編者按
說起氣球，大家最早接觸到的一定是五顏六色、可以用嘴吹的橡膠氣球，也一定夢想過像《飛屋環遊記》那樣用氣球把自己帶上天。第一次接觸中科院的氣球飛行器研究中心，心想這地兒難道是做小氣球的？中科院不是搞科研的地方嗎？參與進來，才發現此氣球非彼氣球，動輒幾萬、幾十萬立方的高空科學氣球確實是各種高大上，這傢伙要是用嘴吹估計得全國人民一塊來吹了。
當然，高空氣球可不能靠嘴吹，除非你是個活的快速氦氣發生器，其一是因為空氣是不能產生升力的，目前的浮空器基本都採用氦氣；其二是因為每次發放使用的氦氣排得用卡車來拉，而且充氣操作往往要持續幾個小時之久。所以說，浮空器與咱小時候玩過的氣球還是有很大的差別的。但是等真正參與到飛行試驗中，發現原來這裡還是有一種和玩具氣球類似的東西，也就是今天要介紹的探空氣球了。
探空氣球
探空氣球，顧名思義就是用來探測天空的氣球，準確地說是探測從地面到幾十公裡高空的大氣空間參數。在進行大型浮空器尤其是高空浮空器的飛行前，僅根據氣象數據還無法很好地判斷發放窗口和規劃飛行路線，這就需要提前發放一系列探空氣球，利用其數據來進行分析和預測。說起探空氣球，研究氣象方面的人士一定不會陌生，全國各地那麼多氣象站幾乎每天都要發放探空氣球來獲取從地面到幾十公裡高空大氣垂直剖面的參數。
探空氣球在二十世紀二十年代就得到了實際應用，它們一直被沿用至今且沒有任何根本性的變化。探空氣球可以直接測量超過30千米高度的大氣壓力、溫度、溼度以及風速風向等高空氣象數據。它們價格低廉且發放簡單，對於各地氣象站的大量使用來說是非常合適的。
直到今天，探空氣球仍是高空氣象最主要的直接探測方式之一，原因包括低成本、易操作、升速慢。您沒聽錯，要平穩獲取大氣垂直剖面較密集的數據點，速度快了還真不行，尤其是對風層風場的直接測量，像探空火箭這種非浮空器還真做不來。因為成本低，為了更準確地獲取氣象數據，就可以任性地發放很多探空氣球，早上起來放一個，晚飯過後放一個，休閒娛樂放一個，全家團聚放一個。但實際上每一個探空氣球的發放時間點和發放數量都是根據計算要求嚴格執行的，畢竟氣球不是你想放，相放就能放。
發放探空氣球
探空氣球基本為橡膠氣球，其原料是天然橡膠乳膠，它比任何化學合成物質有著更優異的伸長特性，它在一個方向上的伸展可以超過500%。形成這種特質的原因在於，橡膠是異戊二烯分子縱向排列成鏈狀結構的聚合物，當橡膠分子不受外力作用時是一個具有大量彎曲的長鏈，所以當外力作用於橡膠時，分子鏈可拉伸範圍極大；外力撤銷後，橡膠便恢復到原來的狀態。當在橡膠中添加硫進行硫化處理時，加入的硫在相鄰的長鏈之間形成了交鍵，這提高了橡膠的彈性變形特性。橡膠氣球在地面充入浮升氣體後，逐漸呈現正球形，當氣球上升時，材料不斷拉伸，球體表面積不斷增大，當氣球到達其膨脹極限時就會爆炸，從而結束飛行過程。
爆炸的橡膠氣球（截圖來源：Google-Loon）
橡膠氣球的大小受到製造方法的限制，而且其有效載荷一般較小。橡膠氣球自身的質量一般在幾百克，探空儀的質量一般也在一千克以內，單人手持就可發放。根據充入的氣體量可以控制氣球的升速，同時也決定氣球探測的高度。因為充入的氣體越多，升速越快，但達到膨脹極限的高度也越低，在破裂之前探測的高度也低。所以實際使用時要根據對探測高度和升空速度（探測時效）的要求確定充氣量。
當然，這個方法僅限於特殊使用情況，氣象站在使用時都是有一套成熟的操作規範的，只要照著做就好了。至於發放方式，風小的時候怎麼都好說，把氣球升起來，一撒手就行了。至於風大的時候嘛，就看你小腦的運算速度和身體協調能力了。等氣球越升越高，又成了大家鍛鍊視力的好時候了，往往到最後變成一個小點的時候，眨一下眼就找不到了。
天上的氣球哪去了？一眨眼，不見了
探空儀內部安裝有大氣參數測量裝置和GPS定位裝置，同時配有供電能源，通過地面站天線對探空氣球進行追蹤並獲取回傳數據。大氣參數探測一般包括大氣溫、溼度和當地大氣壓，GPS定位裝置則用於獲取位置及位置變化，以便推算高度、升速、水平風速風向等等。氣球與探空儀之間一般都系有很長的拉繩，以防止探空儀隨氣球大幅度擺動，影響GPS數據。當然，有些情況下也可以將探空儀直接連接至球體底部，一切根據探測需求而定。
探空儀
探空氣球爆炸後自由下落，由於探空儀本身重量極輕且外部一般包裹有很厚的泡沫，因此會產生很大的阻力，加上氣球殘留碎片的阻力，整個系統的降落速度會相對比較慢，至少不會對地面人員造成威脅。儘管如此，探空氣球的發放還是應該儘量選在地廣人稀的地方進行，因為你可以想像一下小朋友撿到一個從天而降的小方盒子時的心情。氣球和探空儀一般不進行回收，因為成本實在是太低了。當然運氣好的時候，也可能會落到距離發放地點的不遠處，這樣你就可以在外出散步的時候碰巧把它撿回家了。
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