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探索临近空间正在成为世界航空航天界的新热点，“旅行者”2号试飞虽然没有达到预定的2.1万米高度，但却预示着我国航空航天界对临近空间探索的加速，未来有可能在这一新领域占据一席之地。 11月9日晚，民营企业深圳光启集团研制计划用于临近空间旅游的飞行器“旅行者”2号在新疆博斯腾湖搭载一只乌龟升空。升至1.2万米高度时，由于部分通信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。近年来，探索临近空间正在成为世界航空航天界的新热点，“旅行者”2号试飞虽然没有达到预定的2.1万米高度，但却预示着我国航空航天界对临近空间探索的加速，未来有可能在这一新领域占据一席之地。 军事和商业角逐“新空间” 临近空间是海拔20公里至100公里的区域，又称为“近太空”、“亚太空”、“超高空”，具有广阔的军事和商业开发前景。20千米到55千米区域为大气平流层，空气密度比地面小很多，吸气式动力的效率和飞行器的效率很低，少量高空高速飞行器和探空气球可以到达该领域。55千米到85千米为中间层，过去几乎是航空研究的空白。85千米之外被称为热层。传统意义上的航空研究主要是指在20千米以内的大气层边界。临近空间下方的区域通常称为“天空”，临近空间上方的区域通常称为“太空”，而近年来“空天”一词的流行也表明，临近空间领域越来越受到重视。临近空间飞行器可用于载人旅游、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等。 “中国要成为科技强国，一定要在这些前沿研究方面走到前面。”在2016年11月3日光启承办的中国浮空器大会上，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。 游弋在临近空间飞行器，能够持续地对同一地区进行不间断覆盖观察。因此在区域情报搜集、监视、侦察、通信中继、导航和电子战等方面具备独特的优势。 2005年初，美国防部公布《2005～2030年无人机系统路线图》，首次将临近空间飞行器列入无人飞行器系统范畴。美国空军已开发出多款“临近空间机动飞行器”。同年3月，美国空军两次进行“攀登者”裸机的30千米高空飞行试验，但均未达到预期。第一次飞行试验中，气囊发生爆炸。随后的试验中，搭载的相机未能正常工作，没有获得所需数据。 “目前浮空器的民用价值已经越来越得到认可。” 刘若鹏介绍说，2015年6月，中国首个临近空间商用平台“旅行者”号在新西兰南岛阿什伯顿成功首飞，到达设计高度21公里，完成了天地高速通信、海事监控、光学监控等商用载荷测试，在轨飞行期间共发送遥控指令200余条，获得大量珍贵实验数据。 升空时意外发生碰撞 “旅行者”2号的放飞一波三折，受降雪、大风等气象因素数次推迟。当天22时44分，气象条件达到放飞要求，直径40米的超大囊体携带主舱缓缓升空。“旅行者”2号的主舱直径2.5米、高3.5米，重量则超过1吨。 “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。 试飞团队初步分析认定，“旅行者”2号升空时，舱体曾发生碰撞，系统故障可能与此次碰撞有关。 对试飞没有完成全部既定任务，光启集团联合创始人、光启科学联席行政总裁栾琳表示遗憾。她说，相对于曾在新西兰成功试飞并升至临近空间的“旅行者”1号，“旅行者”2号增加了携带舱体升空、天地对话、柔性太阳能薄膜电池、动力螺旋桨等功能，试飞难度也随即增加。 “在一个全新的领域进行开拓，从来不是一件容易的事情。对临近空间的探索，属于前沿科学研究。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。”栾琳还透露，该团队已着手设计和测试“旅行者”3号，拟在明年择期进行试飞实验。 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。除了载人，“旅行者”号系列还可在通信、气象、遥感等应用上进行探索，也可为宇宙物理学、太阳物理学等学科提供科学探索平台、承担多种研究应用。 各国都对临近空间飞行器兴趣极大 20世纪六七十年代曾一度掀起临近空间飞行器的研制高潮，一些军用高空高速无人机、战斗机和侦察机也能飞到20～30千米。目前，对临近空间的探索再次引起世界各国的关注和重视，多国政府、科研机构及高科技巨头都已经加强了对临近空间的科学探索。美国World View公司正在开发Stratollite飞行器，采用氦气球搭载太空舱，目前已经完成放飞试验，目标是近地30千米高度。美国Blue Origin公司开发的New Shepard飞行器采用火箭搭载太空舱，也已完成第四次试验，可将人送上近地100千米高度。美国XCOR公司研制“山猫”号（Lynx）飞船采用航天飞机发动机，从跑道直接加速起飞，也计划将人送上近地100千米高度。 我国国内的相关单位如中科院光电院、北京航空航天大学，以及电子、航天、航空系统单位已经开始在该领域相关课题的研究。在11月3日召开的中国浮空器大会上，国家高分专家组组长、中科院光电院顾逸东院士表示，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，是当前的一项迫切需求。中国工程院院士、中国航空学会副理事长甘晓华表示，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。北航与相关单位也已经在合作开发临近空间飞艇。 飞行器控制技术有待提升 虽然世界各国都对临近空间飞行器表现出浓厚的兴趣，但综合临近空间的特殊物理环境，目前世界各国的研究进展都不大，基本都处于概念验证阶段，一些典型的飞行器控制技术和飞行器设计制造还有待突破。主要问题有： 1、长时间留空问题。临近空间因为还受到很大的地球引力，飞行器不能像卫星一样实现独立地在轨绕地飞行，必须采用一定方法克服地球引力作用，实现飞行器长时间留空飞行，才有实际意义。 2、提升有效载重。实现有效载重足够大，才能承担相应的空间作业任务。 3、突破临近空间自主飞行控制。在临近空间，因为空气稀薄，依靠喷气动力控制将变得十分复杂、效率极为低下，必须探索研究新的控制方式。舱体与载荷的重量越大对控制系统的要求越高。 4、突破精准回收控制。飞艇、气球类飞行器要想准确回收，必须对气体释放过程实现精确控制，尤其是确保其在穿越对流层上部时实现精确控制，而太空飞船、航天飞机、弹道导弹类飞行器则依靠自带推进器系统控制或飞行轨迹设计就可以完成该阶段的回收控制。 5、突破临近空间材料技术。不同于航天材料的一次性使用（最多包含返回阶段的二次使用），临近空间飞行器要实现商业价值，必须能够像一般航空器那样可以反复使用，所用材料更接近于一般航空材料，而传统航空材料研究对反复进出大气层的研究还相对比较少，对临近空间的温度、射线、电离子等考虑比较少。 据悉，对临近空间的探索已经引起了高度关注和重视，多国政府、科研机构及高科技巨头都已经加强了对临近空间的科学探索。光启集团还计划在航空航天领域打造一个全球颠覆式创新的生态群，预计未来几年会并购更多的创新企业。 本文综合南方周末、《中国航空报》、中国日报等  深耕行业18年， 分享最前瞻性话题， 传递最正能量声音。 卫星应用领域第一刊 卫星与网络 动图 内容、营销合作请联系： 微信号：nongyan258766 |
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