遨游太空的超壓氣球

小珂

不久前，由美國宇航局和加拿大航天局，以及多所知名大學合作建造的新型天文望遠鏡——SuperBIT成功誕生，它將獲得比哈勃太空望遠鏡更高分辨率的圖像。

多年前，美國宇航局的天文學家們發現，哈勃望遠鏡在持續數十年高效觀測太空的過程中，已日漸顯露出它的局限性。比如觀測范圍有限、分辨率低，以及無法揭示更多的細節等，天文學家需要用更新的太空望遠鏡來觀測太空。

這時，多倫多大學的天文學博士穆罕默德通過翻查曾經的研究數據和資料發現，為了克服光線穿過地球上旋轉、湍流的大氣層而使人類對宇宙的看法變得模糊的問題，地面上的天文臺都會建在海拔高的地點。然而，只要有大氣層的存在，就始終無法避免觀測模糊的問題，只有將望遠鏡放置在太空中，才能完全擺脫大氣層的影響。而將太空望遠鏡攜帶至太空中的實驗，也有不少天文學家嘗試過，通常是以氦氣氣球為載體，可這些實驗都因氣球在空中停留的時間太短而宣告失敗。

穆罕默德的研究陷入阻滯，于是他向天文學家史密斯請教。史密斯想到，如果能夠研發出一種在空中長時間停留的氣球，就能成功破解這一難題，這或許能讓人類的太空觀測技術邁上一個新臺階。

幾日后，史密斯組建了研究團隊，開始專注于這種新型氣球的研發。起初，史密斯團隊設計了一系列小型氣球地面實驗，測試承壓能力和充氣展開情況。在破壞實驗中，部分氣球在壓差較大時出現了非理想形狀，部分氣球又因內外壓差過大而發生了脹裂。

后來，史密斯團隊又進行了多輪實際尺寸氣球飛行的試驗，并嘗試使用超壓氣球進行科學任務，但還是出現了氣球難以完全展開和中途脹裂的情況。接著，史密斯團隊又進行了無數次的球面伸縮和球體耐壓試驗，才找到改善氣球延展性和韌性的方法。經過多年的不懈努力，這種功能性強的超壓氣球才通過了長時間太空飛行的測試，最終創出了長達數月的太空飛行戰績。

這種超壓氣球的外部呈扁球形，球體為全封閉式，它由許多獨立的輕質聚乙烯薄膜構成，每片膜片的邊沿都有加強筋結構來降低球膜應力。球體中的密封氣囊一方面可提供飛行時所需升力，一方面又能在晝夜溫度和氣壓變化時，始終保持氣球的內外正壓，使球體外形飽滿，又不易脹裂。因此，超壓氣球才能在維持零壓載重和升限能力時，不受溫度和壓差的影響。

當超壓氣球升到一定的高度時，球體被浮升氣體脹滿，繼續上升時球內壓力增高，浮升氣體密度加大，重力與浮力會達到一種平衡。每當白天太陽輻射增加，球內氣體溫度上升令球體膨脹時，在不排出氣體的情況下，所增加的壓力由球體結構承受。球內外的較大壓差能避免日落時球體內浮升氣體溫度下降而導致的浮力損失，從而達到穩定的飛行高度，并具備長航時飛行的能力。

超壓氣球的研發成功，讓世界上唯一能夠進行高分辨率多色光學和紫外觀測，且廉價環保的新型天文望遠鏡SuperBIT可以穩定飛行至太空，拍攝出成像媲美哈勃太空望遠鏡的高解析圖片之理想變為了現實，標志著人類觀測太空的技術成功邁向了新的里程碑。

由于超壓氣球具有穩定的飛行高度和飛行時長，在未來，它很有可能作為航天飛機和可擴展運載火箭的替代品。并且，隨著材料、結構等各項技術的發展，超壓氣球的飛行時間還會進一步延長，使用壽命或與衛星相當。