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“流浪氣球”簡史

時間：2023-02-07 來源： 瀏覽：

“流浪氣球”簡史

錦緞
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上市公司研究平臺，專注價值發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造與傳播

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以下文章來源于深網(wǎng)騰訊新聞 ，作者張睿

深網(wǎng)騰訊新聞 .

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本文系基于公開資料撰寫，僅作為信息交流之用，不構成任何投資建議。
五代時期，隨夫從軍的莘七娘為方便聯(lián)絡，用竹篾扎成方架，用紙糊成燈籠的形狀，在底盤上放置燃燒著的松脂，靠熱空氣飛上天空，這種裝置后來被取名孔明燈。很長一段時間內，放孔明燈成為古人祈天、許愿的方式。
作為中國最早的氣球，孔明燈在我們的生活中早已習以為常，誰也沒料到，千年之后，一只來自中國的氣球，會在萬里之外的美國掀起軒然大波。
2月3日晚間，一則 “中國氣球誤入美國領空”的消息上了熱搜。美國媒體大做文章，稱這是來自中國的“間諜氣球”，因為該氣球不僅在美國上空飄蕩，甚至還一度靠近了高度機密的美國核導彈基地。
對此，中國外交部發(fā)言人回應稱：“該飛艇來自中國，屬民用性質，用于氣象等科研。受西風帶影響，且自身控制能力有限，該飛艇嚴重偏離預定航線。中方對飛艇因不可抗力誤入美國表示遺憾。中方將繼續(xù)同美方保持溝通，妥善處理這次因不可抗力導致的意外情況?！?
美國國內政壇對氣球的爭論卻喋喋不休，共和黨候選人特朗普趁機對拜登政府大加嘲諷。
據(jù)外交部網(wǎng)站2月5日消息，今日早間，外交部就美方擊落中國無人飛艇發(fā)表聲明稱，中方對美方使用武力襲擊民用無人飛艇表示強烈不滿和抗議。
在普通大眾的認知里，過往對于氣球的了解可能僅限于飛行高度和距離都有限的熱氣球，現(xiàn)在人們突然意識到：原來一只“流浪氣球”竟然能在30000米以上高空飛行數(shù)萬公里，避過現(xiàn)代雷達等高科技偵查手段，甚至讓世界最先進戰(zhàn)機一度束手無策。
一般而言，高度越高，空氣越稀薄，內外壓差下，一些熱氣球升到一定高度后就會膨脹爆炸，如此脆弱的氣球如何能升到萬里高空，飄洋過海？
01
漂洋過海去流浪
1782年12月，法國阿爾代什省的孟格菲兄決定制造一個12米直徑的氣球，使用棉布夾雜薄紙，該氣球重量225公斤、體積800立方米，并用熱氣令其上升。第二年4月25日，氣球被釋放了，升到高空并到達400米左右的高度。
1783年11月21日，兩位法國人駕駛由孟格菲兄弟發(fā)明的熱氣球，從巴黎西部的布洛涅林園起飛，在空中持續(xù)了25分鐘，最后降落在巴黎意大利廣場附近。第二年，孟格菲兄弟的熱氣球就能飛到3000米。這是有資料記載有關熱氣球最早的故事。
圖為1783年的氣球飛行實驗 繪畫：Claude-Louis Desrais (1746-1816)
19世紀末，隨著具有良好伸張率的膨脹性橡膠氣球的制成，進一步增加了氣球高空探測的范圍。
20世紀60年代，大型非膨脹性的薄膜塑料氣球應用廣泛，世界上一些發(fā)達國家開始大規(guī)模發(fā)展高空氣球技術。在大氣和空間科學研究中，氣球開始和火箭、人造衛(wèi)星等飛行器并駕齊驅。
資料顯示，高空氣球的球體，大都用高壓聚乙烯材料所作的球膜經(jīng)熱壓熔焊制成，其低溫性能和抗拉伸強度非常好。為提高載重能力，大型氣球沿其母線還加有尼龍加強筋。球體形狀多為自然形，采用所謂零壓式，即在球體下部留有排氣管使內外相通，壓差為零，用以防止氣球升空后球內壓力增大把氣球漲破。
氣球內部一般選擇氦氣或氫氣。氫氣浮力大、成本低，但不安全易燃爆；氦氣浮力小、成本昂貴，但更安全。高空氦氣球的載重量越大，升限越高，體積也要求越大，載重可達上千公斤，升限在35~45km，及至超過50km。
1978年8月27日傍晚，一只巨大的銀色氣球緩緩降落在法國西北小鎮(zhèn)米雷附近。氣球的下方吊著一個紅黃相間、色彩鮮艷的吊艙。歷經(jīng)6天6夜的飛行，這只名為“雙鷹二號”的氣球一路從美國緬因州海岸，飛越大西洋，抵達瀕臨英吉利海峽的諾曼底，第一次實現(xiàn)了飛行家們“乘氣球飛渡大西洋”的夢想。
“雙鷹二號”氣球在法國上空飛行
“雙鷹二號”氣球的球體是由尼龍和輕質的人造橡膠造成的，高30米，直徑20米，載重超過2000公斤，充氦氣5000立方米之多。球體的上半部涂銀白色，以免把氦氣曬熱，浮力加大，氣球升得太高；下半部涂黑色，夜晚可從海洋吸收熱量，以免氣球遇冷，浮力減小，降得太低。
圖為“雙鷹”號在航行中拍攝的圖片
在此后的30多年里，飛行氣球發(fā)展飛速。2015年1月，一只同樣命名為“雙鷹”號的氦氣球再次成功飛越太平洋，并創(chuàng)下氣球航行飛行距離最長、持續(xù)時間最久兩項世界紀錄。
美國人特洛伊·布拉德利和俄羅斯人列昂尼德·圖科特亞夫共同操控“雙鷹號”，從日本佐賀縣起飛，前往煙波浩渺的太平洋。6天16小時38分后，“雙鷹號”降落在距離墨西哥巴哈海灘4英里的海域，完成10695公里的飛行。
飄洋過海“去流浪”，僅是熱氣球發(fā)展史中的一個注腳。在這段旅程中，后期逐漸被民用甚至軍用的氣球完成蛻變，成為大氣和空間科學研究中不可或缺的一員，氣象氣球就是其一。
02
平流層中的“科技之旅”
氣象氣球是用橡膠或塑料等材料制成球皮，充以氫、氦等比空氣輕的氣體，攜帶儀器升空，進行高空氣象觀測的觀測平臺。打個比方，氣象氣球猶如一個“CT掃描儀”，把不同高度和經(jīng)緯度的溫度、氣壓、空氣濕度、風向風速等數(shù)據(jù)通過信號發(fā)回地面，從而獲得關鍵的氣象要素值。
一般而言，氣象氣球大致可以分為探空氣球、系留氣球、定高氣球、平流層氣球等。
探空氣球主要用于把無線電探空儀攜帶到高空，以便進行溫度、壓力、濕度和風等氣象要素的探測；系留氣球是使用纜繩將其拴在地面絞車上并可控制其在大氣中飄浮高度的氣球，升空高度2000米以下，主要應用于大氣邊界層探測；定高氣球是一種保持在近似固定高度上隨風漂流、用于大氣探測的氣球，是人類研究對流層的重要工具。
不同于常規(guī)的無線電探空氣球和定高氣球，平流層氣球是升至平流層高度進行探測的大型氣象氣球，主要用于科學試驗研究，采用現(xiàn)代定位跟蹤遙控遙測等技術，其所攜帶的儀器能夠在指定地區(qū)里回收。
飛艇也是浮空器的一種，根據(jù)工作原理的不同，浮空器可分為飛艇、系留氣球和熱氣球等，其中飛艇和系留氣球是軍民利用價值最高的浮空器。
氣球與飛艇二者最大的區(qū)別是，飛艇具有推進和控制飛行狀態(tài)的裝置，自帶動力系統(tǒng)，可以自行飛行，尾面用來控制和保持航向、俯仰的穩(wěn)定。飛艇分有人和無人兩類，也有拴系和未拴系之別。大型民用飛艇可用于交通、運輸、娛樂、賑災、影視拍攝、科學實驗等。
1957年3月，美國一艘ZPG-2型軟式飛艇就在不加燃料的情況下，創(chuàng)造了連續(xù)飛行264.2小時的世界記錄。飛艇可以在其氣囊中攜帶形狀和尺寸幾乎不受限制的大型雷達天線，軍用飛艇的能耗和飛行費用比飛機少約 30% 。
在現(xiàn)代社會中，飛艇和氣球都被應用到高能物理、天文、空間物理乃至互聯(lián)網(wǎng)等各個領域。谷歌X實驗室2011年著手研發(fā)、2013年推出的“互聯(lián)網(wǎng)氣球”項目Project Loon就曾在全球引起轟動。這項技術旨在通過氦氣球為偏遠地區(qū)的人們提供上網(wǎng)服務，甚至在2015年時獲評為《麻省理工科技評論》的年度十大突破技術之一。
據(jù)悉，谷歌所使用的高空氣球是由聚乙烯材料制成，直徑15米、高12米，內置太陽能電池板、GPS 定位設備，無線電收發(fā)器、環(huán)境檢測器等設備，可以在距地面20公里的平流層中飛行，并且每個氣球能夠覆蓋直徑約80公里的地面區(qū)域。
谷歌氣球最為經(jīng)典的應用案例，是在2017年的秘魯洪災與襲擊波多黎各的瑪利亞颶風等環(huán)境災難中，為數(shù)以千萬計的用戶提供了互聯(lián)網(wǎng)接入服務。
歷經(jīng)9年，谷歌X實驗室于2021年關閉了“互聯(lián)網(wǎng)氣球”項目Project Loon
不過谷歌這項宏偉的“互聯(lián)網(wǎng)氣球”項目最終敗給了高昂的成本。除氣球本身造價不菲外，網(wǎng)絡維護成本也居高不下。2021年1月22日，谷歌X實驗室關閉Loon項目。
國內也不乏研發(fā)氣象氣球的公司，最成功的一家生產(chǎn)企業(yè)曾是一家瀕臨倒閉的橡膠廠。
1999年，化工部乳膠工業(yè)研究所成為國內第一批轉制的科技企業(yè)，更名為中國化工株洲橡膠研究設計院有限公司（簡稱株洲橡膠院），自此開始投建醫(yī)用丁基橡膠瓶塞生產(chǎn)線。由于前期經(jīng)營不善及市場劇變，瀕臨倒閉的株洲橡膠院于2003年停止該項目，轉而研發(fā)探空氣球。
株洲橡膠院在探空氣球展露頭角始于2010年。當年，中國氣象局首次承辦世界氣象組織（WMO）第八屆國際探空儀系統(tǒng)比對實驗，為了使用國產(chǎn)氣球，打破以往比對實驗全部采用日本生產(chǎn)的探空氣球作為飛行載體的歷史，株洲橡膠院在2009年臨危受命，最終研發(fā)的探空氣球，比芬蘭Vaisala公司在德國斯圖加特自動放球器試驗中提供的探空氣球還高出近20%。
據(jù)公開資料顯示，目前株洲橡膠院已經(jīng)掌握了浸漬法和旋轉成型法兩種氣球生產(chǎn)工藝，產(chǎn)品品類從10克覆蓋到5000克，探空高度更是達到了48000米。
48000米是什么概念？有資料顯示，民用飛機短航線的飛行高度一般在6000米至9600米，長航線的飛行高度一般在8000米至12600米。
03
不可忽視的軍用氣球
由于飛行高度足夠高，有時氣象氣球會被不明就里的大眾當成UFO。2020年6月17日，日本仙臺上空出現(xiàn)不明飛行物，在部分日本網(wǎng)友眼里，在遙遠的高空中漂浮著的白色球體就像一個UFO。此后，日本自衛(wèi)隊的直升機緊急升空探測。
圖為2020年6月17日日本網(wǎng)民拍到的氣球
對于這個白色球體，仙臺市天文臺后來表示，“從形狀上看，應該是觀測氣球?！?/span>
除用于科研探索外，氣球在歷史上也被用于軍事。軍用氣球除了在偵察、監(jiān)視、通信、中繼、運輸?shù)确矫姘l(fā)揮作用外，也被用于火箭發(fā)射、無人機群投送等方面的研究中。
事實上，在18世紀孟格菲兄弟研制出載人熱氣球后，法國就把氣球派到了偵察現(xiàn)場。在與奧地利軍隊對陣中，法軍偵察人員坐在軍用氣球“創(chuàng)業(yè)號”的吊籃中升上高空，輕松地完成了空中偵察任務。
在眾多的研究國家中，美國對軍用氣球的研究駕輕就熟。很長一段時間，西方國家都將氣球用于戰(zhàn)場偵察。冷戰(zhàn)初期，氣球已經(jīng)成為間諜游戲的重要組成部分。
有資料記載，美國曾經(jīng)針對蘇聯(lián)制作出一種“間諜氣球”。它體形龐大，直徑近40米，吊籃內配備著先進的攝像機和定位系統(tǒng)，能在1.8萬米的高空對蘇聯(lián)進行拍照偵察。但因為氣球會“隨風逐流”，很難掌控，最后收效甚微。
系留氣球的出現(xiàn)大大提升了氣球的“偵察”功能。2001年爆發(fā)的阿富汗戰(zhàn)爭中，英軍將長10多米的氣球放置在600多米的空中，下面用鋼鐵纜繩固定。通過纜繩中的信號傳輸線，地面基站就可以接收到氣球上所安裝攝像頭和雷達所捕捉到的信息，晝夜不停地對敵方進行偵聽。
美軍“戰(zhàn)斗天星”小型高空氣球
至今，高空氣球依然是美國研究的重點。Politico曾報道稱，“美國五角大樓大幅增加了高空氣球的預算，希望它們能夠協(xié)助跟蹤和攔截俄羅斯與中國的高超音速導彈?！倍鴵?jù)《財富》雜志報道，“與以前的軍用飛艇相比，美國高空氣球的科技含量更高?！?
1974年5月上旬，一具高空偵察氣球進入中國，向渤海灣方向飄去。這種偵察氣球裝有高清攝像機，能在10000米—20000米高空清晰地拍攝地面圖像，并用無線設備傳回美國。當年5月15日，2架殲-6戰(zhàn)斗機將氣球打破。
2019年9月，一具超高空動力偵察氣球現(xiàn)身中國云南上空，空軍戰(zhàn)機飛行員武輝領命，駕駛“紅鷹”殲-10C戰(zhàn)斗機緊急升空攔截。報道稱，由于這一超高空氣球已經(jīng)位于極高的高度，超過了戰(zhàn)斗機最高升限，同時因為高空中沒有任何參照物，特別是萬里無云的情況下無法判斷目標相對關系，更加無法判定距離，因此武輝選擇依靠肉眼識別跟隨目標，依據(jù)實戰(zhàn)訓練經(jīng)驗建立自身戰(zhàn)斗機的攻擊航線。最終，武輝操作戰(zhàn)機“先俯沖增速，再躍升攻擊”，殲-10C左翼攜帶的空空導彈發(fā)射向遠方的目標，將這一白色氣球瞬間摧毀。
殲-10C戰(zhàn)斗機擊毀高空偵查氣球畫面
習慣將高空氣球應用于偵察的美國，此次對偏航的中國民用飛艇如此緊張也就不令人意外了。（ 作者：張睿 深網(wǎng)騰訊新聞 ）
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