部分系統異常 或因升空時發生碰撞

  11月9日22時44分,“旅行者”2號近40米直徑的超大囊體,充入經過精密計算的氦氣后,攜帶總重量超過1噸的主艙,緩慢升空。主艙內搭載了一個小型生命保障系統,攜帶了一只烏龜。按計劃,“旅行者”2號將進入海拔20千米以上的臨近空間,完成13項以上臨近空間實驗及測試,包括天地對話、動力系統、航電、通信等設備的測試以及氣溫、風向等數據的采集。隨后,“旅行者”2號通過釋放氦氣而逐漸下降,最終返回地面。

  試飛團隊一直密切監測實時傳回的數據。“旅行者”2號升空至海拔1.2萬米高度時,正常通信突然中斷,備用系統自動啟動,傳回的數據顯示,部分通訊系統和控制系統無法正常工作。試飛團隊立即通過備用系統,對“旅行者”2號發出了緊急降落指令,“旅行者”2號隨即迅速著陸。技術人員隨即趕往預估著陸地點。

  據了解,“旅行者”2號升空時,艙體曾發生碰撞。試飛團隊初步分析認為,系統故障可能與此次碰撞有關。確切原因有待進一步調查。

  光啟集團對試飛沒有完成全部既定任務表示遺憾。光啟集團聯合創始人、光啟科學聯席行政總裁欒琳說,相對于曾在新西蘭成功試飛并升至臨近空間的“旅行者”1號,“旅行者”2號增加了攜帶艙體升空、天地對話、柔性太陽能薄膜電池、動力螺旋槳等功能,試飛難度也隨即增加。

  她表示,在本次試飛中,由于沒有達到預定高度,僅完成了攜帶艙體升空、天地對話和飛行中數據采集的實驗,柔性太陽能薄膜電池、動力螺旋槳、生命保障體系等功能由于未能達到預設高度,而沒有完成實驗。“在一個全新的領域進行開拓,從來不是一件容易的事情。對臨近空間的探索,屬于前沿科學研究。試飛屬于科學試驗,所有的試驗都存在不確定性。但是這次試飛積累的經驗和數據,將對我們接下來的“旅行者”號系列的設計、改進有極大的幫助,我們會繼續堅持對臨近空間的探索,直到完成載人旅行的目標。”欒琳透露,“旅行者”號團隊已經在著手設計和測試“旅行者”3號,擬在明年擇日進行試飛實驗。

  受惡劣天氣影響 試飛曾多次延遲

  此次“旅行者”2號試飛一波三折,原計劃11月6日試飛。11月5日,試飛基地所在的新疆博湖縣博斯騰湖鄉突然降雪,氣溫驟降。光啟臨近空間創新中心總監周飛博士表示,這次降雪的時機和雪量都超出了前期的預報和歷年數據的經驗,實屬罕見,而降溫降雪令試飛前的準備工作無法正常開展,出于安全飛行的考慮,團隊決定延遲一天,至11月7日再試飛。

  11月7日凌晨1時許,通過現場測風速、風向,結合氣象數據,試飛團隊判斷環境適合試飛,隨即開始進行囊體充氣。但進行至凌晨3時許,試飛現場風速突變至安全試飛閾值的兩倍多,已經開始的囊體充氣被迫中斷。

  欒琳解釋,根據多次的測算和試驗,試飛的最佳風速須不高于3米/秒,閾值為5米/秒??蒲袌F隊連日從不間斷地對當地天氣狀況進行實時監測分析。“天氣預報數據顯示,當晚的風速平均為2米/秒,最高不超過3米/秒,但風速突變,現場實測的風速已經達到7米/秒,已經超過閾值,因此不得不推遲試飛。”

  “由于5日局部降雪,6日下午化雪,造成了試飛場地與周邊地區的溫度差,產生了氣壓差,帶來了突如其來的大風。”周飛表示。

  經過現場評估,光啟臨近空間技術團隊認為,天氣狀況無法達到試飛標準,同時,已經在寒冷大風環境中連續工作超過33個小時的工作人員需要休整,“旅行者”2號的囊體結構也要再做檢測。為保障現場人員安全和試飛順利進行,試飛團隊當即決定暫停試飛計劃,并保持對天氣狀況的實時監測,等天氣狀況達到試飛標準再進行試飛試驗。

  經過觀察分析,團隊11月8日兩次嘗試試飛,都未能等到合適的試飛窗口。團隊不得不決定再次延遲試飛。至11月9日晚間,天氣逐漸轉好,“旅行者”2號團隊再次向臨近空間沖刺。

“旅行者”2號試飛升空后提前返回,臨近空間探索不停步
2016年11月9日,“旅行者”2號升空后,技術人員對技術數據進行分析
“旅行者”2號試飛升空后提前返回,臨近空間探索不停步
2016年11月9日,“旅行者”2號升空前一刻,工作人員在做最后的準備



  布局“深度空間” 探索不會停步

  “對臨近空間的探索,是光啟在‘深度空間’領域布局的重要一環。”光啟集團總裁、光啟科學董事會主席劉若鵬表示,圍繞著“深度空間+機器自覺+終極互聯”這一未來發展趨勢,光啟會繼續在臨近空間探索上不懈努力,不會因科學實驗遭遇的小波折而停下腳步。“深度空間”是指人類對多維空間的深度開發與利用。

  欒琳表示,光啟會繼續探索臨近空間,未來的載人“旅行者”號系列,將包括浮空系統、密封載人艙系統、應急救生系統等,具有超高安全性和舒適性,可將6人載入離地面20-24千米的臨近空間。除了載人,“旅行者”號系列還可在通信、氣象、遙感等應用上進行探索,也可為宇宙物理學、太陽物理學等學科提供科學探索平臺、承擔多種研究應用。目前,包括光啟集團在內,國際上開展臨近空間探索項目的公司已有類似的嘗試。

  據了解,2015年2月,光啟臨近空間載人項目正式啟動。2015年6月6日,光啟研制的中國首個臨近空間商用平臺“旅行者”號在南半球新西蘭南島的光啟阿什伯頓臨近空間基地成功試飛,到達海拔21千米的設計高度,持續進行了跨晝夜的飛行與任務執行,完成了臨近空間天地高速通信、海事監控、光學監控等商用載荷測試,標志著中國臨近空間探索技術躋身世界前列。2016年8月26日,??谖磥砑夹g研究院暨光啟臨近空間技術研發總部在??谡浇遗?,“旅行者”2號被命名為??诼眯姓咛?。“旅行者”2號此次的試飛實驗,試飛團隊從中汲取了應對復雜天氣的經驗,也完成了部分數據的收集,這對后續的研究和“旅行者”3號的設計和加工都提供了重要的數據參考。光啟集團表示,“旅行者”3號目前已經在設計和測試階段,暫定將于明年擇日進行試飛實驗。

“旅行者”2號試飛升空后提前返回,臨近空間探索不停步
2015年6月,“旅行者”1號在新西蘭順利升空
“旅行者”2號試飛升空后提前返回,臨近空間探索不停步
光啟臨近空間項目團隊已經開始對“旅行者”3號進行測試



  技術升級 突破多個關鍵點

  盡管未能完全驗證,相對于2015年試飛的“旅行者”號(編號為“旅行者”1號),“旅行者”2號在設計技術上進行了五大升級和改進。一是加強了動力控制,在主艙安裝了螺旋槳。第二,太陽能電池板的原材料,在單晶硅的基礎上增加了柔性晶片。第三,加強了自主控制能力和智能化,采用四套系統來保持通信,天地對話時,飛行器可以做出智能的反饋。第四,對生命保障體系進行了初步嘗試。第五,對起飛、平飛和著陸的整個過程進行了大量改進,包括軟件的更新、代碼的優化、效率的提升等。

  基于光啟的基礎科研實力,“旅行者”2號在多項技術關鍵點上實現了突破。其中,囊體結構的囊皮材料,均在位于深圳市大鵬新區葵涌的光啟空間材料中試基地加工生產完成。

  欒琳表示,飛行器上升至海拔20千米以上的臨近空間時,要經歷氣壓、氣候、紫外線、輻射等環境的變化,因此囊體必須具備材質輕、強度高、耐低溫、防腐蝕、防輻射、耐低壓、防紫外線和抗拉伸等功能。

  此前,在10月11日的光啟生產基地開放日活動中,工作人員介紹,“旅行者”2號上的囊皮材料是多層的,每一層的功能都不一樣,有耐低溫層、防紫外線層、耐壓層、抗腐蝕層等。經過精密的工藝加工成的囊皮材料,擁有多種綜合功能后,依然材質輕、強度高、壽命長、耐候性好,“旅行者”2號的囊皮材料厚度僅為0.18毫米。同時,基地也利用臨近空間環境模擬艙、爆破測試、透氦測試等實驗手段,對囊皮材料進行多種試驗,測試材料的耐壓能力、密封性、抗低溫低壓等性能。

  此外,“旅行者”2號的主艙搭載了經過特殊設計的動力系統,可在臨近空間極為稀薄的超低溫大氣環境中實現高效推進。主艙內外設置了多路光學系統,可以實現對地、對空和對自身關鍵部位的在軌實時視頻監控和高清拍照。主艙內還安裝了各種航電、飛控、通信、能源和載荷設備,可以實現對飛行器的遠程控制和自主控制,采集大量視頻、圖像、數據信息,并向地面控制中心進行實時傳輸。

  臨近空間有重大利用價值

  “中國要成為科技強國,一定要在這些前沿研究方面走到前面。”在11月3日光啟承辦的中國浮空器大會上,國家高分專家組組長、中科院光電院顧逸東院士表示,中央已經提出,必須推動空間科學、空間技術、空間應用全面發展。我國對空間科學正在進行進一步規劃,而如何更好地利用科學氣球開展空間科學先導研究、空間實驗,是當前的一項迫切需求。

  中國工程院院士、中國航空學會副理事長甘曉華則在上述大會現場表示,浮空器技術是一門古老的學科,但以往受到技術的限制,商業運行和應用受到挫折,如今人們越來越重視浮空器的用途,尤其隨著臨近空間和人類生活空間的進一步擴大利用,浮空器駐留時間長、耗費能源少等優勢,可以在科研、商業等領域發揮更大的作用,環保綠色社會尤其需要這種浮空器、飛行器。

  劉若鵬表示,目前浮空器的民用價值已經越來越得到認可。浮空器體積龐大,可以長時留空,而且費效比低。“在載重和時間相同的情況下,浮空器的使用成本與火箭、衛星等相比都低得多,而‘旅行者’2號在臨近空間載人旅行上的嘗試,也是浮空器利用上的創新和開拓。此次試飛實驗所積累的寶貴經驗和數據,對明年‘旅行者’3號的試飛具有指導意義。”

  背景資料

  臨近空間

  臨近空間是海拔20千米至100千米的區域,又稱為近太空,是人類還未大規模開發的空白區域,具有非常重要的戰略意義和利用價值。臨近空間下方的區域通常稱為“天空”,是傳統航空器(如飛機)的主要活動空間;臨近空間上方的區域通常稱為“太空”,是航天器(如衛星、飛船)的主要活動空間。

  除了載人旅游之外,臨近空間還是一個可提供全天候高速率無線網絡覆蓋、高分辨率地理測繪、高空交通指揮、對地高精度監控、對天高清晰成像等科學研究和新型空間服務的理想區域。與同步衛星系統相比,臨近空間飛行器具有通信距離短、傳播損失低、延遲少且壽命長的特點,可大幅降低地面設施建設的費用,減少對周圍環境的輻射污染,造價和產生的通訊資費相比同步衛星平臺和鋪設光纜都更便宜。目前,對臨近空間的探索已經引起了高度關注和重視,多國政府、科研機構及高科技巨頭都已經加強了對臨近空間的科學探索。

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