不畏風(fēng)雨的無(wú)人機(jī)“戰(zhàn)士”

李永平

臺(tái)風(fēng)是一種發(fā)生于熱帶或副熱帶海洋上空，尺度達(dá)上千千米、極具破壞力的災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。它帶來(lái)的狂風(fēng)暴雨時(shí)常會(huì)對(duì)沿海省市造成嚴(yán)重破壞，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)對(duì)防災(zāi)減災(zāi)尤為重要。

自20世紀(jì)80年代，中國(guó)發(fā)射第一顆氣象衛(wèi)星以來(lái)，我們對(duì)臺(tái)風(fēng)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)能力取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。但氣象衛(wèi)星距離地面遙遠(yuǎn)，厚實(shí)的云系阻礙了衛(wèi)星對(duì)臺(tái)風(fēng)內(nèi)部氣象要素和結(jié)構(gòu)特征等信息的獲取，而這些信息對(duì)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)十分重要。氣象工作者夢(mèng)想駕駛飛機(jī)飛入臺(tái)風(fēng)內(nèi)部進(jìn)行探測(cè)，奈何臺(tái)風(fēng)威力巨大，載人飛機(jī)穿越臺(tái)風(fēng)時(shí)需要承受巨大的風(fēng)險(xiǎn)和成本。近年來(lái)，得益于科技的發(fā)展，研制出的無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)了氣象工作者的“飛天夢(mèng)”。

?“雙尾蝎”無(wú)人機(jī)

相較于載人飛機(jī)，無(wú)人機(jī)具有人機(jī)分離、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、飛行高度高、數(shù)據(jù)分辨率高，可在危險(xiǎn)區(qū)域和惡劣的天氣條件下直接探測(cè)等優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)“黑科技”已成為臺(tái)風(fēng)探測(cè)作業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。

探測(cè)臺(tái)風(fēng)的無(wú)人機(jī)主要分為低空無(wú)人機(jī)和高空無(wú)人機(jī)兩類。低空無(wú)人機(jī)多為小型飛機(jī)，飛行高度在5千米以下，續(xù)航時(shí)間為10～30小時(shí)，飛行時(shí)速為100千米，探測(cè)航線長(zhǎng)度約為1000～2000千米。

中國(guó)氣象局早在2008年就開展了無(wú)人機(jī)臺(tái)風(fēng)探測(cè)試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)使用的是一款小型長(zhǎng)航時(shí)氣象探測(cè)無(wú)人機(jī)，飛機(jī)長(zhǎng)1.75米、高0.71米、翼展2.9米，因?yàn)閭€(gè)頭小，采用的是車載發(fā)射方式。但是，低空無(wú)人機(jī)由于機(jī)型小，抗風(fēng)能力弱，通常不能進(jìn)入臺(tái)風(fēng)核心區(qū)進(jìn)行探測(cè)。

?下投式探空儀結(jié)構(gòu)圖（繪圖/周博文）

高空無(wú)人機(jī)的機(jī)型則比較龐大，搭載探測(cè)設(shè)備也較多，因其抗風(fēng)能力強(qiáng)，可對(duì)臺(tái)風(fēng)近中心進(jìn)行探測(cè)?！半p尾蝎”無(wú)人機(jī)就是其中的佼佼者——承載著全球首創(chuàng)的雙發(fā)大型高端無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，最長(zhǎng)航時(shí)達(dá)36小時(shí)，最大航程7200千米，最大起飛重量3.25噸。

“雙尾蝎”無(wú)人機(jī)可以搭載溫濕壓探測(cè)器、下投式探空儀、氣象雷達(dá)、激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)等。其中要屬下投式探空儀出鏡率最高。無(wú)人機(jī)攜帶下投式探空儀飛行至目標(biāo)上空，根據(jù)控制命令或預(yù)先設(shè)置的指令釋放探空儀。探空儀在重力作用下自由下落，自動(dòng)打開降落傘降低下降速度。探空儀會(huì)將探測(cè)到的溫度、壓強(qiáng)、濕度、風(fēng)速和位置數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線發(fā)射機(jī)傳送至機(jī)載轉(zhuǎn)發(fā)裝置。機(jī)載轉(zhuǎn)發(fā)裝置可同時(shí)接收多個(gè)探空儀的探測(cè)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至地面接收裝置。地面接收終端對(duì)探測(cè)資料進(jìn)行處理，最終用于氣象預(yù)警服務(wù)。

無(wú)人機(jī)釋放下投式探空儀

獲取盡可能完整的臺(tái)風(fēng)初始狀態(tài)信息是提高臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的必要條件，將無(wú)人機(jī)探測(cè)的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)、中心強(qiáng)度和位置等資料輸入在大型計(jì)算機(jī)運(yùn)行的天氣數(shù)值模式后，能有效提高臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。無(wú)人機(jī)探測(cè)作為氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)和地面氣象等常規(guī)業(yè)務(wù)觀測(cè)網(wǎng)的重要補(bǔ)充，將在臺(tái)風(fēng)觀測(cè)和數(shù)值天氣預(yù)報(bào)及防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮更大的作用。

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