距地面20-100 km得临近空间（Near space）是一个尚未完成系统开发利用的空域，由于其在军事、科学探索以及在通信、导航、农业、气象、载人旅游、地理测绘等行业具有重要的战略意义和应用价值。由于临近空间探测手段匮乏，临近空间的主要物理环境参数及其变化、临近空间特殊现象的发生规律等有待于揭示和认知。“鸿鹄计划”是我国第一个系统性的临近空间科学与技术的国家计划。

受中国科学院战略性先导科技专项课题“临近空间对太阳风暴响应特征观测研究”委托，林伟立团队承接“浮空平台原位臭氧探测载荷研制”之任务。任务要求根据距离地面20-30 km大气环境要素的特征设计和研制适合临近空间原位探测的臭氧探测仪，利用浮空器搭载方式对临近空间大气臭氧浓度变化及其对短期太阳活动的响应开展中纬度科学观测试验研究，以期获得临近空间臭氧变化特征及其受短期太阳活动、地磁扰动等的影响及反馈，为临近空间大气环境建模提供数据支撑。

林伟立团队综合考虑了多种臭氧观测方法的优缺点，设计了基于气敏半导体臭氧传感器技术的臭氧探测仪，以满足在临近空间长时间连续观测的需求。臭氧探测仪前后经过了2代产品（图1），首次实现气敏传感器技术在临近空间环境下进行臭氧浓度探测的应用。仪器同时可以进行大气压的测量，并实时获得仪器内部温湿度数据。为满足临近空间特殊环境探测及回收，臭氧探测仪在地面进行了严格的低压环境下温度循环实验和2g下的撞击实验。为保证观测数据的顺利获取，探测仪不仅与浮空平台实时进行数据交换，仪器内部还自带存储器。

图1. 先后研制的2代臭氧传感器外观图

图2. 环境模拟试验与撞击实验

臭氧探测仪先后在2019、2020和2022年8˗9月在青海省海西州大柴旦地区进行4次成功的外场飞行试验，飞行高度达到30km，最长飞行时间超过12小时。根据2019年二次飞行实验结果，臭氧探测仪进行了改进，由单量程变成了双量程，同时正方体结构变成扁平结构，降低重心，仪器重量大约在1.8kg。根据2020年实验结果，在2022年实验过程中改变了搭载方式，取消隔热措施。此外，在2022年的飞行试验中，首次实现三类不同原理仪器同时傍飞，包括自主研制的双量程臭氧气敏半导体传感器（GSS，无隔热）、ECC电化学臭氧探空仪和压力传感器改造过的基于紫外光度法(UVP)的小型臭氧分析仪。三种不同原理的测量方法在不同高度上得到可比的臭氧浓度，也与多年的卫星廓线观测结果具有良好的可比性，验证了自主研发臭氧传感器在测量臭氧上的可靠性。因此臭氧探测仪的成功研制，不仅可满足临近空间长时间的原位观测需求，而且其多次成功飞行试验也提供了宝贵的观测经验。所获得的观测数据在进一步分析中，以期为临近空间大气探测提供科学的数据。

图3. 外场飞行试验基地

图4. 载荷吊装

图5 气球充气中

图6. 陈熠同学在实验营地帐篷内调试仪器

图7. 现场实验队人员在实验舱放飞前合影

图8. 一次飞行轨迹图

供稿：林伟立、陈熠