人类能像东方神仙那样优雅地飞行吗？——平流层飞艇能否再次回归
2022-04-01 18:20阅读：
文/陈思进
在之前的几篇文章中，介绍了几种未来旅行工具，从飞行汽车，到时速高达4000
公里的Hyperloop（超级高铁），再从维珍银河的亚轨道旅行，到马斯克的星际飞船，甚至到可能从科幻变成现实的太空电梯……
现在，再向大家介绍另一个可能的未来交通工具——平流层飞艇，一旦成为现实，那我们好似东方的神仙一样了。在此，就先从兴登堡号飞艇说起。
1900年7月2日，由德国的斐迪南·冯·齐柏林伯爵设计并制造的第一艘硬式飞艇进行首次飞行。选自《Die
Eroberung Der Luft》一书的插画。 （视觉中国供图）
人类历史上曾经有那么一段时间，看起来似乎飞艇将和飞机一起，在飞行界占有重要的一席之地。可惜啊，一场壮观的意外让人类走上了飞机这条路。这就是兴登堡号飞艇（LZ
129
Hindenburg），一艘德国的大型载客硬式飞艇和兴登堡级飞艇的主导舰船，该系列是历史上最长的飞行器，也是体积最大的飞艇型号，由齐柏林公司在腓特烈港的博登湖设计并建造，1936年3月被德意志齐柏林飞艇运输公司投入运营。
然而，不幸的是1937年5月6日，兴登堡号飞艇在第二个飞行季中的第一次跨大西洋飞行时，在新泽西州曼彻斯特镇莱克湖海
军航空总站上空尝试降落时，爆炸烧毁。
后来，随着油价上涨和环保意识的抬头，速度慢和节省能源的飞艇，似乎又有了回归的可能。由
Lockheed Martin （洛克希德马丁公司）和美国陆军合力开发的“高空长耐久力示范机（High Altitude Long
Endurance-Demonstrator，HALE-D）”——一架无人驾驶的大型遥控飞艇，2011年，从俄亥俄州的 Akron
起飞进行首航。首航一开始还算顺利，达到约 9.75
公里的高空。但是随后碰到的技术问题，使它不得不迫降在宾州的森林中。
尽管HALE-D遭遇了技术困难，Lockheed Martin
仍然表示对成果感到满意（不然怎么继续索要经费），认为 HALE-D
成功示范了现代化的通讯链、动力系统、太阳能发电、以及远端遥控等技术。未来，HALE-D
的后代们将肩负临时讯号中转站的职责，在敌境上空长时间徘徊，让军队在复杂的地形中依然能保持联络。洛马正在努力从树林中回收原型机，若干年后那里是否又会出现幽浮的传闻呢？
自从HALE-D飞艇那次试飞失败之后，媒体一直没有公开美国方面进行平流层飞艇研究进展的报道，业内人士一度认为，美国方面可能已经放弃了平流层飞艇的技术路线。
谈到这儿，先顺便回应一条曾刷屏的科普问题：看了那么多中外神话影视剧，为何东方的神仙都是竖着飞的；而欧美的神仙却都是横着飞的？
这就要从对流层和平流层谈起。
对流层（Troposphere）：地球大气层中最靠近地面的一层，从地面向上大约1万米高度以下，是地球大气层里密度最高的一层。它蕴含了整个大气层约75%的质量，特别是90%以上的水汽，是地球大气层中天气变化最复杂的一层，人类在航空中遇到的几乎所有天气变化都出现在这一层。
由于主要被地面加热，大气越往高处温度越低。这里受太阳光照射，在不同区域有气温变化，从而造成垂直方向和水平方向的风，即空气对流，所以叫对流层。
平流层（Stratosphere，旧称“同温层”）：位于对流层的上方和中间层的下方，从大约1万米到几万米的高度区。平流层的温度上热下冷，随着高度的增加，平流层的气温在起初大致不变，然后迅速上升。在平流层里大气主要以水平方向流动，垂直方向上的运动较弱，因此气流平稳，几乎没有上下对流。飞机主要在平流层飞行。
有很多空气成分如臭氧，可以吸收太阳光当中波长较短的部分，如紫外线等，所以这里高度越升高，温度也越高。由于这里的气流非常稳定，因此被称为“平流层”。
那为何东西方的神仙飞行方式不同呢？
看来，西方的神仙大部分飞行时间（特别是起飞和降落）都在对流层，趴着水平飞行、如超人伸出拳头可以减轻空气阻力，更能抵抗气流颠簸，就像超低空飞行的那些飞机一样；而东方的神仙则在平流层居住和工作的可能性极大，由于平流层的空气主要呈平稳的水平运动，垂直运动非常微弱，水平飞行不易颠簸，所以，东方的神仙可以优雅地站住飞行。
为何要科普平流层呢，因为前面提及，业内人士一度认为美国方面可能已经放弃了平流层飞艇的技术路线，
因为，平流层上的 -65的高空压力和热条件，风速超过
40公里/小时，重力波和太阳辐射在20公里以上。这些条件非常恶劣，不适合长时间飞行，更不适合大型商业的运营。然而，在过去的十年里，太阳能、电池和人工智能技术的发展使其设计成为可能，平流层飞行器，也称为高空平台站、高空伪卫星或高空平台，也能够在生产和规模上安全运行，因此开始受到越来越多的关注。特别是近年，美国一家民营公司Sceye却毫无征兆地放出了平流层飞艇制造方面的消息，选择了新墨西哥州作为其美国平流层飞行基地，用于地球观测和通信。
由Sceye公司开发的，可在近2万米的高空长时间停留约65天的平流层飞艇HAPS （High
Altitude Platform
Stations的简称），可用于监测作物状况、气候变化和人员运输。该飞艇还可以改善无人机、飞机、卫星之间的通信链接，并扩展宽带。
美国sceye公司的HAPS平流层飞艇采用了大量先进技术，并在国际上、特别值得一提的是在中囯专利局都申请了诸多专利，其中主要是在平流层飞艇的囊体材料、储能电池和总体结构设计等方面，如最引人注目的核心关键技术是平流层飞艇总体设计方面独创的束带式艇体结构。
Sceye公司开发了最先进的超轻高强囊体材料，与其它飞艇使用的材料相比，通过采用耐候层的先进层压技术实现了重量的极大减轻，气密性提高1500倍，同时具有抗紫外线和臭氧功能。
飞艇由地面上的操作人员控制，他们根据天气和地球大气层的变化而操纵飞艇运行。
最后提一下，软银公司控股的HAPS Mobile与
AeroVironment和波音公司合作，正在开发约80米固定翼飞行器；
空客公司使用固定翼飞行器就完成了为期26天的平流层飞行；
而last but not
least，泰勒斯和Sceye正在开发高空飞艇，期望不久的将来，人类就能和东方的神仙一样地出行了……
2022年03月20日写于多伦多安大略湖畔
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