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气球和飞艇,为什么正在重返天空?-世界观热点
来源: 虎嗅网 发布于:2023-02-09 22:03:09

本文来自微信公众号:出行一客(ID:carcaijing),作者:邓雨洁,编辑:李皙寅,原文标题:《同样飞行在高空,气球和飞艇有什么区别?》,题图来自:视觉中国

廉颇老矣,尚能饭否?

作为人类最早使用的浮空器,气球和飞艇,时至今日仍有不小的作用。虽然公众很少在日常生活中直接看到它们的身影,但在气象探测、宇宙研究、军事领域,乃至货物运输等方面,都有不少应用场景。


(资料图)

2月3日,美国平流层气球公司世景宣布,公司拟从气球旅游转向遥感技术服务商,与卫星和航空平台竞争,提供高分辨图像。其表述,经过公司验证,目标区域空间的分辨率达到5厘米~7厘米,远高于卫星的30厘米。

在世景公司看来,气球的商业前途远大。仅在遥感领域,到2027年,从能源到国家安全等领域,全球市场价值将达到230亿美元。

此外,2022年5月中旬,中国自主研发的浮空艇“极目一号”在珠穆朗玛峰旁放飞,高度达到9032米,超越巍峨的珠峰,打破了浮空艇大气科学观测海拔高度世界纪录。

何为气球、何为飞艇,差别是啥,用在哪?如上诸多基础信息,仍不为大众所知,本文将在如上多方面展开介绍。

探空气球为气象“把脉”

在高空气象观测中,虽然有火箭探空、地基遥感、卫星掩星等高科技测量方式,但据中国气象局介绍,传统的气球探空仍被业内看作高空气象最主要的直接探测方式,这是因为通过气球,传感器可以最直接为气象环境“把脉”,气球探空也被形象地称为高空气象探测的“医者”。

探空气球是气象气球的一种,除此之外,系留气球和高空气球都可以用来做气象探测。

探空气球携带的是无线电探空仪,达到一定高度会自行爆裂,无需回收。探空气球通常能上升到3万米左右的高空,已经超出民航飞机国际航线的最高高度15km。

探空气球从地面放飞后,所携带的测量仪器会将不同高度周围的温度、湿度、气压等数据通过信号传给雷达,雷达通过探空气球的运动轨迹算出风向风速等信息,传送到研究人员的电脑上。据了解,气球可以实现每秒传回一组数据,这些数据通常对天气预报、气候预测、科学研究起着重要作用。

目前,我国有120多个地方探空站。其中,东部站点间隔约200千米,中部站点间隔约300千米,西部站点间隔约500千米,基本上达到世界气象组织WMO对探空平均站间距的距离要求。

▲ 全国探空站分布/中国气象局

这样一个探空气球最高能飞多高?中国化工株洲橡胶研究设计院有限公司(下称株洲橡胶院)研发的探空气球给出的答案是4.8万米,这也是目前全球探空气球可以到达的最高值。

除了“测得高”,“株洲橡胶院”还拓展到“测得广”。平飘双模气象气球,又称平飘气球是株洲橡胶院首创的新型高空气象探测载体,其最大的特点是一次释放,即可实现“上升—平飘—下降”三段连续观测。

2017年7月27日,由株洲橡胶院主导制定的《气象气球规范》国际标准正式发布。这是我国乳胶行业主导制定的第一项国际标准,填补了我国乳胶行业没有主导制定国际标准的空白。

“白白胖胖”的飞艇

对于飞艇,《红色警戒》中的标志性兵种——基洛夫飞艇,想必是不少年轻人的回忆,也是首次接触并熟知这类浮空器。

飞艇通常由气囊、吊舱、推进装置和尾翼组成。在气囊中注入浮升气体(通常使用氦气,氢气在操作上不够安全,不在大型浮空器上使用)就可以使飞艇浮起升空。

在说飞艇的分类前,先对大气层进行简单介绍。大气层的结构类似洋葱,从内到外分为五层:对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。

对流层最低,平均厚度为12千米。这里水汽充足,有雨雪等天气现象,还有水平和垂直方向的不规律气流。我们平时乘坐的民航飞机会在对流层顶部且低于平流层的高度飞行,也就是平时我们看到的“云层之上”。

平流层位于对流层之上,距地表约10千米~50千米处。平流层基本无水汽,晴朗无云,也被称为同温层。这里没有垂直气流,只有水平气流,因此从原理上浮空器只需保持浮重平衡,就可长时间飞行。

▲ 制图/邓雨洁

根据不同的飞行高度,飞艇可以分为平流层飞艇和对流层飞艇。

对流层飞艇,也叫中低空飞艇,目前多用于载人观光。如由航空工业特飞所自主研制的AS700“祥云”民用载人飞艇,正是根据国内外低空旅游市场需求设计研发的产品。其中的02架适航取证艇在去年12月完成首飞,其最多可承载9人,最多能飞700千米。

平流层飞艇的飞行高度一般在18千米以上的平流层,自身带有电力推动和螺旋桨,可以通过遥控或自身控制其飞行方向,也可以达到在目标区域上空盘旋的效果。

成为一颗“卫星”,是平流层飞艇的目标之一。业内人士向出行一客介绍,平流层飞艇在提供卫星式服务上被寄予厚望。这是因为现有的地球同步轨道卫星距离地表太远,需要35800千米才能保持和地球自转周期相同。

平流层飞艇是科学家们的一个解决方案,成本更低、距离地表更近,能够长期稳定地在一定高度长期驻留,实现地球静止轨道卫星的效果。

正在回归的浮空器产业

浮空器作为早期的主要飞行工具,在飞机技术出现并盛行之后便逐渐沉寂,直到2015年左右,浮空器技术才逐渐受到重视并重新发展起来。

飞艇和气球虽然都属于浮空器,但据业内人士告诉出行一客,飞艇和气球最大的区别在于飞艇有动力机构,而气球无动力。

无动力的气球常见用途就是探空,天气预报、大气研究都习惯用气球来监测气象。在大风、台风、暴雪等极端天气和极地地区放飞气象气球,更是有助于收集精准的数据,甚至放飞气球的时间也需要分秒不差。

一些研究机构还会将高空气球用于对宇宙的研究之中。如NASA计划在2023年12月从南极洲放飞一个平流层气球到40千米的高空处,对肉眼看不见的波长的光进行观测。

2022年12月,重庆首个搭载5G基站的系留气球试飞成功,该系留气球联动天空和地面平台,实现通信保障、环境监测、应急救援和高清云瞰四项应急保障功能。相对于传统无人机基站,浮空器驻空时间更长、能耗更低、载重更大且不产生噪音。除了重庆,云南等地也有类似基站。

▲ 5G系留气球基站/中国移动官方

除了气象、天文的相关研究,气球在军事上也将发挥其作用。

在商业方面也出现过一些相关的高空气球旅游公司,如美国平流层气球公司世景(World View),不过,据2月7日的最新消息显示,该公司也将调整重心,从旅游转向遥感,声称要填补市场的空白。稍早前公司宣布了上市计划,仅在遥感市场,预计到2027年从能源到国家安全等领域的全球市场价值将达230亿美元。

有动力支持的飞艇能够更好地控制飞行,也因此有更多潜力的应用场景。

首先是应急保障。当地震、海啸、水灾、雪灾等自然灾害发生,地面交通和通信阻断时,载重飞艇能越过地面障碍,直接为受灾地区提供物资、搜寻并转移伤病员等救援。相较于直升机,飞艇能够长时间悬空作业。

商业方面,除了旅游观光,据NASA公布的行业调研显示,飞艇在货物运输上有着较大的市场潜力。现有的铁路、公路、航空等运输方式都需要大量的地面基础设施,但飞艇是一个几乎无需地面建设的重型货物空运。

此外,广告宣传也是重要市场之一,在世界杯、奥运会、欧洲杯等大型赛事上都可以看到飞艇的踪影。

本文来自微信公众号:出行一客(ID:carcaijing),作者:邓雨洁,编辑:李皙寅

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