有沒有自製的飛行器可以飛到萬米高空？
從3萬米高空「跌落」：UAG 帶來 iPhone 6 保護套 測試視頻
這是一個保護套從萬米高空掉下來的視頻，為了驗證它的安全度，但是我很好奇它是怎麼上天的。平時我們用幾千塊的無人機可以飛到幾百米或者一千多米，那麼，有沒有個人或者小團體可以製成的飛行器或者熱氣球也能夠飛到萬米高空，能拍到天空的畫面。能否科普下飛到萬米高空的主要難度在哪裡？
萬米高空已經在平流層了啊。若說自製可以飛到平流層並拍照的飛行器，最好的選擇就是氦氣球了。
*國家氣象局的科考隊員在北極釋放探空氣球，2008年。PS：其中一人是某基友的老爹-_,-
如你所見，探空氣球就是一個巨大的橡膠氣球。除非是要攜帶巨大的負載，這樣的氣球在設計上和你在街邊買到的玩具氣球，除了更大以外，沒有多少分別（當然為了能適應高空的低溫，材料會用得好些）。自然，這樣的飛行器成本會低得嚇人（不到十元至百元左右）。一般的探空氣球很容易飛到26000米的高度。若改打氫氣並略超量灌氣，甚至可以飛到35000米的高度。所以，探空氣球是一個飛大高度的很好選擇。
探空氣球的缺點是無法控制。基本上只能控制任務載荷本體 or 在飛達最高點之前提前釋放任務載荷兩點。至於氣球會飛到哪裡啊，載上去的設備如何回收啊，就完全沒法控制了。如果未加任何控制措施，探空氣球會隨風飄到很遙遠的地方，並在高空（一般是30000米左右）因氣囊外部壓力過低而爆裂，使氣球下的載荷墜落回到地面。可這時載荷墜落的地點，可能已經距離氣球釋放的地方有上百公里了。加上氣球的載荷一般都非常小，除非有定位裝置，想找回來真的是非常非常難。回收不來的情況也挺常見的。[1]
所以，如果希望拍攝設備可以在有限的範圍內回收並且容易找到，那麼最好的選擇就是高性能模型火箭了。
當然，這裡說的模型火箭不是中學生們玩的那種只能飛百米高的小玩具，甚至不是正式航天模型競賽里使用的競賽級模型火箭，而是經過縝密設計，使用大推力固體甚至液體模型火箭發動機的大傢伙。
*一個澳大利亞玩家制的大型模型火箭。這種級別的火箭很容易飛到10000英尺（3000米）以上。稍作改進很容易飛到10000米高度。
比起模型火箭的名稱，更多時候這些業餘火箭被稱為High Power Rocketry（HPR）。和常見的模型火箭比起來大到不知哪去，很多甚至巨大如防空導彈，並且可能採用多級火箭的結構。實際上很多高性能的High Power Rocketry與探空火箭已經沒有太明顯的區別了。比起氦氣球來說，火箭是全程可以控制的飛行器。即使失去動力以後，飛行軌跡也可以通過彈道推算出來，從而讓火箭按照自己預先的設想的軌跡飛行。即使回收的設備可能會因為風之類的因素飄離，也不會差太多的。一般射高10000米的火箭，回收的設備距離發射點的距離會在10km以內。比起探空氣球來說真是省事多了。
說到回收設備，HPR一般會用降落傘。當然因為火箭太大，一般只會回收設備艙段，動力系統之類的大多是自由落體墜落，不做回收。至於火箭帶上去的設備，照相機和攝像機為多--其實很多玩家玩火箭就是為了在高空拍照片的啊~
*使用降落傘回收的HPR設備艙段
根據使用的發動機不同，火箭的規格從H Class到O Class分為8檔。[2]對於單級火箭來說，N Class和O Class的射高都已經突破萬米.[3] 對於不限級別和級數的火箭來說，目前個人玩家的射高紀錄已經達到80km，[4] 某個瘋狂的半專業小團體曾經射到過116km。由於是玩具，因此這些火箭的價格要比探空火箭低很多，大約為幾十萬人民幣。因此是個人可以承受得起的範圍。而且這些火箭的技術難度並不大，大抵上研究生就可以搞定。[5] 以及現在還有很多相關的輔助設計軟體可以進行輔助設計和簡易的模擬，小團隊已經可以完成設計過程了。在國外，甚至有專門的發動機和火箭套材可以購買。所以，對飛行有些要求和逼格的話，只管用火箭好了。
但除了探空氣球和火箭以外，還有什麼飛行器能飛到1萬米到3萬米的高度呢？
選擇不是太少。固定翼機的話，噴氣式飛機的世界紀錄可以飛到36000米（Mig-25），高空低速機也可以飛到27000米。活塞式發動機的固定翼機可以飛到17000米，電動的話可以到29000米。直升機的世界紀錄是12000米。（題主說到的熱氣球反而無法達到這樣的高度，世界紀錄貌似是9700米）
可這些選擇想做到都不容易。
對於民間自製的重於空氣航空器（固定翼機 or 直升機）來說，目前無人飛行器的最高飛行紀錄是26919ft（8205m）。[6] 載人機稍好點，是50671ft（15300m）。不過後者其實是商用滑翔機改造的，而且滑翔機想飛到這個高度受到自然影響太多，有拼RP的成分在裡面，所以沒太大的意義。至於直升機的話……大家洗洗睡吧。所以說，對於自製的飛行器來說，萬米高度的平流層是一個不容易突破的坎。
平流層的高空會有很多問題：低溫，大風，宇宙射線。但對於飛行器來說最大的問題，則是已經降到很低的氣壓。
*圖示為大氣壓力隨海拔高度下降的曲線。
可以看到，10000m高度時，大氣壓只有海平面的不到1/3，15000m時甚至只有1/10略強。
在如此的低氣壓環境下，受影響最明顯的就是發動機了。大多數民間自製的固定翼飛行器會選擇活塞式發動機驅動螺旋槳作為動力來源。很糟糕的是，活塞式發動機對於氣壓非常敏感。隨著氧氣含量的下降，發動機的功率會迅速降低。就像開上高原的汽車一樣，發動機會顯得無力。當然，想再向上爬升也困難了。
對應的方法是為發動機加裝增壓器（機械增壓 or 渦輪增壓），粗暴的提高發動機的高海拔性能。但，增壓器的效果不是無限的。對於一般的活塞航空發動機，一級增壓器的效果在5000m以上就已經很低了。如果想再爬升的話怎麼辦呢？只有再增加一級增壓器了……可是繼續提高增壓根本不是一件容易的事情，尤其在航空發動機上，國內碰過高空無人機的說到這點幾乎都是淚流滿面啊。
由於二戰以後活塞發動機的發展幾乎停滯，所以雖然過了這麼多年，用戶手裡能選擇的發動機型號並不多，價格也足夠堅挺。對於較大的發動機來說，尚且有Rotex的發動機有帶渦輪增壓的型號可選。若是想做較小的發動機，基本上只能自己改裝了。而這樣做的技術難度和工作量都是非常大的，即使是大型的設計機構，面對這樣的問題，一般也是選擇將飛行器的巡航高度降低到5000m，或者乾脆使用渦槳發動機來規避問題。對於個人或者小團體來說，這個坎就太高了。
更不必說，高空時螺旋槳的效率也會急劇下降，無法提供爬升需要的動力。而要克服這點，需要發動機提高功率並增加飛行器的速度--可這時候發動機本來就已經不濟了。
當然，換用渦噴發動機可以立刻克服活塞發動機的諸多問題--畢竟渦噴的高空性能比活塞發動機強太多了，而且也不用擔心螺旋槳的問題。不過價格嘛……土豪今晚咱們約Kempinski還是Hilton？另外對於渦噴這個油老虎來說，要保證攜帶的燃料足夠爬升到高空，對動力系統的設計要謹慎得多。
更不用說低氣壓對於氣動設計上的影響呢。
所以，嘗試飛到萬米高空甚至2、3萬米高空這件事最簡單的方式是採用氦氣球，稍任性點可以使用火箭。而設計其他形式的飛行器，尤其是重於空氣的飛行器，雖然說不是不能做到，但真的是一個又要氪金技術上難度又相當大的事情。即使實現了，比起使用氣球麻煩很多（實際上，大多數時候可以看到的那些將手機什麼的帶上高空的視頻，都可以看出是探空氣球實現的），比起火箭又費很多事情，自然沒什麼人會選擇了。所以實際上除了做創紀錄飛行的人以外，民間飛行愛好者常使用固定翼飛行器 or 直升機衝擊高空的例子非常罕見，甚至不如滑翔傘玩家多呢~
最後提示必須提示一下：任何飛行器，哪怕只是一個氣球，在高空都可能導致飛行安全事故！故此真正嘗試釋放這些飛行器之前，一定要向有關部門諮詢計劃釋放的空域是否可供使用並提出空域使用申請！因為這種事情鬧出個大新聞可一點不是個好玩的事情！
最後的最後，謝邀~
-----Reference------[1]：一個國內的栗子，清華附中的學生嘗試釋放探空氣球卻未能回收。Spotwalla地址在這裡：
[2] :詳細的模型火箭發動機分級可以參考這個網頁 Model rocket motor classification 高於O Class的發動機級別雖然存在，但對於模型發動機來說已經沒有意義了。
[3]:http://www.canadianrocketry.org/records_hpr.php
[4]:HobbySpace - Rocketry
[5]:北航本科生自己設計的火箭：【北航故事】「我送火箭上藍天」
[6]:Untitled Document
如果用廣義的飛行器來說，很容易，比如氦氣球。進入亞空間都沒有問題。
如果說飛機的話，也不難。畢竟LSA的飛機有些實際上已經能夠到達萬米。當然，活塞發動機加增壓。這個我親身經歷過。比如斯洛維尼亞的pipistrel 就可以。把那款短翼的換成長翼的，慢慢爬，就可以。我原來有過一架。
另外，做一款類似於火箭之類，也不是很難的事情。
如果再廣義凡是能夠飛起來就可以，那麼你甚至可以做一個很長的軌道做成一個電磁炮那樣的東西打一塊金屬上去。實際上，技術都不難。難的是，你得化很多錢，得有很好的理工基礎。
然後，最難的是，你弄成了得小心有人上門找你喝茶。
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