2019年8月的一天夜里，青海省海西蒙古族藏族自治州格尔木市乌图美仁乡，下着小雨，一片黑漆漆的沙漠里寂静无声，只有3个黑影踉踉跄跄、一步一挪地走着。他们是谁，要做什么？故事还得从一天前的那次临近空间综合环境探测试验说起。
这次试验地点在青海省海西蒙古族藏族自治州大柴旦（县级）行政区。试验团队由中国科学院空天信息创新研究院和国家空间科学中心等单位组成。任务是把探测设备搭载到高空科学气球的吊舱里，然后将气球放飞升空，气球飞到距离地面30多公里的临近空间后开始平飞，吊舱里的探测设备开始工作。当试验顺利完成，气球和吊舱切割分离，吊舱坠落在300多公里之外。负责试验设备和数据回收的科研人员要赶到那里去寻找吊舱。
“当时从地图上看，只知道那是一片沙漠。具体情况也没办法了解得很详细，就从几台车上选拔了10个人，早上大概8点从宾馆出发，到沙漠的边缘已经是下午1点多了。”中国科学院空天信息创新研究院高级工程师何泽青回忆道。他是当时回收队的队长。
回收队员到了沙漠边缘，车辆陷入沙窝，无法继续乘车前行，只得步行进入沙漠。文章开头沙漠里的那3个黑影就是寻找吊舱的回收队员。
基于高空气球的
临近空间综合环境探测
高空气球，又称高空科学气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器，自20世纪50年代发明了聚乙烯材料高空气球制作方法之后，经过70多年的发展，高空气球已经成为高空科学观测或实验的一种可靠的运载工具。它的飞行高度虽然不如卫星，却比飞机高得多，一般可达30公里到40公里。由于造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，高空气球越来越受到科技工作者的青睐，被广泛应用于多种学科的试验中。
利用高空气球做试验还有一个最大的优点，就是科研人员可以在每次试验完成之后回收设备，获得数据，并对设备进行迭代改进，用于下一次飞行试验。重复利用的话就再次降低了成本，这是卫星试验所不具备的。这次回收队回收吊舱的任务很关键，因为吊舱里面不但装了8台探测仪器，还有重要的飞行试验数据。
不同型号的高空科学气球为各种临近空间的探测和试验提供了搭载平台。多项重大科研活动成功的背后，都有高空气球的贡献。比如2017年6月15日，我国自主研制的硬X射线调制望远镜（HXMT）卫星——“慧眼”——发射成功，这是我国第一个真正意义上的太空望远镜，是中国在X射线天文领域迈出的第一步。在“慧眼”成功的背后，就有着高空气球不可磨灭的功劳。早在20世纪90年代，中国科学院高能物理研究所李惕碚院士和吴枚研究员提出了直接解调成像方法，即应用非线性的数学手段，直接将原始的测量方程实现反演成像。该方法可以使用便宜的仪器，得出更高分辨率的图像。1993年，基于这种“物美价廉”成像技术的非位置灵敏硬X射线探测器，通过HAPI-4（高空平台仪器）高空科学气球实验对黑洞候选体天鹅座X-1进行扫描观测，获得了比美国同行好得多的结果。硬X射线调制望远镜高空科学气球实验为“慧眼”卫星的立项和成功发射奠定了坚实的基础。
让我们再回到寻找吊舱、沙漠历险的3人小分队。那天中午，到达沙漠边缘后，通过定位设备，回收队计算出吊舱大概在10公里之外，于是，10个人分成两组，7人通过定位设备去往吊舱的位置，何老师和另外两人留在原地用无人机勘测，希望通过遥感搜索的方式发现吊舱。但遗憾的是无人机遥控距离有限，虽然3人小分队收到了吊舱上通过卫星信号回传的定位信息，但是这个信息不足以让他们找到吊舱。
“在沙漠里，根本没有参照物或者标志物来定位它。视野之内的景象都是一样的，就是黄沙。即使知道了吊舱的准确位置，靠人力找到也并非易事。”
何老师和两位同事只好朝着7位队友前进的方向追去。距离队友出发只有半小时，3个人充满信心。
8月的天气还很炎热，大家没有准备多少厚衣服。出发前他们认为这段距离也不算太大的挑战，所以每个人只带了3瓶水。
然而，3个人低估了一望无际的沙漠中隐藏的凶险。
何老师回忆道：”刚进去的这一段地势比较平缓，但是往里走，逐渐开始出现沙丘，还有沙坑，落差有10米左右，一个沙坑连着一个沙坑，稍一踩偏，哗地一下瞬间就掉到沙坑里了。我们仨不停地掉下去再爬上来。从沙坑底部往上爬，基本上是爬3米下滑两米。松软的沙子，踩上去就没到小腿。人往上爬沙子往下滑，都是手脚并用才能爬上来。”
沙漠中的艰难跋涉让何老师他们体力消耗巨大。雪上加霜的是，这片沙漠处在青藏高原的边缘地带，海拔高度3000米左右。在这样的地方徒步，比在平原地区吃力好几倍，可谓一步三喘。
“我们看到灌木丛中有一条动物的腿,已经被啃得只剩下骨头了，可以断定沙漠里有野兽，这就是一种现实的危险了。”意识到周围很可能会有野兽出没，3个人不寒而栗。
炎热的沙漠里没有任何遮挡，阳光的暴晒和体力的消耗，使人身心俱疲，带的水早就喝光了。“中午沙地很烫，而且暴晒，紫外线非常强，休息的话，除了体力白白流失，休息过后面对的依然是恶劣的自然条件，对身体恢复却不会有什么效果，完全得不偿失。”
身处如此险境，又没有手机信号，回收队唯一的卫星电话交给了7人先遣队。在大西北沙漠中挣扎的设备回收人员，只能一步一挪地蹒跚前行。好不容易熬过下午的炎热，天渐渐黑了，他们暗自庆幸——这下总该凉快点儿了吧。
“和我们一般的认知不一样，天黑以后沙漠里气温骤降，加上那天晚上偏偏还飘着雨丝，我们几个都没有穿厚衣服，只有长裤加短袖T恤，感觉非常寒冷。那时候感觉不到饿，只有渴、累和冷。”
经过商量，3人决定，暂时放弃寻找吊舱，确保人员安全，第二天再想其他办法。于是他们开始往外撤离。
重载型高空气球
这次临近空间综合环境探测试验，搭载的载荷主要有大气环境、电磁场环境、辐射环境探测三类八型探测仪器，是由中国科学院国家空间科学中心的科学家们自主研制的。试验使用的气球叫重载型高空气球，属于中科院A类战略先导科技专项“鸿鹄专项”的成果。中科院空天信息创新研究院从2018年开始研发生产这种类型的高空气球。
国内之前研制的高空气球载重量没有突破1吨，现在比原来提高了40%左右。重量提升这么多，就需要一个很大的球体，没有充气时，球体长度能达到100米。同时，中科院空天信息创新研究院也专门研制了重载型高空气球地面发放的车辆。
重载型高空气球的结构与普通高空气球基本一致，都是球体下面悬挂降落伞，伞下挂着吊舱。不同之一是，重载型高空气球在球体的顶部增加了排气阀。排气阀主要起两个作用，一是进行浮力调节，二是安全控制。如果发放不成功，就需要通过排气阀把氦气排出去。整个实验结束之后，比如需要降低高度，也是通过排气阀把氦气排出去，使它的高度适当下降。
但是，当气球中的氦气由排气阀排出一部分，使气球高度降低后，要让它再飞回到试验所需的高度，又该怎么办呢？这个问题，高空科学气球诞生之初设计人员就想到了。
高空气球飞行一般要带一定量的铁砂，在需要调高高度的时候，就打开压舱阀，它是一个电磁阀，加电的情况下磁场消失，铁砂可以从阀门下部的小孔漏下去，抛砂的流量是标定好的，只要设置好抛砂的时间，就可以获得准确的抛砂重量。一旦铁砂抛完，高空气球就不具备向上调节高度的能力了。
高空气球要想恢复飞行高度，只需打开压舱阀抛铁砂就可以了。然而，走进沙漠深处的3人小分队，要想撤回到沙漠边缘，就没这么简单了。
虽然他们记得出发的地方是个山口，可是天黑下雨，没星星没月亮，根本无法识别几公里之外的那个山口。何泽青回忆道：“好在我突然想起来，我在放无人机的地点定了个位，手机虽然没有通信信号，但是可以定位，我就把我们决定返回的那个点也定了个位，这样两个位置的经纬度我就有了。”
“决定放弃寻找往回返的时候，心里有一种挫败感，加上体力的极度消耗，水分的流失，长时间没有进食，我们每走一步都极其艰难。”但如果原地停下等待救援势必意味着更大的风险，小分队只能咬紧牙关，在一片黑暗中，向着沙漠边缘摸索。
“我们没有带手电，3个人3部手机轮流着开机，借助手机来照亮。等这一部没电了，再打开另外一部，接续着用,同时还要避免再滑到沙坑里，饥寒交迫，疲惫至极，滑到坑里再往上爬就更难了。不过再小心也没办法完全避免，还是滑下去两次。”何泽青苦笑着说。
跌跌撞撞、踉踉跄跄地走了将近3个小时，半夜时分，小分队忽然发现，大约1公里远的地方，有两个小小的亮点在晃动。
“我以为那是狼的眼睛，特别害怕。除了轻微的沙沙雨声，周围没有其他声音了，我们几个一动也不敢动，更不敢出声，四周都是沙丘，可以挡住我们。我们胆战心惊、屏声静气，仿佛可以听到每个人的心跳声。”谢天谢地，3人小分队等来的不是狼。“离我们大概几百米的时候，我听到说话声，才确认这肯定是我们同事，此时不可能再有第三拨队伍了。”何老师说。
雨夜沙漠中，之前的恐惧瞬间变成巨大的惊喜。尤其是得知7名同事找到了吊舱，带回了试验设备和数据，3人小分队兴奋的心情难以言表。
与队友汇合的惊喜稍稍平静之后，3人小分队马上又面临着一个最迫切的问题。“我们连说话的力气都没有了，嗓子渴得冒烟。所以第一句话就问还有没有水。只有一个矿泉水瓶里还有不到一厘米高的水。我们轮流，每人喝一滴水润一下喉咙。与其说喝的是水，不如说是一种振奋的力量。”
凌晨两点，回收团队终于安全回到沙漠边缘。所有的人都长长地出了一口气。“我一口气喝了3瓶水，1500毫升，仍然渴，还想喝。”喝完了水，他们就钻进车里进入了梦乡。那一觉，大伙儿睡得很沉，也很甜。几小时之后，旭日东升，朝霞满天，茫茫沙漠中金光闪耀，仿佛天地也被科技工作者的拼搏探索精神深深打动。
回收队的努力没有白费。空间中心的科学团队在获取了飞行实验的宝贵数据后，陆续有了重大的科学发现。这些年，在“鸿鹄专项”的支持下，空间中心的科研人员开展了多次临近空间综合环境探测的实验，在宇宙线辐射与闪电次数的关系、临近空间大气重力波现象、临近空间大气风场和温度与太阳活动的相关性及其内在机制、青藏高原大气电导率特性、大气氮氧化物特性、大气电场特性等方面推进了科学认知。
中科院空天信息创新研究院研制的重载型高空气球，已经搭载众多科研单位的仪器设备，在临近空间开展了几十项重大科学实验，涉及大气物理、生命科学、空间科学、飞行器试验验证等各个领域，成绩斐然。相信随着我国科技事业日新月异的进步，中科院空天信息创新研究院的高空气球团队一定会研发出更多型号的高空气球，在更多领域发挥更大作用。
（作者为中国科学院空天信息创新研究院高级工程师）
本文刊载于《金融博览》2023年第10期
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