缘起

  美国国家航天局（NASA）在空间领域长期以来一直保持着领先地位，凭借各类空间飞行器不断支撑着各类空间任务的实施。1986年挑战者号航天飞机事故使得大量任务被迫停滞。意识到航天飞机的局限性，在高空气球方面经验丰富的NASA随即提出在极地进行长时间气球飞行的长航时气球（LDB，Long Duration Balloon）计划，以部分替代航天器开展任务，并逐步形成规模，一些原本无望实现的任务得以再次执行。然而只在极地进行长时间飞行并不能满足更多任务的要求，开展中低纬度的长时间气球飞行已是必然，而且对于一些任务来说，气球的飞行时长还是太短，这也是气球相比卫星的主要弱势之一。于是NASA在1997年提出了一个更加雄心勃勃的计划——超长航时气球（ULDB，Ultra Long Duration Balloon）。

惊人的目标

ULDB计划全面采用超压气球，最终要实现的目标是气球飞行高度33,500米，有效载荷1,600千克，飞行时长达到100天以上。这个目标一旦实现，可以说是名副其实的平流层卫星。整个气球平台将在亚轨道空间长时间运行，在这个空间内作为卫星和航天器的替代平台，满足长时间科学实验的要求，推动科学的发展，同时作为通讯、导航和观测平台也将产生巨大的应用价值。

NASA早期制作的ULDB所用超压气球概念图

这个目标可以说是保留了接近传统零压气球的最大升限和载重能力，同时又要将飞行时长大大延长，可以说几乎是“mission impossible”。对于小型超压气球来说，设计和制造上都相对要简单一些，比如法国10米量级的正球形超压气球，在大气探测任务中经常可以达到百天量级的飞行，然而其载荷其实只有公斤量级。而在这之前，对于搭载上吨级载荷的气球，数天的飞行基本上已经是极限，除非利用极昼相对稳定的环境才能将飞行时间延长。

这个看起来几乎不可能实现的目标，后来居然又被NASA提高，达到2,270千克有效载荷。因为随着计划的推进，NASA认为未来可能搭载的科学载荷的重量会进一步增加。这也导致气球的体积从原来已经很大的42万立方米增加至53万立方米。这也难怪ULDB项目曾被评为NASA最疯狂的计划之一。

ULDB气球的发放

扎实的成果

这个原本曾被认为不可能实现的计划扎扎实实地推进至今，已经取得了令人瞩目的成果。2008年底NASA在南极发放的编号591NT的ULDB气球，借助极昼优势，一举完成了长达54天的超长航时飞行。尤其值得注意的是，这次飞行还是由于南极极昼结束，所有地面人员需要撤离，考虑到载荷的回收，才人为中止了飞行。也就是说这只气球的飞行时间原本可能会更长。从NASA公布的数据看，591NT的飞行简直可以说是完美，唯一不足的就是飞行地点在南极而不是中低纬度地区。NASA随后逐步将试验地点向中纬度转移，并在2015年3月从新西兰发放编号662NT的ULDB气球并完成了32天的飞行，横跨南美，绕过非洲，并最终在澳大利亚降落，差一点就接近环球飞行。NASA称这次飞行是最严格的一次超压气球飞行，是该量级超压气球的首次中纬度长时间飞行，意义重大。

平飞状态的591NT

591NT的飞行轨迹（绕南极三周）

发放中的662NT

662NT的飞行轨迹

光明的前景

尽管还没有完全实现预期目标，但NASA的ULDB超压气球项目仍是目前世界上最成功的超压气球项目，除了已经取得的大量成果和数据，其高空气球的能力也随着ULDB项目的发展而扩展。现在，在NASA的发放日程中，ULDB仍是非常重要的一项，也许不久的将来，ULDB就将实现其预定目标并开始大量投入实用，最终成为NASA气球项目中最重要的一员。相信NASA也绝不会止步于此，一定会提出更加疯狂的计划。

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