提起NASA，人們往往先想到火箭和衛星，卻很少注意到，在地球大氣層的邊緣，還有一種被稱為「準衛星」的飛機，正日復一日地執行着環境科學、大氣採樣和衛星數據驗證的任務。它就是ER-2高空科學飛機，由洛克希德公司製造，隸屬於NASA科學任務理事會下屬的「機載科學計劃」，是名副其實的「飛行實驗室」。

NASA運營着兩架「機載科學」ER-2型飛機，用於執行各種環境科學、大氣採樣以及衛星數據驗證任務。

圖源：NASA/Carla Thomas

目前NASA共運營兩架ER-2，常駐加州帕姆代爾的阿姆斯特朗飛行研究中心703號樓，長期承擔地球資源觀測、天體觀測、大氣化學與動力學研究，以及海洋過程監測等多重使命，同時也是電子傳感器研發、衛星定標與數據驗證的重要平台。

從U-2到ER-2：一段跨越半個世紀的傳承

ER-2的故事最早可以追溯到1971年。當時NASA使用兩架洛克希德U-2飛機採集科學數據，基地設在加州莫菲特場的艾姆斯研究中心。隨着任務需求不斷增長，NASA於1981年引進第一架ER-2，1989年又增添第二架，逐步接替了U-2的工作。1997年，ER-2機隊及其運營整體遷往阿姆斯特朗飛行研究中心，延續至今。

自1971年8月31日機載科學計劃首次執行任務以來，NASA的U-2與ER-2飛機已累計完成超過4500次科學數據任務與試飛。1998年11月19日，在起飛重量介於26455至35275磅之間的同類飛機中，NASA的ER-2創下了極限飛行高度的世界紀錄，成功飛抵20940米的高空。

追蹤風暴與大氣化學的「空中實驗室」

對於研究低平流層與北美季風反氣旋（NAMA）而言，ER-2是一件不可替代的工具。2021年與2022年夏季，基地設在堪薩斯州薩萊納的「夏季平流層動力學與化學」（DCOTSS）任務搭載了12台儀器，對重要痕量氣體、氣溶膠、活性物質及氣象參數進行現場實測。

DCOTSS項目收集的數據，幫助科學家理解強對流系統如何伴隨大尺度季風運動穿透平流層最底層（即對流層頂），以及這種對流活動對低平流層化學成分的影響。每次執行對流採樣任務時，ER-2都會完成多次垂直剖面飛行，並沿對流輸出區進行水平穿越飛行，以全面刻畫氣羽及周邊背景大氣的特徵。這項研究讓科學家更深入地理解了平流層內動力與化學過程的相互作用機制，以及這種成分構成將如何隨氣候系統的持續變化而改變。

此外，在為期三年的一項研究中，ER-2連續多個冬季駐紮美國東南部，專門研究降雪現象。雪暴常常呈帶狀結構發展，而這種結構此前一直難以被科學界充分理解，現有數值模型的預測能力也十分有限。得益於遙感技術與數值天氣預報模型近年來的顯著進步，如今正是重啓這項研究、識別關鍵物理過程、提升降雪遙感與預報能力的理想時機。

NASA飛行員格雷格·「教練」·納爾遜（Greg 「Coach」 Nelson）在位於加利福尼亞州帕姆代爾的阿姆斯特朗飛行研究中心703號樓，由機組生命保障人員協助完成ER-2飛行前的準備工作。

圖源：NASA

在這項名為「大西洋沿岸威脅性雪暴微物理與降水調查」（IMPACTS）的科研項目中，ER-2與駐紮弗吉尼亞州沃洛普斯島的NASA P-3飛機協同作業，搭載一整套互為補充的遙感與現場探測儀器，共同服務於多項具體研究目標，為理解雪帶的形成、組織和演變機制提供了關鍵觀測數據。

為衛星傳感器「打前站」

自機載科學計劃創立之初，NASA的U-2與ER-2就一直承擔着為新型衛星傳感器「打前站」的角色，無論是測試原型設備，還是用現有系統模擬擬議中的衛星配置方案。

ER-2機上搭載的「機載可見光/紅外成像光譜儀」（AVIRIS）由NASA噴氣推進實驗室設計，是一台擁有224個波段的高光譜掃描儀，主要用於依據分子吸收與顆粒散射特徵，識別、測量並監測地球表面及大氣的各類成分。基於AVIRIS數據開展的研究，大多聚焦於理解全球環境與氣候變化相關的各類過程。

另一台儀器「機載月球光譜輻照度測量系統」（Air-LUSI），能夠對月球光譜輻照度進行高精度、可追溯的測量。這些數據可用於驗證或校正現有的月球光譜輻照度模型，而這類模型正是校準對地觀測衛星的重要依據。Air-LUSI最初的主要目標，是解決目前大氣層外月球光譜輻照度存在的5%至10%的不確定性範圍。隨着月球光譜輻照度模型精度的不斷提升，未來衛星儀器有望將月球作為絕對定標參照物，從而大幅提升在軌衛星定標的靈活性與效率。

足跡遍佈六大洲

多年來，NASA的ER-2機隊已經部署至六大洲，參與全球變暖與臭氧層損耗研究，並為全球氣候變化研究和航空攝影積累了大量數字多光譜影像。這些任務不僅測試了衛星成像傳感器的原型設備，也為NASA及美國林業局、環境保護署、美國魚類與野生動物管理局、美國陸軍工程兵團等聯邦機構支持的科研項目採集了寶貴的地球資源數據。

性能解析：一架怎樣的飛機？

ER-2是一款用途極為廣泛的飛機，能夠勝任多種科研任務。它的巡航高度介於6096米至21336米之間，相當於飛行在地球99%的大氣層之上。根據機身載重情況的不同，ER-2可以在20分鐘內爬升至19812米的初始巡航高度，典型巡航速度為410節。執行一次標準的八小時任務，飛行航程可達5556公里，其中約有七個小時用於高空數據採集。如果執行更長時間的任務，飛行時長可超過10小時，航程也能突破11112公里。ER-2最大有效載荷為2600磅（約合1179千克），分佈安裝在設備艙、機頭區域及機翼吊艙之中。

這架飛機配備四個大型增壓實驗艙，以及一套高容量的交直流電力系統，使其能夠在單次任務中同時攜帶多種不同的科研載荷。得益於模塊化設計，地面人員可以根據不斷變化的任務需求，快速安裝或拆卸相應設備，讓ER-2始終保持靈活的任務適應能力。