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

發(fā)布時(shí)間:2022-05-23 14:26:00來源: 中國青年報(bào)

  零距離

  功成珠峰之巔

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

  這是最令人屏息的時(shí)刻。

  5月15日1時(shí)26分,我國自主研發(fā)的極目一號(hào)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(cè)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(duì)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(shí)距上一次創(chuàng)下浮空艇升空科學(xué)觀測(cè)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(duì)將目標(biāo)定為“超越珠峰”。4時(shí)26分,對(duì)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(shí)間爆發(fā)出熱烈的歡呼聲。

  4時(shí)40分,達(dá)到9032米!極目一號(hào)又一次創(chuàng)造了浮空艇大氣科學(xué)觀測(cè)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(yàn),是高新技術(shù)與前沿技術(shù)的融合。”第二次青藏科考隊(duì)隊(duì)長、中科院院士姚檀棟說,從此科學(xué)觀測(cè)上進(jìn)入了一個(gè)超前的模式,可以在9000米以上高空,來觀測(cè)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(diǎn),“這些成果一定能為人類社會(huì)發(fā)展和氣候變化全球應(yīng)對(duì)作出貢獻(xiàn)。”

  “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(hào)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(duì)執(zhí)行隊(duì)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(jí)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(chǎng),對(duì)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(cè)的挑戰(zhàn)。

  “實(shí)際試驗(yàn)時(shí)遇到問題往往是孤點(diǎn),極易影響系統(tǒng)成敗?!备】掌髦行亩恐魅螐?zhí)┤A說,從設(shè)計(jì)到試驗(yàn)階段,預(yù)案預(yù)測(cè)工作變得極為重要。

  浮空器中心高級(jí)工程師黃宛寧打了一個(gè)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(dòng)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(gè)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(diǎn)。

  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(jì)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(dòng)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(yàn)中,充氣作業(yè)遇到了暴風(fēng)雪,而充氣流程一旦啟動(dòng)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(duì)隊(duì)員們?cè)诒平銛z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(shí)間長達(dá)12個(gè)小時(shí),回到方艙時(shí),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(duì)世界其他地區(qū)而言,“牽一發(fā)而動(dòng)全身”。浮空艇可以去掉地表輻射的影響,展開原位測(cè)量,提供最真實(shí)的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),對(duì)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(duì)的營地。營地南北長300米,東西寬200米,臨時(shí)搭建了28個(gè)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(hào)I型浮空艇,觀測(cè)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(cè)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(cè)大氣水汽同位素、甲烷、黑碳、二氧化碳等大氣標(biāo)識(shí)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(duì)員組隊(duì)向珠峰前進(jìn)。

  浮空艇科考分隊(duì)總調(diào)度付強(qiáng)是一名90后,2018年第一次上高原時(shí),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(shí)他躺在床上休息了一個(gè)星期才逐漸好轉(zhuǎn)。

  如今再“戰(zhàn)”珠峰,他告訴記者,在試驗(yàn)場(chǎng)地,晝夜溫差大,隊(duì)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(duì)員經(jīng)常流鼻血。

  在這里,衣食住行一切從簡。取水不方便,隊(duì)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(jì)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(duì)來到珠峰站,協(xié)助其他隊(duì)員完成浮空艇的充氣工作。在高原,風(fēng)云變化莫測(cè)。試驗(yàn)當(dāng)天,天氣預(yù)報(bào)顯示將會(huì)出現(xiàn)南風(fēng),而在現(xiàn)場(chǎng)展開充氣作業(yè)的過程中,風(fēng)向突然變成了北風(fēng)。

  “這對(duì)于浮空艇來說是一個(gè)危險(xiǎn)的時(shí)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(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力過大導(dǎo)致材料撕裂的風(fēng)險(xiǎn)?,F(xiàn)場(chǎng)25個(gè)隊(duì)員通過控制小車的角度,避免氣體出現(xiàn)巨大的波動(dòng)。歷經(jīng)10小時(shí),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(duì)伍來到珠峰實(shí)習(xí),他始終記得風(fēng)機(jī)測(cè)試的一個(gè)細(xì)節(jié):在完成風(fēng)機(jī)性能檢測(cè)后,在場(chǎng)的一位科學(xué)家提出質(zhì)疑,認(rèn)為風(fēng)機(jī)的聲音不對(duì),多方檢查均未發(fā)現(xiàn)問題后,這位科學(xué)家仍堅(jiān)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(dòng),“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(cuò)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?duì)員給出了這樣的答案。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(tái)團(tuán)隊(duì)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(jì)、仿真、測(cè)試、系統(tǒng)集成、外場(chǎng)試驗(yàn)的全產(chǎn)業(yè)鏈流程,對(duì)艇體材料、測(cè)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(jí)。

  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(tái)團(tuán)隊(duì)。在一次試驗(yàn)中,他發(fā)現(xiàn),當(dāng)高壓氦氣充入艇體,會(huì)對(duì)囊體材料產(chǎn)生沖擊,影響浮空艇的安全,高分貝噪音還會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)高壓氣體進(jìn)行減壓、減速、減流,實(shí)現(xiàn)了每小時(shí)可充入2500公斤浮力氦氣的目標(biāo)。

  在后續(xù)的試驗(yàn)中,為了縮短機(jī)箱拆卸時(shí)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(shí)力和決心。

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

  5月15日1時(shí)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(duì)執(zhí)行副隊(duì)長喬濤和錨泊車的操作人員時(shí)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(duì)講機(jī)里傳來,有隊(duì)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(bào)?!?張?zhí)┤A在現(xiàn)場(chǎng)百感交集,所有人在這片營地里歡呼鼓掌。

  這天,極目一號(hào)III型浮空艇平臺(tái)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(shí)自然規(guī)律、推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的重要實(shí)踐活動(dòng),是當(dāng)前落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)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(duì)伍將會(huì)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(bào)·中青網(wǎng)見習(xí)記者 楊潔 來源:中國青年報(bào)

  2022年05月23日 08 版

(責(zé)編: 陳濛濛)

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