地上，今年8月初來了一位“不速之客”——被形象稱為“大白鯨”的巨型氣球，一同前來的還有一群守護它的科研人員，他們圍著“大白鯨”日落而作、日出而息，頗受關注。

　　“大白鯨”的守護者——中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院(空天院)浮空艇團隊介紹說，“大白鯨”大名為“極目一號”浮空艇(也稱系留氣球)，是中國科學院空天院重要的綠色科研觀測設備平臺，從8月份進駐魯朗開展科研試驗任務到9月19日，“大白鯨”已累計完成30次升空飛行驗證，覆蓋不同高度層與氣象條件，為后續(xù)技術優(yōu)化提供了大量實測依據。

　　跨越：從單點采樣到立體監(jiān)測

　　作為中國第二次青藏高原綜合科學考察研究(第二次青藏科考)項目任務之一，9月18日晚至19日清晨，浮空艇團隊在魯朗最新開展一次“極目一號”浮空艇大氣觀測試驗，搭載3大類共16型、總重量約200公斤的科學載荷，成功升空至海拔5500米高度，通過多載荷協(xié)同觀測，實現浮空艇從單點采樣到立體監(jiān)測的技術跨越。

9月18日晚，“極目一號”浮空艇大氣觀測試驗在魯朗開展。中新網記者 孫自法 攝

　　中國科學院空天院正高級工程師、浮空艇團隊負責人張?zhí)┤A介紹說，青藏高原素有“世界屋脊”“地球第三極”和“亞洲水塔”之譽。在第二次青藏科考“亞洲水塔動態(tài)變化與影響”任務的支持下，中國科學院所屬多個研究院所緊密協(xié)作，自主研發(fā)出“極目一號”浮空艇和觀測載荷，并經過持續(xù)迭代升級實現新突破。

　　作為中國高原浮空觀測領域的關鍵裝備，“極目一號”浮空艇核心優(yōu)勢集中在大載重能力、超長續(xù)航時長、強抗干擾性能及對復雜環(huán)境的高適應性上，可在惡劣工況下穩(wěn)定執(zhí)行觀測任務。此次魯朗試驗聚焦高原復雜環(huán)境，浮空艇成功克服多重嚴苛限制，不僅要應對高原局地突發(fā)的強對流天氣，規(guī)避氣流紊亂對艇體穩(wěn)定性的沖擊，還需耐受高空零度以下的低溫環(huán)境。

　　他表示，本次試驗精準獲取了大氣組分、污染物分布、云三維微物理參數等關鍵科學數據，載荷種類多、測試數據豐富，將為青藏高原研究提供核心數據支撐，助力深度解析高原氣候環(huán)境變化規(guī)律，為“亞洲水塔”及全球氣候變化敏感區(qū)的動態(tài)監(jiān)測與可持續(xù)發(fā)展奠定基礎，為揭示高原生態(tài)系統(tǒng)奧秘提供全新視角。

　　創(chuàng)新：構建自主可控技術體系

　　作為“亞洲水塔”和全球氣候變化敏感區(qū)域，青藏高原環(huán)境動態(tài)監(jiān)測對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。早在2017年，中國科學院空天院浮空艇團隊便挺進可可西里腹地，開啟與青藏高原的“云端之約”。

　　中國科學院空天院正高級工程師、浮空艇團隊試驗任務現場指揮何澤青指出，面對零下30℃的極寒、每秒25米的強風以及海拔4700米的低氣壓環(huán)境，初代浮空艇裝備出現充氣速度慢、艇體泄露率較大、設備低溫性能下降等問題。針對這些在高原出現的狀況，團隊以應用為導向，長期攻堅克難，持續(xù)對浮空艇艇體、控制、能源、結構等系統(tǒng)的關鍵技術進行創(chuàng)新和迭代優(yōu)化，成功構建自主可控的技術體系。

　　在電磁與溫壓適配方面，團隊針對高原復雜電磁環(huán)境，優(yōu)化供配電系統(tǒng)設計，通過增加電氣間隙提升擊穿電壓，解決高海拔空氣稀薄導致的絕緣性能下降問題；同時加裝大氣壓、溫度實時監(jiān)測模塊及艙內主動溫控裝置，確保設備能在高空低溫低壓環(huán)境下穩(wěn)定運行。

　　團隊歷時3年攻關，實現充氣效率與安全雙升級。在浮空艇部署初期，需要將大量的高壓氦氣從儲氣罐快速充入艇體內，這一過程會對艇體材料產生沖擊、影響浮空艇安全，高分貝噪音還會對操作人員帶來聽力損傷。經反復試驗，團隊創(chuàng)新研發(fā)出“硬式充氣口”專利技術，采用特殊結構設計與緩沖材料，既降低高壓氦氣充氣時的噪音、避免操作人員聽力損傷，又緩解艇體材料振動，實現充氣口附近“無人值守”。

　　同時，搭配“快速充氣減壓裝置”對高壓氣體進行減壓、增速，將氦氣充氣速度提高兩倍以上，充氣時間縮短一半，極大縮短充氣時間，多次試驗驗證效果顯著。

　　據不完全統(tǒng)計，近5年來，團隊圍繞浮空艇申請專利60余件，既為浮空艇在升空高度突破、載荷集成效率、數據獲取精度等方面實現持續(xù)迭代創(chuàng)新提供核心知識產權支撐，也為空天領域相關技術的創(chuàng)新突破奠定堅實基礎。

　　應用：空中多面手賦能多領域

　　據中國科學院空天院介紹，浮空器是一種利用內部充填密度低于空氣的氣體(通常為氦氣)而產生浮力的航空器，其出現時間早于飛機，是一種古老的航天器。

9月18日晚，“極目一號”浮空艇大氣觀測試驗在魯朗開展。中新網記者 孫自法 攝

　　作為浮空器的重要類別，浮空艇憑借其駐空時間長、覆蓋范圍廣、部署靈活、載重能力強以及操控成本低等顯著優(yōu)勢，在很多應用場景中具備其他航空器不可比擬的競爭力?！皹O目一號”浮空艇也成為體現中國浮空觀測領域自主創(chuàng)新水平的標桿產品。

　　歷經數十年發(fā)展，中國科學院空天院浮空艇產品已實現從早期單一型號試驗的突破，逐步構建起覆蓋“小型-中型-大型-超大型”的全規(guī)格產品矩陣，形成極具競爭力的系列化產品譜系。

　　中國科學院空天院蔡榕研究員表示，該院目前形成的全規(guī)格浮空艇產品譜系，已在科學觀測、應急通信、草原生態(tài)、海洋中繼通信、對地觀測及安全防控等場景成功應用，深度賦能生態(tài)、應急、通信、科研等關鍵領域，成為服務國計民生的重要技術支撐。

　　其中，在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領域，浮空艇團隊創(chuàng)新融合高分辨率光譜成像與人工智能識別技術，實現對呼倫貝爾草原草場長勢、退化區(qū)域、牲畜數量和分布的精準監(jiān)測，為草原生態(tài)與畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學支撐，實現生態(tài)保護與牧民收益的雙贏。

　　在海洋監(jiān)測與通信領域，浮空艇團隊成功研制中國首套船基浮空艇裝備，并在中國管轄海域完成多輪演示驗證。該裝備搭載的專用通信基站，可實現長期演進信號(LTE)超數千平方公里范圍覆蓋、船舶自動識別系統(tǒng)信號(AIS)超200公里以上距離接收及求救信號(SOS)超100公里距離接收，為中國智慧海洋建設提供關鍵技術支撐。

　　在科學考察支撐領域，浮空艇自2017年起便深度參與第二次青藏科考，已在青藏高原的魯朗、納木錯、珠峰、雙湖、可可西里、塔什庫爾干等核心區(qū)域先后開展系統(tǒng)性科學觀測。其中，在2022年第二次青藏科考中，“極目一號”浮空艇升空至海拔9050米，突破同類型浮空艇升空觀測高度的世界記錄。

　　通過搭載氣象、環(huán)境、地質等多種科學觀測載荷實施升空探測，浮空艇累計獲取海量高質量觀測數據，為國家重大科研項目的立項論證、過程研究與成果轉化提供了關鍵數據支撐，有效助力青藏科考領域的科研突破。

　　中國科學院空天院副研究員尚華哲在魯朗試驗任務現場接受媒體采訪稱，“極目一號”浮空艇可對目標區(qū)域垂直大氣環(huán)境進行精細觀測，相關數據將助力實現精準天氣預報。

　　從青藏高原科學觀測到遠海通信保障、從草原生態(tài)精細監(jiān)測到助力精準天氣預報……中國浮空器(艇)技術正以“多面手”姿態(tài)融入國計民生關鍵場景。浮空艇團隊表示，隨著魯朗試驗任務取得的新突破，中國這一自主創(chuàng)新技術將持續(xù)向更穩(wěn)架構、更高性能、更廣應用邁進。

　　優(yōu)勢：持續(xù)技術迭代實現全面升級

　　自2017年首次赴青藏高原試驗到今年魯朗試驗任務順利開展，“極目一號”浮空艇技術已在高原歷經8年試驗迭代升級，中國科學院空天院浮空艇系列裝備也在持續(xù)技術迭代中實現了全面升級。

　　浮空艇團隊說，通過持續(xù)試驗驗證，多項關鍵技術攻關推動“極目一號”系統(tǒng)進階：氣球外形持續(xù)優(yōu)化，氣動穩(wěn)定性大幅提升，多次經受住高原惡劣天氣考驗；控制系統(tǒng)從單機模式升級為多冗余模式，優(yōu)化獨立安控系統(tǒng)，新增器件級保護模塊，共同強化系統(tǒng)可靠性、應急處置能力，確保高原低溫、低氣壓、復雜電磁環(huán)境下系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

　　同時，結構設計上，采用高低壓設備分艙隔離和電磁屏蔽強化，顯著提升球載設備穩(wěn)定性；氦氣減壓裝置的成功研發(fā)將充氣速度提升兩倍以上，極大縮短高原野外環(huán)境下的充氣操作時間；對高原環(huán)境也從陌生到熟悉，從最初的依賴城市天氣預報，升級為由多源氣象預報、雷電預警、六要素地面氣象站構成的綜合預報系統(tǒng)。

9月18日下午，“極目一號”浮空艇大氣觀測試驗完成任務前相關測試工作，項目團隊代表在現場合影。中新網記者 孫自法 攝

　　該團隊認為，“極目一號”浮空艇系統(tǒng)持續(xù)升級離不開國家科研項目的持續(xù)支持：第二次青藏科考為浮空艇提供高原現實場景與不間斷試驗機會，團隊在海拔4000米以上試驗場直面低氣壓、極端溫差等挑戰(zhàn)，以“試驗-改進-再試驗”的閉環(huán)推進技術升級，每一次迭代都服務于實際需求。

　　在中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“鴻鵠專項”支持下，“極目一號”浮空艇系統(tǒng)綜合保障能力實現全面升級，項目間互補協(xié)同，共同構成浮空艇技術迭代的“雙支撐體系”。

　　此外，從大氣電場觀測與防護到氣象綜合預報，從艇體材料的技術攻關到氦氣國產化的應用，從浮空艇艇體試驗到多載荷綜合試驗，中國科學院建制化科研體系也是“極目一號”浮空艇全面升級的關鍵保障。

　　張?zhí)┤A透露，中國科學院空天院浮空艇系統(tǒng)已實現型譜化發(fā)展，搭載載荷覆蓋環(huán)境監(jiān)測、大氣探測、雷電探測等新型設備，觀測能力從“單點碎片化”全面升級為“系統(tǒng)立體化”，后續(xù)目標是在目前大氣觀測平臺基礎上，逐步發(fā)展和建設成為國家的一個大科學裝置，更好助力科學研究、服務國計民生。(完)