临近空间飞行器携“太空龟”起飞 半途而返

乘坐“旅行者2号”的猪鼻龟。

    “深圳造”临近空间飞行器昨晚携带“太空龟”起飞 升到万米高空后紧急迫降

    一只猪鼻龟拥有了距离太空最近的一次非凡旅行。11月9日晚10点44分，一只成年人巴掌大的“太空龟”在新疆博湖县博斯腾湖乡搭乘光启“旅行者2号”验证版，可惜由于系统故障等不利因素影响，飞行器放飞半小时升到11000米高空后紧急降落。

    记者从放飞现场获悉，由于计划在明年进行临近空间飞行器“旅行者”2号的载人版试飞，因此在新疆进行试飞的是“旅行者2号”验证版，也就是为验证临近空间载人旅游各项关键技术而专门研制的临近空间飞行器。业内人士表示，该试飞将再次提升我国在临近空间开发上的地位。

    文、图/广州日报记者阮元元

    放飞之路

    2015年2月，光启临近空间载人项目正式启动。

    2015年6月，光启在新西兰成功放飞了中国首个临近空间商用平台“旅行者”号。

    2016年11月9日晚，光启在新疆博湖县博斯腾湖乡放飞“旅行者2号”验证版。

    保障“太空龟”存活 主舱系统抗击极端环境

    11月8日凌晨3时多，当时正在准备“升天”的猪鼻龟被放入密封并装满水的玻璃容器中，并由工作人员放入了载人环境模拟舱体，记者看到它的最后一眼，它仍伸着脖子在瓶子里“淡定”地划动四肢游泳。

    超乎常人的“镇定气质”让乌龟战胜了其他生物对手，完成了这次生物荷载测试。旅行者号项目总负责人周飞博士对本报记者表示，乌龟的生命体征比较稳定，也是幸运的象征，以后会逐步再做其他的搭载生物试验。

    不过，虽然搭载的是“好养活”的乌龟，但“旅行者2号”验证版主舱的载人环境依旧不敢马虎。旅行者2号项目总负责人周飞博士介绍，主舱的生命保障系统具备密封保压能力、温度精准控制能力和氧气补给能力，可在临近空间极端环境下保证生物存活。

    舱内的温度控制系统采用最外部喷涂热控涂层、中间层设计高效隔热层、内层设备热源优化布置的方式，并结合可控主动加热手段，在最小能源消耗量下为舱内设备及生物提供合适的温度环境。

    周飞介绍，整个主舱的环控生保分系统在放飞前已经经过多次临近空间模拟试验，温度控制能力和生命保障能力得到了充分验证，人在主舱内的体验与在飞机舱里的体验是一样的。

    放飞过程“曲折冻人” 下雪风速都是阻碍

    记者此次跟随放飞测试采访，见证了这只猪鼻龟搭乘临近空间飞行器成功“升天”幕后的重重曲折。

    此次升入临近空间的“旅行者2号”验证版主舱，是一个直径2.5米、高3.5米、重量超过1吨的舱体，根据“旅行者2号”的0.6倍缩比设计制作。放飞时，主舱由一个直径近40米的超大囊体，携带到达20公里以上的临近空间。同时，舱内还会搭载一个小型生命保障系统，携带“太空龟”进入临近空间并返回地面，这将是“旅行者2号”载人试验的重要一步。

    此时，位于新疆博湖县的放飞地点正值初冬，天气充满了不确定性，天空视野是否利于观测、风力风向和风速是否适合囊体升空等因素，直接影响放飞能否顺利进行。因此，整个放飞过程可谓“充满挑战”、“一波三折”。放飞计划原定于6日进行，不料11月5日夜里，放飞现场博湖县博斯腾湖乡飘起了鹅毛大雪，温差形成的强烈气流给6日的放飞带来了极大挑战。出于安全考虑，放飞团队决定延迟到11月7日再放飞。

    11月6日下午冰雪初融，放飞在11月7日凌晨继续。11月7日凌晨1时许，通过现场测风速、风向、结合气象数据，放飞团队判定环境适合放飞，随即开始进行囊体充气。但进行至凌晨3时许，“太空龟”已成功入舱并封闭主舱封后，原本风力微弱的现场，又突然刮起了凛冽刺骨的强烈北风，风速突变至放飞阈值的两倍多。

    记者在现场看到，正在充氮气和进行升空准备的轻盈银色囊体，也在风中仿佛“醉酒”般乱摆变形，时而干瘪“躺倒”时而膨胀欲飞，现场至少30多位工程师合力拉住牵引绳，才能牵绊住囊体不被风吹跑。

    当晚，光启集团联合创始人、光启科学联系行踪总裁栾琳对记者解释，放飞的最佳风速需不高于3米/秒，阈值为5米/秒。她对本报记者说：“天气预报显示 ，当晚风速平均为2米/秒，最高不超过3米/秒，但风速突变，现场实测风速已高于7米/秒，因此不得不推迟放飞。”

    “由于5日局部降雪，6日下午化雪，造成了放飞场地与周边地区的温度差，产生了气压差，带来了突如其来的大风。” 周飞这样给记者解释。

    此时，放飞团队的工作人员已经在寒冷大风中连续工作33个小时，囊体结构也需要再做检测。为保障现场人员安全和放飞的顺利进行，放飞团队当即决定暂停放飞计划，并对天气状况进行实时监测，随时等待最佳放飞时间窗。

    11月8日凌晨，团队再次进行放飞尝试，不过截至凌晨4时，局部天气状况仍未好转。记者在现场只觉得刺骨冷风扑面，工作人员告诉记者，放飞场地风速保持在9米/秒左右，同时天气情况也并无好转迹象，因此放飞试验不得不再次延迟。

    猪鼻龟开启太空之旅 可惜首飞未能成功

    尽管一波三折，但放飞团队并未放弃。经过观察、分析并与相关部门紧急协调，“旅行者2号”验证版放飞试验在11月9日晚顺利进行。

    晚10点44分，旅行者2号验证版成功放飞。近40米直径的超大囊体，充入经过精密计算的氦气后，携带总重量超过1吨的主舱缓慢上升。按计划，经过约一个半小时的飞行后，飞行器达到设定高度，即海拔20公里以上的临近空间。

    不过天公不作美，由于系统故障等不利因素影响，放飞半小时后，旅行者2号验证版升至11000米高空，系统却出现故障，团队进行紧急商讨后，决定向旅行者2号发出应急降落指令，随后主舱返回地面，放飞团队也赶往降落地点进行回收检测。　　飞行过程

    临近空间：环境温度低达-55℃以下，大气压力小于5000Pa（不足地面大气压力的1/20），紫外辐射强度和臭氧浓度也大大高于地面。常规电子设备在这种低温、低压、高辐射、高臭氧浓度环境中无法正常工作，生物更不可能在这样的极端条件下存活。

    1.根据放飞需求，充入经过精密计算的氦气量，垂直起飞

    2.飞行高度增加，空气越来越稀薄

    3.气压降低，囊体内外压差越大，囊体鼓得越大

    4.20km-高于商业民航客机，上升到20km以上需1~1.5个小时

    5.21km-于临近空间漂浮约2小时

    6.可通过控制螺旋桨的转动，调整观看临近空间的角度

    7.减少氦气开始下降

    8.囊体发挥降落伞作用滑翔至降落点

    9.安全着陆

    升空“秘笈”

    囊体：抗雷击抗腐蚀耐压耐低温

    囊体强度和密封性是“旅行者2号”升空的重要保障，而影响囊体强度的因素主要包括蒙皮材料强度、焊接强度及局部受力状态等，此次放飞的“旅行者”2号验证版的囊体均为光启自主研发。

    据周飞介绍，“旅行者2号”以及“旅行者2号”验证版的囊皮材料是多层的，每一层的功能都不一样，有耐低温层、防紫外线层、耐压层、抗腐蚀层等，经过精密的工艺，把这些材料加工成囊皮材料，令其在拥有多种功能的同时，依然材质轻、强度高。

    值得一提的是，囊体和主舱之间的连接载体为旋转分离器，可保证当舱体受侧向风力作用需要转动时，旋转分离器可使囊体与主舱圆周相对运动剥离，确保囊顶到主舱内线缆不被缠绕。

    主舱：实现对飞行器的远程控制和自主控制

    据介绍，所有设备和构件均针对临近空间低温、低压、高臭氧浓度、高紫外辐射强度的环境条件进行专业设计和特殊处理，并经过了长时间的模拟环境试验。主舱内安装了各种航电、飞控、通信、能源和载荷设备，可实现对飞行器的远程控制和自主控制，采集大量视频、图像、数据信息，并向地面控制中心进行实时传输。

    这意味着，“旅行者2号”在整个飞行过程中，可实现对空对地的高清拍照，拍摄弥足珍贵的临近空间的照片，记录一路美丽的近太空景色。

    载人设想

    载人版可乘坐六人平稳升空

    周飞表示，“旅行者2号”分为机械结构和囊体结构两个部分。囊体结构指的是连接舱体的拉网、球囊及附件。机械结构是指包括舱体骨架、舱体、连接件及相关设备安装座等在內的搭载平台。

    作为中国首个临近空间旅游服务项目，光启的“旅行者2号”具有超高安全性和舒适性，可乘坐6人，飞行高度可达20~24公里。它可以让人像乘坐电梯或缆车一样，平稳升到临近空间，再平稳地返回地面，升空成本也将大幅降低。

    专访

    记者对话光启集团总裁刘若鹏和“旅行者2号”项目总负责人周飞

    搭建太空电梯 实现“人上人下”

    广州日报记者（以下简称记者）：为何选择博斯腾湖乡放飞？前几次的放飞为何没有顺利进行？

    刘若鹏：考虑到地貌特点，这里地缘辽阔，经过管理部门批准，我们把临近空间的基地落在了博斯腾湖乡。

    在这个项目过程中，我们跟当地气象局一起进行气象的测算、云图的测算和前期所有技术方面的准备，提前测算好了风场，提前做好了天气预报和数据记录，非常准确地找到了放飞的时间窗。

    但在正式准备放飞的前一天，赶上了一场十年不遇的大雪，也是非常特殊的一个天气情况。实际上我们在这边做的试验越多，我们会针对这个地方的风貌、风场、气象、气候和各单位进一步配合、保障，这样能在同一个地方做相关的试验还是有好处的。

    记者：为何之前多次选择在晚上进行放飞？

    刘若鹏：首先在科学上，晚上是空域最好的时候，这个是有数据统计的。另外，实际上还有一些审批因素，更多的空域开放是在晚上，毕竟能跟民航错开比较好。同时，我们上一次也是在晚上进行放飞的。所以，综合来考虑，我们还是延续了旅行者一号在选取放飞时间窗上的一些经验。

    轻薄囊体浮力惊人

    记者：囊体在地面充氮气后为何“瘦而瘪”，为何不将囊体充满？

    刘若鹏：比较瘦的原因是囊体到了天上以后，空气越来越稀薄。给它充一点气体，充的这个体积到了天上后，会不断膨胀变大。

    高空空气变稀薄，相当于水的密度越小，浮力会变小，我们临近空间技术还有这个项目，就是在几乎没有浮力的地方还要让它浮起来，这是我们这个技术真正强调的。

    风吹的时候，你可以感受到我们的囊体材料多么的轻，实际上它的浮力非常大。那么大一个尺寸，已经超出阈值两倍的风速了，吹上去以后这是个非常大的力，在地面是可以把卡车直接卷走的。

    尽管材料看起来很薄、弱不禁风，实际上它承受了极其强大的一个力学上的重量，包括把我们下面的主舱带到天上去。

    我们跟普通的卫星不一样，卫星是在轨道之后，它的重力提供了自转的能力，所以它就一直在那待着。但是像临近空间这个项目，我们进入轨道并不是靠自转，而是靠浮力让它到达这么高的一个地方。

    这个时候，囊体吊着主舱的重量，都是通过一些绳索和拉绊拉到表面差不多一百多微米的囊体上，像小手一样抓着、扯着。所以，这是对材料的一个挑战。

    记者：囊体材料在空中出现意外了怎么办？

    周飞：这种材料我们在地面上会做充分的测试，质轻、高强、低透氦率和耐腐性，大概有这么几个关键字可以总结材料特性，理论上讲应该不存在在空中破裂的情况。

    但是，我们也有应急手段。首先，它是一个球体，即使气体发生了泄漏，掉下来的速度也不是一个自由落体，是有一点缓冲的。假设氦气都没了，只有一个囊体，它的下降速度也不是特别快，这是一方面。另一方面，我们有降落伞，到达一定的高度时，可以把囊体分离掉，这个巨型降落伞张开的时候尺寸有五六十米。

    探索商用“太空电梯”

    记者：除了技术上的问题之外，临近空间技术的开发和运用，是否存在一些政策上的瓶颈，或者有哪些政策上的激励措施？

    刘若鹏：国家的政策是在激励。在这个领域里面，瓶颈是技术而不是政策。

    记者：为何要探索和开发商业性的临近空间领域项目？

    刘若鹏：因为这个领域是陌生的、还没有开发的新领域，跟用火箭和用浮空器升空是不同的过程和事情。探索临近空间的成本是更低的，只要在材料上能突破，它的载重可以非常的大。

    比如说我们真正载人可以达到2.33吨，只要这个技术不断成熟，你可以想象它就是一个太空的电梯，“人上人下”这样的一个过程，跟航天员升空的过程相比，感官、感受就能好很多。我们的目标是每个人都能够有这样的一个机会拓展到新的空间，无论是在经济上还是在个人的身体素质的承受力上面。

    如果非要给一个成本的话，我们不希望超过十万美元，当然这个目标也在变，我认为这个数字本身并不是重要的。