探测空间的气球

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   当阿波罗登月飞船和航天飞机一次次飞向太空之际,人们未必想到,还有一种飞行工具——气球正在空间探测中扮演着重要的角色。
   人类首次上天的飞行器
   1783年,法国和西班牙一直在攻打地中海的门户直布罗陀,但总不能得手。这时,法国两个名不见经传的乡下造纸工人蒙哥费尔兄弟宣称:“我们拥有一种超人的本领,能把士兵们从天上送进这座坚固的要塞。”他们所说的“超人本领”就是使用气球。
   当时人们已经发现了氢气,并懂得了氢气比空气要轻,蒙哥费尔兄弟便想到了可以做氢气球。他们立即动手用纸和布糊成了一个球,但解决不了漏气问题,氢气球飞不起来。兄弟俩并不因此气馁,他们试着把热气装进气球里,热气球竟飘然上天了。
   蒙哥费尔兄弟大受鼓舞,又动手制作了一个更大的气球。这个气球酷似倒放的大罐子,直径有15.25米。气球颈部用编织起来的柳条匝着,底下安了个大火炉。一个名叫皮拉特尔·德罗齐埃的青年科学家自告奋勇登上气球,用掌握炉火的办法控制气球的升降。1883年11月21日,这个气球从巴黎冉冉升起。人类第一次飞上了天空。气球飞行了约8公里后安全降落,观看这次飞行的路易十六和成千上万的巴黎市民被这个能飞上天的庞然大物惊得瞠目结舌。
   不久,一个名叫雅克·夏尔的法国物理学家造出了氢气球,这个氢气球已经采用了现代气球所使用的许多技术,气球在底部开口,这样飞到高空氢气膨胀时便可从此处逸出。气球顶部装有阀门,如果飞行员打算降落就打开阀门,放出氢气,气球便会缓缓降落下来。雅克的气球载人后飞行了两小时,飘到了约43.5公里外的地方。
   由于氢气容易获得,加上氢气球易于控制,飞行时间长、距离远,因此很快就压倒了热气球,成为气球飞行的主要工具。
   激动而又危险的飞行
   进入二十世纪以来,人类在航空和航天飞行上有着突飞猛进的发展,随着飞机、火箭、宇宙飞船乃至航天飞机的相继问世,气球渐渐地不为人所注目了。
   但是,科学家们并没有忘记这个为人类航空立下汗马功劳的飞行工具,在探索空间的科学道路上,它仍然起着重要的作用。
   随着气球的不断升高,空气压力也越来越小,在海平面时压力为1,OOO毫巴,而气球飞到38,600米的高空时空气压力仅3毫巴,这样稀薄的空气使载人飞行充满了危险。但又激励着人们到高空去探险揽胜。
   1935年,美国全国地理学会的“探索者2号”气球创造了22,062米的气球飞行世界记录,一直保持到1955年。上世纪五十年代,美国海军的“同温层实验室”和空军的“高空飞人”气球飞行,由于采用了新型聚乙稀材料,不断创下新的记录。
   1961年5月4日,兩名美国海军飞行员驾驶“同温层5号”气球,从停泊在墨西哥湾的“安提阿托姆”号航空母舰起飞。由于高空空气稀薄,他们都穿着宇航员的太空服。气球达到了34,608米的高度并安全降落。不料乐极生悲,当直升飞机从海上接应起两人后,一名飞行员普罗思不慎从直升飞机的吊架失手跌落海中,这位创下气球飞行世界记录的英雄没有在高空遇难,却葬生鱼腹。
   从此以后,人类基本上停止了高空载人气球飞行的竞争,然而不载人的探索空间气球继续向蓝天挺进。几十年来在这方面取得了一系列的成就。
   探索空间显露才能
   用气球首先作出的天体物理学的发现是在1912年至1914年,科学家们发现,当气球飞到约8,700米时本底辐射增加了,但由于当时气球飞行高度和测量仪器的限制,无法对此作更深入的研究。直到第二次世界大战结束后,随着更轻的气球材料和自动测量仪器的不断问世,这项研究才得以继续发展。
   此外,1935年对高层大气中次级宇宙射线粒子增衰的观测研究,以及1941年对宇宙射线的本质、1958年对太阳光球的摄影和太阳米粒组织的理解、1959年对由太阳耀斑引起的硬x射线、1964年对冷星大气层的蒸发问题、1965年对蟹状星云和脉冲星、1999年对金星高层大气的冰云、2004年对宇宙背景的研究及2011年对蟹状星云和脉冲星发来的射线和2013年对银河系中心物质与反物质发出的51千伏发射谱线等研究中,空间探测气球都作出了卓著的贡献。
   除了作为观测平台外,近年来气球更多地被用作试验平台,许多将安装在航天器上的仪器事先都经过气球飞行的检验。由于气球的载重量较大,一般可携带500-1,000公斤载荷;飞行高度高,可达40,000米甚至更高;起飞降落都比较平稳,价格也很低廉。因此,很自然的就成了航天科学家满意的试验工具。天空实验室和阿波罗飞船上的日冕仪,“先驱者lO号”和“先驱者11号”上的光偏振仪及许多仪器事先都由气球作了模拟飞行试验。如果没有这些试验基础,各种航天器是很难获得成功的。气球试验一个很好的例子就是美国航空与航天局的射y线观测器。
   y射线观测器的飞行试验
   y射线观测器是马歇尔空间飞行中心研制的,专门检测宇宙中瞬态的射线源。这个观测器在空间的五项实验全部经历过气球飞行的试验。气球所携带的观测器如同实际的一样,在八个角上装有八套检测仪。当气球飞到高空时,宇宙中的射线击中检测仪上盐晶体的特殊面,引起闪耀,并由光电倍增管阵列立即记录下来。负责这项研制工作的菲什曼博士说,“随着气球一次次的飞行,我们的思想也不断升华。”
   气球飞行一般在春秋天进行,因为这种季节常常会出现高低空气流方向相反的回旋风,这是气球正常飞行所需要的。
   一旦气候条件满足要求,紧张的放飞工作立即开始。三个小时后气球便达到了36,600米的高度,地面控制站一面控制着气球的飞行姿态,一面紧张地接收从气球仪器上发来的各种数据信号。
   气球高度接近极限时,地面控制站便发出降落指令,让远在数万米高空的气球自动放出气体,使气球缓缓降落。与此同时,一架飞机也朝降落方向飞去,追踪气球的下落。最后,载重汽车将气球运回发射场,经维修后再次使用。
   气球并不象阿波罗飞船或航天飞机那样有着惊天动地的科学成就,但这个被称之为“后院科学”的飞行工具默默无闻地但卓有成效地为空间科学工作着。
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