珠峰科考队员准备升空“极目一号”Ⅲ型浮空艇。
“极目一号”Ⅲ型浮空艇已完成10次升空大气科学观测。
佩枯错是珠峰保护区内最大的内陆湖泊。
(资料图片仅供参考)
高山白雪,蔚蓝苍穹,中国人的足迹再次印在地球之巅。今年“巅峰使命”珠峰科考全面启动以来,创下多个世界纪录,在青藏高原科学考察研究历史上具有划时代意义。
截至5月底,我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇成功完成10次升空大气科学观测,最高升空至9050米,超过珠峰,创造了浮空艇原位大气科学观测海拔最高的世界纪录。
科考使命
我国创造大气科学观测世界纪录
记者从“巅峰使命”珠峰科考浮空艇综合观测科考分队了解到,“极目一号”Ⅲ型浮空艇日前成功完成10次升空大气科学观测,最高升空至9050米,超过珠峰,创造了浮空艇原位大气科学观测海拔最高的世界纪录,目前进入数据分析阶段。
10次升空超预期完成任务
“浮空艇搭载的科学仪器以三维视角,对西风携带的水汽含量和海拔9000米高空以上的大气组分垂直变化和传输过程进行观测。”“巅峰使命”珠峰科考浮空艇综合科考队队长、中科院青藏高原研究所研究员高晶说。
浮空艇在高空采集的科学数据,将用于研究、追踪区域水循环,监测地面和空中大气水汽和组分的变化。
据高晶介绍,浮空艇10次升空中有两次观测高度超过了9000米,有六次超过了8000米,超乎预期完成了观测任务。
科考队首次在珠峰地区获得了地表至对流层上部的多项高空大气变化珍贵数据,包括水汽稳定同位素、黑碳浓度、粉尘含量、甲烷浓度、二氧化碳浓度和风温湿压等气象参数,为揭示西风传输影响下的青藏高原环境变化提供了重要科学依据,为研究亚洲水塔的水循环和碳循环过程提供新的认识。
推动“亚洲水塔”研究
青藏高原是世界屋脊、地球第三极,是我国重要的生态安全屏障和战略资源储备基地。青藏高原也被称为“亚洲水塔”,世界上很多大江大河由此发源,海拔落差超过8000米,动植物种类丰富,相当于微缩的地球。
青藏高原也是季风和西风的巨型调节器,对全球气候变化影响深远。通过浮空艇获取的相关数据,有助于我们进一步揭示青藏高原的环境变化机理,优化生态安全屏障体系,这对于推动青藏高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护将产生深远影响。
第二次青藏科考队队长、中科院院士姚檀栋表示,本次观测是高新技术和前沿科学的融合,在科学观测上进入了一个超前的模式。科学家们利用这些数据搭建起全球尺度的大气传输过程模型,推动“亚洲水塔”的研究。
浮空艇观测将为揭示“亚洲水塔”水的来源提供关键科学数据,也为全球变暖背景下青藏高原水—生态—人类活动链式变化应对策略的提出,提供重要科学依据。
解密
充气后圆滚滚
浮空艇被称为“大白鲸”
执行此次观测任务所使用的浮空艇,长55米、高19米,体积达9060立方米,利用浮升气体的浮力升空,通过地面锚泊设备系缆控制升空和驻空。
因周身雪白、流线型身形,加上充满气后圆滚滚的体态,“极目一号”Ⅲ型浮空艇被科考队员昵称为“大白鲸”。
“极目一号”Ⅲ型浮空艇经过几年自主研发而成,实现了完全国产化。
专业人士表示,“此次在珠峰地区执行任务的“极目一号”Ⅲ型浮空艇平台技术难度、驻空高度、携带载荷种类在已知的高原型系留浮空艇中前所未有。”
充满氦气等
可获升空动力“御风而行”
从外观看,浮空艇的白色外观能够反射太阳光,避免浮空艇内部气体温度剧烈变化；像鲸鱼流线型的身姿,则充分运用了仿生学的设计理念,有利于在高空中维持艇体的稳定性。此外,“大白鲸”饱满的“身体”里充满了氦气等多种气体,可以帮助它获得升空动力“御风而行”。
艇体材料
轻质低密度高强抗辐射
不仅如此,“大白鲸”还很有“内涵”。空天院浮空器中心高级工程师黄宛宁告诉记者,突破世界纪录的背后,蕴含着很多技术升级和突破。比如,浮空艇的艇体材料是一种轻质低密度高强抗辐射的复合织物材料,由我国自主研发,具有重大的科学研究和工程应用意义。早在2018年,他们就在珠峰地区严苛的环境条件下开展了复合织物材料的相关试验。
锚泊主系缆
控制重量还保证抗拉强度
浮空艇的锚泊主系缆是由多束轻质高强的聚乙烯纤维制成,外覆保护层。由于锚泊主系缆长度达几千米,所以必须控制单位重量,在此基础上,还要保证抗拉强度留有足够的安全余量。
“轻量化和高强度是存在一定矛盾的,因此我们要在材料上进行突破,同时要在二者之间取一个适合工程应用的平衡。”黄宛宁说。
垂直观测
了解数千米大气分布变化
来自中国科学院青藏高原研究所(以下简称“青藏所”)的相关专家告诉记者,“极目一号”Ⅲ型浮空艇搭载的探测仪器可以实时在线测试大气水汽稳定同位素、黑碳、粉尘、甲烷、二氧化碳等大气组分,了解其在地面以上数千米垂直范围内的分布变化。
这种“垂直观测”加上传统的地基“平面观测”,实现了对大气组分的立体观测,为揭示西风传输影响下的青藏高原环境变化提供了重要科学依据。以大气水汽稳定同位素的垂直变化为例,它可以指示高空不同层位水汽的来源和相对贡献率。
此外,浮空艇的升空高度超过9000米,达到中—高对流层,还有助于消除地表辐射的影响,展开原位测量,提供更真实、更准确的科学数据；从浮空艇平台角度讲,升空高度突破海拔9000米,也是对平台各分系统在多次高原外场试验后分系统迭代升级的实际考验。
各分系统
兼顾高可靠性与稳定性
值得一提的是,为了实现升空高度超过珠峰,浮空艇的各分系统(艇体分系统、测控分系统、能源分系统、锚泊分系统)也都借鉴以往的试验结果进行了深化设计、多轮测试与集成联调,确保在保障各分系统最佳性能的同时,兼顾各分系统的高可靠性与稳定性。
技术攻关
团队九上青藏高原测试
“巅峰使命”珠峰科考浮空艇科考分队由来自中国科学院青藏所、空天院、长春光学精密机械与物理研究所和中国电子科技集团公司第八研究所等单位的60余名科考队员组成,是第二次青藏科考十几支科考小组中人数最多的。他们中既有在珠峰地区开展一线科考作业的成员,也包括从设计阶段开始至实验阶段全部参与的技术人员。
中科院空天信息创新研究院正高级工程师、浮空艇综合观测科考分队副队长张泰华介绍,浮空艇团队,九上青藏高原试验,九次磨炼,从鲁朗、纳木错、可可西里到珠峰地区,每一次都是勇攀高峰。浮空艇升空高度也从5250米、6390米,到7003米、9032米,再到9050米。
张泰华介绍,浮空艇顺利升空、打破纪录,一方面要应对高原低气温、低气压、强辐射、风向变化等已知危险；另一方面,空天院研制的“极目一号”I型浮空艇三年前达到的观测高度为海拔7003米,一旦超过这个记录,“之上的每一米都是未知的新挑战”。陌生的电磁环境和风场,对浮空艇本身的性能和载荷设备的稳定观测带来难以预测的考验。
背景
“巅峰使命”珠峰科考是2017年第二次青藏科考启动以来,学科覆盖面最广、参加科考队员最多、采用的仪器设备最先进的综合性科考。此次珠峰科考聚焦珠峰地区的环境变化,从大气、水、生态、地表过程等方面进行全方位的考察。5个科考分队、十几支科考小组的270多名科考队员参加科考任务,应用先进技术、方法和手段,围绕西风-季风协同作用、“亚洲水塔”变化、生态系统与生物多样性、人类活动等重大科学问题开展研究。
5月初,我国13名珠峰科考登山队员成功登顶珠穆朗玛峰,这是我国珠峰科考首次突破8000米以上海拔高度。
统筹:易福红 杨存海 综合新华社 央视
图片:新华社
关键词： 大白鲸升空9050米 创大气观测海拔最高纪录
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