一種近太空平臺的浮空器應(yīng)用設(shè)想

摘要：近太空平臺具有費(fèi)用成本較低、覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長、分辨率和敏感度高以及生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)。因此，近太空平臺在戰(zhàn)術(shù)任務(wù)應(yīng)用中具有廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：近太空平臺，浮空器，應(yīng)用

1 近太空平臺的概念

近太空寬泛的定義為20～100km 之間的區(qū)域。近太空空域的空氣非常稀薄，多數(shù)固定翼飛機(jī)都不能在其中飛行，而衛(wèi)星由于受重力作用過大，難以維持其飛行軌道。但該區(qū)域氣流比較穩(wěn)定，空氣流動相對較小，是部署高空懸停氣球或飛艇的理想空域。近太空平臺就是指工作于近太空空域內(nèi)的氣球、飛艇以及滑翔機(jī)等飛行器。它們通過攜帶不同類型的載荷，具備通信、遙測、情報(bào)、偵察和監(jiān)視等各種軍事用途。

2近太空平臺的特點(diǎn)

（1）費(fèi)用成本較低

近太空平臺固有的簡易性、可恢復(fù)性和不需要空間加固防護(hù)以及地面支持設(shè)備需求小等特點(diǎn)，構(gòu)成了近太空平臺明顯的成本優(yōu)勢。氣球、飛艇等近太空平臺僅僅需要氦氣作為上升動力，而不需要復(fù)雜昂貴的地面發(fā)射設(shè)施將其送入軌道。

（2）覆蓋區(qū)域較好

覆蓋區(qū)域是指平臺能夠有效提供通信、偵察和監(jiān)視等空間效能的區(qū)域。一般情況下，平臺高度越高，覆蓋區(qū)域越大。衛(wèi)星的軌道高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于近太空和空載平臺，因此具有最大范圍的覆蓋區(qū)域。雖然衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域最大，但是對于低地球軌道衛(wèi)星，它們只有進(jìn)入任務(wù)區(qū)域可視范圍內(nèi)才能執(zhí)行通信、偵察或監(jiān)視等任務(wù)，而處于任務(wù)區(qū)域外時(shí)不承擔(dān)任務(wù)，這就造成了較大的資源浪費(fèi)。對于中高軌道通信衛(wèi)星，衛(wèi)星覆蓋面積比服務(wù)區(qū)域大得多，在整個(gè)衛(wèi)星天線覆蓋中只有很少一部分波束投射到覆蓋區(qū)域以內(nèi)，其他波束都在覆蓋區(qū)域之外。

（3）分辨率和靈敏度高

通常情況下，平臺到目標(biāo)的距離決定了其分辨率和靈敏度的高低。將近太空平臺和典型的400km 高的低地球軌道衛(wèi)星進(jìn)行比較，前者高度僅為后者的0?1～0?05，這就意味著：在近太空平臺上同樣尺寸的光學(xué)器件的分辨率要高于低地球軌道衛(wèi)星10～20倍;近太空平臺上的無源式天線的靈敏度可以提升10～13dB;近太空平臺雷達(dá)和激光雷達(dá)等有源探測系統(tǒng)載荷的信號強(qiáng)度能夠提升40～52dB。事實(shí)上，大多數(shù)通信衛(wèi)星并非在400km 高的軌道上，而是更高，顯然在這種情況下其分辨率和靈敏度要更低。

（4）生存能力強(qiáng)

近太空平臺具有很強(qiáng)的生存能力。它的雷達(dá)和熱橫截面非常小，其雷達(dá)橫截面僅有幾百分之一平方米。相對于傳統(tǒng)空中目標(biāo)來說，近太空平臺移動非常緩慢，因而現(xiàn)代多普勒雷達(dá)會將其忽略。目前尖端的軍用機(jī)載雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)高空氣球便是很好的例證。近太空平臺的光學(xué)目標(biāo)也非常小，只有在背景比它們更暗的時(shí)候 （如黎明或黃昏時(shí)），平臺才會顯露出來。因此對近太空平臺的捕獲和跟蹤是非常困難的。

（5）持續(xù)性長

近太空平臺在覆蓋范圍、分辨率、靈敏度、成本以及生存能力等方面都具有很大的優(yōu)勢，然而其最有效而且特有的是長持續(xù)性能力。軌道力學(xué)本身限制了任何軌道上的單顆衛(wèi)星在凝視型監(jiān)視上的時(shí)間持續(xù)性，空載平臺由于其燃料限制，最長持續(xù)時(shí)間也僅為幾天，而近太空平臺通常采用懸浮氣球或者飛艇，巡航速度低，滯空時(shí)間長，具有長達(dá)數(shù)月的滯留和監(jiān)視能力。

3 近太空平臺的類型

（1）自由浮空器

自由浮空器基本上就是簡單的懸浮氣球，其制造和發(fā)射成本低，升空后不具備位置保持能力。它們發(fā)射后主要受風(fēng)支配，沒有常規(guī)的主動操縱或推進(jìn)系統(tǒng)，但是卻能夠利用不同海拔高度上風(fēng)向、風(fēng)速的差異所產(chǎn)生的可變壓載實(shí)現(xiàn)有限的操縱。自由浮空器最大的缺點(diǎn)是回收有效載荷困難，一般使用降落傘或者短距離滑翔回收系統(tǒng)。

（2）可操縱自由浮空器

可操縱自由浮空器具有空氣動力學(xué)控制裝置，利用不同海拔高度的風(fēng)速差異來精確地控制平臺的運(yùn)動。美國設(shè)計(jì)了一種可操縱自由浮空器方案：大型的氦氣球攜帶1個(gè)輕型、9m 高的飛行翼和操縱舵組成的簡單控制裝置，控制裝置通過15km 長的纜繩懸掛在氣球下方。氦氣球的飛行高度為30km，而飛行翼控制裝置的飛行高度為15km，利用兩處不同的風(fēng)速，通過控制其產(chǎn)生的升力來保持氣球的穩(wěn)定。可操縱自由浮空器具有一定的可操縱能力，因此可以攜帶有效載荷飛回指定位置，進(jìn)行回收、修復(fù)和再次飛行。

（3）機(jī)動飛行器

機(jī)動飛行器一般帶有動力控制裝置，能夠發(fā)射、機(jī)動到指定的高度位置并長時(shí)間駐留。它可以采用多種動力推進(jìn)方案。在近太空空氣密度較大的低空空域，一般采用螺旋槳推進(jìn)裝置;在近太空海拔更高的空域，空氣稀薄，因而采用電推進(jìn)或者離子推進(jìn)等推進(jìn)裝置更有效。美國空軍太空作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)進(jìn)行了幾年的機(jī)動飛行器概念研究工作，許多其他的機(jī)動飛行器仍處于概念研究階段。

4 結(jié)束語

在戰(zhàn)爭或者戰(zhàn)場環(huán)境下，近太空平臺可以充分發(fā)揮其快速反應(yīng)、持續(xù)時(shí)間長和區(qū)域覆蓋好的特點(diǎn)，圓滿地完成通信、偵察和監(jiān)視等戰(zhàn)術(shù)任務(wù)。空載平臺和無人機(jī)適合執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，但是近太空平臺的覆蓋率遠(yuǎn)大于無人機(jī)，飛行高度為36?6km 的近太空平臺能夠提供直徑為680km 的圓區(qū)域的戰(zhàn)場覆蓋，而且持續(xù)時(shí)間長達(dá)數(shù)月，十分適于戰(zhàn)場、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用。另外，近太空平臺成本低，裝備體積較小、質(zhì)量輕，戰(zhàn)場指揮官可以配備具有多個(gè)近太空平臺及其相應(yīng)載荷的后勤支援中隊(duì)，直接控制中隊(duì)進(jìn)行近太空平臺的部署，包括近太空系統(tǒng)的發(fā)射、回收和整個(gè)任務(wù)執(zhí)行期間的操作，從而獲得快速、靈活的 C4ISR效能。因此，近太空平臺在戰(zhàn)術(shù)任務(wù)應(yīng)用中具有廣闊的前景。

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作者簡介：單衛(wèi)光（1985.10—）安徽蕭縣人，高級工，主要從事浮空器全工藝流程研究