10月1日的天安門廣場，東西側(cè)路上空各35個紅彤彤的大型充氣燈籠，飄立在空中一動不動，仿佛懸浮于空中一般，這是如何做到的？

原來這些燈籠實(shí)際上是巨大的燈籠外觀的氣球。內(nèi)部球體由中國科學(xué)院空天信息研究院浮空器系統(tǒng)研究發(fā)展中心研制。


燈籠氣球正在浮空器中心球庫內(nèi)測試


燈籠氣球研制由來已久


從慶祝新中國成立50周年慶典開始，廣場上空懸浮的大紅燈籠氣球都是由航天科技508所牽頭抓總，燈籠內(nèi)部的氣球由浮空器系統(tǒng)研究發(fā)展中心來生產(chǎn)制造。
浮空器系統(tǒng)研究發(fā)展中心是中國浮空器領(lǐng)域的開拓者和領(lǐng)航者，致力于開展浮空器技術(shù)研究與應(yīng)用幾十年，在浮空器系統(tǒng)總體、氣球/飛艇結(jié)構(gòu)、高性能囊體復(fù)合材料、飛行控制、動力推進(jìn)、能源、測控、柔性結(jié)構(gòu)加工、系統(tǒng)集成測試、浮空器發(fā)放與回收、大氣環(huán)境、載荷應(yīng)用等專業(yè)積累了深厚的技術(shù)基礎(chǔ)和豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。此次充氣式宮燈任務(wù)，實(shí)際上是一個小型系留氣球系統(tǒng)。該中心在系留氣球研發(fā)領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)足以保證本次任務(wù)的萬無一失。
從廣場布局來看，都是平面的。那么如何讓平面立體起來，烘托喜慶氛圍？就有了掛燈籠這個創(chuàng)意。燈籠的外形設(shè)計按照天安門城樓上的燈籠設(shè)計研制。
大型充氣燈籠由內(nèi)囊和外囊組成，外囊有骨架支撐起燈籠的外形，內(nèi)囊充氦氣，保證燈籠漂浮在空中；燈籠下面拴著系留繩，正中間的叫主系留繩，四周的叫副系留繩；系留繩的下面“拽”著鎮(zhèn)鐵。
升空的時候，先往燈籠里充氦氣，充滿、扎口、釋放；降落的時候，搖主系留繩下面的絞盤收繩，燈籠落下來了，放氣、折疊，這樣還可以反復(fù)使用。


充氣燈籠已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，靜候慶典開始


設(shè)計充氣燈籠，難在哪兒？


首先是氣密性。充氣燈籠是利用氦氣比空氣輕的特點(diǎn)，往內(nèi)囊里充氦氣升空。而氦氣由于分子量很小，很容易滲漏，所以做氦氣燈籠對氣密性要求非常高。
充氣燈籠氣動壓心的計算當(dāng)然是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。不然，升起來的燈籠不穩(wěn)定，會在空中“跳舞”。
以前在太陽暴曬的情況下，燈籠會不會爆、里面氣壓多大，全憑手拍。這次在燈籠里內(nèi)置了無線測量設(shè)備，內(nèi)部氣壓多大，隨時可測量。此外，燈籠上還加裝了IMU無線傳感姿態(tài)測量設(shè)備，燈籠升空后，是“紋絲不動”還是“看著一動不動”，在不同的風(fēng)速下，擺動的幅度多大，都有精確的數(shù)據(jù)。有了這些數(shù)據(jù)，便于研制過程中隨時調(diào)整設(shè)計參數(shù)。


充氣燈籠增添喜慶氣氛

10年、20年過去了，大型充氣燈籠的方方面面都在進(jìn)步。
慶祝新中國成立60周年時，燈籠內(nèi)囊還只有一個出氣口，充氣還行，放氣時太慢。今年，在內(nèi)囊上設(shè)計了兩個口，小口充氣，大口放氣，這樣收燈籠的速度提高了。內(nèi)囊的三層材料也在加工時就貼合在一起，不用再在底部留排氣孔了，氣密性更好。
嚴(yán)格管理模式確保萬無一失


今年的充氣燈籠5米寬，4.2米高，上云臺0.4米，下云臺0.5米，流蘇0.6米。如此龐然大物和復(fù)雜制作工序，必須升起來才能檢驗(yàn)釋放各環(huán)節(jié)是否存在問題。為此，今年進(jìn)行了近20次外場演練，最長一次持續(xù)7天，每天凌晨3:30開始，傍晚收工。
演練一直持續(xù)到9月初。完全按照嚴(yán)格的航天管理模式，最終都是為了確保燈籠的精益求精和任務(wù)的萬無一失。


充氣宮燈團(tuán)隊(duì)進(jìn)場準(zhǔn)備升球
經(jīng)過測試，一二級風(fēng)時，燈籠能保持肉眼看去“紋絲不動”。實(shí)際上在空中會有10厘米到20厘米的擺幅。三四級風(fēng)時，看起來一動不動，實(shí)際上會有0.5米到1米的擺動。六級風(fēng)以下，燈籠都可以正常使用。
由于充氣宮燈數(shù)量較多，充氣發(fā)放操作以北京體育大學(xué)的大學(xué)生志愿者為主。浮空器系統(tǒng)研究發(fā)展中心派出了17人的技術(shù)保障團(tuán)隊(duì)，在國慶大典現(xiàn)場指導(dǎo)發(fā)放。

活動現(xiàn)場
“從慶祝新中國成立50周年到70周年，我們國家的浮空器技術(shù)在進(jìn)步，材料和制作工藝也在進(jìn)步。現(xiàn)在，我們對燈籠的抗風(fēng)、抗壓能力認(rèn)識更深刻了，相信一定能呈現(xiàn)更好的效果。”研制團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人如是說。

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圖文簡介

10月1日的天安門廣場，東西側(cè)路上空各35個紅彤彤的大型充氣燈籠，飄立在空中一動不動，仿佛懸浮于空中一般，這是如何做到的？ 原來這些燈籠實(shí)際上是巨大的燈籠外觀的氣球。內(nèi)部球體由中科院空天院研制。