氣球在日常生活中很常見，它可以用來裝飾開業(ye) 慶典的拱門，可以印製自己的廣告圖案作為(wei) 宣傳(chuan) ，也可以印上結婚新人的相片作為(wei) 祝賀等等，氣球已經成為(wei) 一道亮麗(li) 的風景線，越來越得到人們(men) 的青睞！這不，2017年9月份，不甘寂寞的氣球成功占據了各大傳(chuan) 媒的頭條，正式翻身成為(wei) 了一名“網紅”。說起“網紅”氣球成名的原因，主要是它來自於(yu) 中國科學院，是一個(ge) 外形像是飛艇的係留氣球。聽眾(zhong) 朋友們(men) 可能會(hui) 好奇，居然還有研究氣球的科學實驗？其中隱藏著哪些科學技術呢？ 

　　說起氣球，大家最早接觸到的一定是五顏六色、可以用嘴吹的橡膠氣球，也一定夢想過像《飛屋環遊記》那樣用氣球把自己帶上天。似乎很少有人會(hui) 把氣球和科研聯係起來，但中國科學院確實有一個(ge) 氣球飛行器研究中心，全名是中國科學院浮空器係統研究發展中心。大家也許會(hui) 想，中科院不是搞科研的地方嗎，這個(ge) 氣球中心的任務難道就是做各種氣球的？ 

　　當你真正了解了這項研究，會(hui) 發現此氣球非彼氣球。高空科學氣球屬於(yu) 浮空器的一類，主要用於(yu) 科學試驗和各類高空飛行任務。浮空器顧名思義(yi) 就是主要依靠浮力作為(wei) 主要升力來源的飛行器。這裏進行飛行試驗的氣球可不簡單，它們(men) 是擁有幾萬(wan) 、幾十萬(wan) 立方空間的高空科學氣球，想要用嘴吹估計得全國人民一起來吹了。 

　　當然，高空氣球可不能靠嘴吹，除非你是個(ge) 活的快速氦氣發生器。一是因為(wei) 空氣是不能產(chan) 生升力的，目前的浮空器所使用的基本都是氦氣；二是因為(wei) 每次發放使用的氦氣都得用卡車來拉，而且充氣操作往往要持續好幾小時。所以說，浮空器與(yu) 我們(men) 小時候玩過的氣球還是有很大的差別的。但是等真正參與(yu) 到飛行試驗中，發現原來這裏還是有一種和玩具氣球類似的東(dong) 西，也就是今天要介紹的探空氣球了。 

　　探空氣球，顧名思義(yi) 就是用來探測天空的氣球，準確地說是探測從(cong) 地麵到幾十公裏高空的大氣空間參數。在進行大型浮空器尤其是高空浮空器的飛行前，僅(jin) 僅(jin) 根據氣象數據還無法很好地判斷發放窗口和規劃飛行路線，這就需要提前發放一係列的探空氣球，利用反饋回來的數據進行分析和預測。說起探空氣球，研究氣象方麵的人士一定不會(hui) 陌生，世界各地那麽(me) 多氣象站幾乎每天都要發放探空氣球，來獲取從(cong) 地麵到幾十公裏高空大氣垂直剖麵的參數。 

　　探空氣球在二十世紀二十年代就得到了實際應用，它們(men) 一直被沿用至今，並且沒有多少根本性的變化。探空氣球可以直接測量從(cong) 地麵到超過30千米高度的大氣壓力、溫度、濕度和風速風向等高空氣象數據。它們(men) 價(jia) 格低廉且發放簡單，對於(yu) 各地氣象站的大量使用來說是非常合適的。直到今天，探空氣球仍是高空氣象最主要的直接探測方式之一，原因包括低成本、易操作、升速慢。探空氣球想要平穩獲取大氣垂直剖麵較密集的數據點，速度快了還真不行。而且，雖然探空氣球成本不高，使用後一般也不進行回收，但也不是可以隨便放的。為(wei) 了更準確地獲取氣象數據，每一個(ge) 探空氣球的發放時間點和氣球的發放數量都是根據計算要求嚴(yan) 格執行的。 

　　探空氣球基本為(wei) 橡膠氣球，其原料是天然橡膠，它比任何化學合成物質都有著更優(you) 異的伸長特性，它在一個(ge) 方向上的伸長率可以超過500%。形成這種特質的原因在於(yu) ，橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，當橡膠分子不受外力作用時是一個(ge) 具有大量彎曲的長鏈，所以當外力作用於(yu) 橡膠時，分子鏈可拉伸範圍極大；外力撤銷後，橡膠便恢複到原來的狀態。當在橡膠中添加硫元素進行硫化處理時，加入的硫在相鄰的長鏈之間形成了交鍵，這提高了橡膠的彈性變形特性。橡膠氣球在地麵充入浮升氣體(ti) 後，逐漸呈現正球形，當氣球上升時，材料不斷拉伸，球體(ti) 表麵積不斷增大，當氣球到達其膨脹極限時就會(hui) 爆炸，從(cong) 而結束飛行過程。 

　　橡膠氣球的大小受到製造方法的限製，而且有效的承載能力一般比較小。橡膠氣球自身的質量一般在幾百克，探空儀(yi) 的質量一般也在一千克以內(nei) ，單人手持就可發放。根據充入的氣體(ti) 量可以控製氣球的升速，同時也決(jue) 定氣球探測的高度。因為(wei) 充入的氣體(ti) 越多，升速越快，但達到膨脹極限的高度也越低，在破裂之前探測的高度也低。所以實際使用時要根據對探測高度和升空速度的要求確定充氣量。 

　　當然，這個(ge) 方法僅(jin) 限於(yu) 特殊使用情況，氣象站在使用時都是有一套成熟的操作規範的，隻要照著做就好了。至於(yu) 發放方式，風小的時候怎麽(me) 都好說，把氣球升起來，一撒手就行。至於(yu) 風大的時候，就看工作人員的運算速度和身體(ti) 協調能力了。等氣球越升越高，又成了大家鍛煉視力的好時候，往往到最後變成一個(ge) 小點的時候，眨一下眼就找不到了。 

　　探空儀(yi) 內(nei) 部安裝有大氣參數測量裝置和GPS定位裝置，同時還配有供電能源，通過地麵的天線對探空氣球進行追蹤並獲取回傳(chuan) 數據。大氣參數探測一般包括大氣溫度、濕度和當地大氣壓，GPS定位裝置則用於(yu) 獲取位置及位置變化，以便推算高度、升速、水平風速風向等等。氣球與(yu) 探空儀(yi) 之間一般都係有很長的拉繩，長度一般在十幾米到幾十米不等，以防止探空儀(yi) 隨氣球大幅度擺動，影響GPS數據。當然，有些情況下也可以把探空儀(yi) 直接連接至球體(ti) 底部，一切根據探測的需求來決(jue) 定。 

　　探空氣球在完成使命後會(hui) 爆炸並自由下落，由於(yu) 探空儀(yi) 本身重量很輕，並且外部一般包裹有很厚的泡沫，因此會(hui) 產(chan) 生很大的阻力，再加上氣球殘留碎片的阻力，整個(ge) 係統的降落速度會(hui) 相對比較慢，至少不會(hui) 對地麵人員造成威脅。盡管如此，探空氣球的發放還是應該盡量選在地廣人稀的地方進行。 

　　近些年來，很多高校的學生甚至愛好者們(men) ，喜歡使用探空氣球完成各種各樣的“臨(lin) 近空間”飛行。這裏所說的臨(lin) 近空間，就是人類活動的大氣區域和外太空之間的空間，高度一般定義(yi) 在20至100公裏。探空氣球可以攜帶幾百克乃至公斤量級的小型無線電設備或其他電子設備；可以攜帶經過保溫處理的小型相機進行航拍；還可以加裝小型攝像機對升空過程和下降過程進行第一視角的記錄。 

　　如果想把這些設備回收，還需要在氣球與(yu) 設備之間安裝一個(ge) 降落傘(san) 和植入一套定位係統。甚至還有人在氣球底部安裝了一個(ge) 自動排氣係統，使氣球在到達一定高度後自動排氣，進而達到浮力與(yu) 重力保持平衡的效果，完成一段水平飛行。總之，氣球就像一個(ge) 高中物理實驗課上的通用實驗平台，你可以發揮你的聰明才智，想出各種飛行和試驗的方式並把這些想法付諸實踐，在探索科學的同時，享受其中的樂(le) 趣。 

　　當然，探空氣球的應用不隻是停留在科學探索和興(xing) 趣愛好這個(ge) 層麵，氣球還更多地被用於(yu) 造福人類。 

　　美國有一家空間數據公司，曾推行過一個(ge) 代號為(wei) “天戰計劃”的氣球民用計劃，用探空氣球攜帶通信設備飛行到20公裏的高度，為(wei) 美國的油氣公司提供通信信號，而且信號覆蓋率比地麵發射塔還要好。這種低成本的“空中基站”為(wei) 這些公司節省了大量開支。說起這個(ge) 計劃大家可能比較陌生，但最近幾年大熱的穀歌氣球項目，其實就是以“天站計劃”的設計理念為(wei) 原型。當然，他們(men) 使用的氣球已經是比探空氣球不知先進多少倍的超壓氣球了。 

　　總的來說，探空氣球是人類研究平流層的重要工具，在氣象學發展和造福人類中起到了重要作用。目前，雖然更先進的工具，比如探空火箭、氣象雷達、氣象衛星等已經廣泛應用，但探空氣球仍是科學研究中不可缺少的工具。 

　　好的，今天的非常科學到這裏就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息，可以搜索微信公眾(zhong) 號“feichangkexue”來關(guan) 注我們(men) ，或者通過新浪官方微博“經濟之聲非常科學”與(yu) 我們(men) 節目組進行互動。主持人亞(ya) 楠代表編輯製作感謝大家的收聽，並誠邀您明天同一時間繼續與(yu) 我們(men) 相約《非常科學》。 



關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站