我國創(chuàng)造浮空艇大氣科學(xué)觀測9032米世界紀(jì)錄

零距離

功成珠峰之巔

我國創(chuàng)造浮空艇大氣科學(xué)觀測9032米世界紀(jì)錄

這是最令人屏息的時刻。

5月15日1時26分，我國自主研發(fā)的極目一號III型浮空艇第三次升空。在中國科學(xué)院珠穆朗瑪峰大氣與環(huán)境綜合觀測研究站(以下簡稱珠峰站)附近河灘上的監(jiān)控方艙里，科考隊員們緊盯著屏幕前的數(shù)字，高度值、風(fēng)速值不斷上升。

此時距上一次創(chuàng)下浮空艇升空科學(xué)觀測高度海拔7003米的世界紀(jì)錄，已經(jīng)過去整整3年。這一次，浮空艇科考分隊將目標(biāo)定為“超越珠峰”。4時26分，對講機(jī)里傳來顫抖的聲音，“海拔9000米!”萬籟俱寂的冰川河谷，一時間爆發(fā)出熱烈的歡呼聲。

4時40分，達(dá)到9032米!極目一號又一次創(chuàng)造了浮空艇大氣科學(xué)觀測海拔高度世界紀(jì)錄。

“這是世界上首次超越珠峰高度的試驗，是高新技術(shù)與前沿技術(shù)的融合。”第二次青藏科考隊隊長、中科院院士姚檀棟說，從此科學(xué)觀測上進(jìn)入了一個超前的模式，可以在9000米以上高空，來觀測地球科學(xué)中水汽、溫室氣體等最關(guān)鍵參數(shù)的變化特點，“這些成果一定能為人類社會發(fā)展和氣候變化全球應(yīng)對作出貢獻(xiàn)?！?/p>

“飛”在珠峰

北冥有魚，其名為鯤。

珠穆朗瑪峰之巔，地屬高寒。極目一號III型浮空艇就像“飛”在珠峰上方的一頭“大白鯨”。擔(dān)任浮空艇科考分隊執(zhí)行隊長的中科院空天信息創(chuàng)新研究院(以下簡稱空天院)浮空器中心高級工程師何澤青是一名80后，他的工作，就是讓這頭“鯨”能夠扶搖而上九萬里，絕云氣、負(fù)青天。

馴“鯨”談何容易。在珠峰的高空之中，風(fēng)速高、風(fēng)向多變，低溫、低氣壓，在浮空艇升空的過程中，一旦過了海拔7000米的高度，未知的電磁環(huán)境和風(fēng)場，對浮空艇的穩(wěn)定性和艇上設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)將帶來難以預(yù)測的挑戰(zhàn)。

“實際試驗時遇到問題往往是孤點，極易影響系統(tǒng)成敗。”浮空器中心二部主任張?zhí)┤A說，從設(shè)計到試驗階段，預(yù)案預(yù)測工作變得極為重要。

浮空器中心高級工程師黃宛寧打了一個比方，像普通人放風(fēng)箏一樣，在浮空艇系統(tǒng)中，主系纜是牽引浮空艇艇體運(yùn)動的重要部件。假設(shè)浮空艇“飛”到了海拔9000米的高度，那么主系纜的長度超過4700多米，而其中每米系纜的重量累加后將是一個龐大的數(shù)字，甚至?xí)蔀橥现】胀盏摹袄圪槨薄?/p>

“航空界有句名言，為減輕每一克而奮斗。” 黃宛寧解釋，在保證抗拉強(qiáng)度上必須留有足夠的安全余量，“高度”和“重量”之間難以平衡。輕質(zhì)高強(qiáng)度的復(fù)合系留纜繩技術(shù)的研制，是突破的難點。

不僅如此，這頭“大白鯨”的身形、樣貌、膚色背后還大有科學(xué)奧秘。

浮空艇全身雪白，最外的白色層可以反射太陽光，避免浮空艇內(nèi)部氣體溫度劇烈變化，身體由復(fù)合織物材料組成，可以防曬、抗老化，抵御雨雪風(fēng)沙的侵襲;它的體積約為9060立方米、長度約55米，像鯨魚一樣有流線型的身姿，利用仿生學(xué)設(shè)計理念，可以在高空中維持艇體的高穩(wěn)定性。

要讓浮空艇“御風(fēng)而行”，它的“身體”里充滿了氦氣等多種氣體，依托浮升氣體的浮力獲得升空動力，地面操作人員利用錨泊設(shè)備連接的系纜，進(jìn)行浮空艇升空和駐空飛行任務(wù)。

在博士杜曉偉的印象里，2019年5月某次浮空艇試驗中，充氣作業(yè)遇到了暴風(fēng)雪，而充氣流程一旦啟動便不能中斷，為了保證元器件接口的精準(zhǔn)，浮空艇科考分隊隊員們在逼近零攝氏度的環(huán)境中一邊給手哈氣、一邊作業(yè)。那一次的充氣時間長達(dá)12個小時，回到方艙時，大伙兒的手指已經(jīng)伸展不開。

有人問，為何一定要讓浮空艇在珠峰“放飛”?

黃宛寧給出了解釋：青藏高原氣候環(huán)境變化對世界其他地區(qū)而言，“牽一發(fā)而動全身”。浮空艇可以去掉地表輻射的影響，展開原位測量，提供最真實的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對解析溫室氣體來源、分析霧霾成因以及應(yīng)急通信等科學(xué)問題有著重大意義。

九上高原

在珠峰站東南方向400米處，便是浮空艇科考分隊的營地。營地南北長300米，東西寬200米，臨時搭建了28個方艙，四面是冰川融雪沖刷形成的河灘。

這是何澤青第九次來到青藏高原。2017年11月，體積只有1250立方米的浮空艇首次飛躍5000米高度;2019年空天院研制的極目一號I型浮空艇，觀測高度到達(dá)海拔7003米，刷新青藏科考系留浮空艇駐空科學(xué)觀測海拔高度世界紀(jì)錄。

第九次來到青藏高原，這頭“大白鯨”有了新的使命：要消除地表輻射的影響，在珠峰地區(qū)探測大氣水汽同位素、甲烷、黑碳、二氧化碳等大氣標(biāo)識物，獲得珠峰地區(qū)大氣水汽傳輸和溫室氣體垂直變化過程關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)。

“我們要挑戰(zhàn)升空高度高于珠峰的目標(biāo)?！焙螡汕嗾f。這一次，由青藏高原研究所、空天信息創(chuàng)新研究院、長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所和中電科八所等單位抽調(diào)的63名科考隊員組隊向珠峰前進(jìn)。

浮空艇科考分隊總調(diào)度付強(qiáng)是一名90后，2018年第一次上高原時，因不適應(yīng)高原氣候，氧氣不足，一路上頭重腳輕，不作業(yè)時他躺在床上休息了一個星期才逐漸好轉(zhuǎn)。

如今再“戰(zhàn)”珠峰，他告訴記者，在試驗場地，晝夜溫差大，隊員們晚上穿上了羽絨服和軍大衣，到了中午又陸陸續(xù)續(xù)地?fù)Q成了短袖。高原上又曬又冷又干的環(huán)境，讓部分隊員經(jīng)常流鼻血。

在這里，衣食住行一切從簡。取水不方便，隊員們輪流去珠峰站打水;水裝在塑料桶里，中午太陽曬久了，水中彌漫著膠皮的氣味;沒有建筑物遮擋，這里風(fēng)沙肆虐，吃飯咬到沙子是常有的事。

在珠峰地區(qū)工作，最稀缺的是氧氣，最不缺的是精神。

浮空艇結(jié)構(gòu)設(shè)計師陳其是一名95后，在入職第二年，他便選擇跟隨青藏科考浮空艇分隊來到珠峰站，協(xié)助其他隊員完成浮空艇的充氣工作。在高原，風(fēng)云變化莫測。試驗當(dāng)天，天氣預(yù)報顯示將會出現(xiàn)南風(fēng)，而在現(xiàn)場展開充氣作業(yè)的過程中，風(fēng)向突然變成了北風(fēng)。

“這對于浮空艇來說是一個危險的時刻。” 陳其解釋，要沿著浮空艇流線型的身軀從頭到尾地輸送氣體，而當(dāng)風(fēng)向轉(zhuǎn)變后，如果協(xié)調(diào)不到位，氣體在內(nèi)部流竄，會出現(xiàn)局部應(yīng)力過大導(dǎo)致材料撕裂的風(fēng)險。現(xiàn)場25個隊員通過控制小車的角度，避免氣體出現(xiàn)巨大的波動。歷經(jīng)10小時，成功將浮空艇轉(zhuǎn)入錨泊狀態(tài)。在冷風(fēng)中吹了一整夜，陳其和同事已經(jīng)手腳冰涼。充氣作業(yè)結(jié)束后，有人買回了牛羊肉，用高壓鍋一蒸，熱熱鬧鬧地犒勞了大伙兒。

1999年出生的研二學(xué)生崔宇軒跟隨隊伍來到珠峰實習(xí)，他始終記得風(fēng)機(jī)測試的一個細(xì)節(jié)：在完成風(fēng)機(jī)性能檢測后，在場的一位科學(xué)家提出質(zhì)疑，認(rèn)為風(fēng)機(jī)的聲音不對，多方檢查均未發(fā)現(xiàn)問題后，這位科學(xué)家仍堅持要求拆卸風(fēng)機(jī)、檢查內(nèi)部的零部件。后來發(fā)現(xiàn)，果然是風(fēng)機(jī)的零件在運(yùn)輸中出現(xiàn)了輕微的磨損。

在這里，陳其受到了觸動，“科學(xué)就是要迎難而上，用技術(shù)手段解決現(xiàn)有的難題?！贝抻钴巹t發(fā)現(xiàn)，“科學(xué)要做到極致的嚴(yán)謹(jǐn)，任何一環(huán)的差錯都可能導(dǎo)致功虧一簣?！?/p>

巔峰使命

什么是巔峰使命?

“站在世界之巔解決科學(xué)難題?！庇嘘爢T給出了這樣的答案。這次青藏高原綜合科學(xué)考察研究立意為“巔峰使命”。

九上高原后，空天院浮空艇平臺團(tuán)隊積累了大量的青藏高原氣象數(shù)據(jù)。他們構(gòu)建了從設(shè)計、仿真、測試、系統(tǒng)集成、外場試驗的全產(chǎn)業(yè)鏈流程，對艇體材料、測控系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、錨泊設(shè)備等進(jìn)行了深度的攻關(guān)研究，迭代升級。

突破來源于科學(xué)的底氣，青年的力量也在此彰顯。

1993年出生的陜西小伙屈維，從北京化工大學(xué)碩士畢業(yè)后，加入了空天院浮空艇平臺團(tuán)隊。在一次試驗中，他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高壓氦氣充入艇體，會對囊體材料產(chǎn)生沖擊，影響浮空艇的安全，高分貝噪音還會對現(xiàn)場的操作人員帶來聽力的損傷。經(jīng)過研究，他發(fā)明了快速充氣減壓裝置，對高壓氣體進(jìn)行減壓、減速、減流，實現(xiàn)了每小時可充入2500公斤浮力氦氣的目標(biāo)。

在后續(xù)的試驗中，為了縮短機(jī)箱拆卸時間，屈維又發(fā)明了快速拆卸裝置，如今已經(jīng)全面應(yīng)用在了浮空艇及其他浮空器上。

“將最新的成果和技術(shù)用于解決最前沿的科學(xué)問題?！睆?zhí)┤A說，在珠峰之巔，就要有解決世界上卡脖子難題的實力和決心。

一切準(zhǔn)備就緒。5月13日6時38分，極目一號III型浮空艇搭載觀測設(shè)備，展開第一次升空測試，升空5300米;5月14日2時25分，浮空艇第二次升空高達(dá)8011米。

5月15日1時26分第三次升空，浮空艇從海拔4300米出發(fā)。浮空艇科考分隊執(zhí)行副隊長喬濤和錨泊車的操作人員時刻緊盯升空速度、走纜排線進(jìn)展、控制面板各類參數(shù)。

這一天，當(dāng)“浮空艇升空高度突破9000米”的聲音從對講機(jī)里傳來，有隊員從行軍床上跳下來，盯著屏幕。

“努力了5年的研發(fā)，終有了回報。” 張?zhí)┤A在現(xiàn)場百感交集，所有人在這片營地里歡呼鼓掌。

這天，極目一號III型浮空艇平臺超過世界最高峰珠穆朗瑪峰，獲得了珠峰地區(qū)大氣水汽傳輸和溫室氣體垂直變化過程關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)，為揭示西風(fēng)傳輸影響下的青藏高原環(huán)境變化提供了重要科學(xué)依據(jù)。

“科考是人類認(rèn)識自然規(guī)律、推動技術(shù)發(fā)展的重要實踐活動，是當(dāng)前落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措?！笨仗煸狐h委書記蔡榕得知消息后提筆稱贊：種花少年挺直腰，欲與珠峰試比高。

這群功成珠峰的隊伍將會收拾行囊，重新出發(fā)。下一站，他們要前往另一處科研基地，完成新的“巔峰使命”。

中青報·中青網(wǎng)見習(xí)記者 楊潔 來源：中國青年報

2022年05月23日 08 版