部分系統(tǒng)異常 或因升空時(shí)發(fā)生碰撞

  11月9日22時(shí)44分,“旅行者”2號近40米直徑的超大囊體,充入經(jīng)過精密計(jì)算的氦氣后,攜帶總重量超過1噸的主艙,緩慢升空。主艙內(nèi)搭載了一個(gè)小型生命保障系統(tǒng),攜帶了一只烏龜。按計(jì)劃,“旅行者”2號將進(jìn)入海拔20千米以上的臨近空間,完成13項(xiàng)以上臨近空間實(shí)驗(yàn)及測試,包括天地對話、動(dòng)力系統(tǒng)、航電、通信等設(shè)備的測試以及氣溫、風(fēng)向等數(shù)據(jù)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(tuán)隊(duì)一直密切監(jiān)測實(shí)時(shí)傳回的數(shù)據(jù)。“旅行者”2號升空至海拔1.2萬米高度時(shí),正常通信突然中斷,備用系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng),傳回的數(shù)據(jù)顯示,部分通訊系統(tǒng)和控制系統(tǒng)無法正常工作。試飛團(tuán)隊(duì)立即通過備用系統(tǒng),對“旅行者”2號發(fā)出了緊急降落指令,“旅行者”2號隨即迅速著陸。技術(shù)人員隨即趕往預(yù)估著陸地點(diǎn)。

  據(jù)了解,“旅行者”2號升空時(shí),艙體曾發(fā)生碰撞。試飛團(tuán)隊(duì)初步分析認(rèn)為,系統(tǒng)故障可能與此次碰撞有關(guān)。確切原因有待進(jìn)一步調(diào)查。

  光啟集團(tuán)對試飛沒有完成全部既定任務(wù)表示遺憾。光啟集團(tuán)聯(lián)合創(chuàng)始人、光啟科學(xué)聯(lián)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(dòng)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(dá)到預(yù)定高度,僅完成了攜帶艙體升空、天地對話和飛行中數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn),柔性太陽能薄膜電池、動(dòng)力螺旋槳、生命保障體系等功能由于未能達(dá)到預(yù)設(shè)高度,而沒有完成實(shí)驗(yàn)。“在一個(gè)全新的領(lǐng)域進(jìn)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(xué)研究。試飛屬于科學(xué)試驗(yàn),所有的試驗(yàn)都存在不確定性。但是這次試飛積累的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),將對我們接下來的“旅行者”號系列的設(shè)計(jì)、改進(jìn)有極大的幫助,我們會(huì)繼續(xù)堅(jiān)持對臨近空間的探索,直到完成載人旅行的目標(biāo)。”欒琳透露,“旅行者”號團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在著手設(shè)計(jì)和測試“旅行者”3號,擬在明年擇日進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)。

  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(jì)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(xiāng)突然降雪,氣溫驟降。光啟臨近空間創(chuàng)新中心總監(jiān)周飛博士表示,這次降雪的時(shí)機(jī)和雪量都超出了前期的預(yù)報(bào)和歷年數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn),實(shí)屬罕見,而降溫降雪令試飛前的準(zhǔn)備工作無法正常開展,出于安全飛行的考慮,團(tuán)隊(duì)決定延遲一天,至11月7日再試飛。

  11月7日凌晨1時(shí)許,通過現(xiàn)場測風(fēng)速、風(fēng)向,結(jié)合氣象數(shù)據(jù),試飛團(tuán)隊(duì)判斷環(huán)境適合試飛,隨即開始進(jìn)行囊體充氣。但進(jìn)行至凌晨3時(shí)許,試飛現(xiàn)場風(fēng)速突變至安全試飛閾值的兩倍多,已經(jīng)開始的囊體充氣被迫中斷。

  欒琳解釋,根據(jù)多次的測算和試驗(yàn),試飛的最佳風(fēng)速須不高于3米/秒,閾值為5米/秒。科研團(tuán)隊(duì)連日從不間斷地對當(dāng)?shù)靥鞖鉅顩r進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測分析。“天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)晚的風(fēng)速平均為2米/秒,最高不超過3米/秒,但風(fēng)速突變,現(xiàn)場實(shí)測的風(fēng)速已經(jīng)達(dá)到7米/秒,已經(jīng)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(qū)的溫度差,產(chǎn)生了氣壓差,帶來了突如其來的大風(fēng)。”周飛表示。

  經(jīng)過現(xiàn)場評估,光啟臨近空間技術(shù)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,天氣狀況無法達(dá)到試飛標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),已經(jīng)在寒冷大風(fēng)環(huán)境中連續(xù)工作超過33個(gè)小時(shí)的工作人員需要休整,“旅行者”2號的囊體結(jié)構(gòu)也要再做檢測。為保障現(xiàn)場人員安全和試飛順利進(jìn)行,試飛團(tuán)隊(duì)當(dāng)即決定暫停試飛計(jì)劃,并保持對天氣狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測,等天氣狀況達(dá)到試飛標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行試飛試驗(yàn)。

  經(jīng)過觀察分析,團(tuán)隊(duì)11月8日兩次嘗試試飛,都未能等到合適的試飛窗口。團(tuán)隊(duì)不得不決定再次延遲試飛。至11月9日晚間,天氣逐漸轉(zhuǎn)好,“旅行者”2號團(tuán)隊(duì)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(shù)人員對技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhǔn)備



  布局“深度空間” 探索不會(huì)停步

  “對臨近空間的探索,是光啟在‘深度空間’領(lǐng)域布局的重要一環(huán)。”光啟集團(tuán)總裁、光啟科學(xué)董事會(huì)主席劉若鵬表示,圍繞著“深度空間+機(jī)器自覺+終極互聯(lián)”這一未來發(fā)展趨勢,光啟會(huì)繼續(xù)在臨近空間探索上不懈努力,不會(huì)因科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(fā)與利用。

  欒琳表示,光啟會(huì)繼續(xù)探索臨近空間,未來的載人“旅行者”號系列,將包括浮空系統(tǒng)、密封載人艙系統(tǒng)、應(yīng)急救生系統(tǒng)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(yīng)用上進(jìn)行探索,也可為宇宙物理學(xué)、太陽物理學(xué)等學(xué)科提供科學(xué)探索平臺(tái)、承擔(dān)多種研究應(yīng)用。目前,包括光啟集團(tuán)在內(nèi),國際上開展臨近空間探索項(xiàng)目的公司已有類似的嘗試。

  據(jù)了解,2015年2月,光啟臨近空間載人項(xiàng)目正式啟動(dòng)。2015年6月6日,光啟研制的中國首個(gè)臨近空間商用平臺(tái)“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(dá)海拔21千米的設(shè)計(jì)高度,持續(xù)進(jìn)行了跨晝夜的飛行與任務(wù)執(zhí)行,完成了臨近空間天地高速通信、海事監(jiān)控、光學(xué)監(jiān)控等商用載荷測試,標(biāo)志著中國臨近空間探索技術(shù)躋身世界前列。2016年8月26日,海口未來技術(shù)研究院暨光啟臨近空間技術(shù)研發(fā)總部在海口正式揭牌,“旅行者”2號被命名為海口旅行者號。“旅行者”2號此次的試飛實(shí)驗(yàn),試飛團(tuán)隊(duì)從中汲取了應(yīng)對復(fù)雜天氣的經(jīng)驗(yàn),也完成了部分?jǐn)?shù)據(jù)的收集,這對后續(xù)的研究和“旅行者”3號的設(shè)計(jì)和加工都提供了重要的數(shù)據(jù)參考。光啟集團(tuán)表示,“旅行者”3號目前已經(jīng)在設(shè)計(jì)和測試階段,暫定將于明年擇日進(jìn)行試飛實(shí)驗(yàn)。

“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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始對“旅行者”3號進(jìn)行測試



  技術(shù)升級 突破多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

  盡管未能完全驗(yàn)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(shè)計(jì)技術(shù)上進(jìn)行了五大升級和改進(jìn)。一是加強(qiáng)了動(dòng)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(chǔ)上增加了柔性晶片。第三,加強(qiáng)了自主控制能力和智能化,采用四套系統(tǒng)來保持通信,天地對話時(shí),飛行器可以做出智能的反饋。第四,對生命保障體系進(jìn)行了初步嘗試。第五,對起飛、平飛和著陸的整個(gè)過程進(jìn)行了大量改進(jìn),包括軟件的更新、代碼的優(yōu)化、效率的提升等。

  基于光啟的基礎(chǔ)科研實(shí)力,“旅行者”2號在多項(xiàng)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了突破。其中,囊體結(jié)構(gòu)的囊皮材料,均在位于深圳市大鵬新區(qū)葵涌的光啟空間材料中試基地加工生產(chǎn)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(shí),要經(jīng)歷氣壓、氣候、紫外線、輻射等環(huán)境的變化,因此囊體必須具備材質(zhì)輕、強(qiáng)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(chǎn)基地開放日活動(dòng)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(jīng)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(zhì)輕、強(qiáng)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(shí),基地也利用臨近空間環(huán)境模擬艙、爆破測試、透氦測試等實(shí)驗(yàn)手段,對囊皮材料進(jìn)行多種試驗(yàn),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(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的動(dòng)力系統(tǒng),可在臨近空間極為稀薄的超低溫大氣環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效推進(jìn)。主艙內(nèi)外設(shè)置了多路光學(xué)系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對地、對空和對自身關(guān)鍵部位的在軌實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和高清拍照。主艙內(nèi)還安裝了各種航電、飛控、通信、能源和載荷設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)對飛行器的遠(yuǎn)程控制和自主控制,采集大量視頻、圖像、數(shù)據(jù)信息,并向地面控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

  臨近空間有重大利用價(jià)值

  “中國要成為科技強(qiáng)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(huì)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(jīng)提出,必須推動(dòng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展。我國對空間科學(xué)正在進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)劃,而如何更好地利用科學(xué)氣球開展空間科學(xué)先導(dǎo)研究、空間實(shí)驗(yàn),是當(dāng)前的一項(xiàng)迫切需求。

  中國工程院院士、中國航空學(xué)會(huì)副理事長甘曉華則在上述大會(huì)現(xiàn)場表示,浮空器技術(shù)是一門古老的學(xué)科,但以往受到技術(shù)的限制,商業(yè)運(yùn)行和應(yīng)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(jìn)一步擴(kuò)大利用,浮空器駐留時(shí)間長、耗費(fèi)能源少等優(yōu)勢,可以在科研、商業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用,環(huán)保綠色社會(huì)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(jià)值已經(jīng)越來越得到認(rèn)可。浮空器體積龐大,可以長時(shí)留空,而且費(fèi)效比低。“在載重和時(shí)間相同的情況下,浮空器的使用成本與火箭、衛(wèi)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(chuàng)新和開拓。此次試飛實(shí)驗(yàn)所積累的寶貴經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù),對明年‘旅行者’3號的試飛具有指導(dǎo)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(qū)域,又稱為近太空,是人類還未大規(guī)模開發(fā)的空白區(qū)域,具有非常重要的戰(zhàn)略意義和利用價(jià)值。臨近空間下方的區(qū)域通常稱為“天空”,是傳統(tǒng)航空器(如飛機(jī))的主要活動(dòng)空間;臨近空間上方的區(qū)域通常稱為“太空”,是航天器(如衛(wèi)星、飛船)的主要活動(dòng)空間。

  除了載人旅游之外,臨近空間還是一個(gè)可提供全天候高速率無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、高分辨率地理測繪、高空交通指揮、對地高精度監(jiān)控、對天高清晰成像等科學(xué)研究和新型空間服務(wù)的理想?yún)^(qū)域。與同步衛(wèi)星系統(tǒng)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(diǎn),可大幅降低地面設(shè)施建設(shè)的費(fèi)用,減少對周圍環(huán)境的輻射污染,造價(jià)和產(chǎn)生的通訊資費(fèi)相比同步衛(wèi)星平臺(tái)和鋪設(shè)光纜都更便宜。目前,對臨近空間的探索已經(jīng)引起了高度關(guān)注和重視,多國政府、科研機(jī)構(gòu)及高科技巨頭都已經(jīng)加強(qiáng)了對臨近空間的科學(xué)探索。

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