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都江堰的"UFO"我不知道是什么,但平流层飞艇的三本账我拎得清

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2026年9月23日清晨,四川都江堰有人拍到一个白色的细长物体挂在天上。

从手机画面看,这东西轮廓像飞艇,两头尖,尾部似乎带有十字形舵面,看着有种半透明的质感,移动得很慢。视频一传开,UFO、外星飞船、秘密武器什么猜测都来了。


图注:都江堰目击视频画面

据多家媒体报道,当地气象部门很快回应,称这个物体不是气象探空气球。成都地区的常规探空气球都由温江国家气候观象台按时放飞,都江堰当天没有探空作业。


图注:温江观象台的探空气球

写到这里,这个物体的型号、飞行高度、归属单位和动力配置,我一项都没查到可靠的公开资料。有自媒体分析认为这是一次平流层飞艇试飞,也有人猜是系留浮空器或风力发电装置,但目前都只是推测,不是结论。

我没有能力替大家破这个案。

但是这次热搜,让更多人注意到了平流层飞艇,要在20000m左右的高空长期待着不下来,全世界的工程师折腾了有几十年了,到今天仍有不少难题没有解决。


图注:sceye飞艇的外形

与其去猜都江堰天上挂的是个什么,不如聊聊在那个高度上飞行到底要过哪几道坎。

民航客机在巡航的时候遇到150km/h的顺风会怎样?飞机飞的不比平时快,但我们在地上来看,它到的更早了。逆风的话呢,地面上来看就是晚到。在这里有两个速度需要有个大概的了解,飞机相对空气的叫空速,相对地面的叫地速。风改变的是地速,空速其实是没动的。

所以对客机来说,相对均匀的背景风主要是航路规划的问题,不是结构安全问题。

但是平流层飞艇就不一样了,通信中继、环境监测这类任务,需要它相对地面保持位置,工程上叫定点驻留(Station-Keeping)。要守住位置,外面有多大的风,它就要用多大的空速去对着顶。

只看风速这一项,维持定点所需的推进功率大体与风速的三次方成正比:

在海拔10到14公里的对流层顶,常年有急流带,风速经常能到40m/s甚至是更高。如果平流层某个高度的风速降到8m/s,仅比较风速立方项,功率比就是:

风速降到五分之一,单看这一项,功率需求就不到原来的百分之一。


图注:急流的风速可视化。

不过,不同高度的空气密度、阻力系数、电驱动效率都不一样,不能只比风速。比如高空空气稀薄,螺旋桨用来抓气的这个效率就会下降。话虽如此,找个风小的地方驻留,仍是减轻推进负担最关键的一步。

在海拔18到25公里附近的平流层下边,下面的对流层急流已经衰减,上面的平流层环流还没有占据主导,夹在中间的这一段,风速一般是比较低的,称为准零风层。在中纬度一些区域,条件好的时候,水平风速可能降到5到10m/s左右。

只是这个低风速区的位置和范围并不太固定,风有多大、能持续多久,也会随纬度、季节和局地天气扰动而跟着一起产生变化。

2026年,美国Sceye公司与日本软银合作的ST1平流层平台完成了一次跨太平洋往返任务。


图注:日本上空的ST1

从新墨西哥州出发,整次航程约30天,飞行近3万公里,其中在日本管理空域内运行超过7天。

在预定目标区域内,平台搭载的通信载荷提供了相当于4G LTE基站的服务,地面手机实现了直连,同时还完成了边缘计算验证。

Sceye公布的实际巡航高度是16500m到17000m,比常说的20000m左右还要低一点。

所以具体选什么高度,大概要看当时的风场、载荷重量和电够不够用,不是认准一个数字就行的。

气体

飞艇要上去,还需要先过气体膨胀这一关。

气压随高度急剧下降。

以标准大气为基准,海平面气压约1013hPa,温度约288 K;20000m高空的气压约55hPa,温度差不多是 216 K。

飞艇爬升时,外界气压不断降低,囊内氦气随之膨胀。用理想气体状态方程计算:

这里不能漏掉温度,如果只按气压比算,膨胀倍率会接近20倍;但高空温度比地面低了七十多度,气体冷缩会把倍率拉回来。算上温度,大概是14倍。

假设一艘平流层飞艇在高空设计工况下,氦气要占据6万立方米。同一批氦气在地面只占大约4300立方米。剩下五万多立方米的空间怎么办?

一种常见的方案是副气囊(Ballonet):在主囊体里面放几个能鼓进空气、也能排出空气的隔舱。起飞前,往副气囊里鼓空气,撑起外部轮廓。飞艇爬升、氦气膨胀,副气囊逐渐排气,把空间让给膨胀的氦气。到了设计高度,氦气充满主囊,副气囊排空。

升到高空后,还得维持好囊内和外界的压差。

为了减轻整机重量,平流层飞艇的囊壁做得很薄,内外压差也要严格控制在较低水平。北京航空航天大学的研究人员在一项艇囊应力仿真中,就采用了300帕、500帕和800帕三个计算工况。

300到800帕是个什么概念?大概相当于把手掌平放在桌上,上面摞三到八本普通杂志的压力。艇囊就靠这点内外压差维持外形。这个几万立方米的薄膜结构,既要承受阵风带来的载荷,还要保持气密。

昼与夜

飞艇升上去了,还需要在昼夜交替中待下去。

在20000m的高度,空气密度只有海平面的7%左右,对流换热比地面弱得多,辐射对温度的影响也更大。

不过对流也没有完全消失,实际的热收支是辐射和对流共同决定的。

白天,高空没有云层遮挡,蒙皮直接受到太阳照射。内部气体温度可以明显高于外界空气,气压随之升高,这种状态叫"超热"(Superheat)。

到了夜间,没了日照,囊体继续向外辐射散热。内部气体温度一旦降到周围空气以下,就进入"超冷"(Supercool)状态,气压随之降低。

这样的温度和压力变化每天循环一次。反复受力之后,接缝仍要保持气密,承力结构也不能疲劳开裂。

为此,平流层飞艇的蒙皮通常采用多层复合结构:

最外层是耐候薄膜,用来反射太阳辐射,抵抗紫外线和高空臭氧对内层材料的侵蚀。

中间是承力织物层,扛囊体的主要张力,候选材料包括高性能聚酯纤维、超高分子量聚乙烯织物等。

最里面是高阻隔薄膜,减缓氦气向外渗透。

接缝处通常用高频介质热合(RF Welding)焊接,工作频率常见为27.12 MHz。原理是用交变电场让材料内部自己发热,把接缝熔在一起,同时保住强度和气密。


图注:囊体符合材料的显微截面

如果只是光靠材料还不够,剩下的是能量问题。

平流层飞艇驻留时,要持续用电驱动推进器抗风。


图注:艇体上的太阳能组件

白天可以靠艇背上的太阳能电池板发电;大晚上在没有日照的情况下,推进、热控和载荷用电都要靠储能来维持。

所谓的昼夜能量闭环,就是白天发的电,除了供白天使用,还需要存下足够的电用来熬过整个夜晚,等到第二天太阳升起。

如果某个夜晚风比预期大,推进功耗飙升,电池可能撑不到天亮。如果为了安全加大电池容量,电池本身的重量又会增加,需要更大的囊体来提供浮力,更大的囊体意味着更大的迎风面积和更高的推进功耗。


图注:ST1起飞时刻

光伏效率、电池比能量、材料强度和气候条件这几个谁也绕不开谁,哪一项都不能单独考虑。

气象局到底"排除"了什么

按中国气象局《升放气球管理办法》,无人驾驶自由气球和系留气球归气象主管机构管,具体的审批和监管要跟飞行管制等部门协作。日常气象探空是气象系统自己的业务,走另一套流程。

媒体拿着疑似飞艇的视频来询问时,气象部门依据自身作业安排,排除了气象探空气球。


图注:探空气球与飞艇的外形

如果一艘无人驾驶飞艇自带动力,最大起飞重量超过150千克,按《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》就属于大型无人驾驶航空器。它的飞行活动由有关空中交通管理机构管理,适航、登记等事项则有相应的主管部门负责。

排除了气象探空气球,不等于排除了所有人造飞行器。系留浮空器、科研飞艇、商业无人机,这些可能性这则回应都覆盖不到。至于其他部门掌握了什么,仅凭这则回应还无从判断。

这种误读,或许就是有些人越听越觉得神秘的原因。

飞上去之后,还得待得住

在20000m左右的高空架一个长期值守的通信中继站、应急平台或者环境监测点,这个设想确实吸引人,现在全球也已有多个团队在做,有的还完成了跨洋的长航时验证。

但要长期稳定运行,除了前面聊的风、膨胀和昼夜温差,还需要解决电池寿命、蒙皮老化和恶劣风场下的自主控制问题。

至于都江堰天上那个东西,到今天我们还是不知道它是什么,但如果它真的是一艘平流层飞艇,在那个高度飞行着,从来都不是一件容易的事。


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