2016-02-27 浮空器研发中心 

人类总喜欢挑战极限，追求“更快、更高、更强”。对于高空气球这种不依靠燃料动力而仅靠自身浮力升空的飞行器，究竟能够飞多高？就让超高空气球（UHAB，Ultra-High Altitude Balloon）来告诉你答案。

作为现代高空气球的开创者，美国一直在进行超高空气球的研究。2002年8月25日，NASA发放了代号“Big 60”的超高空气球。该气球体积170万立方米，是目前成功飞行过的体积最大的气球。而之所以会有这么大的体积，原因是气球还要携带重达690kg的宇宙射线探测装置LEE，并最终到达了49.4km的高度。球膜材料采用10.2微米的三层共挤出薄膜材料，这种材料比传统零压气球球膜具有更高的强度和延展性，使其能够更好地承受发放时的冲击载荷。

NASA的“Big-60”超高空气球

日本的JAXA在超高空气球技术研究方面处于领先地位，2002年试验的气球携带10kg载荷到达53km的飞行高度。2013年9月20日于北海道进行试验飞行的气球更是达到53.7km的高度，这也是目前高空气球的飞行高度的世界纪录。该气球球膜材料厚度仅2.8微米，球体直径约60米，体积8万立方米。这样一个气球的作用当然不是为了创纪录，JAXA在其上携带了探测载荷，用于高空气象探测，在此之前该高度的气象探测只能靠探空火箭飞掠来实现。

JAXA于2013年发放的超高空气球

发展超高空气球是很有意义的。气球飞行高度的提升可以增加探测覆盖面积，且运行空间更接近太空环境。将升限提高至40km乃至50km以上，一方面可以提高气球的能力，另一方面可以拓宽其应用领域，使其具备完成更高要求试验任务的能力。

但高度的提升也意味着挑战。升限和载重是浮空器的两个重要的设计参数，浮空器的设计对这两个参数非常敏感，两者的增加都会导致球体体积大幅增加，进而造成设计、制造、发放的困难。目前常规的高空气球一般升限都在20到35km左右，升限若要达到40km乃至50km以上，一方面要减小载重，另一方面需要使用更薄的球膜材料。材料是制约浮空器升限的一个重要因素，因为升限的增加将导致体积的增加，而体积的增加又会导致球体重量的增加，并进一步导致体积的增加，体积和重量的增加将导致球体设计、加工、发放的难度大大增加。所以在保证强度的前提下尽量降低材料的面密度可以减小球体自身重量的增加速度，从而使相同载重、升限的球体体积更小，或是以相对较小的体积实现更高的升限，并降低球体设计、加工、发放的难度。

目前常规高空气球使用的材料基本是厚度20微米左右的低密度聚乙烯薄膜，而要到达50km以上的高度，可能需要将材料厚度降低至仅有几微米。能制作出如此薄而又能具有足够强度的材料，并能将其制成的气球成功发放，也许这才是超高空气球的核心技术。

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