临近空间高空探空气球是什么，具有什么样的发展前景

高空科学气球是一种主要用于科学实验和各种高空飞行任务的高空气球。正如它的名字所暗示的那样，浮空器是一种主要依靠浮力作为其主要升力来源的飞行器。试飞中使用的气球并不简单。它们是具有数万或十万立方米空间的高空科学气球。

当然，高空气球是不能用嘴吹的，除非你是活的快速氦气发生器。一是因为空气不能产生升力，所以现在的浮空器基本都用氦气；二是因为每次氦气发放都要用卡车拉，充气作业往往要持续几个小时。所以浮空器和我们小时候玩的气球还是很不一样的。但是当我真正参与飞行测试的时候，我发现还有一个类似于玩具气球的东西，就是今天要介绍的探空气球。

探空气球，顾名思义就是用来探测天空的气球，准确地说是探测从地面到几十公里高空的大气空间参数。在进行大型浮空器尤其是高空浮空器的飞行前，仅仅根据气象数据还无法很好地判断发放窗口和规划飞行路线，这就需要提前发放一系列的探空气球，利用反馈回来的数据进行分析和预测。说起探空气球，研究气象方面的人士一定不会陌生，世界各地那么多气象站几乎每天都要发放探空气球，来获取从地面到几十公里高空大气垂直剖面的参数。

探空气球在二十世纪二十年代就得到了实际应用，它们一直被沿用至今，并且没有多少根本性的变化。探空气球可以直接测量从地面到超过30千米高度的大气压力、温度、湿度和风速风向等高空气象数据。它们价格低廉且发放简单，对于各地气象站的大量使用来说是非常合适的。直到今天，探空气球仍是高空气象最主要的直接探测方式之一，原因包括低成本、易操作、升速慢。探空气球想要平稳获取大气垂直剖面较密集的数据点，速度快了还真不行。而且，虽然探空气球成本不高，使用后一般也不进行回收，但也不是可以随便放的。为了更准确地获取气象数据，每一个探空气球的发放时间点和气球的发放数量都是根据计算要求严格执行的。

探空气球基本为橡胶气球，其原料是天然橡胶，它比任何化学合成物质都有着更优异的伸长特性，它在一个方向上的伸长率可以超过500%。形成这种特质的原因在于，橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，当橡胶分子不受外力作用时是一个具有大量弯曲的长链，所以当外力作用于橡胶时，分子链可拉伸范围极大；外力撤销后，橡胶便恢复到原来的状态。当在橡胶中添加硫元素进行硫化处理时，加入的硫在相邻的长链之间形成了交键，这提高了橡胶的弹性变形特性。橡胶气球在地面充入浮升气体后，逐渐呈现正球形，当气球上升时，材料不断拉伸，球体表面积不断增大，当气球到达其膨胀极限时就会爆炸，从而结束飞行过程。

橡胶气球的大小受到制造方法的限制，而且有效的承载能力一般比较小。橡胶气球自身的质量一般在几百克，探空仪的质量一般也在一千克以内，单人手持就可发放。根据充入的气体量可以控制气球的升速，同时也决定气球探测的高度。因为充入的气体越多，升速越快，但达到膨胀极限的高度也越低，在破裂之前探测的高度也低。所以实际使用时要根据对探测高度和升空速度的要求确定充气量。

当然，这个方法仅限于特殊使用情况，气象站在使用时都是有一套成熟的操作规范的，只要照着做就好了。至于发放方式，风小的时候怎么都好说，把气球升起来，一撒手就行。至于风大的时候，就看工作人员的运算速度和身体协调能力了。等气球越升越高，又成了大家锻炼视力的好时候，往往到最后变成一个小点的时候，眨一下眼就找不到了。

探空仪内部安装有大气参数测量装置和GPS定位装置，同时还配有供电能源，通过地面的天线对探空气球进行追踪并获取回传数据。大气参数探测一般包括大气温度、湿度和当地大气压，GPS定位装置则用于获取位置及位置变化，以便推算高度、升速、水平风速风向等等。气球与探空仪之间一般都系有很长的拉绳，长度一般在十几米到几十米不等，以防止探空仪随气球大幅度摆动，影响GPS数据。当然，有些情况下也可以把探空仪直接连接至球体底部，一切根据探测的需求来决定。

探空气球完成任务后会爆炸并自由下落。由于探测器本身的重量很轻，而且通常包裹在一层厚厚的泡沫中，它会产生很大的阻力，再加上气球其余部分的阻力，系统降落的速度会相对较慢，至少不会受到地面人员的威胁。尽管如此，应尽可能选择在人烟稀少的地区释放气球。

近年来，许多大学生甚至爱好者喜欢用探空气球来完成各种“临近空间”的飞行。这里所说的临近空间是指人类活动的大气区域与外太空之间的空间，高度一般定义为20至100公里。探空气球可以携带几百克甚至几公斤的小型无线电设备或其他电子设备；可以携带有保温处理的小型相机进行航拍；还可以安装一个小摄像头，以第一视角记录升空过程和下降过程。

如果我们想把这些技术设备进行回收，还需要在气球与设备发展之间通过安装一个降落伞和植入一套定位信息系统。甚至还有很多人在气球底部安装了一个具有自动排气系统，使气球在到达一定社会高度后自动排气，进而能够达到浮力与重力保持一种平衡的效果，完成工作一段生活水平飞行。总之，气球就像没有一个学生高中物理教学实验课上的通用实验数据平台，你可以充分发挥你的聪明才智，想出各种飞行和试验的方式并把这些想法付诸实践，在探索建立科学的同时，享受其中的乐趣。

当然，气球的应用不仅仅是科学探索和爱好，气球的使用也更多的是为了造福人类。

总的来说，探空气球是人类研究平流层的重要工具，对气象学的发展和造福人类具有重要作用。目前，虽然更先进的工具，如探空火箭、气象雷达和气象卫星已被广泛使用，但探空气球仍然是科学研究中不可或缺的工具。