基本介紹
- 中文名：“臨近空間拓荒者”近太空微型實驗室
- 報到時間：2014年5月13日
- 公司：珠海NCA
- 總質量：2.1千克
- 報導期刊：《中國航空報》
項目規模,項目實施,技術優點,
項目規模
2013年9月20日深夜，搭載著各種實驗材料和待測儀器設備的“臨近空間拓荒者”1號，從中國內蒙古的騰格里沙漠起飛。它先是上升到平流層下部的強氣流區，藉助氣流以每秒55米的最大速度飄飛了近百公里，再上升到海拔28027米（約92000英尺）的平流層上部，沿途探測夜間大氣環境，實時將各種數據下傳地面工作站。完成實驗後，可調速降落傘帶著實驗室，根據氣流狀況以不同速度穿越大氣各層安全返回地面，由在預定著陸點等候的實驗人員回收。9月21日深夜，總質量1.86千克、也搭載著各種實驗材料和待測儀器設備的“臨近空間拓荒者”2號從同一地點升空，用相同的方法先是高速水平測試飛行一段距離，然後上升到海拔38130米（約125000英尺）的近太空高度，完成實驗後也安全返回地面回收。
項目實施
“臨近空間拓荒者”近太空微型實驗室專用的平流層浮空器離地時的容積僅幾個立方米，無需特別的場地，一個人就能傳送升空。實驗室系統能夠連續測量地面到近太空整個過程的周邊大氣環境參數（例如風向、風速、溫度、濕度、氣壓、熱度、光照度、臭氧濃度等等），和自身三維運動的實時狀態，並能夠從多個角度拍攝高清圖像。系統中的微型圖傳數傳裝置具備足夠的頻寬，能把各種測量參數和高清視頻圖像同步實時下傳地面站。在“臨近空間拓荒者”1號、2號往返臨近空間的飛行過程中，珠海NCA的一組科研人員在地面站全程觀測和記錄平台下傳的大氣環境探測數據、飛行參數、航跡與三維實時坐標、多路高清視頻和圖顯自動增穩姿態等；另一組科研人員通過視頻觀測，直接對高空上的實驗材料進行遙控測試與記錄；遠在中國南方的第三組科研人員則通過臨時租用的商業衛星信道，線上監測與記錄“臨近空間拓荒者”近太空微型實驗室持續傳送的數據信息，全程準確追蹤其所在的實時位置。
“臨近空間拓荒者”近太空微型實驗室的水平向和滾轉自動增穩裝置，能有效增加空中運動時的穩定性。攜帶型地面站功能也很強大，自動追蹤空中系統，接收、顯示、處理和記錄空中系統下傳的所有信息，觀察和遙控操作工程材料、儀器設備在高空的測試並記錄測試數據。
技術優點
“臨近空間拓荒者”的地-空雙向通信方法與眾不同，是一種基於“光與電磁波具有同一性”和“光群場效應”原理的全新技術，在電磁環境和通視狀況良好的條件下，地空雙向通信距離可達數百千米。如此微小、低耗卻功能多樣的臨近空間實用設備，其工程方法和實現技術在世界上沒有先例。
臨近空間是一個特殊空域，目前各國的共識是指海拔高度在20~100千米的空域範圍。由於這個空域的空氣過於稀薄，以致大多數飛機都無法在該空域飛行。基於現有技術的衛星無法在這個空域某一高度形成繞地球運行的軌道，以平衡萬有引力的作用。因此，目前還沒有任何人造的可操縱飛行器能在該空域長航時飛行或者定點駐留。21世紀以來臨近空間科技與經濟活動有升溫趨勢，例如載人氣球近太空旅遊、高空氣球聯網通信等種種方案，層出不窮。但由於現有探測方法和相關技術的滯後，人類目前對臨近空間自然環境方方面面的細節還所知甚少。
以往能承載各種探空儀器設備，並能與地面站進行雙向通信的平流層高空氣球，通常需要有數萬甚至數百萬立方米的巨大體積，還需要複雜的傳送升空設備以及地面雷達測控站等，通過遙控排放氫氣或氦氣、拋棄球載重物（例如水和沙）來調節升空高度，利用大氣環流來回兜圈以留空一段時間。這類平流層高空氣球系統造價昂貴，傳送與回收操作複雜，使用成本高且受季節和空間氣流環境的限制。因此，儘管這種高空氣球已經有了數十年的歷史，至今仍然只有少數國家還在開展實驗性套用，難以普及。世界各地每天發放的氣象氣球和小型探空儀成本不高，但這些氣象氣球的功能有限，需要地面雷達站等複雜裝置來配合使用，而且這些氣象氣球一般都不能回收再利用。近年世界各地流行用小型氣象氣球搭載攝影器材升上高空拍攝地球美景，這類方法雖然易操作和成本較低，但很難通過遠程雙向通信來獲取實時高清視頻圖像和照片等信息，只能等待氣球破裂後器材傘降落回地面，再藉助GPS或無線電定向追蹤技術尋回器材，讀取圖片視頻等資料。
珠海NCA的“臨近空間拓荒者”與眾不同，是把配置了淨靜升力調節系統和傘降速率控制器的新型浮空器作為載具，搭載功能全面的微小型綜合實驗室，以極低成本在臨近空間自然環境開展科學實驗的創新方法。“臨近空間拓荒者”1號、2號圓滿完成的征空之旅表明，這種新方法可以使近太空探測與工程試驗的成本顯著降低且簡單易行，在近太空科研與經濟活動中具有開創性的意義。
“臨近空間拓荒者”將有助於人類進一步了解近太空，並為需要進行高空實驗的材料、動力與能源以及儀器設備等，提供一種低成本、易操作並且可以重複套用的平台。“臨近空間拓荒者”近太空微型實驗室的研製與套用飛行，還涉及諸多前沿技術的集成、最佳化和設備微小型化工程，其成果未來在多個領域都可能有廣闊的套用前景，例如在森林和農田水利資源調查、氣象觀測等方面發揮作用。還有可能用於地震、颱風等突發災害地區的緊急通信中繼和對地觀測站，或作為海洋上空等無法架設通信網路地帶的空中通信平台等。
“臨近空間拓荒者”相關技術還可能套用於改良民航運輸管理方法和技術，使客機航線沿途各地面場站能以很低的成本，對空中客機艙內外狀態進行全程實時圖像監測，獲取客機運動的實時三維參數，全程精確定位客機的位置所在。這將有利於迅速和可靠地判定客機發生失聯、失蹤或墜毀等意外的原因和最終位置，迅速展開有效的救援以減少空難損失。
“臨近空間拓荒者”2號
“臨近空間拓荒者”1號