飞上2万米：NASA的“高空科学猎手”ER-2

提起NASA，人们往往先想到火箭和卫星，却很少注意到，在地球大气层的边缘，还有一种被称为“准卫星”的飞机，正日复一日地执行着环境科学、大气采样和卫星数据验证的任务。它就是ER-2高空科学飞机，由洛克希德公司制造，隶属于NASA科学任务理事会下属的“机载科学计划”，是名副其实的“飞行实验室”。

NASA运营着两架“机载科学”ER-2型飞机，用于执行各种环境科学、大气采样以及卫星数据验证任务。

图源：NASA/Carla Thomas

目前NASA共运营两架ER-2，常驻加州帕姆代尔的阿姆斯特朗飞行研究中心703号楼，长期承担地球资源观测、天体观测、大气化学与动力学研究，以及海洋过程监测等多重使命，同时也是电子传感器研发、卫星定标与数据验证的重要平台。

从U-2到ER-2：一段跨越半个世纪的传承

ER-2的故事最早可以追溯到1971年。当时NASA使用两架洛克希德U-2飞机采集科学数据，基地设在加州莫菲特场的艾姆斯研究中心。随着任务需求不断增长，NASA于1981年引进第一架ER-2，1989年又增添第二架，逐步接替了U-2的工作。1997年，ER-2机队及其运营整体迁往阿姆斯特朗飞行研究中心，延续至今。

自1971年8月31日机载科学计划首次执行任务以来，NASA的U-2与ER-2飞机已累计完成超过4500次科学数据任务与试飞。1998年11月19日，在起飞重量介于26455至35275磅之间的同类飞机中，NASA的ER-2创下了极限飞行高度的世界纪录，成功飞抵20940米的高空。

追踪风暴与大气化学的“空中实验室”

对于研究低平流层与北美季风反气旋（NAMA）而言，ER-2是一件不可替代的工具。2021年与2022年夏季，基地设在堪萨斯州萨莱纳的“夏季平流层动力学与化学”（DCOTSS）任务搭载了12台仪器，对重要痕量气体、气溶胶、活性物质及气象参数进行现场实测。

DCOTSS项目收集的数据，帮助科学家理解强对流系统如何伴随大尺度季风运动穿透平流层最底层（即对流层顶），以及这种对流活动对低平流层化学成分的影响。每次执行对流采样任务时，ER-2都会完成多次垂直剖面飞行，并沿对流输出区进行水平穿越飞行，以全面刻画气羽及周边背景大气的特征。这项研究让科学家更深入地理解了平流层内动力与化学过程的相互作用机制，以及这种成分构成将如何随气候系统的持续变化而改变。

此外，在为期三年的一项研究中，ER-2连续多个冬季驻扎美国东南部，专门研究降雪现象。雪暴常常呈带状结构发展，而这种结构此前一直难以被科学界充分理解，现有数值模型的预测能力也十分有限。得益于遥感技术与数值天气预报模型近年来的显著进步，如今正是重启这项研究、识别关键物理过程、提升降雪遥感与预报能力的理想时机。

NASA飞行员格雷格·“教练”·纳尔逊（Greg “Coach” Nelson）在位于加利福尼亚州帕姆代尔的阿姆斯特朗飞行研究中心703号楼，由机组生命保障人员协助完成ER-2飞行前的准备工作。

图源：NASA

在这项名为“大西洋沿岸威胁性雪暴微物理与降水调查”（IMPACTS）的科研项目中，ER-2与驻扎弗吉尼亚州沃洛普斯岛的NASA P-3飞机协同作业，搭载一整套互为补充的遥感与现场探测仪器，共同服务于多项具体研究目标，为理解雪带的形成、组织和演变机制提供了关键观测数据。

为卫星传感器“打前站”

自机载科学计划创立之初，NASA的U-2与ER-2就一直承担着为新型卫星传感器“打前站”的角色，无论是测试原型设备，还是用现有系统模拟拟议中的卫星配置方案。

ER-2机上搭载的“机载可见光/红外成像光谱仪”（AVIRIS）由NASA喷气推进实验室设计，是一台拥有224个波段的高光谱扫描仪，主要用于依据分子吸收与颗粒散射特征，识别、测量并监测地球表面及大气的各类成分。基于AVIRIS数据开展的研究，大多聚焦于理解全球环境与气候变化相关的各类过程。

另一台仪器“机载月球光谱辐照度测量系统”（Air-LUSI），能够对月球光谱辐照度进行高精度、可追溯的测量。这些数据可用于验证或校正现有的月球光谱辐照度模型，而这类模型正是校准对地观测卫星的重要依据。Air-LUSI最初的主要目标，是解决目前大气层外月球光谱辐照度存在的5%至10%的不确定性范围。随着月球光谱辐照度模型精度的不断提升，未来卫星仪器有望将月球作为绝对定标参照物，从而大幅提升在轨卫星定标的灵活性与效率。

足迹遍布六大洲

多年来，NASA的ER-2机队已经部署至六大洲，参与全球变暖与臭氧层损耗研究，并为全球气候变化研究和航空摄影积累了大量数字多光谱影像。这些任务不仅测试了卫星成像传感器的原型设备，也为NASA及美国林业局、环境保护署、美国鱼类与野生动物管理局、美国陆军工程兵团等联邦机构支持的科研项目采集了宝贵的地球资源数据。

性能解析：一架怎样的飞机？

ER-2是一款用途极为广泛的飞机，能够胜任多种科研任务。它的巡航高度介于6096米至21336米之间，相当于飞行在地球99%的大气层之上。根据机身载重情况的不同，ER-2可以在20分钟内爬升至19812米的初始巡航高度，典型巡航速度为410节。执行一次标准的八小时任务，飞行航程可达5556公里，其中约有七个小时用于高空数据采集。如果执行更长时间的任务，飞行时长可超过10小时，航程也能突破11112公里。ER-2最大有效载荷为2600磅（约合1179千克），分布安装在设备舱、机头区域及机翼吊舱之中。

这架飞机配备四个大型增压实验舱，以及一套高容量的交直流电力系统，使其能够在单次任务中同时携带多种不同的科研载荷。得益于模块化设计，地面人员可以根据不断变化的任务需求，快速安装或拆卸相应设备，让ER-2始终保持灵活的任务适应能力。

参考

https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-tracks-new-decagon-encircling-saturns-south-pole/