4月，在昆士兰州偏远的西南部一处牧牛站坠落的巨型气球 ，是 NASA 一项任务的一部分，旨在测试使用在平流层飞行的特种气球开展科学研究的可行性。 这次任务以意外事故告终，但与传统的绕地球轨道运行卫星相比，这类超压气球具有多项优势。
首先，它们能够在地球99%以上的大气层上方停留，最长可达六个月。因此，它们可以搭载仪器，主要用于天文学和天体物理学领域。它们还能以远低于将此类仪器送上卫星的成本完成这项工作。
与卫星搭载实验相比，此类实验的准备时间也大幅缩短。此外，超压气球还能为长期监测地球大气和环境提供理想平台。
太空时代的气球
近二十年来，NASA以及法国和日本航天机构一直在开发超压气球技术。最终目标是具备将重达两吨的仪器送至最高40km的平流层高度，并使其在空中停留数月的能力。
如果想知道将如此重物送至平流层高度需要多大的气球，只需参照
阿基米德原理 。地面空气密度为1.3kg/m3，因此体积为1m3的气球刚好能够升起1.3kg的质量。在40km高度，空气密度要低330倍，因此要将同样1.3kg的质量升至该高度，需要体积为330m3的气球。
典型气球飞行列车在起飞瞬间的状态。气球升入密度较低的空气后会膨胀。
Ravi Sood，作者提供
NASA超压气球必须承载自身质量（2,268kg）以及有效载荷（1,588kg），因此其体积约相当于墨尔本板球场的大小。
大多数平流层气球属于“零压”型，气囊底部敞开。这会导致氦气逐渐流失，从而限制飞行时长。
尽管存在这一限制，我们团队——当时在墨尔本大学——仍于1983年1月成功让这种气球飞行了22天；气球从爱丽斯泉发射升空后绕地球飞行了一周。
NASA的超压气球是密封的，由更厚的材料制成，有望在空中停留数月。
不过，平流层高度的环境十分恶劣。温度低于-20C，紫外线辐射则十分强烈。气球承载巨大重量所产生的气囊张力可能导致变形和泄漏，NASA最新的气球就发生了这种情况。
当这种情况发生在澳大利亚空域内的气球飞行中时，按照
Airservices Australia 的要求，我们必须在新南威尔士大学堪培拉分校执行终止飞行操作，以确保气球下降过程中不会危及飞机。我们还必须避开受限区域和有人居住的地区着陆；最新一次飞行中我们正是这样做的。 NASA气球飞行的升空与降落
气球的漂移无法控制，因此最佳飞行时机是风向和风速相对可预测的时候。
每年大约有六个月，平流层强风向东吹。随后风向转变，强劲地向西吹。
NASA超压气球的发射恰逢4月风向转变。预计浮空层的风会将气球带着绕地球飞行，纬度大致与发射地点——新西兰南岛的瓦纳卡——相同。
今年
3月27日发射 后，气球表现出色，按预测漂过南美洲，随后到达南非上空。 风向改变
然而，印度洋上空的平流层风出现了意料之外的南北向分量（见下图），最终使气球漂向昆士兰州。
超压气球从发射到终止飞行的轨迹。
NASA/Google Earth
当这只
气球进入澳大利亚空域 后，确保其安全飞行并遵守澳大利亚航空和安全法规便成为我们的责任。我已获得民航安全局（
CASA）批准，以确保飞行符合我们的法规；我还获得了Airservices Australia的批准，确认在必要时应遵循的终止飞行程序。4月28日上午，NASA通知我气球出现泄漏。由于预计飞行路线会将它带往阿德莱德，人们决定在气球飞经人口稀少地区时终止飞行。
在向墨尔本空中交通管制部门申请并获得终止飞行时间和地点的批准后，昆士兰州的应急服务部门接到了事件通知。
这次
飞行于澳大利亚东部标准时间（AEST）下午1:03终止，有效载荷连同降落伞于下午1:44着地，地点在蒂博布拉东北方107 km处。 气球本体与有效载荷分开下降，着陆地点距有效载荷10km。 回收的超压气球有效载荷。
NASA哥伦比亚科学气球设施，作者提供
正在装载回收的超压气球。
NASA哥伦比亚科学气球设施，作者提供
这只超压气球只是一次工程飞行，用于测试气球的性能。NASA计划再进行一次超压气球飞行，同样从新西兰瓦纳卡发射，但要等到2016年。
其他气球任务
我曾参与利用气球搭载设备开展X射线和伽马射线天文学观测；这些设备由我的研究实验室设计和制造。这些观测也与卫星搭载望远镜和地面望远镜的其他观测相互补充。
我目前重点观测一个不寻常恒星系统2S0114+650发出的X射线和光学光。我认为它极为罕见。该系统包含一颗已知的超巨星和一颗密度极高的中子星，两者互绕运行，轨道周期为11.6天。
我们对2S0114+650的观测似乎表明，这个系统中还有第三颗恒星，可能是另一个致密天体，其轨道周期为30.7天。
澳大利亚开展平流层气球飞行的历史悠久：自1974年以来，已从爱丽斯泉气球发射站发射超过130次。我自1988年起担任该设施的站长。
上个月，我们与日本宇宙航空研究开发机构JAXA合作，成功完成了一次飞行；计划明年与JAXA继续开展飞行，并于2017年组织一次与法国国家空间研究中心CNES合作的活动。
爱丽斯泉的吸引力有两方面。它位于一片幅员辽阔、人口稀少的区域中心，这对安全运行是必要条件。
它还位于一个纬度上：我们银河系的中心——许多具有天体物理学研究价值的天体所在之处——几乎从头顶经过。这些天体在北半球无法观测到。
刊发本文并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
本文最初发表于
The Conversation
。阅读 原文。订阅我们的《议程》 每周简报，及时了解最新动态。 作者：Ravi Sood
是 UNSW Australia 天体物理学副教授。 图片：由2003年至2012年间分别拍摄的影像合成。REUTERS/HUDF/NASA/Handout via Reuters。分享：
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