滑翔机冲击飞行世界纪录，翱翔、研究两不误

图片：Perlan2将冲击滑翔机飞行高度纪录15445米。图片来源：James Darcy/Airbus Group

前NASA测试飞行员埃纳·艾尼佛德森于1992年创立的Perlan滑翔机项目，一直致力利用无动力滑翔机冲击高空大气层的飞行高度。本月，新型Perlan2 滑翔机将在阿根廷（Argentina）上空进行首飞，除了要挑战前世界纪录15445米的飞行高度外，Perlan2 还肩负着重要的科研任务。

Perlan2 滑翔机的增压舱由碳纤维构成，专门设计用来挑战在空气密度只有海平面2%的27000米高空，飞行于太空边缘。它将于8月中旬进行一系列飞行，届时由于天气条件的缘故，飞行目标高度仅设定为15000米到18000米。即便如此，这个飞行高度也将突破滑翔机飞行高度纪录15445米（早期Perlan滑翔机创立的记录）。

山岳间冲浪

山岳波示意图。图片来源：http://www.perlanproject.org/

Perlan的命名来源于像珍珠母一样色彩斑斓的山间云（注：Perlan在冰岛语中意为“珍珠”）。滑翔机飞行就像海面上冲浪一样，不同的是滑翔机是在“气流波浪”中冲浪而不是在波浪表面冲浪。这里的“气流波浪”指的是平流层山岳波，滑翔机依靠山岳波冲浪最早始于1932年。这些高空平流层山岳波是强风吹过高山顶峰并与之相互作用所产生的朝向高空的强烈气流。

1992年，退休的NASA测试飞行员埃纳·艾尼佛德森创立了Perlan项目致力于发明能够随着山岳波冲浪到平流层高度的滑翔机。2006年，艾尼佛德森和美国探险家史蒂夫·福塞特(Steve Fossett)用改进的传统滑翔机—Perlan1滑翔机创造了破纪录的飞行高度，证明了利用山岳波送滑翔机上高空的概念是可行的。

不幸的是，2007年福赛特在一次飞机事故中离世使得Perlan项目一度搁浅。直到2014年7月，欧洲空中巴士（Airbus）航空航天公司成为Perlan主要的赞助商并提供了其研究专长，使得Perlan项目继续推进。去年（2015年）Perlan 2 在美国俄勒冈州（Oregon）进行了它的处女航；今年三月份在加利福尼亚内华达山脉（Sierra Nevada range in California）进行了首次山岳波冲浪。

Perlan2的下一次飞行设定于阿根廷安第斯山脉东南边缘加拉法提（El Calafate）上空。在南极的冬季，这里会产生急速的高空极地气旋从对流层掀起直达平流层，称为极地极夜急流。这些高空急流将掀起高速的“巨浪”气流，有助于安第斯山脉山岳波以及滑翔机飙升到平流层。

图片：地球大气层垂直分层。图片来源 http://www.theozonehole.com/atmosphere.htm

飞行“战斗机”，科研“学霸机”

对于Perlan的飞行员和工程师来说，Perlan项目以挑战滑翔机飞行高度世界纪录为乐，甚至将来会挑战太空边缘的高度（注：指地球大气层上空）。而对于Perlan项目的首席科学家伊丽莎白·奥斯汀（Elizabeth Austin）来说，兴奋点可远远不止这一个。此次Perlan2滑翔机将搭载多种科学设备，在挑战极限的同时进行高空气候、空间探索以及平流层的科学研究。相比之下，其他动力辅助飞机因引擎引入大气污染而不能很好地进行此类研究。

虽然探空气球（Scientific balloon）已经能够飞的更高，但是它们只能“跟风飞行”，飞行轨迹受到限制。而对于滑翔机来说，飞行员能够控制飞行轨迹甚至能够进行环绕飞行。

物理学家奥斯汀说： “滑翔机是一个不可多得的科研平台，能进行这些高空研究是多么不可思议啊！”

Perlan2滑翔机搭载的科学仪器将测量高空大气中的气雾及温室效应气体含量水平：如臭氧、甲烷和水蒸气等，并收集地球大气层中对流层和平流层的气流交换信息。奥斯汀称，鉴于先前研究对于平流层气流相互作用知之甚少并且对于平流层中水蒸气的含量和流体行为充满极大的不确定性，此次Perlan 2 还将进行平流层山岳波的流体研究，并探索山岳波与极地气象学相互影响的微观物理学，获得的珍贵数据将有助于改善现有气候模型。

位于马里兰州格林贝尔特（Greenbelt，Maryland）的NASA科学勘探局大气动力学专家龚杰（GongJie，音译）说：“Perlan2滑翔机是一项激动人心的项目。基于Perlan2的预定飞行路线来看，Perlan2滑翔机将有可能首次直接观察到极地平流云层，这是极地平流层中所形成的用于消耗臭氧的一种独特的冰云。”

雄心勃勃

Perlan项目团队期望Perlan滑翔机在2017年能够突破27000米的飞行高度，并且最终会发明升级版的Perlan滑翔机用于冲击30000米的高空，这里的空气密度接近于火星表面的稀薄空气，或许这将有助于我们了解如何在火星上驾驶有翼飞行器。

目前阶段，Perlan工程师和科学家只是期待看到Perlan2滑翔机成功冲向安第斯山脉的平流层高空并采集研究数据。

奥斯汀说：“目前，关于飞机上研究都是实验性的。这是一项非常艰巨的任务，单单保证安全性就属不易。”

一旦Perlan项目全部完成，奥斯汀希望能够获得投资将滑翔机用作长期科学研究平台，研究平流层在各个时间尺度如每小时、每季度甚至每十年是如何影响天气和气候的。

Perlan项目的总裁艾德·沃诺克（Ed Warnock）说：“将来可能用无人驾驶飞机装载更多的科研设备用于研究，但目前来说，有人驾驶飞机更可取、更简单，毕竟机器还远不能媲美人类飞行员在苛刻飞行条件下的驾驶能力。“

参考：Nature 536,134–135 (11August 2016) doi:10.1038/536134a

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