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知識(shí)分子

(資料圖)

The Intellectual

圖源：pixabay

撰文 | 馮灝

責(zé)編 | 徐卓君

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在過去的兩周，來自中國的兩個(gè)氣球形狀的飛行器分別在美國和拉丁美洲上空漂流，引發(fā)關(guān)注，被網(wǎng)友們戲稱為“流浪氣球”。

最開始是美國觀測(cè)到第一個(gè)飛行器，中國外交部在第一時(shí)間回應(yīng)，該飛行器是民用性質(zhì)，因?yàn)椴豢煽沽φ`入美國領(lǐng)空，是個(gè)意外事件；不過，美國還是于2月4日出動(dòng)F-22戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射空對(duì)空導(dǎo)彈在2萬米（20公里）左右的高空將其擊落。[1]

此后又在拉丁美洲上空發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)飛行器，拉丁美洲各國暫無動(dòng)作。

據(jù)外媒報(bào)道，飛行器此前出現(xiàn)的高度在20到40公里之間，后降到20公里左右。

1944年《芝加哥公約》確定了締約國擁有其領(lǐng)土之上的“空中主權(quán)”，但領(lǐng)空主權(quán)的高度上限在國際法中是沒有確定的。

民間組織國際航空聯(lián)合會(huì)認(rèn)為，外太空和地球大氣層的分界線在100公里，也即100公里以外、衛(wèi)星的運(yùn)行空域被視為屬于國際空間法的范疇，不屬于某個(gè)國家的領(lǐng)空，各國都可以和平利用。

“氣球”為什么上得去下不來？

在氣象領(lǐng)域，氣球是常用的探測(cè)工具，主要用于天氣預(yù)報(bào)，根據(jù)世界氣象組織，全球有超過10,000個(gè)地面氣象站和1,200個(gè)左右的探空氣象站，探空站每天同步2次釋放探空氣球，以進(jìn)行大氣的垂直觀測(cè)并分析當(dāng)下的大氣條件。這些氣球會(huì)隨球攜帶一個(gè)無線電探空包，監(jiān)測(cè)從地面到高空的大氣狀況，比如風(fēng)速、溫度、濕度和氣壓，并通過無線電將探測(cè)數(shù)據(jù)傳送回地面站點(diǎn)。

這個(gè)全球共享的觀測(cè)系統(tǒng)在中國有約120個(gè)氣象站點(diǎn)，中科院大氣所研究員卞建春說，“總的來講，常規(guī)的探空氣球是由可生物降解的天然乳膠制成的充氫或充氦氣球，一般飛到30到40公里的高空自己就炸掉了，而且從上升、球炸到下降，一般不超過兩個(gè)小時(shí)?！?/p>

大氣分層示意圖，圖源：美國國家海洋和大氣管理局

“風(fēng)速大的時(shí)候水平方向上能到200公里，風(fēng)速小的時(shí)候可能有幾十公里的，所以一般不會(huì)出中國國境，除非在邊境附近的測(cè)空站點(diǎn)，才有可能飄到境外。這是世界共享的氣球探空業(yè)務(wù)，入境國一般都會(huì)理解，而且常規(guī)的中國氣象局的業(yè)務(wù)氣球不會(huì)很大，也就是750克或1600克的一個(gè)乳膠球，即使飄到境外去，肉眼也基本上看不見?！北褰ù赫f。

此次長度約61米的設(shè)備不是常規(guī)的氣象氣球，中國外交部使用了更準(zhǔn)確的說法——無人飛艇。

二者的主要差別在于推進(jìn)裝置。氣球是不帶推進(jìn)裝置的，因此不能自由控制方向，只能隨風(fēng)漂流；飛艇又名可操縱氣球，它頗像一艘空中飛船，能在很大的高度范圍內(nèi)，按照規(guī)定的方向飛行。[2]

但從其在美國上方被觀測(cè)到的漂流軌跡來看，更多只是風(fēng)吹到哪就去哪。

卞建春告訴《知識(shí)分子》，這類飛行器最重要的就是“上得去、穩(wěn)得住、下得來”。

“它能上到高空去，然后在空中理想高度穩(wěn)得住，最后要下得來，這是個(gè)完整的流程。相對(duì)而言，停留有一定技術(shù)難度，上去和下來難度反而沒有那么大。下來有很多方法，可以遠(yuǎn)程控制，也可以按照預(yù)先設(shè)置的時(shí)間、地點(diǎn)啟動(dòng)放氣裝置自動(dòng)放氣。這次可能是釋放氣體裝置失能了?！北褰ù赫f。

放氣技術(shù)故障也曾出現(xiàn)在加拿大的氣象氣球上。25年前，由于一塊塑料覆蓋住了放氣閥門，氣球難以自然放氣導(dǎo)致了技術(shù)故障，未能在兩三天內(nèi)按計(jì)劃降落。當(dāng)時(shí)，加拿大工程師Dale Sommerfeldt對(duì)美聯(lián)社解釋，終端設(shè)備失靈，備份系統(tǒng)失靈，隨后，加拿大軍方向氣球發(fā)射了1000多發(fā)彈藥，也未能將其擊落。當(dāng)時(shí)民航不得不改變跨大西洋航班的航線以繞過這枚頑固的氣球，它最終在九天之后降落在芬蘭。[3]

這個(gè)高度為何舉世矚目？

按照中國外交部的回應(yīng)，在美國和拉丁美洲上空的無人飛艇屬于民用性質(zhì)，用于飛行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)際上，此次無人飛艇“流浪”的臨近空間，是各國探索的焦點(diǎn)。

臨近空間是指距離地面20到100公里的空域，不在傳統(tǒng)民航（20公里以下）和航天衛(wèi)星（300-400公里以上）的覆蓋范疇內(nèi)，是人類尚未進(jìn)行大規(guī)模利用的空白空域。

中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員胡雄告訴《知識(shí)分子》，最近這一二十年，各國特別關(guān)注這個(gè)空間，很多國家都在開發(fā)利用。

胡雄說，中國也在做臨近空間環(huán)境的探測(cè)研究，比如，原位測(cè)量臨近空間的環(huán)境要素，認(rèn)識(shí)大氣的、電場(chǎng)磁場(chǎng)的、輻射的規(guī)律，認(rèn)識(shí)太陽風(fēng)暴的影響、研究環(huán)境變化機(jī)理都是很重要的內(nèi)容，為將來進(jìn)一步的開發(fā)利用做基礎(chǔ)的準(zhǔn)備。

除了傳統(tǒng)意義上的探空氣象預(yù)報(bào)，對(duì)于臨近空間的開發(fā)利用設(shè)想中還包括不少讓人耳目一新的內(nèi)容。比如，通信中繼、太空旅行、快速遠(yuǎn)距離交通、救災(zāi)輔助等等。

“畢竟用衛(wèi)星通訊成本還是很高的，如果在臨近空間上加一個(gè)中轉(zhuǎn)站，成本會(huì)比衛(wèi)星小很多，這是一個(gè)可能的商業(yè)應(yīng)用”，卞建春說，“這部分一開始研發(fā)的時(shí)候會(huì)交給企業(yè)，最終應(yīng)用的時(shí)候，國家可能就會(huì)向這個(gè)企業(yè)傾斜”。

而太空領(lǐng)域的應(yīng)用也在擴(kuò)大，不再是富裕國家政府機(jī)構(gòu)和大型國防承包商主導(dǎo)的市場(chǎng)，私人公司已經(jīng)贏得了一席之地。目前有90個(gè)國家在太空運(yùn)營，大約有10000家公司和5000名投資者參與太空產(chǎn)業(yè)。[4]包括埃隆·馬斯克、杰夫·貝佐斯和理查德·布蘭森在內(nèi)的億萬富翁，在SpaceX、藍(lán)色起源和維珍銀河等公司的掌舵下發(fā)射自己的火箭、航天器和衛(wèi)星。

大家更為熟悉的是億萬富翁進(jìn)入外太空，但這些航程票價(jià)動(dòng)輒千萬美元，勸退了絕大多數(shù)人。美國的藍(lán)色起源和英國的維珍銀河就分別開設(shè)了臨近空間太空旅行的業(yè)務(wù)，票價(jià)在20萬到25萬美元之間，大大降低了門檻。

到目前為止，藍(lán)色起源已經(jīng)向太空發(fā)射了六次客運(yùn)航班。不過，去年9月，一艘未載人的藍(lán)色起源號(hào)飛船因與火箭助推器分離而起火，這導(dǎo)致美國聯(lián)邦航空管理局暫停了該公司的所有發(fā)射，[5]計(jì)劃2024年重啟全女性成員的航程。

此外，美國谷歌公司也有成功的高空氣球應(yīng)用，這種由聚乙烯材料制成，直徑15米、高12米，內(nèi)置太陽能電池板、GPS定位設(shè)備，無線電收發(fā)器、環(huán)境檢測(cè)器等設(shè)備的氣球，工作原理是將互聯(lián)網(wǎng)連接的氣球漂浮到同溫層，為當(dāng)?shù)仉娦殴咎峁┮环N選擇，讓他們可以通過互聯(lián)網(wǎng)接入更多的用戶，而不必花費(fèi)數(shù)億美元來建立一個(gè)物理互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)，以將互聯(lián)網(wǎng)覆蓋到偏遠(yuǎn)地區(qū)。

2017年，秘魯洪災(zāi)與襲擊波多黎各的瑪利亞颶風(fēng)等環(huán)境災(zāi)難中，大面積停電，谷歌氣球飛去當(dāng)?shù)厣峡战⑴R時(shí)通訊，為數(shù)以千萬計(jì)的用戶提供了通訊服務(wù)。

2005年，法國科學(xué)家曾在南極上空成功實(shí)現(xiàn)了超高壓氣球的長時(shí)間飛行，16次飛行持續(xù)時(shí)間超過2個(gè)月，但試驗(yàn)的大多數(shù)航行還是由于飛出授權(quán)區(qū)域而被終止了。[6]

胡雄告訴《知識(shí)分子》，“很多國家的飛行器選擇南半球做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槟习肭驀疑?、海域面積比較大，主權(quán)爭(zhēng)端就會(huì)少一些，我們從事科學(xué)研究的工作者，特別希望能多做一些試飛，繞著地球飛，時(shí)間越長，可以獲得的科學(xué)數(shù)據(jù)就越多?！?/p>

2010年2月，法國科學(xué)家從印度洋塞舌爾島發(fā)射了三個(gè)氣球，在17至19公里的高度飛行了約三個(gè)月，覆蓋了整個(gè)赤道帶。[7]

“不過，這需要和飛越國家打好招呼，事先溝通好。” 卞建春說。

參考文獻(xiàn)：（上下滑動(dòng)可瀏覽）

1. https://www.defense.gov/News/News-Stories/Article/Article/3288543/f-22-safely-shoots-down-chinese-spy-balloon-off-south-carolina-coast/

2. https://aircraftdesign.nuaa.edu.cn/5077/list.htm

3. https://www.bbc.com/news/world-us-canada-64546767

4. https://www.weforum.org/agenda/2022/10/space-economy-industry-benefits/

5. https://phys.org/news/2022-09-uncrewed-blue-rocket-setback-space.html

6. https://journals.ametsoc.org/view/journals/atot/24/12/2007jtecha948_1.xml

7. https://www.mdpi.com/2073-4433/10/2/102