近段时间，有关中国民用高空气球失控漂到美国上空的新闻，引起了大家的广泛关注，在本就很微妙的中美关系中，它颇有些凑热闹的意思。

高空气球又称高空科学气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器，狭义上特指零压式高空气球。其外表是由聚乙烯材质制成，里面充满氦气或氩气、氢气，可用于军事、生产、科研、商业等领域。

高空气球具有飞行高度高，成本低，准备周期短，易于灵活实施等其他飞行器所不具备的特点。世界上一些发达国家从六七十年代起相继开始大规模的发展高空气球技术，使气球成为一种与火箭、人造卫星等飞行器并驾齐驱的进行大气和空间科学研究的运载工具。

近50年来，这种被划归为运载工具的高空无动力飞行器，有时受人追捧，有时又被人忽视。如今，新材料和测控等科技的进步为其注入了活力，使它又有了新的用武之地，在基础学科、航天、环境等领域发挥着越来越大的作用。

通常我们把天空分为五层，分别为对流层、平流层、中间层、电离层、和外层，统称为大气层。第一层是对流层，它的厚度不一，其厚度在地球两极上空为8公里，在赤道上空为17公里，平均厚度约为12公里，是大气中最稠密的一层，集中了约75%的大气质量和90%以上的水汽质量；第二层是平流层，位于离地表10~50公里的高度，在对流层之上，是地球大气层里上热下冷的一层；第三层为中间层，位于平流层顶到85公里之间，该层内臭氧含量低，温度垂直递减率大，对流运动强盛；第四层是电离层，在大约距地球表面10~80公里之间；第五层是外层，距地球表面1000公里处，这里的温度很高，可达数千度，大气已极其稀薄，其密度为海平面处的一亿亿分之一。

我们所说的高空气球就是飞行在平流层的无动力飞行器。是近30年来逐步发展起来进行高空科学观测或实验的一种运载工具。它的飞行高度虽然不如卫星，但却比飞机高得多，一般可达40~50km。由于高空气球造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，因此越来越受到科学工作者的青睐，并被广泛应用于高能天体物理、宇宙线、红外天文、大气物理、大气化学、地面遥感、高空物理、生理、微重力实验等方面的研究，同时也大量应用于外层空间宇宙设备的预研和试飞以及军事方面等。

高空气球的球体，大都用高压聚乙烯材料所作的球膜经热压熔焊制成，膜厚仅20μm左右，其低温性能和抗拉伸强度却非常好。为提高载重能力，大型气球沿其母线还加有尼龙加强筋。球体形状多为自然形，采用所谓零压式，即在球体下部留有排气管使内外相通，压差为零，用以防止气球升空后球内压力增大把气球涨破。气球内部充以氢气，有的充以氦气。氢气的浮力大、价格低廉，但易燃易爆，必须在严密的安全措施下使用。氦气的浮力比氢气小，安全，但价格昂贵，不宜大量使用。气球的体积根据载重能力和升限的要求不同而定，载重量越大，升限越高，要求体积越大。一般由几千立方米到几十万立方米，甚至超过百万立方米；载重量由几十公斤到上百公斤，甚至超过一吨；升限在35~45km，及至超过50km。

根据气球气囊内外压差的不同，高空气球分为零压式气球和超压式气球。

零压式气球：气囊下面有排气管与外部大气相通，一般在地面时浮升气体不充满气囊。随着高度增加，外部大气压降低，气囊内浮升气体膨胀气囊胀满后，多余浮升气体即通过排气管排入大气，气囊内外压差大体为零。当气球升到某一高度(设计高度)，浮力与重力相等时则停止上升。由于白天和夜间太阳辐射的差别，温差很大。夜间温度降低，气囊内浮升气体收缩，浮力减小，气球高度下降。为维持原来的高度，需抛掉一些压舱物（水或沙袋），以减轻气球重量。到了白天，又需排掉一部分浮升气体。这样每经过一昼夜就要损失部分浮升气体，因此，零压式气球的缺点就是难于长时间保持设计飞行高度。目前，传统零压开放充氦气球是最主要的平流层气球平台。

超压式气球：气囊与大气不相通。这样，气球在设计高度上飞行时，由于白天温度升高可能使气囊内浮升气体压强大于外部大气压强，气囊要承受一定的压差，因此制作气囊的材料和结构设计技术要求较高，且容积越大难度越大。超压式气球的优点是能长时间在设计高度飞行，有的长达1年之久，这是因为在飞行中,随着昼夜温度的变化，它不需要像零压式气球那样不断排放浮升气体。

国内可进行高空气球发放任务的机构是由原中科院高能物理所的气球中心和光电研究院合作成立的气球飞行器研究中心，该中心从事高空气球的研究和发放工作已经有几十年的历史，是国内高空科学气球领域的先驱和主导。中国科学院的气球中心从70年代末开始发展高空气球，于1984年建成了我国唯一的高空科学气球系统并开始应用于科学观测和研究。系统包括气球研制和发放、遥测遥控和定位跟踪、实验舱姿态控制、实验设备回收、气体储运设备、气象保障和地面勤务通信等。气球体积最大达5万立方米，最大载荷重量250公斤，飞行高度32 - 34公里，气球的滞空时间3 - 5小时。目前，我国的高空气球技术已经比较成熟。气球体积形成了从3万立方米到40万立方米的系列，最大可制造60万立方米的气球，发放能力达到2000公斤，飞行高度40公里。1990年实现了从我国北方到俄罗斯西南部的长时间飞行，飞行时间72小时，飞行距离四千余公里。

高空科学气球系统应用于多学科的实验研究，包括宇宙线、空间硬X和γ射线天文、红外天文、空间物理和太阳物理、平流层和中层大气物理、遥感、微重力科学、空间生物和遗传等领域。目前，各国正在研究和发展的超压气球，不同于传统的零压气球，由于飞行持续时间可长长达几十天甚至上百天，并且飞行高度稳定，因此不仅是NASA超长时飞行气球项目的主要研究对象，也是将来高空气球应用和发展的一个重要方向。