2.9
知識分子
(資料圖)
The Intellectual
圖源：pixabay
撰文 | 馮灝
責編 | 徐卓君
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在過去的兩周，來自中國的兩個氣球形狀的飛行器分別在美國和拉丁美洲上空漂流，引發關注，被網友們戲稱為“流浪氣球”。
最開始是美國觀測到第一個飛行器，中國外交部在第一時間回應，該飛行器是民用性質，因為不可抗力誤入美國領空，是個意外事件；不過，美國還是于2月4日出動F-22戰斗機發射空對空導彈在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現了另一個飛行器，拉丁美洲各國暫無動作。
據外媒報道，飛行器此前出現的高度在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土之上的“空中主權”，但領空主權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合會認為，外太空和地球大氣層的分界線在100公里，也即100公里以外、衛星的運行空域被視為屬于國際空間法的范疇，不屬于某個國家的領空，各國都可以和平利用。
“氣球”為什么上得去下不來？
在氣象領域，氣球是常用的探測工具，主要用于天氣預報，根據世界氣象組織，全球有超過10,000個地面氣象站和1,200個左右的探空氣象站，探空站每天同步2次釋放探空氣球，以進行大氣的垂直觀測并分析當下的大氣條件。這些氣球會隨球攜帶一個無線電探空包，監測從地面到高空的大氣狀況，比如風速、溫度、濕度和氣壓，并通過無線電將探測數據傳送回地面站點。
這個全球共享的觀測系統在中國有約120個氣象站點，中科院大氣所研究員卞建春說，“總的來講，常規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，一般不超過兩個小時。”
大氣分層示意圖，圖源：美國國家海洋和大氣管理局
“風速大的時候水平方向上能到200公里，風速小的時候可能有幾十公里的，所以一般不會出中國國境，除非在邊境附近的測空站點，才有可能飄到境外。這是世界共享的氣球探空業務，入境國一般都會理解，而且常規的中國氣象局的業務氣球不會很大，也就是750克或1600克的一個乳膠球，即使飄到境外去，肉眼也基本上看不見。”卞建春說。
此次長度約61米的設備不是常規的氣象氣球，中國外交部使用了更準確的說法——無人飛艇。
二者的主要差別在于推進裝置。氣球是不帶推進裝置的，因此不能自由控制方向，只能隨風漂流；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，按照規定的方向飛行。[2]
但從其在美國上方被觀測到的漂流軌跡來看，更多只是風吹到哪就去哪。
卞建春告訴《知識分子》，這類飛行器最重要的就是“上得去、穩得住、下得來”。
“它能上到高空去，然后在空中理想高度穩得住，最后要下得來，這是個完整的流程。相對而言，停留有一定技術難度，上去和下來難度反而沒有那么大。下來有很多方法，可以遠程控制，也可以按照預先設置的時間、地點啟動放氣裝置自動放氣。這次可能是釋放氣體裝置失能了。”卞建春說。
放氣技術故障也曾出現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致了技術故障，未能在兩三天內按計劃降落。當時，加拿大工程師Dale Sommerfeldt對美聯社解釋，終端設備失靈，備份系統失靈，隨后，加拿大軍方向氣球發射了1000多發彈藥，也未能將其擊落。當時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]
這個高度為何舉世矚目？
按照中國外交部的回應，在美國和拉丁美洲上空的無人飛艇屬于民用性質，用于飛行實驗。
實際上，此次無人飛艇“流浪”的臨近空間，是各國探索的焦點。
臨近空間是指距離地面20到100公里的空域，不在傳統民航（20公里以下）和航天衛星（300-400公里以上）的覆蓋范疇內，是人類尚未進行大規模利用的空白空域。
中國科學院國家空間科學中心研究員胡雄告訴《知識分子》，最近這一二十年，各國特別關注這個空間，很多國家都在開發利用。
胡雄說，中國也在做臨近空間環境的探測研究，比如，原位測量臨近空間的環境要素，認識大氣的、電場磁場的、輻射的規律，認識太陽風暴的影響、研究環境變化機理都是很重要的內容，為將來進一步的開發利用做基礎的準備。
除了傳統意義上的探空氣象預報，對于臨近空間的開發利用設想中還包括不少讓人耳目一新的內容。比如，通信中繼、太空旅行、快速遠距離交通、救災輔助等等。
“畢竟用衛星通訊成本還是很高的，如果在臨近空間上加一個中轉站，成本會比衛星小很多，這是一個可能的商業應用”，卞建春說，“這部分一開始研發的時候會交給企業，最終應用的時候，國家可能就會向這個企業傾斜”。
而太空領域的應用也在擴大，不再是富裕國家政府機構和大型國防承包商主導的市場，私人公司已經贏得了一席之地。目前有90個國家在太空運營，大約有10000家公司和5000名投資者參與太空產業。[4]包括埃隆·馬斯克、杰夫·貝佐斯和理查德·布蘭森在內的億萬富翁，在SpaceX、藍色起源和維珍銀河等公司的掌舵下發射自己的火箭、航天器和衛星。
大家更為熟悉的是億萬富翁進入外太空，但這些航程票價動輒千萬美元，勸退了絕大多數人。美國的藍色起源和英國的維珍銀河就分別開設了臨近空間太空旅行的業務，票價在20萬到25萬美元之間，大大降低了門檻。
到目前為止，藍色起源已經向太空發射了六次客運航班。不過，去年9月，一艘未載人的藍色起源號飛船因與火箭助推器分離而起火，這導致美國聯邦航空管理局暫停了該公司的所有發射，[5]計劃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用，這種由聚乙烯材料制成，直徑15米、高12米，內置太陽能電池板、GPS定位設備，無線電收發器、環境檢測器等設備的氣球，工作原理是將互聯網連接的氣球漂浮到同溫層，為當地電信公司提供一種選擇，讓他們可以通過互聯網接入更多的用戶，而不必花費數億美元來建立一個物理互聯網主干網，以將互聯網覆蓋到偏遠地區。
2017年，秘魯洪災與襲擊波多黎各的瑪利亞颶風等環境災難中，大面積停電，谷歌氣球飛去當地上空建立臨時通訊，為數以千萬計的用戶提供了通訊服務。
2005年，法國科學家曾在南極上空成功實現了超高壓氣球的長時間飛行，16次飛行持續時間超過2個月，但試驗的大多數航行還是由于飛出授權區域而被終止了。[6]
胡雄告訴《知識分子》，“很多國家的飛行器選擇南半球做實驗，因為南半球國家少、海域面積比較大，主權爭端就會少一些，我們從事科學研究的工作者，特別希望能多做一些試飛，繞著地球飛，時間越長，可以獲得的科學數據就越多。”
2010年2月，法國科學家從印度洋塞舌爾島發射了三個氣球，在17至19公里的高度飛行了約三個月，覆蓋了整個赤道帶。[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：（上下滑動可瀏覽）
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