中國版浮空器：穹頂之上有“天眼”

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中國版浮空器：穹頂之上有“天眼”

曹煦

“浮空器”因為擁有來自高空的獨特視角，且長期停留在空中作業，節省了大量分散的監控工作。鑒于其卓越性能和突出特點，它獲得了諸多響亮的贊譽：“天眼”、“世博哨兵”、“空中大白鯊”、“安全衛士”……

白手起家，中國版浮空器15年出爐

白色氣球有個專業名稱叫“浮空器”，是一種密度輕于空氣、依靠大氣浮力升空的飛行器。氣球通過電纜與地面車輛連接。氣球上可以搭載視頻監控設備，全方位監測地面情況，擔負“空中警戒線”職能；此外也能搭載環境、交通、氣象等各類監測設施。

在曾經風靡一時的電子游戲《紅色警戒》中，基于浮空平臺想象出的蘇聯部隊“基洛夫”飛艇是玩家們心中的經典武器。而現實中這種想象也并非空中樓閣，如在一次世界大戰中，德國研制的齊柏林飛艇就曾經大顯身手。后來由于科技的不斷進步，飛艇逐步退出了空軍序列，但浮空類平臺沒有淡出歷史舞臺，它在預警、偵察、安保等軍用和民用領域的作用仍然很大。

現代浮空器作為一種通用平臺，可搭載多種設備，用途十分廣泛。目前，國外只有美國、俄羅斯掌握該項技術。

中國版浮空器，是我國自主研制的一種新型空中平臺，也是軍民技術轉化的成果之一。

曾幾何時，讓中國制造的浮空器升空，是中國電科浮空技術團隊的夢想。

據介紹，2000年左右，中國電科依托第38研究所成立了浮空平臺研發中心，開始立項研發浮空器項目，這也是全國唯一一家綜合性專業浮空技術孵化機構。“作為尖端技術，國外也不會把技術輸入中國，可以說是白手起家搞研究。”中國電科浮空平臺研究中心副主任劉傳超說。

除了浮空器本身，浮空器配套設施也是必須攻克的難關。15年來，科研團隊已研制出浮空器海量零部件。“神奇氣球”真正成為土生土長、名副其實的“中國制造”。

劉傳超表示，中國版浮空平臺的問世和應用，標志著我國已全面掌握浮空器的構造、材料、控制、信息獲取和通信方法等技術，填補了國內球載高清監控領域的空白。“看到浮空器升空，我們感到太自豪了，這個技術除了美國、俄羅斯外，全世界只有中國有。”劉傳超說。

“神奇氣球”神在何處

從中國電科了解到，以前在大型活動現場，通常依靠直升機或飛艇進行全天候值勤，但直升機留空時間短、噪聲大、燃料消耗量大，而飛艇抗風能力不強。

浮空器的出現，改變了這一局面。它不帶動力，完全依靠浮力升空；它可以根據安保任務的不同，根據監控區域的大小，定制不同大小；它有防雷電的電纜來當“臍帶”，可在百米高空連飄5~10個晝夜“紋絲不動”，甚至能抵抗10級臺風和雷暴天氣；型號更大的甚至可以連續留空30天以上。

據中國電科浮空首席科學家徐忠新介紹，浮空器與直升機、無人機等其他飛行器相比，具有駐空時間長、定點懸停、垂直起降方便、使用成本低、無污染、低噪聲、耗能少等優點。

徐忠新詳細解釋說，“神奇氣球”的研制有三處最神奇：不一般的球皮，不一般的氣體，不一般的纜繩。

所謂不一般的球皮，是一種多層復合囊體材料，它由特殊的高分子復合材料做成，包含承力織物層、耐候層、阻氣層、粘接層等，該球皮材料不僅質量輕，而且強度高，不易變形，并且有很好的柔韌性和氣密性，一塊巴掌大的小小球皮，即使是兩個強壯的男士也很難將其撕破。氣球的外形是流線型，經過仿真計算和試驗驗證，保證了氣球具有良好的氣動穩定性和環境適應性，從而確保氣球長時間留空的安全。

不一般的氣體，則是指充在浮空器中的氦氣。和很多民用氣球不同的是，“神奇氣球”內部充入的是氦氣，而不是氫氣，這種氣體和氫氣一樣，在質量上都非常輕，但氦氣是惰性氣體，不會像氫氣那樣易燃易爆，即使用火去點也點不著，并且可以回收循環使用，具備了綠色環保的特點。“神奇氣球”的使用也不像飛機要求的條件那樣苛刻，它的升空和下降不需要專門的跑道，只需有籃球場大小的空曠場地即可開展工作，場地適應能力非常強。

不一般的纜繩，則是指多功能系留纜繩。它可是一個高科技產物，由輕質高強度的先進材料制成，每米重量僅有120克，不到一個雞蛋重量，卻包含了高壓輸電、信號傳輸和泄雷功能，除了能讓氣球長時間固定在高空不隨意晃動和飄走之外，還能為空中的氣球輸送源源不斷的電力，并能將氣球上掛載設備監控到的視頻信號和探測數據實時傳回地面指控中心，在雷電天氣條件下，還具備防雷電功能。

氣球本身很神奇，它搭載的裝備同樣不一般。徐忠新表示，背負高倍高清攝像機的浮空器能實現對方圓10~100公里的區域定點全景掃描。這使它有了一個更具威力的名字——“天眼”。地上哪怕只有火柴盒大小的物體，“天眼”都能“看”得清清楚楚；一旦發現異常，還能針對某一區域專門放大監測，并實時將拍攝到的各類圖像通過光纖、微波傳到地面指揮控制車，同時將各類圖像信息反饋到政府應急指揮室、應急聯動中心、總控中心、民防指揮中心等單位，便于應急決策。

在公共安全領域有廣闊應用前景

中國版浮空器的用途很廣，因為氣球腹部有個半球形整流罩，里面可以搭載不同的設備，包括預警雷達、電子對抗、電子干擾、視頻監控、霧霾探測、中繼通信和成像設備等，從而廣泛應用于預警探測、對地觀察、偵察對抗、通信中繼、安防監控、環境監測等領域。

在迄今為止為數不多的公開亮相里，它每一次都堪稱驚艷。

2010年，上海世博會期間，中國電科研制的我國第一個用于公共安全領域的浮空器產品完成首秀，這個長31米、容量1600立方米的龐然大物在歷時184天的展會期間用于世博園區監視和預警，廣受好評。

2013年底，全國霧霾天氣十分嚴重，國內首個搭載霧霾探測設備的浮空器，在上海市實現了對大氣從地面至空中1000米高度的立體探測，研究高空細顆粒物的主要理化特性和垂直分布特征，為城市環境治理提供了準確的科學依據。

2014年5月的新疆郁金香節，這個長19米、340立方米的“天眼”攜帶了1臺可見光高清攝像機、1臺紅外相機和1臺氣體濃度探測儀，24小時不間斷、360度監控地面游客、車輛、建筑、景觀等環境狀況，對重點區域的動向“了如指掌”。

2014年11月的珠海航展，“大白鯨”浮空器作為軍民技術轉化的成果之一，與“運20”、“殲31”并列成為當屆航展最亮的三顆星。

目前，對地觀察、安防監控，負責一方平安，仍是有“天眼”之稱的浮空器最核心的功能。公開資料顯示，我國每年因自然災害、事故災難、公共衛生和社會安全等突發公共安全事件造成的非正常死亡人數超過20萬，傷殘人數超過200萬，經濟損失年均近9000億元，相當于GDP的3.5%，遠高于中等發達國家1%~2%的同期水平。

“公共安全形勢背后暴露出公共安全體系存在很多不足，產業發展滯后，缺乏一套監測、預警、應對、管理公共安全事件的科技手段與產品裝備。”雷達與公共安全技術專家、中國工程院院士吳曼青表示，核心技術購買不到，往往受制于人。“浮空器作為戰略性裝備，具有自主知識產權，在應急通信、平安城市、智慧交通、環境保護、防災減災等公共安全領域具有廣闊的應用前景。”

5月29日，中共中央政治局就健全公共安全體系進行第二十三次集體學習時，習近平總書記強調，公共安全連著千家萬戶，確保公共安全事關人民群眾生命財產安全，事關改革發展穩定大局。努力為人民安居樂業、社會安定有序、國家長治久安編織全方位、立體化的公共安全網。

習近平總書記指出，維護公共安全體系，要從最基礎的地方做起，要把基層一線作為公共安全的主戰場，堅持重心下移、力量下沉、保障下傾，實現城鄉安全監管執法和綜合治理網格化、一體化。

在公共安全專家、中國電科副總經理左群聲看來，國產浮空器在公共安全領域大有可為。他說，隨著需求的深化，整個項目已不再只是單純的視頻監控信息管理系統，而將成為平安城市防控體系數字化建設工程，為全面構建和諧社會搭建科技保障平臺。

據中國電科有關人士介紹，出現在新疆上空的浮空平臺，就是以傳統浮空器為載體，搭載可見光超視距鏡頭、紅外夜視鏡頭、4G自組網通信模塊等多種載荷，通過掌握制空權實現廣域覆蓋監控，既能滿足重點區域全天候監控偵察需求，也可為周邊區域提供機動偵察和應急通信保障。

專家點評

讓中國浮空器發揮更大的價值

教育部飛行器設計學科“長江學者獎勵計劃”特聘教授宋筆鋒

中國電子科技集團浮空平臺研發中心始終以創立一流浮空器品牌為己任，在推動我國浮空器發展方面取得了巨大的成就。該研發中心始終堅持放眼最新科學技術，以打造國際一流的新型浮空裝備為追求，使得大型系留氣球載雷達系統成功運用于軍民各領域；在奧運會、亞運會、世博會、博鰲論壇等重大會議及活動安保中發揮重要作用。

作為一種通用平臺，浮空器具有抗風能力強、滯空時間長、任務載重大等多種優點，攜帶不同的任務裝備，可廣泛應用于軍民各領域。由于浮空器涉及專業面廣、系統復雜、創新性強、研制難度大，浮空平臺研發中心團隊在各產品研制過程中攻克了多項關鍵技術，填補了國內空白，擁有多項自主知識產權，整體技術處于國內領先，達到國際先進水平，具有重大的軍事和經濟效益。

創新引領國產浮空器發展

中國電子科技集團公司浮空平臺研發中心副主任 劉傳超

在浮空器面世以前，用于空中偵察、測繪、通信、預警的主流平臺主要有飛機和衛星等。這兩種平臺均存在著相應的缺點：就飛機來說，存在續航時間短、無法定點飛行、成本高昂等問題；對衛星來說，存在無法重復使用、任務載重小等缺點。

浮空器的研制和使用歷程可追溯到一戰時代。進入21世紀，隨著通信、材料、工藝、空氣動力學、動力等各基礎專業的大力發展，浮空器又煥發出了新的活力，在飛行器家族中再一次嶄露頭角。

同飛機、衛星等空中平臺相比，以浮空器作為平臺搭載任務裝備具有運營成本低、可定點懸停、留空時間長、空中姿態穩定、雷達反射面積小、安全性好、部署方便靈活、操作維護簡單等獨特的優勢，越來越受到世界各國的廣泛關注。美國是利用浮空器執行軍事任務最成功的國家。

浮空器的研究在我國起步相對較晚，在浮空器的研制、設計、生產、使用、維護過程中，我們不僅要穩定現有的技術狀態，更要加大創新引領。我國經過30多年的改革開放，在材料、工藝、電子元器件、任務裝備等各方面有了長足發展，基于我國基礎科技的進步，我們從事的浮空器事業也有了更有力的支撐，經過10余年的深耕，在總體技術上已經有了深入發展，擁有獨立自主知識產權的浮空器專利技術40余項，研發水平已達到國內領先水平，在進一步創新的基礎上，我們相信我們的浮空器產品將在軍民各領域發揮更大、更重要的作用。