功成珠峰之巅 我国创造浮空艇大气科学观测9032米世界纪录
4时40分,达到9032米!极目一号又一次创造了浮空艇大气科学观测海拔高度世界纪录。

功成珠峰之巅 我国创造浮空艇大气科学观测9032米世界纪录

来源:中国青年报2022-05-23

这是最令人屏息的时刻。

5月15日1时26分,我国自主研发的极目一号III型浮空艇第三次升空。在中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站(以下简称珠峰站)附近河滩上的监控方舱里,科考队员们紧盯着屏幕前的数字,高度值、风速值不断上升。

此时距上一次创下浮空艇升空科学观测高度海拔7003米的世界纪录,已经过去整整3年。这一次,浮空艇科考分队将目标定为“超越珠峰”。4时26分,对讲机里传来颤抖的声音,“海拔9000米!”万籁俱寂的冰川河谷,一时间爆发出热烈的欢呼声。

4时40分,达到9032米!极目一号又一次创造了浮空艇大气科学观测海拔高度世界纪录。

“这是世界上首次超越珠峰高度的试验,是高新技术与前沿技术的融合。”第二次青藏科考队队长、中科院院士姚檀栋说,从此科学观测上进入了一个超前的模式,可以在9000米以上高空,来观测地球科学中水汽、温室气体等最关键参数的变化特点,“这些成果一定能为人类社会发展和气候变化全球应对作出贡献。”

“飞”在珠峰

北冥有鱼,其名为鲲。

珠穆朗玛峰之巅,地属高寒。极目一号III型浮空艇就像“飞”在珠峰上方的一头“大白鲸”。担任浮空艇科考分队执行队长的中科院空天信息创新研究院(以下简称空天院)浮空器中心高级工程师何泽青是一名80后,他的工作,就是让这头“鲸”能够扶摇而上九万里,绝云气、负青天。

驯“鲸”谈何容易。在珠峰的高空之中,风速高、风向多变,低温、低气压,在浮空艇升空的过程中,一旦过了海拔7000米的高度,未知的电磁环境和风场,对浮空艇的稳定性和艇上设备的运转将带来难以预测的挑战。

“实际试验时遇到问题往往是孤点,极易影响系统成败。”浮空器中心二部主任张泰华说,从设计到试验阶段,预案预测工作变得极为重要。

浮空器中心高级工程师黄宛宁打了一个比方,像普通人放风筝一样,在浮空艇系统中,主系缆是牵引浮空艇艇体运动的重要部件。假设浮空艇“飞”到了海拔9000米的高度,那么主系缆的长度超过4700多米,而其中每米系缆的重量累加后将是一个庞大的数字,甚至会成为拖着浮空艇升空的“累赘”。

“航空界有句名言,为减轻每一克而奋斗。” 黄宛宁解释,在保证抗拉强度上必须留有足够的安全余量,“高度”和“重量”之间难以平衡。轻质高强度的复合系留缆绳技术的研制,是突破的难点。

不仅如此,这头“大白鲸”的身形、样貌、肤色背后还大有科学奥秘。

浮空艇全身雪白,最外的白色层可以反射太阳光,避免浮空艇内部气体温度剧烈变化,身体由复合织物材料组成,可以防晒、抗老化,抵御雨雪风沙的侵袭;它的体积约为9060立方米、长度约55米,像鲸鱼一样有流线型的身姿,利用仿生学设计理念,可以在高空中维持艇体的高稳定性。

要让浮空艇“御风而行”,它的“身体”里充满了氦气等多种气体,依托浮升气体的浮力获得升空动力,地面操作人员利用锚泊设备连接的系缆,进行浮空艇升空和驻空飞行任务。

在博士杜晓伟的印象里,2019年5月某次浮空艇试验中,充气作业遇到了暴风雪,而充气流程一旦启动便不能中断,为了保证元器件接口的精准,浮空艇科考分队队员们在逼近零摄氏度的环境中一边给手哈气、一边作业。那一次的充气时间长达12个小时,回到方舱时,大伙儿的手指已经伸展不开。

有人问,为何一定要让浮空艇在珠峰“放飞”?

黄宛宁给出了解释:青藏高原气候环境变化对世界其他地区而言,“牵一发而动全身”。浮空艇可以去掉地表辐射的影响,展开原位测量,提供最真实的、准确的数据,对解析温室气体来源、分析雾霾成因以及应急通信等科学问题有着重大意义。

九上高原

在珠峰站东南方向400米处,便是浮空艇科考分队的营地。营地南北长300米,东西宽200米,临时搭建了28个方舱,四面是冰川融雪冲刷形成的河滩。

这是何泽青第九次来到青藏高原。2017年11月,体积只有1250立方米的浮空艇首次飞跃5000米高度;2019年空天院研制的极目一号I型浮空艇,观测高度到达海拔7003米,刷新青藏科考系留浮空艇驻空科学观测海拔高度世界纪录。

第九次来到青藏高原,这头“大白鲸”有了新的使命:要消除地表辐射的影响,在珠峰地区探测大气水汽同位素、甲烷、黑碳、二氧化碳等大气标识物,获得珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程关键科学数据。

“我们要挑战升空高度高于珠峰的目标。”何泽青说。这一次,由青藏高原研究所、空天信息创新研究院、长春光学精密机械与物理研究所和中电科八所等单位抽调的63名科考队员组队向珠峰前进。

浮空艇科考分队总调度付强是一名90后,2018年第一次上高原时,因不适应高原气候,氧气不足,一路上头重脚轻,不作业时他躺在床上休息了一个星期才逐渐好转。

如今再“战”珠峰,他告诉记者,在试验场地,昼夜温差大,队员们晚上穿上了羽绒服和军大衣,到了中午又陆陆续续地换成了短袖。高原上又晒又冷又干的环境,让部分队员经常流鼻血。

在这里,衣食住行一切从简。取水不方便,队员们轮流去珠峰站打水;水装在塑料桶里,中午太阳晒久了,水中弥漫着胶皮的气味;没有建筑物遮挡,这里风沙肆虐,吃饭咬到沙子是常有的事。

在珠峰地区工作,最稀缺的是氧气,最不缺的是精神。

浮空艇结构设计师陈其是一名95后,在入职第二年,他便选择跟随青藏科考浮空艇分队来到珠峰站,协助其他队员完成浮空艇的充气工作。在高原,风云变化莫测。试验当天,天气预报显示将会出现南风,而在现场展开充气作业的过程中,风向突然变成了北风。

“这对于浮空艇来说是一个危险的时刻。” 陈其解释,要沿着浮空艇流线型的身躯从头到尾地输送气体,而当风向转变后,如果协调不到位,气体在内部流窜,会出现局部应力过大导致材料撕裂的风险。现场25个队员通过控制小车的角度,避免气体出现巨大的波动。历经10小时,成功将浮空艇转入锚泊状态。在冷风中吹了一整夜,陈其和同事已经手脚冰凉。充气作业结束后,有人买回了牛羊肉,用高压锅一蒸,热热闹闹地犒劳了大伙儿。

1999年出生的研二学生崔宇轩跟随队伍来到珠峰实习,他始终记得风机测试的一个细节:在完成风机性能检测后,在场的一位科学家提出质疑,认为风机的声音不对,多方检查均未发现问题后,这位科学家仍坚持要求拆卸风机、检查内部的零部件。后来发现,果然是风机的零件在运输中出现了轻微的磨损。

在这里,陈其受到了触动,“科学就是要迎难而上,用技术手段解决现有的难题。”崔宇轩则发现,“科学要做到极致的严谨,任何一环的差错都可能导致功亏一篑。”

巅峰使命

什么是巅峰使命?

“站在世界之巅解决科学难题。”有队员给出了这样的答案。这次青藏高原综合科学考察研究立意为“巅峰使命”。

九上高原后,空天院浮空艇平台团队积累了大量的青藏高原气象数据。他们构建了从设计、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,迭代升级。

突破来源于科学的底气,青年的力量也在此彰显。

1993年出生的陕西小伙屈维,从北京化工大学硕士毕业后,加入了空天院浮空艇平台团队。在一次试验中,他发现,当高压氦气充入艇体,会对囊体材料产生冲击,影响浮空艇的安全,高分贝噪音还会对现场的操作人员带来听力的损伤。经过研究,他发明了快速充气减压装置,对高压气体进行减压、减速、减流,实现了每小时可充入2500公斤浮力氦气的目标。

在后续的试验中,为了缩短机箱拆卸时间,屈维又发明了快速拆卸装置,如今已经全面应用在了浮空艇及其他浮空器上。

“将最新的成果和技术用于解决最前沿的科学问题。”张泰华说,在珠峰之巅,就要有解决世界上卡脖子难题的实力和决心。

一切准备就绪。5月13日6时38分,极目一号III型浮空艇搭载观测设备,展开第一次升空测试,升空5300米;5月14日2时25分,浮空艇第二次升空高达8011米。

5月15日1时26分第三次升空,浮空艇从海拔4300米出发。浮空艇科考分队执行副队长乔涛和锚泊车的操作人员时刻紧盯升空速度、走缆排线进展、控制面板各类参数。

这一天,当“浮空艇升空高度突破9000米”的声音从对讲机里传来,有队员从行军床上跳下来,盯着屏幕。

“努力了5年的研发,终有了回报。” 张泰华在现场百感交集,所有人在这片营地里欢呼鼓掌。

这天,极目一号III型浮空艇平台超过世界最高峰珠穆朗玛峰,获得了珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程关键科学数据,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。

“科考是人类认识自然规律、推动技术发展的重要实践活动,是当前落实创新驱动发展战略的重要举措。”空天院党委书记蔡榕得知消息后提笔称赞:种花少年挺直腰,欲与珠峰试比高。

这群功成珠峰的队伍将会收拾行囊,重新出发。下一站,他们要前往另一处科研基地,完成新的“巅峰使命”。

中青报·中青网见习记者 杨洁

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功成珠峰之巅 我国创造浮空艇大气科学观测9032米世界纪录

2022-05-23 09:37:43 来源:

这是最令人屏息的时刻。

5月15日1时26分,我国自主研发的极目一号III型浮空艇第三次升空。在中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站(以下简称珠峰站)附近河滩上的监控方舱里,科考队员们紧盯着屏幕前的数字,高度值、风速值不断上升。

此时距上一次创下浮空艇升空科学观测高度海拔7003米的世界纪录,已经过去整整3年。这一次,浮空艇科考分队将目标定为“超越珠峰”。4时26分,对讲机里传来颤抖的声音,“海拔9000米!”万籁俱寂的冰川河谷,一时间爆发出热烈的欢呼声。

4时40分,达到9032米!极目一号又一次创造了浮空艇大气科学观测海拔高度世界纪录。

“这是世界上首次超越珠峰高度的试验,是高新技术与前沿技术的融合。”第二次青藏科考队队长、中科院院士姚檀栋说,从此科学观测上进入了一个超前的模式,可以在9000米以上高空,来观测地球科学中水汽、温室气体等最关键参数的变化特点,“这些成果一定能为人类社会发展和气候变化全球应对作出贡献。”

“飞”在珠峰

北冥有鱼,其名为鲲。

珠穆朗玛峰之巅,地属高寒。极目一号III型浮空艇就像“飞”在珠峰上方的一头“大白鲸”。担任浮空艇科考分队执行队长的中科院空天信息创新研究院(以下简称空天院)浮空器中心高级工程师何泽青是一名80后,他的工作,就是让这头“鲸”能够扶摇而上九万里,绝云气、负青天。

驯“鲸”谈何容易。在珠峰的高空之中,风速高、风向多变,低温、低气压,在浮空艇升空的过程中,一旦过了海拔7000米的高度,未知的电磁环境和风场,对浮空艇的稳定性和艇上设备的运转将带来难以预测的挑战。

“实际试验时遇到问题往往是孤点,极易影响系统成败。”浮空器中心二部主任张泰华说,从设计到试验阶段,预案预测工作变得极为重要。

浮空器中心高级工程师黄宛宁打了一个比方,像普通人放风筝一样,在浮空艇系统中,主系缆是牵引浮空艇艇体运动的重要部件。假设浮空艇“飞”到了海拔9000米的高度,那么主系缆的长度超过4700多米,而其中每米系缆的重量累加后将是一个庞大的数字,甚至会成为拖着浮空艇升空的“累赘”。

“航空界有句名言,为减轻每一克而奋斗。” 黄宛宁解释,在保证抗拉强度上必须留有足够的安全余量,“高度”和“重量”之间难以平衡。轻质高强度的复合系留缆绳技术的研制,是突破的难点。

不仅如此,这头“大白鲸”的身形、样貌、肤色背后还大有科学奥秘。

浮空艇全身雪白,最外的白色层可以反射太阳光,避免浮空艇内部气体温度剧烈变化,身体由复合织物材料组成,可以防晒、抗老化,抵御雨雪风沙的侵袭;它的体积约为9060立方米、长度约55米,像鲸鱼一样有流线型的身姿,利用仿生学设计理念,可以在高空中维持艇体的高稳定性。

要让浮空艇“御风而行”,它的“身体”里充满了氦气等多种气体,依托浮升气体的浮力获得升空动力,地面操作人员利用锚泊设备连接的系缆,进行浮空艇升空和驻空飞行任务。

在博士杜晓伟的印象里,2019年5月某次浮空艇试验中,充气作业遇到了暴风雪,而充气流程一旦启动便不能中断,为了保证元器件接口的精准,浮空艇科考分队队员们在逼近零摄氏度的环境中一边给手哈气、一边作业。那一次的充气时间长达12个小时,回到方舱时,大伙儿的手指已经伸展不开。

有人问,为何一定要让浮空艇在珠峰“放飞”?

黄宛宁给出了解释:青藏高原气候环境变化对世界其他地区而言,“牵一发而动全身”。浮空艇可以去掉地表辐射的影响,展开原位测量,提供最真实的、准确的数据,对解析温室气体来源、分析雾霾成因以及应急通信等科学问题有着重大意义。

九上高原

在珠峰站东南方向400米处,便是浮空艇科考分队的营地。营地南北长300米,东西宽200米,临时搭建了28个方舱,四面是冰川融雪冲刷形成的河滩。

这是何泽青第九次来到青藏高原。2017年11月,体积只有1250立方米的浮空艇首次飞跃5000米高度;2019年空天院研制的极目一号I型浮空艇,观测高度到达海拔7003米,刷新青藏科考系留浮空艇驻空科学观测海拔高度世界纪录。

第九次来到青藏高原,这头“大白鲸”有了新的使命:要消除地表辐射的影响,在珠峰地区探测大气水汽同位素、甲烷、黑碳、二氧化碳等大气标识物,获得珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程关键科学数据。

“我们要挑战升空高度高于珠峰的目标。”何泽青说。这一次,由青藏高原研究所、空天信息创新研究院、长春光学精密机械与物理研究所和中电科八所等单位抽调的63名科考队员组队向珠峰前进。

浮空艇科考分队总调度付强是一名90后,2018年第一次上高原时,因不适应高原气候,氧气不足,一路上头重脚轻,不作业时他躺在床上休息了一个星期才逐渐好转。

如今再“战”珠峰,他告诉记者,在试验场地,昼夜温差大,队员们晚上穿上了羽绒服和军大衣,到了中午又陆陆续续地换成了短袖。高原上又晒又冷又干的环境,让部分队员经常流鼻血。

在这里,衣食住行一切从简。取水不方便,队员们轮流去珠峰站打水;水装在塑料桶里,中午太阳晒久了,水中弥漫着胶皮的气味;没有建筑物遮挡,这里风沙肆虐,吃饭咬到沙子是常有的事。

在珠峰地区工作,最稀缺的是氧气,最不缺的是精神。

浮空艇结构设计师陈其是一名95后,在入职第二年,他便选择跟随青藏科考浮空艇分队来到珠峰站,协助其他队员完成浮空艇的充气工作。在高原,风云变化莫测。试验当天,天气预报显示将会出现南风,而在现场展开充气作业的过程中,风向突然变成了北风。

“这对于浮空艇来说是一个危险的时刻。” 陈其解释,要沿着浮空艇流线型的身躯从头到尾地输送气体,而当风向转变后,如果协调不到位,气体在内部流窜,会出现局部应力过大导致材料撕裂的风险。现场25个队员通过控制小车的角度,避免气体出现巨大的波动。历经10小时,成功将浮空艇转入锚泊状态。在冷风中吹了一整夜,陈其和同事已经手脚冰凉。充气作业结束后,有人买回了牛羊肉,用高压锅一蒸,热热闹闹地犒劳了大伙儿。

1999年出生的研二学生崔宇轩跟随队伍来到珠峰实习,他始终记得风机测试的一个细节:在完成风机性能检测后,在场的一位科学家提出质疑,认为风机的声音不对,多方检查均未发现问题后,这位科学家仍坚持要求拆卸风机、检查内部的零部件。后来发现,果然是风机的零件在运输中出现了轻微的磨损。

在这里,陈其受到了触动,“科学就是要迎难而上,用技术手段解决现有的难题。”崔宇轩则发现,“科学要做到极致的严谨,任何一环的差错都可能导致功亏一篑。”

巅峰使命

什么是巅峰使命?

“站在世界之巅解决科学难题。”有队员给出了这样的答案。这次青藏高原综合科学考察研究立意为“巅峰使命”。

九上高原后,空天院浮空艇平台团队积累了大量的青藏高原气象数据。他们构建了从设计、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,迭代升级。

突破来源于科学的底气,青年的力量也在此彰显。

1993年出生的陕西小伙屈维,从北京化工大学硕士毕业后,加入了空天院浮空艇平台团队。在一次试验中,他发现,当高压氦气充入艇体,会对囊体材料产生冲击,影响浮空艇的安全,高分贝噪音还会对现场的操作人员带来听力的损伤。经过研究,他发明了快速充气减压装置,对高压气体进行减压、减速、减流,实现了每小时可充入2500公斤浮力氦气的目标。

在后续的试验中,为了缩短机箱拆卸时间,屈维又发明了快速拆卸装置,如今已经全面应用在了浮空艇及其他浮空器上。

“将最新的成果和技术用于解决最前沿的科学问题。”张泰华说,在珠峰之巅,就要有解决世界上卡脖子难题的实力和决心。

一切准备就绪。5月13日6时38分,极目一号III型浮空艇搭载观测设备,展开第一次升空测试,升空5300米;5月14日2时25分,浮空艇第二次升空高达8011米。

5月15日1时26分第三次升空,浮空艇从海拔4300米出发。浮空艇科考分队执行副队长乔涛和锚泊车的操作人员时刻紧盯升空速度、走缆排线进展、控制面板各类参数。

这一天,当“浮空艇升空高度突破9000米”的声音从对讲机里传来,有队员从行军床上跳下来,盯着屏幕。

“努力了5年的研发,终有了回报。” 张泰华在现场百感交集,所有人在这片营地里欢呼鼓掌。

这天,极目一号III型浮空艇平台超过世界最高峰珠穆朗玛峰,获得了珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程关键科学数据,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。

“科考是人类认识自然规律、推动技术发展的重要实践活动,是当前落实创新驱动发展战略的重要举措。”空天院党委书记蔡榕得知消息后提笔称赞:种花少年挺直腰,欲与珠峰试比高。

这群功成珠峰的队伍将会收拾行囊,重新出发。下一站,他们要前往另一处科研基地,完成新的“巅峰使命”。

中青报·中青网见习记者 杨洁

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