放飞气球，获得高分辨率遥感影像

近日，美国平流层气球遥感公司城市天空宣布完成A轮融资，共筹集975万美元。该公司打算利用这笔资金扩大其商业成像业务，开发先进的平流層技术，并扩大其传感器产品组合。那么，城市天空公司对其微气球系统的构想是怎样的？与卫星相比，气球遥感服务有何特点？未来平流层气球等浮空器还会有哪些用途？

想做平流层中的SpaceX

这家仅有14名员工的气球遥感公司于2019年在美国丹佛成立，2位创始人曾在另一家平流层气球公司世景工作。世景公司使用的气球更大更贵，最早瞄准载人旅游，后逐步转向遥感服务。城市天空公司发明了平流层微气球，这是一种高空遥感平台，能够拍摄可见光和长波红外图像。该公司旨在利用组件小型化、气球可重复使用性以及平流层的有利位置，来降低广泛范围内获取遥感数据的成本。

城市天空公司计划为客户提供分辨率为10cm的彩色图像。该公司计划在遥感器有效载荷质量2.7kg以内的限制条件下，开发分辨率更高的可见光相机和新的红外相机，用于捕获分辨率约10cm的高分辨率图像和分辨率约3.5m的长波红外数据。

除了目前提供的自然彩色光学图像外，城市天空公司还在开发近红外图像和长波红外图像传感器。这种传感器被初创公司称为HotSpot，作为美国宇航局资助和美国空军支持的一部分，已经被证明可以实时监测野火。

目前，城市天空公司约每周放飞1个气球，并计划在未来把放飞频次提高到每2～3天放飞一次。新一轮融资还将帮助该公司拓展市场，把其飞行和成像业务扩展到美国超过15个州，为美国一些主要的大都市地区拍摄非常新颖、分辨率非常高的照片，而拍摄的重点可能会放在美国中西部。该公司还将这一技术商业化用于多种应用，包括保险分析、公用事业监控、灾难响应、野火监控、环境分析以及捕捉高分辨率（小于10cm）的遥感数据。

该公司CEO安东尼奥认为，与其他平流层气球遥感公司技术路线不同的是，城市天空公司开发的可重复使用的小型平流层气球，是第一种可以从标准皮卡车后斗释放的气球，并且气球能够在几分钟内通过最少的人员从可移动的装位置发射。这种移动发射系统与先进的飞行建模软件，以及安全、受控的下降相结合，可以将这些系统精确地放置在所需区域。“我们的愿景是成为平流层中的SpaceX公司”，安东尼奥补充道，他指的是SpaceX公司开发的可重复使用运载火箭给火箭发射行业带来翻天覆地的变化。

低成本、灵活性优势显著

前文提及的世景公司认为，未来气球商业前途远大。仅在遥感领域，到2027年，从能源到国家安全等领域，全球市场价值将达到230亿美元。

与地球轨道上的遥感卫星相比，使用平流层气球获取遥感图像有着多种优势。2023年2月3日，世景公司宣布，公司拟从气球旅游转向遥感技术服务，与卫星和航空平台竞争，提供高分辨率图像。经过公司验证，目标区域空间的分辨率可达到5～7cm。这远高于目前大多数分辨率约30cm的遥感卫星。

另一方面，平流层气球的研制、使用成本和使用难度都远低于地球轨道卫星。遥感卫星一般需在几百公里的轨道上运行，而高轨遥感卫星需要在距离地表约35000km的地球同步轨道上运行，才能保持和地球自转周期相同。这不仅需要大量前期准备工作，使用火箭将卫星发射到轨道上也需要极大的成本，而后续获取和分析卫星所拍摄的图像也需要一定时间。

随着技术的发展，平流层气球的成本将逐步降低，同时也能够更加快速、灵活地运用。

城市天空公司微气球的重复使用和移动部署相结合，大大降低了使用成本。出于材料工程的要求，气球必须非常轻、气密性非常好且成本低。完成拍摄任务后，其他公司的一次性气球通常会让气球弹出高空大气，或在一侧撕开一个洞来将其摧毁。而城市天空公司已经为一种气球终止和下降机制申请了专利，该机制能够使气球保持完好无损地返回并重复使用。

除了移动部署系统之外，该公司还开发了平流层飞行剖面模拟器，用于预测气球的飞行路径。软件根据目标区域，反向预测城市天空公司需要从哪里放飞气球。

这种可重复使用的气球使得城市天空公司能够将10cm分辨率的图像成本降至5～10美元/km2。相对比而言，卫星对地成像公司Maxar最便宜的图像，可能在20～25美元/km2，且分辨率低得多。并且平流层气球更加具有时效性，能够根据客户的需要灵活调整放飞时间和拍摄区域，也能够更加便捷地获取和分析所拍摄的图像。

多个市场对城市天空公司的彩色图像有强烈需求，包括环境监测、财产保险和石油天然气等行业。不过，公司CEO安东尼奥认为，公司获取的图像与商业卫星图像没有直接竞争关系，也没有什么客户用该公司的图像来取代卫星图像。该公司还在探索其小型气球的其他用途，比如测试网络通信系统。

浮空器前景广阔

包括气球和飞艇在内的浮空器，在当下仍然有着许多应用场景。比如在气象和科学探测、太空研究、军事、商业活动等方面，都有着广阔的应用前景。

在气象和科学探测方面，虽然现在已经有探空火箭、陆基遥感、气象卫星等先进手段，但传统的探空气球仍然是高空气象最主要的直接探测方式。探空气球从地面放飞后，所携带的测量仪器会将不同高度周围的温度、湿度、气压等数据通过信号传给雷达，雷达通过探空气球的运动轨迹算出风向、风速等信息，传送到研究人员的电脑上。据了解，探空气球可以实现每秒传回一组数据，这些数据通常对天气预报、气候预测、科学研究起着重要作用。

由中国科学院空天信息研究院自主研发的系留浮空器“极目一号”，于2022年5月中旬在珠穆朗玛峰旁放飞，其飞行高度达到9032m，打破了浮空艇大气科学观测海拔高度世界纪录。“极目一号”体积为2300m3，它采用流线型设计，可携带科学探测仪器进行垂直剖面和驻空观测。

在商业应用方面，除了传统的旅游观光等服务外，飞艇在货物运输领域也有着不小的市场潜力。现有的铁路、公路、航空等运输方式都依赖于大量的基础设施建设，而飞艇作为一种重型货物空运设备，几乎不需要地面建设。

此外，气球和飞艇等浮空器还有着更广泛的用途。比如2022年12月，重庆首个搭载5G基站的系留气球试飞成功，该系留气球联动天空和地面平台，实现通信保障、环境监测、应急救援和高清云瞰4项应急保障功能。相对于传统无人机基站，浮空器驻空时间更长、能耗更低、载重更大且不产生噪音。

在未来，随着技术的进步，浮空器或许还有更多、更广泛的用途，为其应用的领域带来新的可能。

文章来源：中国航天报