如何像不可欺的少年那样把气球放到太空并拍照

        “不可欺的少年们”放了一个气球到太高，你可能会说，这有什么难的？不就是放飞一个氢气球，挂上一个摄像机在高空拍摄嘛？

        实际上并非像你想得这么简单。为了将探空气球携带的设备舱收回（高清摄像机的视频需要收回才能取出），整个过程和发射一颗返回式卫星差不多。下面是果壳网在今年3月做的一个发射气球的实验，看看需要涉及哪些科学。

        气球，我们实验使用的是气象探空气球，这是一种使用天然乳胶为主要原料,再配合适量配合剂加工而成。和普通的橡胶气球相比，除了体积大以外，最大的特点是膨胀率更高。例如我们使用气球，地面释放时的水平直径大约1.5米，垂直高度约2米，在高空中的爆破直径达到8-9米。越高的高空，大气压力越小，气球就会越膨胀，如果气球膨胀率低，爆炸的高度就会偏低，达不到“太空”的效果。

        气球内的气体，与少年们一样，果壳网使用的是高纯度工业氦气。氦气是一种惰性气体，虽然它不是最轻的气体（密度0.1786g/L，0°C、1atm），与空气的比重是 0.14，1立方米净升力约1.115千克，氦气比氢气安全多了。不过氦气的缺点就是一个字：贵！

        

        载荷舱内的摄像机，果壳网使用了多个镜头，其中一个是大名鼎鼎的Gopro Hero 3+运动摄像机。2012年奥地利人菲利克斯·鲍姆·加特纳从39公里高空跳下，头顶就携带着一台Gopro摄像机。Gopro摄像机有密封性能很好的防水壳套件，另外，我们在防水壳中还使用了吸潮片，防止在上升穿越对流层过程中镜头前结雾。

                

        跟踪定位设备是保证放飞气球能够回收的关键。果壳尝试了多种方案对气球路径进行跟踪。

        首先是无线电定位。果壳使用了一种叫做APRS的无线电定位系统。APRS（Automatic Position Reporting System）是一种自动位置报告系统，通过GPS或其他方式获得当前坐标，然后调制成音频编码，使用144.64MHz的业余无线电频率进行广播发射。接收设备再通过解调，将音频编码中的坐标信息还原，就可以得到跟踪设备的位置和轨迹。

        除此以外，果壳还借鉴了国内外气球项目的经验，使用了“GPS跟踪器”这种成熟的产品。GPS跟踪器的原理是利用GSM手机通信网络，将跟踪器中的GPS坐标通过短信的形式发回到指定手机。这种设备已经商品化了，比较可靠，但是要祈祷中国移动、中国联通、中国电信的网络覆盖啦！

        气球飞行轨迹预测也是这次试验重要的部分。国外有几所大学已经建立的完善的气象气球轨迹预测模型，比如剑桥大学的这个探空气球降落预测系统：http://predict.habhub.org/，它会根据当时世界各地的气象资料，估算出气球飞行的轨迹，包括爆炸时间，降落地点等，只要输入气球参数、载荷重量和降落伞下降速率等参数就以了。

        最方便的是，它可以生成.kml文件，在Google Earth软件中打开！

        

        放一个气球，带一个摄像机，等气球爆炸，降落伞带着设备舱落地，然后找到……整个过程就这么简单。就像前面说的，这个看似简单的过程，和发射一颗返回式卫星差不多，其中涉及放飞地点的选择、放飞日期气象条件的预判、轨迹预测、气球跟踪、地面回收路线甚至车辆越野穿越路线的规划，再加上放飞时多角度拍摄、载荷舱多镜头的摆放等等许许多多环节。

        

        

        

        最后，郑重提示：根据《中华人民共和国飞行基本规则》第二十七条：升放无人驾驶航空自由气球或者可能影响飞行安全的系留气球，须经有关飞行管制部门批准。具体管理办法由国务院、中央军事委员会空中交通管制委员会会同国务院民用航空主管部门、中国人民解放军空军拟定，报国务院、中央军事委员会批准实施。        

        具体的气球放飞规定，可以参看《通用航空飞行管制条例》第五章：升放和系留气球的规定。