热气球飞越北极的百年挑战

来源:大科技·百科新说 ·2018年07月03日 01:00

李备

热气球不适合飞越极地

热气球观光是一件很浪漫的事,它的原理也很简单。根据阿基米德原理,空气加热后密度变小,在大气压力作用下,气球会产生向上的浮力,当浮力大于热气球自重时,就能飞起来。除热气球外,还有轻气球(氢气或氦气)和罗泽气球(氦气和空气混合)两类,它们的控制方法不太一样,但基本原理完全一样。

热气球没有机翼,也没有螺旋桨,它通过调节高度顺应不同气流而飞行。如果天气条件不稳定,最好不要飞行。我国《热气球飞行规则》明确规定,热气球自由飞行的风速最大不得超过8米/秒(28.8千米/时)。如果风速偏大,会把热气球吹离航道,甚至发生飞行事故。

地球上许多地方都可以乘坐热气球飞行,唯有两极地区最不合适。极地气候不稳定,恶劣天气时有发生。雾、雪、积冰、结霜,这些都会妨碍热气球乘员视线,严重时还会引起飞行器的机械故障。另外极昼时没有黑夜,一天24小时处在日光照射下,极易引起乘员生物钟紊乱,导致极度疲乏。

如果真要去探险,北极或许会比南极容易些,而且最好在白天,也就是每年5-10月北极极昼之时。

北极也不是那么容易去探险的。北极气温非常低,即便在一年最暖的8月份,平均气温也仅达到-8℃。而且极昼时在阳光24小时照射下,水气蒸发量大,云量也较多,散布的积云常发展成雷雨。雷雨对飞行(包括飞机和热气球)的危害很大。雷雨降水常常是暴雨,雷雨云又是低云,暴雨和低云严重影响能见度,影响热气球乘员和飞行员目视判断。而且一旦闪电击中飞行器,后果不堪设想。

百年之前:

人类第一次热气球北极探险

然而人类天生具有冒险精神,不论环境多么恶劣,总有人敢于第一个吃螃蟹,乘坐热气球北极探险。

19世纪90年代,瑞典工程师安德烈首先提出乘坐热气球去北极探险。经过筹划部署,这个计划还得到了炸药发明家诺贝尔和瑞典国王奥斯卡二世的支持。

与安德烈同行的还有两位科学家,一位是23岁的物理学家斯特林堡,另一位是27岁的工程师弗兰克尔。他们的热气球从法国巴黎订制,质量上乘。为保证北极的寒冷气候不影响热气球,他们特地造了一个五层楼大小的防护罩。

经过各方面精心准备,1897年7月11日,安德烈的小组从瑞典升空启航,飞往北极。根据天气情况,他们预计飞行30至60小时就能到达北极点。然而不幸的是,他们出发后,再也没有传回任何消息。

33年后,一队地质学家经过一个北极小岛,发现了几具人类遗骸和一处营地遗迹,还有一套日记本。经过科学化验,证实这几具遗骸就是安德烈他们三人,这让人非常意外和震惊!日记本被冰雪浸蚀得厉害,但经过科学家的特殊保护处理,依然使记录重见天日。

原来他们出发之后,气球很快从高空落下,采取紧急措施后,他们贴着冰层滑行了三天之久,但气球最终仍然坠毁了。失去了飞行工具,他们就完全丧失了继续前进的希望。而且坠毁之地距他们出发地有500千米,距目的地——北极点也有500千米。这很尴尬,让他们进退维谷。

面对冰冷的海水、破碎的浮冰和肆虐的寒风,他们不得不独自应付。把装备打包后,他们既没有狗来拉雪橇,也没有船能顺水漂流,只能自己拉着去寻找能活下去的地方。他们找准方向,在浮冰上艰难跋涉。但是,他们再次绝望了,因为通过计算,他们发现北冰洋的洋流托着浮冰,也托着他们,正漂向相反的方向。结果,他们离计划宿营的地方越来越远,气温越来越低,食物也越来越少,有人还患上了雪盲症。

日记的记载截止于1897年10月8日,安德烈最后记载着天气突然恶化,然后又发生了什么事情,谁也不知道了,直到他们的遗体被后人发现。

百年之后:

几乎完美的热气球北极探险

即使遇到如此大的挫折,后人探险之热情依然不减。大约100年后,英国探险家亚当斯再次开启了热气球北极探险。

亚当斯热衷于探险,他登上过地球七个大陆上所有的最高峰,分别到达过南北极的地理极点与南北磁极点。在探险的行家里手看来,乘热气球的最大挑战就是到达北极。在北极必须面临其他地方没有的生存问题,那里天气极不稳定,暴风雪随时会出现;随着经线在北极汇合,磁场力量越来越强,北极磁场强烈干扰导航,只有最先进的卫星导航才能有效地帮助探险家确定方向。

作为探险家,亚当斯把目标锁定在北极,既是挑战自己,也是向安德烈致敬,以完成他未竞之事业。2000年5月28日,亚当斯仍然从瑞典出发,乘坐24米高的热气球飞向了北极。他没有同伴,独自一人飞行了4天,共前行960千米。

除了睡觉,亚当斯近乎完美地战胜了在北极面临的所有挑战。飞行中,他时刻处在24小时不间断的阳光照射下,还必须不断检查航向、风向和热气球高度,每天睡觉时间从没超过3小时。进入北极腹地越来越深,亚当斯也几乎疲劳到极点。在靠近极点的前一天,极度疲劳几乎酿成大祸,他差一点从1200米高空坠落到北冰洋。

最终,由于身体极度透支和极地风暴爆发,亚当斯不得不在距离原定目标——北极点,仅有20千米的地方放弃前行,按原路返回了瑞典。

虽然最后功亏一篑,但亚当斯的北极探险仍然被认为是世界上独一无二的壮举,他本人以“世界上第一位乘热气球到达北极的人”为由,载入了吉尼斯世界纪录大全。

再过十年:

人类终于顺利飞越北极

在亚当斯探险之后10年,凭借先进的科技装备,人类终于乘热气球飞越了北极。这次是法国探险家艾蒂安。

艾蒂安是个多面手,既是科学家也是医生,同时对极限状态下人的心理也颇有研究。早在1986年,他耗时63天,依靠狗拉雪橇到达了北极点。2002年,他又耗时大约3个月,乘船横渡北冰洋,从海上到达了北极点。

2010年4月5日,艾蒂安从挪威出发,孤身一人乘坐热气球飞向了北极。他计划以大约7~10天时间飞越北极,在俄罗斯西伯利亚地区着陆。

艾蒂安的热气球高28米,宽16米,呈细长椭圆形,气球内使用了氦气和热空气的混合气体。飞行中,艾蒂安也遇到不少困难。起飞两天后,就在北极遭遇了暴风雪。为保证不被暴风雪吹离航向,他不得不降低高度贴着浮冰,在冰面上方仅100~300米处艰难飞行。而且,暴风雪也导致热气球上的太阳能板无法工作。电量不足,他不得不放慢速度,以平均10千米/小时的速度缓缓飞行。为保证航向正确,整个飞行期间,有一个16人的专业技术团队在地面为他提供持续的高精度导航服务。

与亚当斯飞行的时间不一样,艾蒂安是4月份开始这次探险的,这时北极处在极夜和极昼的交替时间,艾蒂安不必忍受阳光24小时照射,睡眠状态较好。同时作为医生和科学家,他还在路上“自娱自乐”。一方面,他利用自己预先准备的一系列高科技设备,测量航行路线上的二氧化碳、悬浮颗粒物含量和臭氧含量,并记录北极磁场变化。另一方面,他把注意力转移到飞行途中难得一见的风景上,而这些北极风光确实美丽奇特,吸引他保持长时间兴奋,抵抗疲劳。

最终,克服重重困难,历时5天1小时30分钟,飞行3130千米,艾蒂安飞到了俄罗斯西伯利亚东部苔原地带。时年64岁,艾蒂安实现了他的宏伟目标——穿越北极的“陆海空三部曲”。同时,他也成为人类史上乘坐热气球成功飞越北极的第一人。

就这样,历经113年的努力,人类终于乘坐热气球飞越了北极。这离不开前人不断探索积累下来的宝贵经验,更离不开科技进步,因为它为后人提供了可靠而先进的预测技术和导航技术,以及飞行设备和安全设备。

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