光启“旅行者”3号(海口号)试飞成功 全球首例搭载活体动物畅游临近空间

经过一年的技术积累,光启集团(简称:光启)的临近空间载人项目再有新进展。2017年10月25日凌晨3时57分,光启自主研制的临近空间飞行器“旅行者”3号(海口号),在新疆携带一只活体乌龟成功进入海拔21公里的临近空间,开展实验任务和进行关键技术验证,并于10月25日8点28分降落在预定区域,被成功回收。目前,乌龟生命体征正常,并已随放飞团队回到光启总部,试飞获得圆满成功。

“旅行者”3号被成功回收,生保舱内的乌龟生命体征正常

“旅行者”3号(海口号)的此次试飞成功,是全球首次浮空器成功携带活体动物进入临近空间停留,进行生保测试,验证了载人近太空旅行多项关键技术的有效性。此次成功,标志着我国临近空间飞行技术达到了一个新的技术高度。

 

【实况】首次搭载活体动物飞行4小时

10月25日凌晨1点,地面温度6℃,位于新疆的光启临近空间基地里灯火通明,工作人员往来穿梭忙碌着,光启自主研制的临近空间飞行器“旅行者”3号的试飞,有条不紊地进行着飞行前的最后准备。

“旅行者”3号进行囊体充气作业

本次试飞的“主角”——“旅行者”3号(海口号),由两个主要部分组成,上方是一个半透明的囊体,下方是一个吊舱,二者由吊绳连接,吊绳中部安装了1个降落伞。光启临近空间创新总监周飞介绍,“旅行者”3号(海口号)的囊体采用超压PE材料结合加强筋的方式研制而成,“升空过程中,随着内外压强的变化,囊体完全鼓涨起来后,最大直径18.8米,体积可达到2150立方米,是个庞然大物。”充上氦气的囊体产生浮力,为整个飞行器提供升空、平飞、下降的主要“动力”来源。下方的吊舱安装了航电、载荷、能源、生保等设备,以及一个小型生保舱,舱内搭载了一只活体乌龟。3点57分,试飞进入紧张的倒计时。随着现场放飞指挥、“旅行者”3号(海口号)项目总工程师奉凡博士的一声“放飞”指令发出,囊体和吊舱的约束装置被瞬间释放,“旅行者”3号(海口号)缓缓升空,逐步上升到21公里的临近空间目标高度,成功开展临近空间环控生保、天地通信、空间环境数据采集等实验项目。在基地的地面控制平台,科研团队一直在实时监测飞行器传回的数据,飞行器状态监控正常。随后,“旅行者”3号(海口号)按照要求完成缆绳切割、囊体与生保舱分离、降落伞打开、平稳着陆等系列动作,于8点28分降落在新疆托克逊县预定区域。随后,科研团队成功回收生保舱,舱内乌龟生命体征正常,“旅行者”3号(海口号)完成了全部试飞任务,为后续的研发带回了宝贵的试验数据。

“旅行者”3号充气完毕,准备升空

周飞介绍,“旅行者”3号(海口号)试飞成功,在21公里以上的临近空间进行技术验证和数据采集,完成了环控生保、天地通信、空间环境数据采集3项实验任务,验证了囊体设计加工技术、充气放飞技术、环控生保技术、天地通信技术、自主控制技术、轨迹预测技术、着陆回收技术7项关键技术,为后续研制长航时飞行平台及载人系列飞行平台提供了关键参数和技术验证。“本次实验组织严密、运行顺利,飞行器状态监控正常,各项研究任务顺利完成,圆满达到了实验目标。”

“旅行者”3号升空后,光启团队通过地面控制平台监测相关数据

 

【突破】多项核心技术得以验证 

近年来,不少国家和机构开始加大对临近空间的探索。针对这一空间的特性,目前在研的临近空间飞行器中,浮空飞行器是备受青睐的一类。浮空器凭借轻质气体提供的净浮力飞行、驻留,完成特定的任务,具有无需发射工具、可回收维修、费用低、驻留时间长、载荷能力强、视距远、能耗小等诸多优点。除了可探索以极低成本提供类似卫星任务的对地观测能力以外,为普通人提供近太空旅行也是利用浮空器进行临近空间探索的目标之一。

“这次试飞的成功,得来殊为不易。”周飞表示,临近空间是一个几乎空白的全新领域,缺少前人经验和数据的累积,所有科研团队都是从零开始摸索。尽管科研团队在地面做过各种试验,但真正到达临近空间会遇到的困难是难以在实验室里预估的,“浮空器是一种完全有别于飞机、火箭、飞船的飞行器,放飞条件极其严苛,既需要合适的空域范围,也需要合适的天气条件。这也增加了试飞的难度。”

而放飞窗口的“天时”包括:地面风速不超过3米每秒,临近空间的风速及风向可使飞行器按预想轨迹飞行。“相比于临近空间较为稳定的天气情况,地面的天气更加变化莫测,因此浮空器在地面充气和放飞阶段的风险是最大的。”周飞解释。

在没有自主动力的情况下,如何对风场环境进行预测预报,保障飞行器可以安全地升空、飞行、降落,是科研团队需要攻克的难点之一。据了解,此次“旅行者”3号的放飞,科研团队提前数个月就开始收集地面到临近空间的风速、风向等各项风场数据,和气象专家一起,不间断地对放飞现场的天气状况进行实时监测分析。

在确保“环境最佳”的同时,要想顺利飞行,飞行器必须攻克多个技术关键点。其中,飞行器囊体设计是关键。旅行者3号使用了光启自行研制的超压囊体,具备强度高、耐低温、防腐蚀、防辐射、耐低压、防紫外线和抗拉伸等功能,可以在临近空间抵抗气压、气候、紫外线、辐射等环境的变化。

此外,为了实现临近空间旅行的长期目标,“旅行者”3号(海口号)继续对生保系统进行进一步验证及优化。如何在临近空间低温、低压、高紫外辐射、高臭氧浓度等极端环境下,保障生命安全,使人们可以在临近空间长时间、安全、舒适地停留,是临近空间飞行器载人功能的技术核心。

“旅行者”3号(海口号)携带的生保舱,设计有温控与通风模块、活物生存保障模块、控制与数据传输模块、图像采集与传输模块等功能模块。舱内是一个相对独立的空间,透过活体动物生存保障系统上方的透明盖,可以看见一只乌龟在装着水的活动平台里欢快的游动。这只乌龟名为“小云云”,是一只黄头侧颈龟。随着“旅行者”3号(海口号)的试飞成功,它也成为全球首个在临近空间长时间“旅行”的动物。

“这次试飞成功,我们的环控生保技术等多项关键技术得到了验证,给予了团队很大的信心,也为后继的试验提供了宝贵的数据和经验。”周飞表示,生保舱在放飞前经过了多次临近空间模拟试验,温度控制能力和生命保障能力得到了充分验证:温控系统通过温控与通风模块,可以保证舱内通风和温度的均匀性,控制舱内温度在舒适地18℃~22℃;生命保障系统具备密封保压能力、温度精准控制能力和氧气补给能力,可以在临近空间极端环境下保证生物存活。

 

【展望】普通人就能体验的“近太空”旅行

“乘坐商用临近空间飞行器,可以实现普通人的近太空旅行梦想。” 光启集团总裁刘若鹏说,现有的载人航空航天平台,无法满足普通人太空旅行的需求。商业飞机飞行高度有限,不足以看到地球弧度;载人飞船、空间站对财力、身体素质的要求非常高,普通人无法乘坐。

为了实现普通人的“近太空”梦想,光启从创立不久就开始了对临近空间的探索。2015年2月,光启临近空间载人项目正式启动;2015年6月,光启在新西兰成功放飞了中国首个临近空间商用平台“旅行者”1号,到达设计高度21公里,在临近空间完成了天地高速通信、海事监控、光学监控等商用载荷测试。2016年8月,以打造具备国际一流航天航空研发能力的研究机构为目标的海口未来技术研究院暨光启临近空间技术研发总部正式揭幕,进一步提升了光启在临近空间飞行器等航空航天特色产业领域的技术综合开发能力。2016年11月,光启“旅行者”2号在新疆试飞,完成了携带舱体升空、天地对话和飞行中数据采集的实验。本次,“旅行者”3号(海口号)成功放飞,完成了环控生保、天地通信、空间环境数据采集等3项实验任务,囊体设计加工、充气放飞、环控生保、自主控制、轨迹预测、着陆回收等7项关键技术也得到了验证。光启对临近空间的探索,取得了显著的进展。

未来的载人系列“旅行者”号主舱,可以容纳6名旅客,普通旅客可安全舒适地体验到超乎寻常的临近空间美景,看到地球的完美弧线,在两万米以上的高空进行观赏。重点是,整个设计,对旅客的经济条件和身体素质的门槛降到了最低,具有超高安全性和舒适性,旅客无需身着宇航服,可以在舱内自由活动,无需承受失重、离心力等艰苦考验,整个飞行过程,就像乘坐电梯或缆车一样平稳舒缓。

除了载人,“旅行者”号系列还可搭载通信、光学遥感、物联网、大数据收集和分析等领域的应用,为智慧城市、遥感通讯、宇宙物理学等领域提供科学探索平台。

“对临近空间的探索,是光启在垂直细分领域深度布局的重要一环。”光启集团总裁刘若鹏表示,随着国家建立“天临空地海”全方位一体化战略的提出,如何全面发展和推动空间科学、空间技术、空间应用,成为迫切的需求,“旅行者”号系列对临近空间的探索,是浮空器利用的开拓和创新,也是在进一步扩大人类生活空间,在新的空间和领域进行战略卡位。