70个大红灯笼飘立空中纹丝不动，如何做到的？

                       


图片来源：人民日报客户端

10月1日的天安门广场，东西侧路上空各35个红彤彤的大型充气灯笼，飘立在空中一动不动，仿佛悬浮于空中一般，这是如何做到的？

设计研制这些灯笼的，是中国航天科技集团有限公司五院508所的专家们。

“涉及理论力学和空气动力学，技术核心是要让拴灯笼的系留绳的延长线经过气球的气动压心，这个就叫系留技术，字面意思就是系住并留下。”大型充气灯笼的技术负责人、508所回收着陆专业副总工程师滕海山介绍。大型充气灯笼设计团队，由508所回收着陆技术研究室的充气结构和降落伞两个专业的人员组成。

从庆祝新中国成立50周年庆典开始，广场上空悬浮的大红灯笼都是由508所来设计的。

“从广场布局来看，都是平面的，如何让平面立体起来？烘托喜庆氛围？就有了挂灯笼这个创意。灯笼的外形设计是按照天安门城楼上的红庆灯设计研制的。”滕海山参加过庆祝新中国成立50周年、60周年、70周年时用到的充气灯笼的设计研制工作，对其中的故事如数家珍。

508所的主业之一是航天器回收着陆技术研究，而回收卫星、飞船的减速部件降落伞就是柔性材料，然而设计同样是柔性材料做成的大型充气灯笼，对他们来说还是存在挑战。

大型充气灯笼由内囊和外囊组成；灯笼下面拴着系留绳，正中间的叫主系留绳，四周的叫副系留绳；系留绳的下面“拽”着镇铁。升空的时候，先往灯笼里充氦气，充满、扎口、释放；降落的时候，摇主系留绳下面的绞盘收绳，灯笼落下来了，放气、折叠，还可以反复使用。



充气灯笼总体技术负责人、中国航天科技集团五院508所回收着陆专业青年专家陈旭。图片来源：人民日报客户端

设计这样一个充气灯笼，难在哪儿？

“一是气密性。充气灯笼是利用氦气比空气轻的特点，往内囊里充氦气升空的。而氦气属于惰性气体，通常是用来检验是否漏气的，所以做氦气灯笼对气密性要求非常高。”滕海山说。508所设计的大型充气灯笼是采用降落伞的制作技术，通过热熔化焊接，把复合膜焊在一起，密封性非常好。

充气灯笼气动压心的计算当然是关键中的关键，不然，升起来的灯笼不稳定，会在空中“跳舞”。充气灯笼的外囊是缝制的，如何让力系均布在球体表面，也要靠精密的计算。镇铁和地面之间的摩擦系数同样重要。处理不好，风一吹，灯笼会拽着地面上的镇铁跑。

“以前在太阳暴晒的情况下，灯笼会不会爆、里面气压多大，全凭手拍。这次，我们在灯笼里内置了防刺的无线测量设备，内部气压多大，随时可测量。”灯笼的总体技术负责人、508所回收着陆专业青年专家陈旭介绍。陈旭也参加过庆祝新中国成立60周年的灯笼设计。

这次还在灯笼上加装了IMU无线传感姿态测量设备，灯笼升空后，是“纹丝不动”还是“看着一动不动”，都有精确的数据。有了这些数据，便于研制过程中随时调整设计参数。

10年、20年过去了，大型充气灯笼的方方面面都在进步。

“升降方式更可靠了。”陈旭说。以前，升降灯笼的绞盘没有锁紧功能，升降时若不小心可能会被把手反打，如今不但有了锁紧功能，绞盘也更轻了。过去，搬运镇铁靠人工，如今，市场上出现了可定制的小推车，把镇铁铲起来搬运，节省了人力。

“庆祝新中国成立60周年时，灯笼内囊还只有一个出气口，充气还行，放气时太慢。今年，在内囊上设计了两个口，小口充气，大口放气，这样收灯笼的速度提高了。”陈旭说。

灯笼外囊的红色涤纶布今年也经过了浸入硅胶处理，红得更鲜艳了，下小雨也不怕内渗，水珠会直接滑落下来。内囊的三层材料也在加工时就贴合在一起，不用再在底部留排气孔了，气密性更好。

今年的充气灯笼5米宽，4.2米高，上云台0.4米，下云台0.5米，流苏0.6米。如此庞然大物和复杂制作工序，必须升起来才能检验释放各环节是否存在问题。为此，今年进行了近20次外场演练，最长一次持续7天，每天凌晨3：30开始，傍晚收工。

5月底的演练，在一处没有任何阴凉的旷野进行，下午1点，混凝土地面温度近50摄氏度，云台安装、充气、扎口、转运和升空……在被太阳炙烤的地面上，试验员们一丝不苟完成了每个环节，顾不上擦滚落而下的汗珠。

6月底，试验队又来到天津海滨，在北京市气象局的协助下，进行抗风能力测试。释放灯笼的场地是片草地，先除草才能更精准的为镇铁定位，等草除完了，叉车又陷进去出不来了，一组组250公斤重的镇铁，只能靠人力搬运。

演练一直持续到9月初，期间，研制团队还拿出一个月时间，对当天负责释放的北京体育大学的大学生志愿者们进行培训。“按照严格的航天管理模式，最终都是为了确保灯笼的精益求精和任务的万无一失。”陈旭说。

经过测试，一二级风时，灯笼能保持肉眼看去“纹丝不动”。“实际上在空中会有10厘米到20厘米的摆幅。”滕海山说。三四级风时，“看起来一动不动”，实际上会有0.5米到1米的摆动。六级风以下，灯笼都可以正常使用。

20年前，滕海山第一次参加灯笼研制，还是一名29岁的设计师，满是新鲜感；10年前，滕海山第二次参加灯笼设计，已经是技术负责人了。

“从庆祝新中国成立50周年到70周年，我们国家的航天技术在进步，材料和制作工艺也在进步，现在，我们对灯笼的抗风、抗压能力认识更深刻了，相信一定能呈现更好的效果。”滕海山自豪地说。
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