光明日报:空中“大白鲸”,科考新平台

在第二次青藏高原综合科学考察中,由中国科学院空天信息创新研究院研制的浮空艇创造了多项科考纪录,吸引了公众的视线——“极目一号”Ⅲ型浮空艇平台搭载众多科考仪器及设备,分别于5月15日4时40分、5月21日5时09分,升空高度两次超过世界最高峰珠穆朗玛峰,分别到达海拔9032米、海拔9050米,打破同类型浮空器的升空观测高度世界纪录,获得了珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程关键科学数据。
“极目一号”Ⅲ型浮空艇体积巨大,从外表看来形似“大白鲸”。如此大型的科学考验研究平台,科研人员是如何科学驯“鲸”的?浮空艇平台包含哪些先进技术?可以应用在哪些方面呢?

古老航空器 迎来新发展

在科研人员眼中,“浮空艇”有一个更为严谨专业的名字——系留气球。按照特性及大类区分,系留气球属于浮空器的一种。对公众而言,浮空器可能是一个既熟悉又陌生的词语——其实,内部充入氢气或氦气的气球就是一种浮空器,但科学上应用的浮空器却不是这么简单。
浮空器是指内部充入(含有)的气体比重低于空气的航空器,其升空原理是依靠轻于空气的气体浮力产生的静升力克服自身重力升空。总体上,浮空器可分为气球和飞艇两类。气球是指无动力装置的浮空器,可分为自由气球和系留气球。自由气球随风飞翔,系留气球利用缆绳系留固定在地面锚泊设施上。飞艇是自带动力装置,可进行操纵飞行的浮空器,按浮空高度可分为中低空飞艇和平流层飞艇。在青藏高原创造观测高度世界纪录的“极目一号”Ⅲ型浮空艇平台属于一种大型的系留气球平台系统。
浮空器是一种古老的航空器,是人类想要翱翔天空、征服蓝天最早使用的航空器。气球、飞艇出现的时间比飞机要早很多,随着飞机技术的不断发展,浮空器因为技术因素和时代因素等种种原因,一度逐渐消失在了大众的视野里。
但浮空器具有大载重、驻空时间长、易于布置、控制和操作成本低等明显优势,是其他航空器所不具备或不可比拟的。因此,部分科学家一直在潜心研究、积累技术,等待它的再次蝶变。
随着时代进步,浮空器相关领域的各项科学技术蓬勃发展,赋予了浮空器新的活力,对浮空器的研究又进入了新时代发展的“快车道”。可以说,此次“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造系留浮空器的升空观测高度世界纪录,是浮空器事业发展的又一里程碑。

新型浮空艇上的硬核科技

“极目一号”Ⅲ型浮空艇给人的第一印象就是大。如此大的系统,要如何保证它的正常运转?背后蕴藏着哪些先进技术和智慧结晶?海拔9000米高度处于对流层上部,高风速、低温、低气压、复杂电磁场的极端环境条件,对浮空艇全系统的升空科学观测提出了巨大的挑战,科研人员如何一一克服?
解决这些问题,科学家和工程师们有高招。

将“极目一号”Ⅲ型浮空艇(系留气球)系统按功能区分,可以分为球体分系统、测控分系统、供配电分系统、地面锚泊分系统以及载荷分系统。五个分系统紧密协作,共同保障浮空艇的升空科考观测的正常运行。
球体分系统,就是我们说的“大白鲸”。浮空艇形似“大白鲸”,“大”是指此次浮空艇的巨大尺寸——55米长,体积为9060立方米。这么巨大的体型是经过精密计算得出的优化尺寸,为了将既定的多种大质量载荷从地面携带至海拔9000米的对流层上部。
“白”是指浮空艇整体外形呈现白色。白色可以反射光线、减少紫外线的吸收,使浮空艇内部气体升温不会过快。此外,浮空艇的囊体材料隐藏着众多“黑科技”,它是一种由我国自主研发的轻质低密度低渗高强抗辐射复合织物材料,复合织物材料可以对整个浮空艇进行有效保护与支撑,阻挡外部雨雪风沙的同时,也可减少内部气体泄漏,极大地增加了浮空艇的使用寿命与复用次数。
“鲸”是指浮空艇的外形。设计人员参考鲸鱼生物外形采用了仿生学设计,整体呈流线型,这样做的目的是寻求一个小风阻和高稳定性二者平衡的气动外形,在浮空艇升空过程中减小空气阻力的扰动与影响。此外,和鲸鱼用肺呼吸相似,浮空艇内部由两个气囊组成,分别填充氦气与空气,氦气囊负责提供升力,而空气囊则起着“肺”的作用,在浮空艇的升降过程中保持浮空艇的外形与压力平衡。在浮空艇升空过程时,环境压力和温度都在不断降低,需要通过风机阀门等元器件调节空气囊,进行频繁的排气,浮空艇的降落则是此过程的逆过程,会对空气囊进行频繁的打气,升降过程恰似肺在不停呼出与吸入的过程。
测控分系统,是“大白鲸”的“千里眼”“顺风耳”。获取浮空艇的实时状态与信息,控制整个浮空艇系统完成科学观测,需要用到相关的测控设备,以实时获取不同高度剖面的风速、气温、湿度等环境信息,获取浮空艇的升空高度、升速、压力、俯仰角、系缆拉力等关键信息,让研究人员可以实时判断浮空艇的正常状态,辅助地面指挥决策。
供配电分系统,是“大白鲸”的“定海神针”。浮空艇上载有能源舱,里面包含了可耐低温低气压的高压锂电池组、能源管理器及配电器等设备,负责为整个浮空艇系统提供能源支持,同时满足不同设备、仪器、传感器的不同功率/电压要求,可实现升空观测锂电池组供电、地面锚泊时地面高压供电的双模式供电无缝切换,能源供给也如同定海神针一般,持续支持着整个浮空艇系统的运转。

地面锚泊分系统,是“大白鲸”的“五指山”。地面锚泊分系统主要由特种锚泊车及特种系缆组成。锚泊车通过鼻塔及两个侧臂对浮空艇完成三点约束,使浮空艇可以在地面停泊。特种系缆一侧连接艇体主承力结构件,缆的另一侧连接至地面特种锚泊车辆容缆滚筒,特种系缆除了承力作用,内部还布置有细电缆,用于将浮空艇升空过程中静电接地释放,保卫系统安全。此外,还可根据需要,在系缆中布置光纤,通过光纤传输实时通信数据。对地面锚泊车进行操作,完成系缆的收放,即可实现浮空艇的升空及下降过程。浮空艇在地面锚泊时,浮空艇及锚泊车辆上的平台可以随风向变化而转动,使浮空艇的艇首及锚泊车鼻塔总是处于迎风的小风阻状态。
载荷分系统,是“大白鲸”上的“多面手”。浮空艇平台系统本身对载荷并无限制,可以搭载各种类型的载荷设备。在本次珠峰科考中,浮空艇搭载水汽稳定同位素分析仪、黑碳、甲烷、臭氧等多种分析仪器与设备,获取了第一手珠峰地区大气水汽传输和温室气体垂直变化过程关键科学数据。

浮空艇“家族”能满足科学观测的不同需求

不仅在珠峰,浮空艇家族活跃在很多科研项目中:由中国科学院空天信息创新研究院(以下简称“空天院”)浮空器团队研发的系留气球(浮空艇)曾在可可西里西区观测藏羚羊等野生动物活动;曾在内蒙古地区开展草畜资源状态监测,为草畜平衡模型构建,创建生态草牧业科技体系提供平台支持;曾在东海海域开展“智慧海洋”应急通信试验网络项目船载系统的综合集成演示验证等,都取得了良好的效果。

浮空艇作为理想的科学观测平台,拥有众多优点和广阔的应用潜力。空天院浮空器团队深耕系留气球(浮空艇)领域数十年,发展至今,形成了从小到大全规格、系列化、矩阵式的系留气球产品。

首先,系留气球根据实际需要,升空高度可从几十米到数公里,覆盖范围非常广泛,且在升降过程中,可以实时采集获取不同高度剖面的数据。

其次,可携带较大总质量载荷(从几十千克至吨级载荷),在目标高度实现长时间驻留(在气象及空域允许的情况下,可实现以天乃至月计的驻留观测),抗风能力强,对雨雪天气敏感度小,对载荷限制极小,是绝佳的大载重长驻空的观测科考及应用平台。

再次,系留气球可以实现原位测量,无污染,一次充气后可实现循环复用,效费比(效果和费用的比值)高,地面配套及控制需要人数少,具有绿色、经济、可复用、易于维护操作的优点,是绿色经济的无人长时驻空平台。

应该说,系留气球是一个基础的平台服务,它能发挥多大的作用,更取决于载荷的功能应用和平台-载荷的配合能力,空天院自研的系留气球平台,搭载不同载荷,已成功应用在了科学观测、应急通信、草原生态与畜牧平衡观测、海洋中继通信、对地观测及低空防务等典型场景中。

如今,空天院团队研制的系留气球平台,从在通用性设计上对应用地理区域进行针对性优化,已在城市、平原、高原、草原、沙漠、海洋、岛礁等多种典型地理区域开展过科学试验与示范应用,取得了突出的试验成果与亮眼的科考成绩在对地观测、气象探测、灾害监测、防务监视、应急通信、中继通信、雷达探测、城市及乡村观测、科学考察等广阔的应用领域,系留气球平台已初露峥嵘,未来可期。

以上内容转载自《光明日报》( 2022年06月23日 16版)。作者何泽青、乔涛、陈其。

“一价全包”还是“按需付费” 差异化服务让旅客自主选择

暑期将近,很多人又开始跃跃欲试,想要找机会出门旅游。各航空公司也根据旅客出行特点调整了航线计划。九元航空于6月10日开通了首条以差异化服务为特色、广州往返吐鲁番的定期正班航线,单程票价不过千元。低廉的票价引起了记者的好奇,登录网址查询后却发现,一周内的机票都被抢购一空了。

如果能够淘到便宜的机票,但要额外交纳一定费用才能选择心仪的座位、获得想吃的餐食,你愿意花这笔钱吗?

区别于传统机票的“无论是否需要,均包含行李托运、餐食等服务”,低成本航空将飞行中可能增加旅客支出的服务变为自主选项,旅客可以结合个人喜好与出行需要定制“菜单”。如今,越来越多的旅客愿意选择这种出行方式。

完善的航线网络
为旅客提供便捷出行服务

完善的航线网络是旅客选择低成本航空公司的前提。

机队规模最大的低成本航空公司——春秋航空——目前有近80条国内航线,今年夏秋航季还增开了不少东北地区航线。机票产品是春秋航空的一大特色,“廉价机票+短途高铁”的组合模式加上高铁票经常限时免费,吸引了不少旅客选择乘坐。在网站上也常看到“空巴联运”和中转联程航班,如果利用好这些组合模式,又能省下一笔钱。

九元航空计划在今年暑运期间陆续开通至新疆阿勒泰、伊宁、石河子等地的航线,并加密至乌鲁木齐航线航班,进一步完善其在疆内的航线网络布局,助力提升内地前往新疆旅游观光线路的灵活便捷性,为旅客大幅减少中转时间,有效促进内地与新疆在旅游、经济、文化等领域的交流互动。九元航空充分发挥低成本航空的优势及特点,打造以广州为中心的5小时飞行圈;累计开通210余条国际和国内优质航线,为京津冀、长三角、珠三角三大城市群与亚洲经济中心城市之间往来的旅客提供差异化、高性价比的创新型航空商旅出行服务产品。同时,为进一步提升广大旅客的乘机出行体验,九元航空与其主运营基地——广州白云国际机场——紧密合作,通过自建系统,打破与主运营基地之间的信息连通壁垒,实现信息互通共享,提供经广州白云国际机场通达全国各主要城市的超440条中转组合航线服务。自此,旅客搭乘九元航空航班,经广州中转即可享受如行李免提、免二次安检、无感中转、中转住宿特惠、头等舱休息室特惠等多项高效、便捷的航空出行中转服务。

除此之外,各航企也根据旅客出行需求和特点,对新航季航线网络布局进行进一步优化调整。比如天津航空新增52条航线,共运营航线170余条,国内通航城市达85座,推出了“天航通程”中转产品,通过天津、西安、乌鲁木齐、呼和浩特、郑州、重庆六大国内中转枢纽城市以及1844条辐射全国的航线,为旅客提供更丰富、便捷的出行选择;首都航空则发力浙江市场,把吴越文化传播到祖国各地。

低廉的机票价格
让“说走就走”成为可能

票价实惠无疑是旅客选择低成本航空公司的重要因素之一。

通常来说,旅客在购买全服务航空公司机票时,票价已经囊括了行李托运、机上餐食等费用,即为“一价全包”型机票。而低成本航空公司只销售“裸机票”,并将选座、机上餐食、行李托运等项目作为增值服务单独销售,旅客可以“按需付费”。

“好比我去餐厅吃饭,以前只能吃固定的套餐,现在我可以根据自己的需要点菜了。这对我们年轻人来说当然是好事,丰俭由人”。经常旅行的小黄更青睐购买低成本航空公司的机票,他也是九元航空新开吐鲁番航线“吃头啖汤”的旅客。

九元航空相关负责人表示,在疫情多点散发的情况下,低成本航空的“裸价”模式及低碳绿色优势日益显现,准点率及客座率高成为九元航空的“双翼”。对旅客来说,实惠、透明的价格和没有“套路”的常旅客福利成为九元航空吸引旅客的法宝。

为更好地满足旅客对精细化服务的需求,九元航空还推出了高端经济舱。该舱位服务与传统航空公司的公务舱类似,但在价格上优势明显。比如广州—吐鲁番的高端经济舱机票最低仅需1249元(不含税),在让旅客享受到良好服务的同时,其价格不到传统航空公司超级经济舱票价的四成。

低成本航空公司不定期推出的“骨折”机票也吸引了很多旅客抢购。6月12日~18日,春秋航空推出了61800个红包盲盒,盲盒中分别有1元、2元、3元、6元、8元、68元以及“超级锦鲤”618元等7种不同面额的无门槛机票立减券。此外,春秋航空发放了14000份好友助力大额券。从16日零时开始,在春秋航空App和小程序全网首发,所有参与促销的机票价格都降至促销价99元起,叠加之前领到的无门槛机票立减券,旅客能够最大程度以优惠价格买到心仪的机票。此次参与促销的机票覆盖全国热门城市如上海、石家庄、广州、深圳、沈阳、宁波、兰州、南昌、成都、大连等始发的百余条航线,最迟可预订的航班日期为2022年10月29日。差异化的机上服务

低成本不代表无服务

低成本航空公司就没有服务了吗?事实上,低成本航空仍然致力于为旅客提供优质、丰富的服务。

如果你近期乘坐过天津航空航班,会发现航班上不时开展“党建上蓝天”活动,营造了机上红色文化氛围;根据不同城市风貌推出地域特色沟通卡,为旅客提供别出心裁的空中旅程,架起与旅客沟通的桥梁;根据目的地历史、地域、人文等特色元素,在8个主运营基地推出个性化广播,打造特色客舱文化。

同时,天津航空全面优化升级线上产品,推出“一步到位”选座预值机、“一人多座”、人工登机口升舱、家庭值机等线上产品,积极开发App功能,推出疫情防控政策提醒、微信小程序消息订阅功能,全力保障旅客权益,提升旅客出行体验。针对疫情防控期间旅客最担心的航班取消后机票退改签问题,天津航空出台了免费退改签政策,延长“随心飞”“心享飞”套票产品兑换有效期,全力保障旅客权益,获百余名“随心飞”用户联名表扬。

西部航空还专门进行了一次低成本航空差异化服务调研,其收集到的10多万份调查问卷显示,绝大部分旅客认为自己不需要或者只需要部分飞行服务。在推行差异化服务后,西部航空推出的“裸票”价格最低只有一八折。该公司对机上服务也进行了拆分细化,比如增加了宠物运输、多类机上餐食、姓名变更、优选座位、贵宾厅等特色服务。旅客可以根据出行安排和个人喜好进行自主选择,比如优先登机在网站上的售卖价格为22元/份;选座第1~第3排加40元,第4~第10排加20元,第14~第24排加10元。

灵活的行李额度
旅客按需定制“菜单”

没有免费行李托运,旅客按需购买行李额度,也是低成本航空的特色之一。

根据旅客出行特点,首都航空将经济舱分为首尊、首享、首悦和首惠四类,不同舱位执行不同的航班退改规则,享受不同的行李、积分、餐食等服务权益。旅客可以根据个人喜好和出行需要选择任意附加服务。比如说,如果您是长途旅行,可以选择首尊经济舱,在享受20公斤免费行李托运额、免费餐食的基础上,享受前排座位优选及额外5公斤免费行李托运额;如果您是中短途旅行,无餐食要求,可以选择首享经济舱,不仅票价更优惠,退票、变更手续费相对较低,还包含20公斤及额外5公斤免费行李托运额;如果您是商务出行,随身行李较少,可以选择首悦经济舱,包含10公斤免费行李托运服务,但不包含餐食;如果您是追求最低出行成本的旅客,可以选择首惠经济舱,没有餐食、免费行李托运额及金鹏俱乐部消费积分,但机票价格最低。

还有航企按飞行距离制定行李政策。西部航空从原来“一刀切”的行李计费规则调整为按航距分为三档:800公里(不含)以下5公斤行李托运为30元,800公里~1600公里(不含)5公斤行李托运为40元,1600公里及以上5公斤行李托运为50元。根据航距不同,其优惠标准也有所不同。

值得一提的是,除了低成本航空公司为旅客提供差异化服务,传统的全服务航空公司也试水推出了类似服务。5月11日,海南航空宣布上线新产品“轻松飞”,首次将票价与免费行李托运额解绑,旅客如需要托运行李,可单独付费购买。其规则显示,“轻松飞”产品是不包含免费行李托运额的经济舱机票,适合短期出行或偏爱轻松出行的无托运行李旅客购买,票价与同舱位包含免费行李托运额的常规机票相比更加优惠,最高节省60元。产品适用于海南航空、大新华航空两家航企自营的北京、海口、太原、西安、天津、乌鲁木齐、昆明7个站点所有出港航线(包机及代码共享航班除外)。这也是国内为数不多试水行李差异化收费的全服务航空公司,目前四大航中的国航、东航和南航均无此项服务。

特殊的退改签服务
让疫情防控期间出行无后顾之忧

机票退改签是很多旅客关注的问题,各航空公司相继制定了应对措施,以消除当前受疫情等多重因素影响,航班取消率较高的旅客出行痛点。

天津航空推出“航变任性改”服务,旅客购买6月30日前的航班机票,如果遇到航班变动,无论是承运人原因还是非承运人原因导致的航班取消,旅客都可享受延长非自愿改期原航线或者符合邻近城市规定航线的改期特权(国家法定节假日除外)。旅客可改期至原定航班日期前后15天内的天津航空航班,还可以选择免费变更至同航段或始发地/目的地(其一)符合邻近城市规定的同服务等级航班一次,免收票款差价及变更费。

同时,为进一步做好疫情防控工作,方便广大旅客出行,很多航企都针对疫情高风险地区的进出港国内航班发布特殊退改规定,这些措施无疑让提前制订出行计划的旅客再无后顾之忧。(中国民航报 记者郭瑛)

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