出征珠峰的“极目一号”带了哪些硬核技术丨观天测地

作者: 何泽青、秦玉梅、屈维

来源: 中国科学院空天信息创新研究院

发布日期: 2022-10-29 08:00:37

中科院空天信息创新研究院自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇在珠峰科考中创造了大气科学观测世界纪录,展示了多项硬核技术,包括艇体材料、控制系统、能源系统以及锚泊系统的稳定性设计,以及全产业链流程的构建和迭代升级。

今年5月,“巅峰使命”珠峰科考创造了浮空艇大气科学观测世界纪录。5月15日凌晨,由中科院空天信息创新研究院自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇升空高度达到4762米,创造了海拔9032米的大气科学观测世界纪录。这是世界上首次在珠峰地区从海拔9000米以上高空,观测水汽、温室气体等参数的变化特点。

“极目一号”Ⅲ型浮空艇本次“出征”珠峰,技术难度、驻空高度、携带载荷种类在已知的高原型系留浮空艇中前所未有,研制难点颇多。

在珠峰驻空飞行的“极目一号”Ⅲ型浮空艇,浮空艇可靠性、稳定性要求严苛。“极目一号”Ⅲ型浮空艇55米长,体积为9060立方米。这么巨大的体型是经过精密计算得出的优化尺寸,为了将既定的多种大质量载荷从地面携带至海拔9000米的对流层上部。

9000米海拔低温低压高风速环境条件下,对浮空艇平台系统的可靠性提出了严苛的要求。艇体材料是浮空艇“翱翔天际”的关键结构,需要具有良好的低温、高温性能,同时还要抗老化、抗揉搓以及需要具备良好的气密性能。为此,科研人员进行跨所间的联合攻关,最终研发的材料经过层层测试,性能完全达到了要求。

海拔9000米高度的复杂电磁环境、低温低气压高风速环境等条件,对浮空艇的艇体、控制系统、能源系统以及锚泊系统的稳定性也提出了巨大考验。

一方面,科研人员开展了充分的环境模拟实验和状态调试,针对高空低温低气压的极端情况,对原本开放的设备舱体进行专门的保温保压设计;同时针对高原电磁环境复杂的特点开展电磁兼容设计,在之前供配电系统设计的基础上,提出增加电气间隙,提高击穿电压,克服海拔区域空气稀薄、气压低、电气间隙过小导致的击穿电压降低问题;并针对低温低压环境增加大气压和温度监测以及舱内主动温控措施。

经过多轮的设计、试验、改进、优化,“极目一号”Ⅲ型浮空艇艇体、供电、测控、锚泊等各分系统的设备全部工作正常,保证了载荷设备在本次科考试验中获取了宝贵的有效科考数据。

为使任务圆满完成,空天院浮空艇平台团队构建了从设计、仿真、测试、系统集成、外场试验的全产业链流程,对艇体材料、测控系统、能源系统、锚泊设备等进行了深度的攻关研究,迭代升级。“极目一号”III型浮空艇更是过去多年研发积累下来新技术的一次集中体现。据不完全统计,与“极目一号”III型浮空艇相关的申请专利有30余件,覆盖艇体设计、结构、飞控、能源等多个领域。

“极目一号”III型浮空艇为空天院团队目前研制成功的最大的浮空艇平台。除此之外,还有面向不同载荷重量、升空高度的其他小型系留气球平台,如KX15、KX25及KX36等型号,均已比较成熟可靠,实现了落地应用。经此“出征”珠峰,科研人员对高海拔地区开展大型浮空艇试验积累了较多的实战经验,对于后续开展大规模试验有很大的参考意义,包括平台研发、人才培养、任务统筹等各个方面,均有不小的收获。

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