平流層飛艇對(duì)大氣海洋環(huán)境探測(cè)的應(yīng)用

摘 要：本文主要根據(jù)平流層飛艇的特點(diǎn)，對(duì)利用平流層飛艇平臺(tái)開(kāi)展大氣海洋環(huán)境探測(cè)的需 求進(jìn)行了分析，提出了幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：飛艇;平流層;大氣探測(cè)

1 引言

美國(guó)、歐洲、俄羅斯、日本、韓國(guó)等許多國(guó)家和地區(qū)都非常重視發(fā)展飛艇技術(shù)及其應(yīng)用，飛艇不僅被用于廣播通信、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)輸、災(zāi)區(qū)救援等領(lǐng)域，而且在國(guó)防安全監(jiān)測(cè)、情報(bào)信息收集、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及氣象探測(cè)等諸多方面都有應(yīng)用。其中美國(guó)和日本在氣象飛艇方面的技術(shù)水平較為先進(jìn)，美國(guó)研發(fā)了專門用于監(jiān)視海岸線的飛艇，美國(guó)普渡大學(xué)正在進(jìn)行用于氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)和國(guó)土安全監(jiān)視的飛艇技術(shù)研究。日本國(guó)家空間實(shí)驗(yàn)室從2003年開(kāi)始，開(kāi)展了用于氣象環(huán)境監(jiān)測(cè)的高空飛艇技術(shù)研究。

2 平流層飛艇的特點(diǎn)

平流層飛艇處于大氣平流層環(huán)境，具有以下使用特點(diǎn)。

（l）滯空時(shí)間長(zhǎng)平流層飛艇只要結(jié)構(gòu)和材料強(qiáng)度允許，可以在高空停留幾年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間。這是因?yàn)轱w艇的有效載荷主要靠空氣靜升力作為升力源，飛艇的移動(dòng)或巡航飛行則靠取之不盡的太陽(yáng)能作為動(dòng)力源，另外，驅(qū)動(dòng)平流層飛艇的動(dòng)力系統(tǒng)所用能源，還可以是能再生的氫氧燃料電池作為輔助能源。

（2）研制使用成本低平流層飛艇直接靠其巨大的艇囊靜升力和輔助動(dòng)力升空，不需要像衛(wèi)星升空那樣采用昂貴的火箭發(fā)射，其升空后的高空飛行，白天主要靠設(shè)在頂部的太陽(yáng)能電池供電，夜間則靠再生式燃料電池提供動(dòng)力。與無(wú)人飛機(jī)和衛(wèi)星相比，平流層飛艇在技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)且成本相對(duì)低廉。因此，平流層飛艇研發(fā)生產(chǎn)周期短、研制和使用成本都比較低。

（3）有效載荷限制少平流層飛艇升降和飛行比較平穩(wěn)，有效載荷的攜帶能力強(qiáng)。一般長(zhǎng)度在150m以上的大型平流層飛艇可以攜帶上噸重的載荷。

（4）戰(zhàn)場(chǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)平流層飛艇重量輕、結(jié)構(gòu)疏松、多采用無(wú)金屬骨架的軟體結(jié)構(gòu)、非常小的動(dòng)力需求，使其外部信號(hào)特征，特別是雷達(dá)發(fā)射截面和紅外輻射強(qiáng)度很低，增強(qiáng)了隱蔽性，易于躲避敵方偵察。平流層飛艇具備垂直起降功能，不需要固定的機(jī)場(chǎng)和跑道，只需要簡(jiǎn)單的開(kāi)闊地即可，適于部署在地形復(fù)雜的山嶺和海島地區(qū)。

（5）無(wú)線通信及時(shí)精確平流層飛艇通信是介于地面通信和衛(wèi)星通信之間的空中通信平臺(tái)，比地面無(wú)線電通信覆蓋面積大，不會(huì)受地面建筑物對(duì)無(wú)線電波的干擾;與衛(wèi)星通信相比，平流層飛艇距離地面近，無(wú)線電波的往返距離短，電波損失小，傳播時(shí)間大大縮短，并且平流層通信對(duì)地面終端所需功率的要求小，有利于終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化，便于攜帶、手持作業(yè)。

3 平流層飛艇大氣海洋環(huán)境探測(cè)優(yōu)勢(shì)分析

平流層飛艇大氣海洋環(huán)境探測(cè)平臺(tái)可以避免航天探測(cè)平臺(tái)的軌道選擇限制，不受航空探測(cè)平臺(tái)高燃油消耗的限制，比地面探測(cè)平臺(tái)的覆蓋范圍大，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（l）監(jiān)視范圍大、感知能力強(qiáng)

平流層飛艇探測(cè)平臺(tái)具有良好的空間效應(yīng)。它的覆蓋范圍雖然不如航天平臺(tái)廣，但是對(duì)于戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)區(qū)域性應(yīng)用來(lái)說(shuō)，要比航空平臺(tái)和地面平臺(tái)的探測(cè)范圍大得多。

（2）戰(zhàn)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)小，生存能力強(qiáng)

平流層飛艇探測(cè)平臺(tái)通常由非金屬材料制成，且能源系統(tǒng)多采用太陽(yáng)能或化學(xué)能，其雷達(dá)反射、紅外反射和可見(jiàn)光反射面積均很小，再加上平流層飛艇探測(cè)平臺(tái)工作期間一般不移動(dòng)或者移動(dòng)速度很慢，多普勒效應(yīng)極小，各種機(jī)理的常規(guī)探測(cè)器都很難發(fā)現(xiàn)它的存在。此外，平流層飛艇探測(cè)平臺(tái)部署高度若高于25km，則可超出一般航空作戰(zhàn)飛機(jī)的最大升限，也超出了一般地面防空火力的最大攻擊高度，再加上采用多艙式充氣結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)時(shí)被毀傷的概率很低。

（3）探測(cè)作業(yè)的持續(xù)性好

平流層飛艇探測(cè)平臺(tái)可穩(wěn)定部署在戰(zhàn)區(qū)上方，且距目標(biāo)較近，能全天候、全天時(shí)地提供連續(xù)、可靠的對(duì)空、對(duì)地、對(duì)海或者對(duì)天探測(cè)。相比之下，橢圓軌道衛(wèi)星受重訪周期限制，不可能提供某一地區(qū)的連續(xù)氣象云圖。

（4）通信互聯(lián)的效能高

平流層飛艇平臺(tái)可作為通信中繼平臺(tái)，為軍事應(yīng)用提供通信保障，平流層飛艇平臺(tái)作為通信中繼平臺(tái)具有比衛(wèi)星平臺(tái)使用靈活、信號(hào)強(qiáng)度高的優(yōu)越性。飛艇平臺(tái)搭載通信中繼設(shè)備后，可為地面、海面、低空對(duì)象提供寬帶高速抗干擾及超視距通信能力，徹底解決戰(zhàn)時(shí)氣象保障的通信“瓶頸”問(wèn)題，為目標(biāo)區(qū)各個(gè)氣象臺(tái)站提供數(shù)據(jù)交換，為無(wú)人氣象飛機(jī)提供遙控?cái)?shù)據(jù)鏈路，大幅提升氣象裝備的保障效能。與衛(wèi)星相比，平流層飛艇平臺(tái)傳輸距離短、時(shí)延小，傳輸損耗比衛(wèi)星低65dB，可以實(shí)現(xiàn)小天線、低功率傳輸。

（5）釋放和運(yùn)行成本較低

平流層飛艇探測(cè)平臺(tái)通常情況下可回收重復(fù)使用，釋放和降落場(chǎng)地要求較低，運(yùn)行控制和保障條件要求也較低。例如，充氣飛艇平臺(tái)的釋放和降落只需要空曠場(chǎng)地即可，地面保障設(shè)備只要有氦氣灌充和回收裝置、系留錨定裝置等，而控制設(shè)備則可使用目前已被廣泛應(yīng)用的遙控遙測(cè)、無(wú)線通信和情報(bào)處理終端設(shè)備。相比之下，航天探測(cè)平臺(tái)發(fā)射場(chǎng)地要求高，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，需要大推力運(yùn)載火箭將探測(cè)平臺(tái)送人空間軌道，運(yùn)行測(cè)控復(fù)雜，且一般不能回收重復(fù)使用，整體費(fèi)用比超高空浮空器探測(cè)平臺(tái)高40倍以上;航空探測(cè)平臺(tái)起飛、降落場(chǎng)地要求高，保障條件要求高，設(shè)備和人員多，其整體費(fèi)用也要高于超高空浮空器預(yù)警探測(cè)平臺(tái)5倍以上，而探測(cè)范圍卻遠(yuǎn)小于超高空浮空器預(yù)警探測(cè)平臺(tái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用平流層飛艇平臺(tái)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，開(kāi)展大氣環(huán)境探測(cè)，乃至海洋環(huán)境、空間環(huán)境探測(cè)，是今后環(huán)境探測(cè)的重要發(fā)展方向。但要注意解決好兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題，一個(gè)是研發(fā)適合于大氣、海洋、空間環(huán)境探測(cè)的平流層飛艇平臺(tái);二是改造或?qū)ｉT研發(fā)環(huán)境探測(cè)等載荷設(shè)備，使其適用于平流層飛艇平臺(tái)

參考文獻(xiàn)

[1]吳越;山西：全力保障“風(fēng)云三號(hào)”B星成功發(fā)射[N];中國(guó)氣象報(bào);2017年

[2]鄒鵬輝;我航天氣象保障向大空間跨越[N];解放軍報(bào);2016年

[3]鄒鵬輝;三大洋氣象保障系統(tǒng)研制與應(yīng)用通過(guò)鑒定[N];中國(guó)船舶報(bào);2017年

作者簡(jiǎn)介：

孟超（1982.5—）高級(jí)工，安徽合肥人，主要從事浮空器全工藝流程及加工制作方法研究