2019年8月的一天夜裡，青海省海西蒙古族藏族自治州格爾木市烏圖美仁鄉，下着小雨，一片黑漆漆的沙漠裡寂靜無聲，隻有3個黑影踉踉跄跄、一步一挪地走着。他們是誰，要做什麼？故事還得從一天前的那次臨近空間綜合環境探測試驗說起。
這次試驗地點在青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦（縣級）行政區。試驗團隊由中國科學院空天資訊創新研究院和國家空間科學中心等機關組成。任務是把探測裝置搭載到高空科學氣球的吊艙裡，然後将氣球放飛升空，氣球飛到距離地面30多公裡的臨近空間後開始平飛，吊艙裡的探測裝置開始工作。當試驗順利完成，氣球和吊艙切割分離，吊艙墜落在300多公裡之外。負責試驗裝置和資料回收的科研人員要趕到那裡去尋找吊艙。
“當時從地圖上看，隻知道那是一片沙漠。具體情況也沒辦法了解得很詳細，就從幾台車上選拔了10個人，早上大概8點從飯店出發，到沙漠的邊緣已經是下午1點多了。”中國科學院空天資訊創新研究院進階工程師何澤青回憶道。他是當時回收隊的隊長。
回收隊員到了沙漠邊緣，車輛陷入沙窩，無法繼續乘車前行，隻得步行進入沙漠。文章開頭沙漠裡的那3個黑影就是尋找吊艙的回收隊員。
基于高空氣球的
臨近空間綜合環境探測
高空氣球，又稱高空科學氣球，是指在平流層飛行的無動力浮空器，自20世紀50年代發明了聚乙烯材料高空氣球制作方法之後，經過70多年的發展，高空氣球已經成為高空科學觀測或實驗的一種可靠的運載工具。它的飛行高度雖然不如衛星，卻比飛機高得多，一般可達30公裡到40公裡。由于造價低廉、組織飛行友善、試驗周期短，高空氣球越來越受到科技工作者的青睐，被廣泛應用于多種學科的試驗中。
利用高空氣球做試驗還有一個最大的優點，就是科研人員可以在每次試驗完成之後回收裝置，獲得資料，并對裝置進行疊代改進，用于下一次飛行試驗。重複利用的話就再次降低了成本，這是衛星試驗所不具備的。這次回收隊回收吊艙的任務很關鍵，因為吊艙裡面不但裝了8台探測儀器，還有重要的飛行試驗資料。
不同型号的高空科學氣球為各種臨近空間的探測和試驗提供了搭載平台。多項重大科研活動成功的背後，都有高空氣球的貢獻。比如2017年6月15日，大陸自主研制的硬X射線調制望遠鏡（HXMT）衛星——“慧眼”——發射成功，這是大陸第一個真正意義上的太空望遠鏡，是中國在X射線天文領域邁出的第一步。在“慧眼”成功的背後，就有着高空氣球不可磨滅的功勞。早在20世紀90年代，中國科學院高能實體研究所李惕碚院士和吳枚研究員提出了直接解調成像方法，即應用非線性的數學手段，直接将原始的測量方程實作反演成像。該方法可以使用便宜的儀器，得出更高分辨率的圖像。1993年，基于這種“物美價廉”成像技術的非位置靈敏硬X射線探測器，通過HAPI-4（高空平台儀器）高空科學氣球實驗對黑洞候選體天鵝座X-1進行掃描觀測，獲得了比美國同行好得多的結果。硬X射線調制望遠鏡高空科學氣球實驗為“慧眼”衛星的立項和成功發射奠定了堅實的基礎。
讓我們再回到尋找吊艙、沙漠曆險的3人小分隊。那天中午，到達沙漠邊緣後，通過定位裝置，回收隊計算出吊艙大概在10公裡之外，于是，10個人分成兩組，7人通過定位裝置去往吊艙的位置，何老師和另外兩人留在原地用無人機勘測，希望通過遙感搜尋的方式發現吊艙。但遺憾的是無人機遙控距離有限，雖然3人小分隊收到了吊艙上通過衛星信号回傳的定位資訊，但是這個資訊不足以讓他們找到吊艙。
“在沙漠裡，根本沒有參照物或者标志物來定位它。視野之内的景象都是一樣的，就是黃沙。即使知道了吊艙的準确位置，靠人力找到也并非易事。”
何老師和兩位同僚隻好朝着7位隊友前進的方向追去。距離隊友出發隻有半小時，3個人充滿信心。
8月的天氣還很炎熱，大家沒有準備多少厚衣服。出發前他們認為這段距離也不算太大的挑戰，是以每個人隻帶了3瓶水。
然而，3個人低估了一望無際的沙漠中隐藏的兇險。
何老師回憶道：”剛進去的這一段地勢比較平緩，但是往裡走，逐漸開始出現沙丘，還有沙坑，落差有10米左右，一個沙坑連着一個沙坑，稍一踩偏，嘩地一下瞬間就掉到沙坑裡了。我們仨不停地掉下去再爬上來。從沙坑底部往上爬，基本上是爬3米下滑兩米。松軟的沙子，踩上去就沒到小腿。人往上爬沙子往下滑，都是手腳并用才能爬上來。”
沙漠中的艱難跋涉讓何老師他們體力消耗巨大。雪上加霜的是，這片沙漠處在青藏高原的邊緣地帶，海拔高度3000米左右。在這樣的地方徒步，比在平原地區吃力好幾倍，可謂一步三喘。
“我們看到灌木叢中有一條動物的腿,已經被啃得隻剩下骨頭了，可以斷定沙漠裡有野獸，這就是一種現實的危險了。”意識到周圍很可能會有野獸出沒，3個人不寒而栗。
炎熱的沙漠裡沒有任何遮擋，陽光的暴曬和體力的消耗，使人身心俱疲，帶的水早就喝光了。“中午沙地很燙，而且暴曬，紫外線非常強，休息的話，除了體力白白流失，休息過後面對的依然是惡劣的自然條件，對身體恢複卻不會有什麼效果，完全得不償失。”
身處如此險境，又沒有手機信号，回收隊唯一的衛星電話交給了7人先遣隊。在大西北沙漠中掙紮的裝置回收人員，隻能一步一挪地蹒跚前行。好不容易熬過下午的炎熱，天漸漸黑了，他們暗自慶幸——這下總該涼快點兒了吧。
“和我們一般的認知不一樣，天黑以後沙漠裡氣溫驟降，加上那天晚上偏偏還飄着雨絲，我們幾個都沒有穿厚衣服，隻有長褲加短袖T恤，感覺非常寒冷。那時候感覺不到餓，隻有渴、累和冷。”
經過商量，3人決定，暫時放棄尋找吊艙，確定人員安全，第二天再想其他辦法。于是他們開始往外撤離。
重載型高空氣球
這次臨近空間綜合環境探測試驗，搭載的載荷主要有大氣環境、電磁場環境、輻射環境探測三類八型探測儀器，是由中國科學院國家空間科學中心的科學家們自主研制的。試驗使用的氣球叫重載型高空氣球，屬于中科院A類戰略先導科技專項“鴻鹄專項”的成果。中科院空天資訊創新研究院從2018年開始研發生産這種類型的高空氣球。
國内之前研制的高空氣球載重量沒有突破1噸，現在比原來提高了40%左右。重量提升這麼多，就需要一個很大的球體，沒有充氣時，球體長度能達到100米。同時，中科院空天資訊創新研究院也專門研制了重載型高空氣球地面發放的車輛。
重載型高空氣球的結構與普通高空氣球基本一緻，都是球體下面懸挂降落傘，傘下挂着吊艙。不同之一是，重載型高空氣球在球體的頂部增加了排氣閥。排氣閥主要起兩個作用，一是進行浮力調節，二是安全控制。如果發放不成功，就需要通過排氣閥把氦氣排出去。整個實驗結束之後，比如需要降低高度，也是通過排氣閥把氦氣排出去，使它的高度适當下降。
但是，當氣球中的氦氣由排氣閥排出一部分，使氣球高度降低後，要讓它再飛回到試驗所需的高度，又該怎麼辦呢？這個問題，高空科學氣球誕生之初設計人員就想到了。
高空氣球飛行一般要帶一定量的鐵砂，在需要調高高度的時候，就打開壓艙閥，它是一個電磁閥，加電的情況下磁場消失，鐵砂可以從閥門下部的小孔漏下去，抛砂的流量是标定好的，隻要設定好抛砂的時間，就可以獲得準确的抛砂重量。一旦鐵砂抛完，高空氣球就不具備向上調節高度的能力了。
高空氣球要想恢複飛行高度，隻需打開壓艙閥抛鐵砂就可以了。然而，走進沙漠深處的3人小分隊，要想撤回到沙漠邊緣，就沒這麼簡單了。
雖然他們記得出發的地方是個山口，可是天黑下雨，沒星星沒月亮，根本無法識别幾公裡之外的那個山口。何澤青回憶道：“好在我突然想起來，我在放無人機的地點定了個位，手機雖然沒有通信信号，但是可以定位，我就把我們決定傳回的那個點也定了個位，這樣兩個位置的經緯度我就有了。”
“決定放棄尋找往回返的時候，心裡有一種挫敗感，加上體力的極度消耗，水分的流失，長時間沒有進食，我們每走一步都極其艱難。”但如果原地停下等待救援勢必意味着更大的風險，小分隊隻能咬緊牙關，在一片黑暗中，向着沙漠邊緣摸索。
“我們沒有帶手電，3個人3部手機輪流着開機，借助手機來照亮。等這一部沒電了，再打開另外一部，接續着用,同時還要避免再滑到沙坑裡，饑寒交迫，疲憊至極，滑到坑裡再往上爬就更難了。不過再小心也沒辦法完全避免，還是滑下去兩次。”何澤青苦笑着說。
跌跌撞撞、踉踉跄跄地走了将近3個小時，半夜時分，小分隊忽然發現，大約1公裡遠的地方，有兩個小小的亮點在晃動。
“我以為那是狼的眼睛，特别害怕。除了輕微的沙沙雨聲，周圍沒有其他聲音了，我們幾個一動也不敢動，更不敢出聲，四周都是沙丘，可以擋住我們。我們膽戰心驚、屏聲靜氣，仿佛可以聽到每個人的心跳聲。”謝天謝地，3人小分隊等來的不是狼。“離我們大概幾百米的時候，我聽到說話聲，才确認這肯定是我們同僚，此時不可能再有第三撥隊伍了。”何老師說。
雨夜沙漠中，之前的恐懼瞬間變成巨大的驚喜。尤其是得知7名同僚找到了吊艙，帶回了試驗裝置和資料，3人小分隊興奮的心情難以言表。
與隊友彙合的驚喜稍稍平靜之後，3人小分隊馬上又面臨着一個最迫切的問題。“我們連說話的力氣都沒有了，嗓子渴得冒煙。是以第一句話就問還有沒有水。隻有一個礦泉水瓶裡還有不到一厘米高的水。我們輪流，每人喝一滴水潤一下喉嚨。與其說喝的是水，不如說是一種振奮的力量。”
淩晨兩點，回收團隊終于安全回到沙漠邊緣。所有的人都長長地出了一口氣。“我一口氣喝了3瓶水，1500毫升，仍然渴，還想喝。”喝完了水，他們就鑽進車裡進入了夢鄉。那一覺，大夥兒睡得很沉，也很甜。幾小時之後，旭日東升，朝霞滿天，茫茫沙漠中金光閃耀，仿佛天地也被科技工作者的拼搏探索精神深深打動。
回收隊的努力沒有白費。空間中心的科學團隊在擷取了飛行實驗的寶貴資料後，陸續有了重大的科學發現。這些年，在“鴻鹄專項”的支援下，空間中心的科研人員開展了多次臨近空間綜合環境探測的實驗，在宇宙線輻射與閃電次數的關系、臨近空間大氣重力波現象、臨近空間大氣風場和溫度與太陽活動的相關性及其内在機制、青藏高原大氣電導率特性、大氣氮氧化物特性、大氣電場特性等方面推進了科學認知。
中科院空天資訊創新研究院研制的重載型高空氣球，已經搭載衆多科研機關的儀器裝置，在臨近空間開展了幾十項重大科學實驗，涉及大氣實體、生命科學、空間科學、飛行器試驗驗證等各個領域，成績斐然。相信随着大陸科技事業日新月異的進步，中科院空天資訊創新研究院的高空氣球團隊一定會研發出更多型号的高空氣球，在更多領域發揮更大作用。
（作者為中國科學院空天資訊創新研究院進階工程師）
本文刊載于《金融博覽》2023年第10期
投稿郵箱：
訂閱方式：
1. 郵局訂閱：郵發代号22-488
2. 電話訂閱：010-6326 5031