项目规模

2013年9月20日深夜，搭载着各种实验材料和待测仪器设备的“临近空间拓荒者”1号，从中国内蒙古的 腾格里沙漠起飞。它先是上升到平流层下部的强气流区，借助气流以每秒55米的最大速度飘飞了近百公里，再上升到海拔28027米（约92000英尺）的平流层上部，沿途探测夜间大气环境，实时将各种数据下传地面工作站。完成实验后，可调速降落伞带着实验室，根据气流状况以不同速度穿越大气各层安全返回地面，由在预定着陆点等候的实验人员回收。9月21日深夜，总质量1.86千克、也搭载着各种实验材料和待测仪器设备的“临近空间拓荒者”2号从同一地点升空，用相同的方法先是高速水平测试飞行一段距离，然后上升到海拔38130米（约125000英尺）的近太空高度，完成实验后也安全返回地面回收。

项目实施

“临近空间拓荒者”近太空微型实验室专用的平流层浮空器离地时的容积仅几个立方米，无需特别的场地，一个人就能发送升空。实验室系统能够连续测量地面到近太空整个过程的周边大气环境参数（例如风向、风速、温度、湿度、气压、热度、光照度、臭氧浓度等等），和自身三维运动的实时状态，并能够从多个角度拍摄高清图像。系统中的微型图传数传装置具备足够的带宽，能把各种测量参数和高清视频图像同步实时下传地面站。在“临近空间拓荒者”1号、2号往返临近空间的飞行过程中，珠海NCA的一组科研人员在地面站全程观测和记录平台下传的大气环境探测数据、飞行参数、航迹与三维实时坐标、多路高清视频和图显自动增稳姿态等；另一组科研人员通过视频观测，直接对高空上的实验材料进行遥控测试与记录；远在中国南方的第三组科研人员则通过临时租用的商业卫星信道，在线监测与记录“临近空间拓荒者”近太空微型实验室持续发送的数据信息，全程准确追踪其所在的实时位置。

“临近空间拓荒者”近太空微型实验室的水平向和滚转自动增稳装置，能有效增加空中运动时的稳定性。便携式地面站功能也很强大，自动追踪空中系统，接收、显示、处理和记录空中系统下传的所有信息，观察和遥控操作工程材料、仪器设备在高空的测试并记录测试数据。

技术优点

“临近空间拓荒者”的地-空双向通信方法与众不同，是一种基于“光与电磁波具有同一性”和“光群场效应”原理的全新技术，在电磁环境和通视状况良好的条件下，地空双向通信距离可达数百千米。如此微小、低耗却功能多样的临近空间实用设备，其工程方法和实现技术在世界上没有先例。

临近空间是一个特殊空域，目前各国的共识是指海拔高度在20~100千米的空域范围。由于这个空域的空气过于稀薄，以致大多数飞机都无法在该空域飞行。基于现有技术的卫星无法在这个空域某一高度形成绕地球运行的轨道，以平衡万有引力的作用。因此，目前还没有任何人造的可操纵飞行器能在该空域长航时飞行或者定点驻留。21世纪以来临近空间科技与经济活动有升温趋势，例如载人气球近太空旅游、高空气球联网通信等种种方案，层出不穷。但由于现有探测方法和相关技术的滞后，人类目前对临近空间自然环境方方面面的细节还所知甚少。

以往能承载各种探空仪器设备，并能与地面站进行双向通信的平流层高空气球，通常需要有数万甚至数百万立方米的巨大体积，还需要复杂的发送升空设备以及地面雷达测控站等，通过遥控排放氢气或氦气、抛弃球载重物（例如水和沙）来调节升空高度，利用大气环流来回兜圈以留空一段时间。这类平流层高空气球系统造价昂贵，发送与回收操作复杂，使用成本高且受季节和空间气流环境的限制。因此，尽管这种高空气球已经有了数十年的历史，至今仍然只有少数国家还在开展实验性应用，难以普及。世界各地每天发放的气象气球和小型探空仪成本不高，但这些气象气球的功能有限，需要地面雷达站等复杂装置来配合使用，而且这些气象气球一般都不能回收再利用。近年世界各地流行用小型气象气球搭载摄影器材升上高空拍摄地球美景，这类方法虽然易操作和成本较低，但很难通过远程双向通信来获取实时高清视频图像和照片等信息，只能等待气球破裂后器材伞降落回地面，再借助GPS或无线电定向追踪技术寻回器材，读取图片视频等资料。

珠海NCA的“临近空间拓荒者”与众不同，是把配置了净静升力调节系统和伞降速率控制器的新型浮空器作为载具，搭载功能全面的微小型综合实验室，以极低成本在临近空间自然环境开展科学实验的创新方法。“临近空间拓荒者”1号、2号圆满完成的征空之旅表明，这种新方法可以使近太空探测与工程试验的成本显著降低且简单易行，在近太空科研与经济活动中具有开创性的意义。

“临近空间拓荒者”将有助于人类进一步了解近太空，并为需要进行高空实验的材料、动力与能源以及仪器设备等，提供一种低成本、易操作并且可以重复应用的平台。“临近空间拓荒者”近太空微型实验室的研制与应用飞行，还涉及诸多前沿技术的集成、优化和设备微小型化工程，其成果未来在多个领域都可能有广阔的应用前景，例如在森林和农田水利资源调查、气象观测等方面发挥作用。还有可能用于地震、台风等突发灾害地区的紧急通信中继和对地观测站，或作为海洋上空等无法架设通信网络地带的空中通信平台等。

“临近空间拓荒者”相关技术还可能应用于改良民航运输管理方法和技术，使客机航线沿途各地面场站能以很低的成本，对空中客机舱内外状态进行全程实时图像监测，获取客机运动的实时三维参数，全程精确定位客机的位置所在。这将有利于迅速和可靠地判定客机发生失联、失踪或坠毁等意外的原因和最终位置，迅速展开有效的救援以减少空难损失。