地球临近空间探测存在“空间”

■本报记者甘晓

地球上一切事物的微观视角是看遥远的深空，人类在理解地球和宇宙的道路上走得越来越远。然而，仰望天空，距地面仅20至100公里的空域是一个尚未被科学家充分认识的空间——“近空间”。

在不久前召开的第610届象山科学大会上，中国科学家聚焦周边空间重大科学问题，为加强周边空间探索、服务国家重大战略提供科学支持。

许多科学问题有待解决

邻近空间的空气稀薄，有特殊的环境，如臭氧、紫外线、辐射和其他特殊现象，如重力波、行星波和大气放电。

会议执行主席、中国科学院光电研究所副所长蔡荣表示，从科学认知的角度来看，邻近空间的低层和中低层密集大气之间存在着密切的耦合关系，而高层大气则是由穿过电离层的太阳活动驱动的，这反过来又会影响低层电离层的形状。"这对全面认识地球大气具有重要的学术研究价值."他强调。

自上世纪中叶以来，美国、欧洲等地的大气科学研究人员通过发射卫星对邻近空间的成分、密度、电磁和辐射等关键参数进行了研究。近年来，国内研究人员利用气球携带的探空仪，在地球的“世界屋脊”青藏高原上观测到了从地面到25公里高度的臭氧、水蒸气和气溶胶的垂直分布。

对此，会议执行主席、航天工程大学校长周志新院士表示:“目前，与其他周边圈相比，我们对该空间的环境和力学特性了解不够，还有许多科学问题有待解决。”

例如，在大气科学领域，探索邻近空间中涉及的不同大气层及其耦合过程被认为是一个重要的科学前沿。在生命科学领域，相邻空间生命形式的存在、分布和变化可以更新人们对生物圈、生理生化机制等问题的认识。

高空科学气球将成为“利器”

飞行器的研发是进行近地空间探索的突破口。会议执行主席、中国科学院院士顾一栋指出:“科学气球是一种重要的手段，也是唯一成熟的漂浮临近空间飞行器。”

目前，美国航天局、CNES和JAXA正在利用高空科学气球平台在邻近空间开展科学探索活动。例如，2016年，美国ULDB在南半球完成了46天的中纬度飞行，并取得了大量成果。

在中国，中国科学院自1977年以来一直在开发高空科学气球平台和气球科学探索，并获得了大量宝贵的科学数据。顾义东表示，近年来，中国科学院临近空间试点项目部署的三个重要研究项目，即青藏高原平流层-对流层交换探测、临近空间与电离层耦合探测、临近空间对太阳风暴的响应探测，都使用科学气球作为主要探测工具。

与会专家预计，未来中国的高空科学气球将在已建成的40万立方米的基础上，发展到60万、80万、100万立方米的大型高空科学气球和中小型超压气球，并建成先进、适用、完整的系统，如新的气球分配和支持设备、移动和固定TT&C数据传输地面站和终端。

高速飞机的未来展望

根据飞行速度的分类，除了以高空科学气球为代表的低速飞行器外，临近空间的高速飞行器的未来也值得期待，并日益成为世界大国关注和竞争的焦点。

临近空间超音速飞机依靠临近空间独特的空间位置，具有飞行距离长、飞行时间长、飞行速度高等特点。在军事领域，通过安装侦察载荷和武器载荷，可以形成新型武器装备，而在民用领域，可以形成远程、高速、大规模的运输平台周志新说，“这使得临近空间的高速飞行器有着广阔的应用前景。”

据报道，世界各国都致力于解决空间技术和飞行验证方面的关键问题，大规模开发和利用将需要一段时间。

与会科学家一致认为，要在临近空间抢占战略高技术制高点，就必须整合和创新航空、航天和新材料等先进技术。专家建议，应加强基础和共性关键技术的研发，以尽早在解决“瓶颈”问题上取得突破。

中国科学新闻(2017-12-19，第4版)