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萬米高空的“聽診器”北斗探空氣球

2025-03-24 00:00:00黃旭輝周曉湘馬佩強
知識就是力量 2025年3期
關(guān)鍵詞:觀測員探空儀探空

內(nèi)外兼修的體魄

普通氣球大多是由天然乳膠制成的。但是對流層頂部的氣溫太低了(零下五六十?dāng)z氏度),它們受不了低溫、紫外線和臭氧,高空長時間飛行會出現(xiàn)低溫結(jié)晶和老化。

為了讓我擁有強健的體魄,經(jīng)過天然乳膠改性、耐寒性能、防老化性能等“配方”試驗后,科研人員向天然乳膠里加入了多種“配料”,制成了我的身體,讓我可以抗老化、不懼高空低溫。

準(zhǔn)備放飛北斗探空氣球(供圖/黃旭輝)

我的身體里還有一層內(nèi)球。到達預(yù)定高度后,通過調(diào)整內(nèi)、外球的充氣量,使外球達到一定高度后炸開,內(nèi)球受到氣壓差影響,內(nèi)部氣體膨脹,我就可以保持浮力和重力平衡,這可是我能完成平漂觀測的秘密武器。

懷揣“中國芯”

作為北斗探空氣球,我最引以為豪的,是身上的“中國芯”——我國自主研發(fā)的春分I號芯片。

它作為我的主處理芯片,藏在導(dǎo)航探空儀里,配備了相應(yīng)的采集電路,可以對不同高度大氣完成精細化的溫度、濕度、氣壓和風(fēng)的探測,再通過400兆赫(波動頻率單位之一,1兆赫=1000000赫茲)頻段將采集的數(shù)據(jù)實時發(fā)送至地面接收機,并同步上傳至國家級云端中心平臺。

與北斗探空系統(tǒng)“手牽手”

我不再像以前那樣,只依靠一臺孤零零的L波段雷達確定位置。

科研人員為我增配了GPS天線,以及集成了各種先進技術(shù)的北斗探空系統(tǒng),使我的定位精度更新為0.3米,達到國際先進水平,遠超傳統(tǒng)L波段探空雷達的500米左右的精度。我與北斗系統(tǒng)的“攜手”,可以獲取更為精確的實時衛(wèi)星導(dǎo)航信息,再也不會產(chǎn)生迷路的煩惱。

當(dāng)我飛上天

準(zhǔn)備起飛

清晨6點,當(dāng)萬物還在睡夢中,我和高空觀測站的觀測員們已合作準(zhǔn)備今天的第一次探空旅程了。

首先,觀測員會為我的內(nèi)球充入氫氣,在充入氫氣的浮力與自身配重平衡后,意味著我“掌握”了平漂大法。接下來,觀測員會再給我的外球充入氫氣,使外球拉力在2~3千克之間。當(dāng)我恰好能把配重拉起來時,我就已經(jīng)達到“標(biāo)準(zhǔn)體形”了。

探空氣球結(jié)構(gòu)示意圖探空氣球上的導(dǎo)航探空儀(左)和傳統(tǒng)探空氣球的二次雷達探空儀(右)(供圖/馬佩強)

同時,另一位觀測員會對探空儀進行基測(為避免運輸和存儲過程中探空儀傳感器指標(biāo)失真,以及保證探測數(shù)據(jù)的真實可靠,在正式作業(yè)前用地面標(biāo)準(zhǔn)器進行最后一次檢查和校準(zhǔn))?;鶞y合格后,我的身上從上到下會依次掛載上熔斷器、降落傘、導(dǎo)航探空儀,這時的我整裝待發(fā),隨時可以飛向高空。

沖向天際

7點15分,隨著倒計時結(jié)束,繩子的尾端被輕輕松開,我以每分鐘近400米的速度直沖云霄!飛行途中,我身上的導(dǎo)航探空儀一刻不停地聆聽大氣發(fā)出的“聲音”,通過直接采集記錄沿途的溫度、濕度、氣壓等數(shù)據(jù),并通過計算我在水平方向上的移動速度和方向,間接得到實時的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù),猶如為大氣做一次全面體檢。

在群里和朋友們“聊天”

那么,我收集到的數(shù)據(jù)還會像L波段探空系統(tǒng)那樣逐級往上傳嗎?

不,我身上的儀器配合北斗探空系統(tǒng),可以減少省級數(shù)據(jù)質(zhì)控環(huán)節(jié),將探空原始數(shù)據(jù)直接匯交國家級業(yè)務(wù)平臺“天擎”,并下發(fā)至應(yīng)用端。數(shù)據(jù)傳輸時效總體優(yōu)于前輩們,10千帕以下的數(shù)據(jù)最快可提前49分鐘。

觀測員為探空氣球充氣" (供圖/黃旭輝)

不僅僅是數(shù)據(jù)傳輸階段更快、更穩(wěn)定,在數(shù)據(jù)接收上,各地安裝的接收機就像一個個節(jié)點,編織成一張大網(wǎng),實現(xiàn)了從定時定點單一接收觀測數(shù)據(jù)向?qū)崟r智能組網(wǎng)接收的技術(shù)變革。

就好比從前我只能一對一和朋友通話;但現(xiàn)在,我和好朋友們被拉進了一個大群。無論我飛到哪里,遇到什么復(fù)雜環(huán)境,地面研究人員都能穩(wěn)定獲取我們的回傳數(shù)據(jù),為數(shù)值預(yù)報模式提供高質(zhì)量的溫度、氣壓、濕度和風(fēng)速風(fēng)向廓線(氣象數(shù)值隨高度或距離變化而產(chǎn)生的狀況曲線)。

我的獨門秘籍:平漂大法

伴隨著我的飛行高度越來越高,外界氣壓越來越低,我的體積也越來越大,直至飛抵2.8萬米左右的高空,我的外球再也承受不住,“砰”的一聲破裂。若換作我的前輩們,它們的一生就至此結(jié)束了。但我在內(nèi)球的支撐下,使出獨門平衡秘籍,不但沒有墜毀,反而在平流層開始了長達4~6小時的高空平漂。

回歸:使命的終點與延續(xù)

當(dāng)我飛到了預(yù)設(shè)的范圍外,或收到觀測員遙控的指令,就到了我該返航的時候,球體下方的熔斷裝置便會切斷系留繩,讓攜帶探空儀的降落傘緩緩下落。我一路向下,感受著氣壓漸增,周遭空氣變得稠密,導(dǎo)航探空儀不忘做著最后的測量工作,直至著陸的那一刻。

這樣一次從地面到平流層的往返飛行需耗時8~10小時,普通前輩難以完成這樣的任務(wù),而我特殊的雙層球體結(jié)構(gòu)恰好能實現(xiàn)對垂直大氣的單次飛行、兩次探測。

觀測員測量探空氣球拉力" (供圖/黃旭輝)
觀測員將探空氣球與各儀器相連" (供圖/黃旭輝)
北斗探空氣球升空(供圖/黃旭輝)

相較于其他高空探測手段,我的優(yōu)勢在于能獲取準(zhǔn)確的垂直大氣廓線,且成本低、布放便捷、數(shù)據(jù)時效性高。但我的一生注定是“向死而生”,完成使命的探空儀會安全降落在地面,而我的內(nèi)球在失去了探空儀后會繼續(xù)上升,在層層大氣中穿梭數(shù)次后,終會如泡沫般消散在蔚藍天宇間。并且,由于我的內(nèi)球通常由可降解材料制成,幾乎不會對環(huán)境造成污染。

不必為我傷心。作為新一代北斗探空氣球,我傳承了前輩的使命,融入了更多的尖端科技,助力氣象探空實現(xiàn)了更經(jīng)濟、更高效、更精準(zhǔn)的立體探測。當(dāng)上百個探空氣球從祖國各地如我般升空,一張由我們攜手北斗探空系統(tǒng)編織的物聯(lián)網(wǎng)逐漸成形,用一次次探測,把握長空的“脈搏”,為天氣預(yù)報、氣候研究,乃至衛(wèi)星發(fā)射、航天測控提供大氣背景數(shù)據(jù)。

(責(zé)任編輯 / 王佳璇" 美術(shù)編輯 / 周游)

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