2019年8月的一天夜里，青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市乌图美仁乡，一片黑漆漆的沙漠里下着小雨，寂静无声。只有三个黑影踉踉跄跄、一步一挪地走着。

他们是谁？为什么会累成这样？故事还得从两天前的一次科学试验说起。

两天前的试验叫临近空间综合环境探测试验。试验地点在青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦（县级）行政区。试验团队是由中国科学院空天信息创新研究院和国家空间科学中心等单位组成的。

这次试验，是把探测设备搭载在高空科学气球的吊舱里，然后将气球发放升空。气球飞到距离地面30多公里的临近空间后开始平飞，吊舱里的探测设备开始工作。两天后，试验顺利完成。气球和吊舱切割，吊舱坠落在300多公里之外。负责试验设备和数据回收的科研人员，就得赶到那里去寻找吊舱。

“当时从地图上看，只知道那是一片沙漠。具体的细节也没办法了解得很详细，所以是从几台车上选拔了10个人，早上从宾馆出发，大概是8点左右，到沙漠的边缘就已经是下午1点多。”中国科学院空天信息创新研究院高级工程师何泽青回忆道。他就是当时三人小分队的队长。

车辆已经陷入沙窝动弹不得

到了沙漠边缘，车辆已经陷入沙窝，无法继续乘车前行，回收队员必须步行进入沙漠了。

何老师他们这次试验，使用的气球叫重载型高空气球，属于中国科学院A类战略先导科技专项“鸿鹄专项”的成果。中国科学院空天信息创新研究院从2018年开始研发生产这种类型的高空气球。

基于高空气球的临近空间综合环境探测

高空气球，又称高空科学气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器。自二战末期出现后，经过多年发展，已经成为高空科学观测或实验的一种可靠的运载工具。它的飞行高度虽然不如卫星，但却比飞机高得多。一般可达40到50公里。因为造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，高空气球越来越受到科技工作者的青睐，已被广泛应用于多种学科的研究。

高空科学气球系统组成

    高空气球还有一个最大的优点，就是它可以在每次试验完成之后回收设备，获得数据，并对设备进行迭代改进，用于下一次飞行试验，重复利用的话就再次降低了成本，这是卫星试验所不具备的。所以何老师们回收吊舱的任务就很关键，因为吊舱里面不但装了8台探测仪器，还有最重要的飞行试验数据。

本次试验的名称为临近空间综合环境探测试验，搭载的载荷主要有大气环境，电磁场环境，辐射环境探测的三类8型探测仪器，它们是臭氧探测仪，NoX气体分析仪，风速计，太阳紫外辐射探测器，宽能谱中子辐射探测仪，中子辐射效应探测仪，电磁场探测仪，电导率仪，是由中国科学院国家空间科学中心的科学家们自主研制的。

空间电磁场及辐射探测载荷

    为什么要开展临近空间综合环境探测的实验呢？

临近空间是太阳活动和空间天气与地球大气相互作用的关键区域。太阳耀斑爆发产生紫外辐射增强，其中200 nm波长附近的紫外辐射可直接进入临近空间，通过光化学作用过程影响中间层和平流层大气成分,如臭氧含量；臭氧是临近空间大气吸收太阳辐射能量加热大气的主要源头之一，臭氧含量变化通过辐射-光化学过程可导致临近空间大气温度变化，全球大气温度变化则通过动力学过程可引起全球环流响应。太阳风暴与地球磁层相互作用压缩地球磁层，对入射到地球大气内的宇宙射线起到调制作用，这将导致临近空间辐射和大气电学的变化。临近空间不同高度对太阳活动和空间天气事件的响应程度，一直是空间物理学研究的前沿重大科学问题之一。了解这些影响机理和程度，对于进一步揭示太阳活动、空间天气与临近空间和气候变化之间的关系具有重要的科学意义。

     上述临近空间事件性的科学观测和研究，需要高时间分辨率、长期连续的探测手段，有些参量（如电场、磁场和中子辐射等）还需要原位探测技术。

从临近空间与太阳活动、空间天气相互作用的链条中可总结出，需要对大气环境、电磁场环境、辐射环境等综合环境进行探测。

让我们再回到开头，看看寻找吊舱的何老师他们进展如何。那天中午，到达沙漠边缘后，通过定位设备，回收小队计算出吊舱大概在10公里之外。于是，十个人一分为二。7人通过定位设备先向吊舱位置走去。何老师和另外两人则留在原地准备用无人机勘测。

先用无人机进行一个探查，就是寄希望于能够通过无人机用遥感搜索的方式发现吊舱，这样直接朝着目标用最短的路径进去处置就可以了。但比较遗憾，因为无人机遥控距离还是有限，也没能发现吊舱。

虽然何老师他们收到了吊舱上通过卫星信号回传的定位信息，但是这个信息不足以让他们马上找到吊舱。

“在沙漠里边，你根本没有那些参考物或者标志物来定位它。整个视野之内这个图像都是一样的，都是黄沙。即使知道了吊舱的准确位置，但要靠人力去找到它并非易事”。

何老师和两位同事只好朝着7位队友前进的方向追去。这时，距离他们出发只有半个小时。无论对追上队友，还是找到吊舱，仨人都充满信心。一方面觉得大家都还算年轻，体力尚可，另外同行的3人中，有2位具有比较有丰富野外回收的经验。

因为是8月份天气还比较热，又是在沙漠里边，没有准备多少厚衣服。当时认为这个距离对这帮年轻人来说也不算太大的挑战，所以每个人也就是只带了三瓶水。

然而，一望无际的沙漠，对这帮年轻人却并不友好。

何泽青回忆道：”刚进去的这一段地势是比较平缓的，但是逐渐往里走以后，就开始出现这种沙丘，还有沙坑，这个落差会有10米左右，是一个沙坑连着一个沙坑，中间有一个很窄的脊背，如果你踩偏了，哗瞬间就掉到下边去了。

那天，他们每个人都掉下去过几十次。从沙坑底部往上爬更费劲。基本上是爬三米下滑两米。沙子相当松软，每一脚踩下去都会埋住小腿。

“你往上爬沙子还会往下滑，所以这个远不是说我们爬个3层楼走10米那种感觉，上来一段又会下去，一多半再上来再下去，而且很难用两条腿走上来，基本上都是手脚并用爬上来。”

沙漠中的艰难跋涉让何老师他们体力消耗极大，雪上加霜的是，这片沙漠处在青藏高原的边缘地带，海拔高度3000米左右。在这样的地方徒步，比在平原地区吃力好几倍。真可谓一步三喘。那么，他们能追上前方的战友吗？接下来，他们的还会遇到怎样的艰险？

中国高空气球的发展

就像何老师他们在高原沙海中的艰苦前行一样，高空气球在我们国家的发展历程，也并非一帆风顺。

我国最早提出发展高空气球是在1977年。目的是为了观测高空的宇宙线。

中国科学院当时已经建有地处高山的宇宙线观测站，但是因为高山观测站高度也只有三四千米那样高度，对于宇宙线来说，大部分的射线都被大气层遮挡了，只能观察到很少的现象，它们对于科学研究来说远远不够的，

经过7年的探索和研发，1984年，我国第一套高空科学气球试验系统由中国科学院高能物理研究所正式建成。这个阶段属于我国发展高空气球的第一阶段。

第二阶段是从1984年到1990年，这期间也是做了大量的科学试验，也是根据空间科学的应用需求，一边试验一边发展，这是一个发展的阶段。

从1990年到2004年属于高空气球在我国发展的第三阶段。根据之前做过的大量试验，对不同的需求分别设计了不同的型号。每当有新的试验需求，就会从不同型号的高空气球中去挑选适用的进行试验。因此，第三阶段属于成熟定型的阶段。

进入成熟定型阶段之后，不同型号的高空科学气球为各种临近空间的探测和试验提供着搭载平台。多项重大科研活动成功的背后，都有高空气球的贡献。

慧眼背后的高空气球试验

2017年6月15号，我国自主研制的硬X射线望远镜（HXMT）卫星——“慧眼”发射成功，这是我国第一个真正意义上的太空望远镜，是中国在X射线天文领域迈出的第一步。而在“慧眼”成功的背后，就有着高空气球不可磨灭的功劳。

硬X射线望远镜（HXMT）卫星——“慧眼”，究竟是用来做什么的呢？这还得从X射线说起。X射线是一种频率极高，波长极短、能量很大的电磁波。X射线的频率和能量仅次于伽马射线。根据频率由小到大可以分成——极软X射线、软X射线、硬X射线、极硬X射线。X射线因为频率高、能量大，获得了一种能力——穿透力。

硬X射线望远镜（HXMT）就是利用这种穿透力进行天体研究的。例如观测宇宙中最奇特的天体黑洞。而这种望远镜的基础则是一种新型的成像技术。这是中国科学院高能所的李惕碚院士提出的一种直接调制的观测方法。它比常规的观测方法能够大幅度地节约成本，而且它的观测精度也比较高。1993年，他们是使用高能所气球组研制的高空气球，把硬X射线调制望远镜，带到了36至38公里的高度，“对黑洞候选体天鹅座X-1进行扫描观测，它观测的效果也得到了国际同行的认可。

HAPI-4球载HXMI及观测结果

当然仅仅一次试验还不能够令人信服。中国科学院高能所天体组一共进行了5次球载硬X射线望远镜的飞行试验，确认了这条技术路线的可行性。

然后拿到这样的观测效果之后，在国内外天文界引起了较大的反响，认为这个方法还是很有意义，可以往空间天文观测方面发展，所以才有了后续“慧眼“卫星的立项。

    我国自主研制的硬X射线望远镜（HXMT）卫星——“慧眼”的发射成功，是许多科技工作者精诚协作的结晶，其中就包括高空科学气球外场试验团队的心血。

参加HXMT卫星试验的前气球组同事（杨家伟，顾逸东院士，张童）

某种程度上，他们可以说是无名英雄。而在2019年8月的那次试验设备回收中，置身沙漠深处的无名英雄们，正面临着一种巨大的危险。

何泽青回忆道：“在灌木中间会发现一条动物的腿，大概我瞅应该是驴腿,已经被啃得只剩下骨头了，所以可以断定，沙漠里会有野兽，这就是一种现实的危险了。因为这野兽谁知道是什么东西，熊还是狼，肯定不是善茬。”

意识到周围很可能会有野兽，何老师他们不寒而栗。这还不算，8月的沙漠相当炎热，体力消耗特别大。出发时每人带的三瓶水，刚走出4、5公里就都喝光了。

“只能忍着，回来也回不来，那时候只能往前走。嗓子干渴到什么程度呢？你感觉拿一口面咽下去那种感觉。就是如果呼吸的时候，呼吸道贴上了，它是打不开的。”何老师回忆道。

炎热的沙漠里没有任何遮蔽，加上阳光的暴晒和体力的流失、前方7位战友又不见踪影，他们仨身心俱疲。然而，他们却只能咬着牙往前走。

“因为沙地中午很烫的，你没办法躺，而且暴晒，紫外线非常强，假设说休息两小时一小时，那么你起来以后还是相同的局面，只能是说体力白白流失，完全得不偿失。”

身处如此险境，何老师他们为什么不打电话求援呢？原来，自打他们进入那片沙漠，手机就一点信号都没有了，回收队唯一的卫星电话交给了7人先遣队，显然大家低估了这一次的困难程度。那么，何老师他们仨人还能撑多久？会不会真的遇到野兽？

在大西北沙漠中挣扎的设备回收人员，不敢躺下休息，只能一步一挪地蹒跚前行。好不容易熬过下午的炎热，天渐渐黑了，他们暗自庆幸——这下总该凉快点儿了吧。

何泽青回忆：“天黑以后沙漠里边和我们普通的认知不一样，它会气温骤降，特别冷，而且那天也变天，下雨晚上有雨，我们几个都没有穿厚衣服...长裤加短袖的T恤衫.实际的体气温可能不会太低，也是有10度左右，但是加上雨以后给人的体表温度感觉非常寒冷。“

何老师说，那时候他们已经感觉不到饿，只有渴、累和冷。这三种滋味，任何一种都不好受，更不用说三合一了。偏偏天上飘落的只是雨丝，即使对着空中张开嘴，也不会有一滴雨滴落进口中。终于，有人快支撑不住了。

“我们有一个同行的年轻人刚参加工作不久，他是比较害怕的，然后体力消耗也比较大，就产生这种不想走了的感觉，我不可能把他一个人放在那，只能鼓励一会儿，然后再吓唬一会儿。如果你不走，我说我只能说把你推到沙坑里埋上，气温太低了，而且有野兽，留在这里也不安全，要么你就跟我一块出去，要么我就把你踹到沙里边埋上，明天我再来救你，你自己选。”

眼前的危困局面，三个人都是头一次遇到。吓唬过年轻同事，何老师自己也不禁担心起来。经过商量，他们果断做出了决定。

“为了安全考虑。我们就放弃寻找吊舱了，只能人先回来确保人员的安全。然后第二天我们再想别的办法。下定决心之后，我们立即往外撤了。“

何老师和同事们刚刚完成的试验，是临近空间综合环境探测试验，使用的气球叫重载型高空气球，属于中国科学院A类战略先导科技专项“鸿鹄专项”的成果。中国科学院空天信息创新研究院从2018年开始研发生产这种类型的高空气球。这类气球与我国已经成熟定型的高空气球有什么不同？

重载型高空气球

国内之前研制的高空气球载重量没有突破1吨，现在载重最高可以达到1.2吨了，比原来提高了百分40%左右，到这么大的重量之后，它需要很大的球体，需要一个几十万立方的球体，没有充气的时候，它是长度能达到100米。对这样大的一个球体进行发放，我们也专门研制了重载的地面的发放的车辆。

重载型高空气球发放车

重载型高空气球的结构跟普通高空气球基本一致，都是球体下面悬挂降落伞，伞下挂着吊舱。不同之一是，重载型高空气球，在球体的顶部增加了排气阀。

排气阀它在气高空气球上主要是起两个作用，一个是进行浮力调节，就适当的把氦气排掉一些，这样的话就是使它的浮力降低一些。另外一个是安全控制...如果是发放不成功的话，可能需要把氦气排掉，这个时候就要通过排气阀把氦气排出去。另外整个实验结束之后，比如它需要把高度下降，那么这个时候也通过排气阀把氦气排出去，让它高度适当的下降。

调节排气阀的目的主要是让气球往低处飞，那么，当气球中的氦气由排气管排出一部分，导致气球高度降低后，要让它再飞回到试验所需的高度，又该怎么办呢？这个问题，高空科学气球诞生之初，设计人员就想到了。

高空气球飞行一般需要带有一定余量的铁砂，在需要调高高度的时候，就要打开压舱阀，它是一个电磁阀，加电的情况下磁场消失，铁砂可以从阀门下部的小孔中漏下去，抛砂的流量是标定好的，我们只要设置好抛砂的时间，就可以获得准确的抛砂重量。一旦铁砂抛完之后，高空气球就不具备向上调节高度的能力了。

高空气球要想恢复飞行高度，只需打开压舱阀抛铁砂就可以了。然而，走进沙漠深处的何老师等人，要想撤回到沙漠边缘，就没这么简单了。虽然他们记得出发的地方是个山口，可因为天黑下雨，没星星没月亮，他们根本无法识别几公里之外的那个山口。

何泽青回忆道：“好在我突然想起来，我们放无人机的地点，我定了一个位，然后手机虽然没有通信信号，但是它可以定位，我就把我们决定返回的那个点也定了一个位，这样两个位置的经纬度我就有了。“

何老师他们仨决定撤出的时间大概是将近晚上九点。这时，他们已经在茫茫沙漠中煎熬了7、8个小时。体力几乎消耗殆尽。

 “决定放弃寻找往回返的时候，其实心里还是有一种挫败感，再加上这种体力上的极度的消耗，然后水分的流失，就是人精神状态已经很差了，包括长时间没有进食，没有进水的...其实我们自己也迈不动腿了，但只能坚持着,整个腰部以下已经麻木了。“

没有水和食物，又没有手机信号，随时可能会有野兽出现，如果原地停下等待救援势必意味着更大的风险。于是，他们只能咬紧牙关，在一片暗黑中，尽可能地向着沙漠边缘摸索。因为没带手电，他们只能借助手机来照亮。

何泽青：“我们三个人三部手机只能轮流着开机...等这一部没电了，把另外两部再打开一部，那么接续着用,不敢同时开机...而且那时候你更麻烦的一个事是尽可能的避免再滑到沙坑里，夜里再往上爬是更累的。也滑下去过两次，因为没办法完全避免。“

跌跌撞撞、踉踉跄跄走了将近3个小时，将近夜里12点的时候，何老师等人忽然发现，在他们一侧大约一公里的地方，有两个小小的亮点在晃动。

“我以为那是狼的眼睛，特别害怕。那种情况下又没有任何的声音，只有那个雨，身上又特别冷，特别消极的情况下，突然出现这种情况，我们几个就不敢动了，在那只能尽可能的保持沉默。因为它四周都是沙丘，你坐在这旁边可以用沙丘挡住你，然后露出半个头来观察，它朝哪个方向走，是不是朝这个方向过来了。“

远处究竟是不是狼？茫茫沙漠，无险可守，三个极度疲乏的男人，如何抵挡可能猛扑过来的野兽？那一刻，时间仿佛静止了，呼吸也仿佛停止了。三颗心脏的跳动声越来越大。三个人屏声静气、一动不敢动。让他们喜出望外的是，他们等来的并不是狼。

何泽青回忆：“大概几百米的时候，我听到他们有人说话才确认，这肯定是我们同事，不可能再有第三拨队伍了。“

雨夜下，沙漠中，先前的恐惧瞬间变成巨大的惊喜。尤其是得知7名同事找到了吊舱，带回了试验设备和数据。何老师他们兴奋的心情难以言表。当然那7名同事的状况也差不多，体力消耗几乎殆尽，接近生理的极限了。会师之后，何老师他们还可以分担一些设备，终于不辱使命。

何泽青：“两拨人马会合以后，心里突然就像开了一扇门一样，我们最年轻的小同志也瞬间就从地上蹦起来了，他表示说我可以走。这信念可以支撑他走到沙漠边缘。”

与队友汇合的惊喜稍稍平静之后，何老师他们马上想到一个最迫切的问题。

何泽青：“我们连说话的力气都没有，嗓子已经渴的就类似于冒烟那种。所以第一句话就是还有没有水，但很遗憾只有一个矿泉水瓶里面还有不到一厘米高的水。谁喝呀，我们轮流，每人一滴润一下喉咙，只能这样。“

每人一滴水，如果没有亲身经历，谁能想象的出如何喝。何老师说，当时，与其说喝的是水，不如说是一种信念。

何泽青：“就只能是说尽可能地手不要抖，稍微一抖这一点水就没了。其余的人会很痛苦，只能尽可能地稳滴一滴到到舌头上喉咙里润一润嗓子。“

设备回收人员汇合后，士气大振。此时，他们距离沙漠边缘还有5公里左右。然而，人困马乏、饥渴交加的他们，能安全走出沙漠吗？  

何泽青：“心情是很放松，但是疲惫感也是加倍地往上涌，因为已经连续走了10个小时左右了，人已经到极限了，在沙漠里走那种体力消耗和在柏油路上是完全不一样的。“

凌晨两点，回收团队终于安全回到沙漠边缘。所有的人都长长地出了一口气。这个时候，他们最想做的只有一件事。

何泽青：“这时对吃没有任何欲望，只想喝水。其实我一口气是喝了三瓶水，1500毫升...就是已经很难受到什么程度？大脑应该是充水，就特别疼那种。但你的喉咙仍然是渴，还想喝，但大脑已经是很疼了那种感觉。”

何老师说：喝完了水，他们就钻进车里进入了梦乡。那一觉，大伙儿睡得很沉，也很甜。几个小时之后，旭日东升，朝霞满天，茫茫沙漠，金光闪闪。仿佛天地也被科技工作者的拼搏探索的精神深深打动。

 回收团队的努力没有白费，空间中心的科学团队在获取了飞行实验的宝贵数据后，陆续有了重大的科学发现，这些年，在鸿鹄专项的支持下，空间中心的科研人员开展了多次临近空间综合环境探测的实验，已经在宇宙线辐射与闪电次数的关系、临近空间大气重力波现象、临近空间大气风场和温度与太阳活动的相关性及其内在机制、青藏高原大气电导率特性、大气氮氧化物特性、大气电场特性等方面推进了科学认知。

   近年来，中国科学院空天信息创新研究院研制的重载型高空气球，已经搭载众多科研单位的仪器设备，在临近空间开展了几十项重大科学实验，涉及大气物理，生命科学，空间科学，飞行器试验验证等各个领域，成绩斐然。随着我国科技事业日新月异的进步，中国科学院空天信息创新研究院的高空气球团队，一定会研发出更多型号的高空气球，在众多领域发挥更大作用。