飛行一直是人類(lèi)追逐的夢(mèng)想，隨著智能城市概念的提出，對(duì)空地一體化的快速信息獲取技術(shù)的需要越來(lái)越急迫。目前的空中設(shè)備多為衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、四旋翼飛行器等，而氣球作為一種低耗能的飛行器材，可利用氦氣提供的浮力平衡系統(tǒng)的重力，故僅需很小的動(dòng)力即可抵消空氣阻力維持其運(yùn)動(dòng)，擁有其他空中設(shè)備不可比擬的特點(diǎn)，因而成為很多研究者青睞的對(duì)象。在2015年清華大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中，水利系蘇洋、陳科迪、魏強(qiáng)強(qiáng)三位同學(xué)提出的“一種可控升降和落點(diǎn)范圍的多功能智能氣球”項(xiàng)目獲得了一等獎(jiǎng)，他們針對(duì)目前空白的小型可控飛行氣球提供了方案，并進(jìn)行了初步試驗(yàn)，令人印象深刻。
蘇洋等三位同學(xué)的創(chuàng)作意圖是對(duì)傳統(tǒng)的氣象氣球加以改造，對(duì)其飛行進(jìn)行控制，從而延長(zhǎng)氣球的使用壽命，使其可回收利用，并以此實(shí)現(xiàn)更多的功能。在技術(shù)原理上，他們采用脈沖控制閥門(mén)控制氣球在目標(biāo)高度實(shí)現(xiàn)近似懸停，再利用螺旋槳對(duì)氣球的升降進(jìn)行微調(diào)，使其維持在目標(biāo)高度。此時(shí)，與四旋翼飛行器相比，螺旋槳為保持氣球高程穩(wěn)定所需要提供的省力僅有1/1000左右。在水平維度，氣球的水平控制利用舵機(jī)與螺旋槳完成，其原理是利用舵機(jī)來(lái)調(diào)整螺旋槳的方向，從而人為控制氣球的水平移動(dòng)。
目前，蘇洋他們?cè)O(shè)計(jì)的智能氣球已經(jīng)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)PM2.5含量與二氧化碳含量隨高程的變化關(guān)系，并已在校內(nèi)進(jìn)行了航拍測(cè)試，氣球的水平控制功能也仍在完善之中。未來(lái)，他們期待智能氣球還可以做更多的工作，比如城市巡邏，采集高空氣體樣本帶回地面進(jìn)行精確分析，攜帶碘化銀至高空濕氣團(tuán)實(shí)現(xiàn)精確人工降雨作業(yè)等。他們希望為氣球這個(gè)原始的飛行工具增添最新的科技，帶來(lái)新的活力。
