高空科學氣球是一種主要用于科學實驗和各種高空飛行任務的高空氣球。正如它的名字所暗示的那樣，浮空器是一種主要依靠浮力作為其主要升力來源的飛行器。試飛中使用的氣球并不簡單。它們是具有數萬或十萬立方米空間的高空科學氣球。

當然，高空氣球是不能用嘴吹的，除非你是活的快速氦氣發生器。一是因為空氣不能產生升力，所以現在的浮空器基本都用氦氣；二是因為每次氦氣發放都要用卡車拉，充氣作業往往要持續幾個小時。所以浮空器和我們小時候玩的氣球還是很不一樣的。但是當我真正參與飛行測試的時候，我發現還有一個類似于玩具氣球的東西，就是今天要介紹的探空氣球。

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里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的探空氣球，利用反饋回來的數據進行分析和預測。說起探空氣球，研究氣象方面的人士一定不會陌生，世界各地那么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里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，并且沒有多少根本性的變化。探空氣球可以直接測量從地面到超過30千米高度的大氣壓力、溫度、濕度和風速風向等高空氣象數據。它們價格低廉且發放簡單，對于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。探空氣球想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。而且，雖然探空氣球成本不高，使用后一般也不進行回收，但也不是可以隨便放的。為了更準確地獲取氣象數據，每一個探空氣球的發放時間點和氣球的發放數量都是根據計算要求嚴格執行的。

探空氣球基本為橡膠氣球，其原料是天然橡膠，它比任何化學合成物質都有著更優異的伸長特性，它在一個方向上的伸長率可以超過500%。形成這種特質的原因在于，橡膠是具有可逆形變的高彈性聚合物材料，當橡膠分子不受外力作用時是一個具有大量彎曲的長鏈，所以當外力作用于橡膠時，分子鏈可拉伸范圍極大；外力撤銷后，橡膠便恢復到原來的狀態。當在橡膠中添加硫元素進行硫化處理時，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后，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。

橡膠氣球的大小受到制造方法的限制，而且有效的承載能力一般比較小。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的要求確定充氣量。

當然，這個方法僅限于特殊使用情況，氣象站在使用時都是有一套成熟的操作規范的，只要照著做就好了。至于發放方式，風小的時候怎么都好說，把氣球升起來，一撒手就行。至于風大的時候，就看工作人員的運算速度和身體協調能力了。等氣球越升越高，又成了大家鍛煉視力的好時候，往往到最后變成一個小點的時候，眨一下眼就找不到了。

探空儀內部安裝有大氣參數測量裝置和GPS定位裝置，同時還配有供電能源，通過地面的天線對探空氣球進行追蹤并獲取回傳數據。大氣參數探測一般包括大氣溫度、濕度和當地大氣壓，GPS定位裝置則用于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，長度一般在十幾米到幾十米不等，以防止探空儀隨氣球大幅度擺動，影響GPS數據。當然，有些情況下也可以把探空儀直接連接至球體底部，一切根據探測的需求來決定。

探空氣球完成任務后會爆炸并自由下落。由于探測器本身的重量很輕，而且通常包裹在一層厚厚的泡沫中，它會產生很大的阻力，再加上氣球其余部分的阻力，系統降落的速度會相對較慢，至少不會受到地面人員的威脅。盡管如此，應盡可能選擇在人煙稀少的地區釋放氣球。

近年來，許多大學生甚至愛好者喜歡用探空氣球來完成各種“臨近空間”的飛行。這里所說的臨近空間是指人類活動的大氣區域與外太空之間的空間，高度一般定義為20至100公里。探空氣球可以攜帶幾百克甚至幾公斤的小型無線電設備或其他電子設備；可以攜帶有保溫處理的小型相機進行航拍；還可以安裝一個小攝像頭，以第一視角記錄升空過程和下降過程。

如果我們想把這些技術設備進行回收，還需要在氣球與設備發展之間通過安裝一個降落傘和植入一套定位信息系統。甚至還有很多人在氣球底部安裝了一個具有自動排氣系統，使氣球在到達一定社會高度后自動排氣，進而能夠達到浮力與重力保持一種平衡的效果，完成工作一段生活水平飛行。總之，氣球就像沒有一個學生高中物理教學實驗課上的通用實驗數據平臺，你可以充分發揮你的聰明才智，想出各種飛行和試驗的方式并把這些想法付諸實踐，在探索建立科學的同時，享受其中的樂趣。

當然，氣球的應用不僅僅是科學探索和愛好，氣球的使用也更多的是為了造福人類。

總的來說，探空氣球是人類研究平流層的重要工具，對氣象學的發展和造福人類具有重要作用。目前，雖然更先進的工具，如探空火箭、氣象雷達和氣象衛星已被廣泛使用，但探空氣球仍然是科學研究中不可或缺的工具。