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浮空艇新技术成功应用,国内系留浮空器创高空探测世界纪录

点击: 136 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-03-05

央视网消息:青藏高原是地球上最独特的地质、地理和生态单元,它被誉为世界屋脊、亚洲水塔和地球第三极。从2017年8月19日开始,我国正式启动了第二次青藏科考。

科研人员在高原上将球体转移至试验场。中科院空天院供图

今年,国家设立第二次青藏科考专项,总共有十大科考任务。目前,中科院和西藏科技部门等组成的多个科考团队,正在西藏的纳木错流域、珠峰、藏东南等区域,展开科考活动,这也是为了更深入地研究青藏高原乃至亚洲水塔的气候环境变化,为高原可持续发展、守护好世界上最后一方净土提供决策依据。

充气进行中。中科院空天院供图

在海拔4700多米西藏第二大湖纳木错流域,央视报道团队与科考队员一起,克服高海拔和暴风雪等不利天气条件,昼夜持续跟踪记录,目前科考已进入关键阶段,来了解最新情况。

极目一号浮空器顺利升空。中科院空天院供图

我国浮空艇新技术用于本次科考

在纳木错湖畔锚泊的极目一号浮空器。中科院空天院供图

央视记者 陈琴:这里是海拔4730米的中科院纳木错综合观测站,也是今年第二次青藏科考的重要科考基地,它的位置就在西藏第二大湖、被誉为天湖的纳木错南部湖畔。来自中科院青藏所、空天信息研究院、长春光机所等单位的50多位科考队员正在用最新的科技手段浮空艇探空,来观测纳木错流域的高空水汽传输情况,希望解答西风和季风如何影响青藏高原,亚洲水塔的水从何而来。

记者5月23日从中国科学院空天信息研究院了解到,在纳木错开展的第二次青藏高原综合科学考察研究中,由中科院空天院研制的系留浮空器新技术正式应用,于5月23日凌晨达到海拔7003米的高度。这一高度也是世界范围内已知的同类型同量级浮空器驻空高度的世界纪录。

您看到这个巨大的浮空艇是极目一号,就是这次科考任务的主角之一,它的体积是2300立方米,是我国自主研发的,可携带科学观测仪器原位升空,也就是从这里原地垂直升空,测量大气里面的多种成分。

为更好地利用新技术服务第二次青藏科考,空天院科研人员自主研发三款系留浮空器:极目一号、极目二号、极目三号。三款浮空器体积从小到大,驻空高度由低到高,系统复杂和技术难度也是逐渐递增。

挑战7000米高空观测世界纪录

其中,执行此次任务的极目一号是高原体验版,体积2300立方米,是流线型浮空器在青藏高原的首次应用,可携带科学探测仪器进行垂直剖面和驻空观测,将为后续浮空艇的研制进行技术探索和应用积累。极目二号是科考定制版,为第二次青藏科考量身定做,设计驻空高度为海拔7000-7500米,将能在藏东南鲁朗站,藏中部珠峰站、纳木错站,藏西部慕士塔格站等多站点通用。极目三号属于技术突破型,设计驻空高度将超过珠峰高度,平台技术难度、驻空高度、携带载荷所取得的可能成果,都将是空前和突破性的。

今年4月我国科学家在藏东南创造了将浮空艇升空到6390米高空观测的新纪录,而这次在纳木错的升空目标,则上升到7000米,起飞地面海拔也从3385米上升到4730米。

上述浮空器从艇体的设计到所用材料,其控制系统、电源系统以及载荷舱和地面锚泊设施等,绝大多数为我国自主研发。

中科院空天信息研究院浮空艇执行队长 张泰华:这个对我们自己来说是一个从没到过的高度,海拔7000米,这也将是我们所知的同量级浮空艇驻空高度的世界纪录。

本次科考活动由来自中科院青藏高原所、空天院、长春光机所等单位以及西藏相关科技部门的50多位科考队员开展,旨在更深入地研究青藏高原乃至亚洲水塔的气候环境变化,为高原可持续发展提供决策依据。在浮空器升空过程中,多种仪器将同步观测纳木错流域的大气物理与大气化学等多种参数。

记者:会有什么样的挑战?

为了创造这一纪录,科考队员们经历了高寒缺氧、暴风雪、强太阳辐射、昼夜连续观测等多种考验。5月22日凌晨,极目一号首次试飞达到海拔6608m的高度,此前,空天院在藏东南创造了将系留浮空器升空到海拔6390米高空观测的纪录。

中科院空天信息研究院浮空艇执行队长 张泰华:大气辐照强烈,日照充足,这样的话,对浮空艇的一个艇体材料还有一些连接件的老化性也都是一个不小的挑战;第二方面是地形地貌,青藏高原高山环绕,有雪山,有冰川,有湖泊,导致地面风有湖陆风、有冰川风,风况比较复杂。整个浮空艇的电子元件在升空和驻空途中,会产生大量的静电和一些感应电流,这对电子元器件的安全使用也是一个不小的挑战。

研究亚洲水塔水从何来

在升空过程中,多种仪器将同步观测纳木错流域的大气物理与大气化学等多种参数。研究与水汽来源有关的大气水汽稳定同位素、与冰川融化有关的黑碳含量等。

中科院青藏高原研究所研究员 科考队执行队长 高晶:作为亚洲水塔的非常重要的一个水源地,对于我们来说,它又是处于西风季风在协同作用的这样一个区域,在科学上,对于亚洲水塔的水循环来说,是非常重要的一个区域。从这种区域的尺度,让我们更好地来理解亚洲水塔的水到底是从哪来的。

纳木错,是全世界海拔最高的高原深水大湖,湖面海拔4718米,南邻念青唐古拉山脉。纳木错流域地处青藏高原的腹心地带,是第二次青藏科考包括长江、怒江、色林错、纳木错在内的两江两湖区域的重要观测地。

第二次青藏科考首席科学家 姚檀栋院士:青藏高原是我国的生态安全屏障,今年,国家设立第二次青藏科考专项,总共有十大科考任务,覆盖区域可能超过300万平方公里。我们要在科考里面借助现在中国科学院中已建的高寒网,同时还要设立不同的综合科学考察观测基地。其主要核心区是在藏东南、江湖源、河湖源、珠峰、帕米尔这么一些发生剧烈和关键变化过程的地区。通过整个科考,我们目标是聚焦水、生态和人类活动,揭示环境变化机理,同时要从地球系统科学的角度,为国家青藏高原发展和建设美丽幸福青藏高原,作出科学层面的贡献。

风雪夜里 浮空艇成功充气

经过十几天科考团队的联合调试,目前在海拔4730米的中科院纳木错站,浮空艇平台搭建完成,等待首次升空。不过令科考队员没有想到的是,就在难度最大的充气阶段,同一天晚上,科考队员遭遇了三场暴风雪。

要在海拔4730米搭建浮空艇平台,并且给浮空艇充上气,最关键的还是风速。经过高空探空和气象预报,5月19日晚,地面风力终于持续稳定在每秒5米以下。

中科院空天信息研究院浮空艇执行队长 张泰华:这个浮空艇抗风最弱的就是充气和放气两个过程,我们是希望它在5米以下的这个风。

由于纳木错气候环境复杂,四周是雪山冰川环绕,气流很乱,而浮空艇充气和升空,都要一个相对长的静风时间。事实上,主要科考工作都推迟到夜晚进行,这在高海拔本身就是对科考队员身体承受能力的极大考验。

2019年5月19日23点52分,熬了十来天,终于等来了平静的夜晚。2300立方米的浮空艇,里面是氦气和空气,整个充气过程需要3个小时。

可谁也没想到,一个多小时后,也就是20日凌晨1点20分,强劲的西风伴着大雪和冰雹,突然冲击着已充了一小半气体的浮空艇。

中科院空天信息研究院浮空艇执行队长 张泰华:突然起了一阵暴风雪,最大风力达到了7级,14.2米每秒,这个远远超出了整个浮空艇在充气过程中的一个充气极限。

尽管浮空艇的外层是高分子复合材料,有重量轻、防氦气渗漏、抗紫外线辐射等功能,但是这样突然而至的暴风雪,极有可能撕裂整个浮空艇,现场指挥何泽青立刻调整方案。

中科院空天信息研究院现场指挥 何泽青:我们是把氦气的充气速度提高,同时把各个部分的安装加快进度。争取保证它在最短的时间内成型,然后转入锚泊状态。

此时,温度已降到零下四、五度,大家已经顾不得刺骨的严寒。

之后,纳木错又降下两次雪。科考执行队长、中科院青藏所研究员高晶,用自己的手机记录下科考生涯非常难忘的一刻。

中科院青藏高原研究所研究员、科考队执行队长 高晶:基本上是14米每秒的一个风,然后雪、冰雹都开始下了,都非常紧张。非常幸运的是,我们这个锚泊的风向,和它这个风向刚好是一致的。

中科院空天信息研究院浮空艇执行队长 张泰华:出现这个极端的恶劣天气的时候,整个浮空艇正好处于迎风状态,所以我们也是有惊无险地实现了整个浮空艇的成功充气。

5月21日凌晨,浮空艇平台调试完成,只等升空。

央视记者 陈琴:现在时间是5月21日的凌晨2点多钟,经过11天的精心准备,科考团队将第一次把浮空艇从海拔4730米的中科院纳木错站地面进行起飞,那么今天的这个起飞其实是一次试飞,因为整个纳木错的气候环境是非常地复杂。

为了更好地用新技术服务第二次青藏科考,中科院空天信息研究院的科学家们自主研发设计了三款浮空艇极目一号、二号、三号,驻空高度将达到9000米。

中科院空天信息研究院党委书记 蔡榕:我们这是第六次为青藏科考服务,上青藏高原。我们正在不断地努力,改进我们的技术,用我们自主知识产权的这个技术来服务和支撑我们青藏科考。