资讯 | 下一个备受瞩目的对地观测阵地——安静的平流层

《测绘学报》

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我们进入正题之前，我们先看一个有趣的网站，“天空有多高www.secaibi.com”，它为什么有趣呢？因为它是一个非常好的宇宙科普网站。它用网页滚动形式，展示了从地球到宇宙深空的距离。通过滚动鼠标，你可以看到各种宇宙飞行器与行星！

那么它和我们今天讨论的主题有什么关系呢？马上就为您呈现。

在大气科学中，平流层是指大约10公里至大约50公里高度之间的大气层。

据悉，国外已经有一些高科技公司正在探索在平流层建立对地观测平台，以期获得对地球更加精确和实时的监测和预测。我们空域中已经有飞机、无人机，而且太空中还有卫星，在两者之间的平流层，有一些平台，例如气艇，气球和高空长期耐力（high-altitude long endurance）固定翼平台，它们可以以技术上和商业上可行的方式复制无人机或卫星现在执行的任务。早在2018年，NASA物理学部主任保罗·利兹在美国国家科学基金会总部天文学和天体物理学咨询委员会会议上表示，该机构正计划为平流层红外天文观测台提供备选评审。不同的是，SOFIA是建立在平流层上对外太空进行观测，而最近各大科技公司则是想要借助各种技术手段来填补平流层的利用空白。

根据航空航天飞行的运行高度，商用无人机在我们200米（650英尺左右）以下的领空中运行，商用飞机的飞行距离为9-12公里（30,000-39,000英尺），卫星在低地球轨道（LEO，500-1,200 km），中地球轨道（MEO，2,000-36,000 km）和对地静止地球轨道（GEO，36,000 km）中运行。然而，在人类空域和LEO之间的广阔空间（被称为“平流层”的空间）基本上没人居住且未得到充分利用。

目前，对比分析近地无人机，商业飞机，和近地卫星的优缺点之后，部分公司致力于针对单点巡视任务而进行专门方案优化。这些解决方案包括在平流层中的建造气球，飞艇和HALE平台。

图片来源：WorldView.LLC

像Loon和WorldView公司，设计一个专门的气球在某一点悬停，这样的平台上没有推进装置，结构比较简单，但是工艺非常复杂。其主要结构包括两个气球：一个升降机气球和一个压载机气球。提供升力的气球包含氦气或氢气，外部用特殊的UV涂层材料密封。升降机气球使用压缩机从压载机气球中添加或去除空气，使得气球能够根据风速和风向以及气流来改变它们自身的状态。

Zenith和Skydweller等公司正在着力研发HALE固定翼平台。它们设计出纵横比异常高的机翼，这些机翼狭长并且坚韧；机翼上太阳能板吸收太阳能为飞机和有效荷载提供电力支持，也可以储存在电池中。因此，如果飞机白天转化并存储了足够的电能以供夜间使用，则理论上飞机可以无限期的飞行。

图片来源：MR805/Getty Images

Sceye和Altaeros正在对Goodyear Blimp进行一些技术升级。他们的飞艇有的具有推进力，有的则被设计被绑在下面的地面上，以便操作人员可以更好地控制飞艇的前进方向。同时，为了适应在平流层运行，外部结构的升级使得具有更好的抗紫外线和抗臭氧的性能。

鉴于更加优越的观测效果，在平流层建设对地观测平台，有的任务已经开始进行，但是所面对的困难也同样不易克服。正如硅谷副总裁Tess Hatch所说，“对于所有这些平台，制造和任务管理都将会面临繁多的挑战。这样的平台要想廉价，快速，可靠地制造和发布，都必须耗费大量的时间和金钱。”

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