一次失败的飞行器升空试验

摘要

下次感到恐惧的时候就想想,旅行者还在宇宙外继续探索,在太阳系外的某个地方,人们并未想到它能走那么远。

库尔勒,位于北纬 40 度,地处欧亚大陆和新疆腹心,以它南方不远处的塔克拉玛干沙漠、罗布泊以及特产香梨闻名。小小的县城人口不足 70 万,但面积达到了 7268 平方公里。

从库尔勒开车两小时可以达到著名的博斯腾湖。11 月,这里的夜间温度达到了零下 7 度左右。11 月 5 日,博斯腾湖乡突然降雪,气温骤降。

11 月 6 日凌晨两点,博斯腾湖边的不远处,数百人正在围观一只体积巨大「气球」的升空。过程曲折,且最终,这场大型试验以失败告终。

但是作为目击者之一,我依然决定记录下这个过程并尝试传达这样的观点:总有科学试验以惨烈的失败告终,但探索科学的人从未停。

人们都等不及了,在零下五度的气温中,多数人都将自己包裹地只剩眼睛。近百人,或许超越了百人,围绕在一个直径超过 40 米的巨大「气球」之下,抬头仰望。

在他们面前的,是一望无际的旷野与将其笼罩的茫茫黑暗。近处,巨大气球阴影下,是一个重达一吨的椭圆柱形的白色舱体。忙碌着的工作人员,正在准备一次飞行试验,简单来说,就是让那个巨大气球带着一吨重的舱体升空。

20161110071642627_meitu_1.jpg

它们要去往的地方叫做临近空间——这个空间特指海拔 20 到 100 千米的近太空领域。这里高于民航飞机飞行高度而低于卫星,被视为人类尚未开发的一片潜力巨大的空白空间。这个由大型「气球囊体」和舱体组成的飞行器被命名为「旅行者」号,由深圳光启集团研发,是中国首个临近空间商用飞行器。

「旅行者」号采用了光启超材料逆向设计技术,具有低密高强、高阻氦、抗紫外线辐射和臭氧侵蚀的特点,克服了极大昼夜温差、强烈的紫外辐射等影响飞行器设计的挑战,理论上可以替代卫星的绝大部分功能,比如互联网、通信、导航、气象、测绘等。

今年 6 月,旅行者 1 号在新西兰成功放飞,在 1 小时内升空到达设计高度 21 公里,在临近空间完成了 AIS(船舶自动识别系统)、对地对空监测、空间环境探测、天地高速通信等商用载荷测试。

正在准备试飞的「旅行者」2号是一个加强版。它的主舱直径2.5米、高3.5米、重量超过1吨。它的特殊性在于将首次在主舱内搭载小型生命保障系统,携带「太空龟」试飞,为临近空间载人旅游等项目做数据准备。

来自深圳光启公司的工作人员正在紧张的准备这个叫做「旅行者」2 号的飞行器升空。中控台边上,三名工程师正在盯着电脑上的红绿线条的律动,它们决定了外面的「气球」何时可以放飞。在帐篷外的空地上,有人在用普通气球测试风速,有人忙着将氮气冲进巨型囊体。

而剩余的一群人,则在围观一只乌龟被作为试验活体送进主舱。它很小,小到人一只手就能将其握住。但它一动不动,任凭所有闪光灯的围观,也不知道自己将肩负使命,飞越平流层,冲向海拔 20 千米至 100 千米的近太空。

当乌龟也已经就绪,囊体却突然开始缩小,工作人员开始进行放气。有人前来解释:这次降雪,雪量都超出了前期的预报和历年数据的经验。而降温降雪令试飞前的准备工作无法正常开展,出于安全飞行的考虑,团队决定延迟一天,至 11 月 7 日再试飞。

项目负责人栾琳博士尝试用最简单的原理向记者们解释这次失败:降雪降温形成的温差就是个典型的气压差,局部的热力差异直接导致该地风速变大。

而图片中显示的这个巨大囊体——也就是放飞的「动力引擎」——是光启采用特殊的材料制作而成,它能够适应海拔 100 千米高空的环境从而自由翱翔,但在地面升空时的难度反而最为苛刻。在让它升空的过程中,地面风速应控制在 5m/s 以内。

经历了第一晚的失败,第二天凌晨大家准备出发的时候已经有了心理预期。十二点,再次集合的命令下达。我急匆匆套上大衣,准备出发。

不幸,工作人员从前方传来消息:当日风速已经达到 8m/s,天气状况比昨天同时段还糟糕。11 月 7 日凌晨 1 时许,通过现场测风速、风向,结合气象数据,试飞团队判断环境适合试飞,随即开始进行囊体充气。但进行至凌晨 3 时许,试飞现场风速突变至安全试飞阈值的两倍多,已经开始的囊体充气再次中断。

可以预料,我们并没有如期出发。早上八点,光启集团总裁刘若鹏和旅行者二号项目负责人周飞、栾琳召开了一个向记者说明情况的小型会议。

在酒店一楼的餐厅旁,三人并排坐着,像接受审阅的士兵一样等待记者的质询。

有人开始发问:为何对地面风速的要求如此之高?要知道,3m/s 的最佳风速几乎是人感受不到的状态了。

刘若鹏回答说,囊体在地面的时候看上去像水滴一样大,但升空后,随着空气的稀薄,它也会膨胀变大,最终会像一个篮球场左右的大小。所以在这样的特殊的材料以及尺寸之下,一点点风吹上去都是极大的力。

刘若鹏介绍,海拔 20 千米到 100 千米的近太空区域被称为临近空间。旅行者二号的特殊之处是,它并非与飞机或者卫星相同的运行机制,而是仅仅靠浮力被带上天空。所以首先,材料是最大的挑战。而其次,临近空间的大气环境不同于飞机所在平流层,旅行者二号还需要克服特殊的大气环境。

3

现场的工作人员已经在低温环境中连续工作 33 个小时了。天气条件也并未好转,放飞窗口期迟迟不来。

唯有等待,等风停。

11 月 9 日 22 时 44 分,「旅行者」2 号近 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,缓慢升空。

主舱内搭载了一个小型生命保障系统,携带了一只乌龟。按计划,「旅行者」2 号将进入海拔 20 千米以上的临近空间,完成 13 项以上临近空间实验及测试,包括天地对话、动力系统、航电、通信等设备的测试以及气温、风向等数据的采集。随后,「旅行者」2 号通过释放氦气而逐渐下降,最终返回地面。

屏幕快照 2016-11-17 下午4.43.45_meitu_2.jpg

全体欢呼。

却随后又紧张地期待它的进一步的消息。试飞团队一直密切监测实时传回的数据:「旅行者」2 号升空至海拔 1.2 万米高度时,正常通信突然中断,备用系统自动启动,传回的数据显示,部分通讯系统和控制系统无法正常工作。

试飞团队立即通过备用系统,对「旅行者」2 号发出了紧急降落指令,「旅行者」2 号随即迅速着陆。技术人员随即赶往预估着陆地点。

4

就这样,官方宣布「旅行者」2 号试飞试验的失败:

11 月 9 日晚,光启集团自主研制的临近空间飞行器「旅行者」2 号(即海口旅行者号),在光启博斯腾湖临近空间基地(新疆)载动物试飞,成功升空。升至 1.2 万米高度时,因部分通讯和控制系统出现异常,「旅行者」2 号按地面指令紧急降落,返回地面。

像一则讣告,但又并不意味着「旅行者」项目的死亡。

栾琳事后表示,在本次试飞中,由于没有达到预定高度,仅完成了携带舱体升空、天地对话和飞行中数据采集的实验,柔性太阳能薄膜电池、动力螺旋桨、生命保障体系等功能由于未能达到预设高度,而没有完成实验。

对临近空间的探索,属于前沿科学研究。你看,在一个全新的领域进行开拓,从来不是一件容易的事情,充满风险与挑战。

「试飞属于科学试验,所有的试验都存在不确定性。但是这次试飞积累的经验和数据,将对我们接下来的「旅行者」号系列的设计、改进有极大的帮助,我们会继续坚持对临近空间的探索,直到完成载人旅行的目标。」栾琳说,「旅行者」号团队已经在着手设计和测试「旅行者」3 号,拟在明年择日进行试飞实验。

光启集团则表示,探索还会继续。他们的目标听上去宏伟、遥远、不可实现但又让人憧憬:未来的载人「旅行者」号系列,将包括浮空系统、密封载人舱系统、应急救生系统等,具有超高安全性和舒适性,可将 6 人载入离地面 20-24 千米的临近空间。

我眼看着「旅行者」2 号失败,不知道「旅行者」3 号的命运,也不知道光启未来的探索是否会成功。但我很清楚,那将不会是一片坦途。

回味这次失败的时候,我想起美剧《The Big Bang Theory》中的一句台词:下次感到恐惧的时候就想想,旅行者还在宇宙外继续探索,在太阳系外的某个地方,人们并未想到它能走那么远。

最新文章

极客公园

用极客视角,追踪你最不可错过的科技圈。

极客之选

新鲜、有趣的硬件产品,第一时间为你呈现。

顶楼

关注前沿科技,发表最具科技的商业洞见。