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普通人近太空旅行将要实现?
来源:南京日报  作者:  2017-11-01 08:37:00

  抬头可观月亮,低头可见地球,对于一只乌龟来说,这会是怎样的一种体验?最近有一只活体乌龟被我国科学家自主研制的临近空间飞行器成功带入了海拔21公里的临近空间,成为全球首个在临近空间长时间“旅行”的动物。

  如今,临近空间这一片人类知之甚少的区域正受到广泛关注。在这里,不仅能让旅客观赏到宏伟的地球,还能进行多种多样的科学实验,并最终带来蕴含无限可能的产业化应用场景。由于在通信保障、情报收集、民用等方面具有巨大价值,许多国家都正在这一片区域悄然布局。那么,中国乃至世界范围内对其的探索进展如何?

  全球首次

  浮空器成功带活体动物

  进入临近空间

  经过一年的技术积累,深圳光启集团(简称“光启”)临近空间载人项目再有新进展。10月25日凌晨,光启自主研制的临近空间飞行器“旅行者”3号携带一只活体乌龟成功进入海拔21公里的临近空间,开展实验任务和进行关键技术验证,并于当日被成功回收。飞行了足有4个多小时的小乌龟生命体征正常,试飞获得成功。

  “旅行者”3号此次成功的试飞,也是全球首次浮空器成功携带活体动物进入临近空间停留,验证了载人近太空旅行多项关键技术的有效性。

  本次试飞“主角”——“旅行者”3号由两个主要部分组成,上方是一个半透明的囊体,下方是一个吊舱,二者由吊绳连接。光启临近空间创新总监周飞介绍,囊体采用超压PE材料结合加强筋的方式研制而成。升空过程中,随着内外压强的变化,囊体完全鼓胀起来后,最大直径18.8米,体积可达到2150立方米。充上氦气的囊体产生浮力,为整个飞行器提供升空、平飞、下降的主要“动力”来源。下方吊舱中安装了航电、载荷、能源等设备,并首次搭载了一只活体乌龟。

  试飞当日凌晨3时57分,随着“放飞”指令的发出,囊体和吊舱的约束装置被瞬间释放,“旅行者”3号逐步上升到21公里的临近空间目标高度,开展临近空间环控生保、天地通信、空间环境数据采集等实验项目。在基地的地面控制平台,科研团队一直在实时监测飞行器传回的数据。随后,“旅行者”3号按要求完成缆绳切割、囊体与生保舱分离、降落伞打开、平稳着陆等动作,于当日上午8时28分降落在新疆托克逊县预定区域。

  “旅行者”3号携带的生保舱,设计有温控与通风、活物生存保障等功能模块,其搭载的乌龟名为“小云云”,是一只黄头侧颈龟。随着“旅行者”3号试飞成功,它也成为全球首个在临近空间长时间“旅行”的动物。

  突破

  从零开始,多项核心技术得以验证

  “这次试飞的成功,得来殊为不易。”光启临近空间创新总监周飞介绍,临近空间又称近太空,一般是指海拔20至100公里的空间区域,是100公里以上的航天空间,与20公里以下的航空空间之间的过渡区域。这是一个几乎空白的全新领域,缺少前人经验和数据的累积,所有科研团队的探索都是从零开始。

  而“旅行者”3号试飞成功,验证了囊体设计加工技术、充气放飞技术、环控生保技术、天地通信技术、自主控制技术、轨迹预测技术、着陆回收技术7项关键技术,为后续研制长航时飞行平台及载人系列飞行平台提供了关键参数和技术验证。

  尽管科研团队在地面做过各种试验,但真正到达临近空间会遇到的困难是难以在实验室里预估的,“浮空器是一种完全有别于飞机、火箭、飞船的飞行器,放飞条件极其严苛,既需要合适的空域范围,也需要合适的天气条件。这些都增加了试飞的难度。”周飞说。

  放飞窗口的“天时”包括:地面风速不超过3米每秒,临近空间的风速及风向可使飞行器按预想轨迹飞行。“相比于临近空间较为稳定的天气情况,地面的天气更加难以预测,因此浮空器在地面充气和放飞阶段的风险是最大的。”周飞解释。

  在没有自主动力的情况下,如何对风场环境进行预测预报,保障飞行器可以安全地升空、飞行、降落,是科研团队需要攻克的难点之一。据了解,此次“旅行者”3号的放飞,科研团队提前数个月就开始收集地面到临近空间的风速、风向等各项风场数据,和气象专家一起,不间断地对放飞现场的天气状况进行实时监测分析。

  在确保“环境最佳”的同时,要想顺利飞行,飞行器必须攻克多个技术关键点。其中,飞行器囊体设计是关键。“旅行者”3号使用了光启自行研制的超压囊体,具备强度高、耐低温、防腐蚀、防辐射、耐低压、防紫外线和抗拉伸等功能,可以在临近空间抵抗气压、气候、紫外线、辐射等环境的变化。

  此外,为了实现临近空间旅行的长期目标,“旅行者”3号对生保系统进行了进一步验证及优化。如何在临近空间低温、低压、高紫外辐射、高臭氧浓度等极端环境下,保障生命安全,使人们可以在临近空间长时间、安全、舒适地停留,是临近空间飞行器载人功能的技术核心。

  “这次试飞成功,我们的环控生保技术等多项关键技术得到了验证,给予了团队很大的信心,也为后继的试验提供了宝贵的数据和经验。”周飞表示,生保舱在放飞之前经过了多次临近空间的模拟试验,温度控制能力和生命保障能力都得到了充分验证:温控系统通过温控与通风模块,可以保证舱内通风和温度的均匀性,控制舱内温度在舒适地18℃至22℃;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,可以在临近空间极端环境下保证生物存活。

  展望

  未来普通人也能体验近太空旅行

  如今对临近空间的探索已经受到高度重视,多国政府、科研机构及高科技巨头都在加强对临近空间的科学探索。

  未来商用临近空间飞行器,将可以实现普通人的近太空旅行梦想。现有的载人航空航天平台,无法满足普通人太空旅行的需求。商业飞机飞行高度有限,不足以看到地球弧度;载人飞船、空间站对财力、身体素质的要求非常高,普通人无法乘坐。

  事实上,除了载人旅游之外,临近空间还是一个可提供全天候高速率无线网络覆盖、高分辨率地理测绘、高空交通指挥、对地高精度监控、对天高清晰成像等科学研究和新型空间服务的理想区域。与同步卫星系统相比,临近空间飞行器具有通信距离短、传播损失低、延迟少且寿命长的特点,可大幅降低地面设施建设的费用。

  针对临近空间的特性,目前在研的临近空间飞行器中,浮空飞行器备受青睐。浮空器凭借轻质气体提供的净浮力飞行、驻留,完成特定的任务,具有无需发射工具、可回收维修、费用低、驻留时间长、载荷能力强、视距远、能耗小等诸多优点。

  通过现有公开资料可以得知,目前国外开展临近空间旅游的公司有WorldView、BlueOrigin、XCOR等,其研制的飞行器形态有氦气球搭载太空舱、火箭搭载太空舱、太空飞船等,飞行高度则从30至100公里不等。

  以WorldView为例,据外媒报道,其于近日完成首次氦气球发射,这次发射至今年2月就开始准备,8月中旬已经进行过测试,目前暂无更多细节曝光。WorldView成立于2013年,其希望通过大型氦气球载人太空旅行,目前私人太空公司推出的太空旅行单程花费大都在20万到25万美金左右,WorldView的报价只要75000美元。

  BlueOrigin则是大名鼎鼎的SpaceX在私人太空探索行业的最大竞争对手,近日有消息指出,BlueOrigin的太空旅游服务将会延迟至2019年4月,期望在18个月后能接载游客前往太空;XCOR公司的山猫一号可以飞离地面61公里,并称2014年3月开始试飞,年底正式飞行,不过其至今还未实现。

  国内对于临近空间的研究也屡见报端。前不久,我国彩虹太阳能无人机成功完成2万米以上高空飞行试验,这标志着我国成为继美、英之后第三个掌握临近空间太阳能无人机技术的国家;而早在2015年,我国首个军民通用新型临近空间平台“圆梦号”便成功放飞,这艘巨大的银色飞艇体积达1.8万立方米,升空后依靠太阳能提供动力。

  国家高分专家组组长、中科院光电院顾逸东院士表示,中央已经提出,必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展。我国对空间科学正在进行进一步规划,而如何更好地利用科学气球开展空间科学先导研究、空间实验,是当前一项迫切需求。

  中国工程院院士、中国航空学会副理事长甘晓华则认为,浮空器技术是一门古老的学科,但以往受到技术的限制,商业运行和应用受到挫折,如今人们越来越重视浮空器的用途,尤其随着临近空间和人类生活空间的进一步扩大利用,浮空器驻留时间长、耗费能源少等优势,可以在科研、商业等领域发挥更大的作用,环保绿色社会尤其需要这种高新科技。

  据《南方日报》《科技日报》

  及深圳光启官网综合整理

标签:科技日报;南方日报;旅行者;空间飞行器

责任编辑:秦倩清(实习)

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