临近空间飞行器的种类及军事应用

Ｏｃｔ．２００７　Ａｅｒｏｓｐａｃｅ　Ｃｈｉｎａ　·３９·　维普资讯 http://www.cqvip.com 用．又比通常的航空飞行器减少　了遭到地面或航空飞机攻击的机　会：高超声速巡航飞行器的飞行　高度一般为３０～６０ｋｍ，通过高超　声速飞行可以实现快速全球打　击：亚轨道飞行器一般飞行在临　近空间最顶层．主要用于廉价快　速地运输有效载荷　三、各种临近空间飞行器　１．高空平台　高空平台（也称平流层平　台）是指能长时间停留在１８～　３０ｋｍ的平流层空域内执行特定　任务的平台系统．包括高空飞艇　和高空无人机　高空平台一般靠　太阳能提供动力．有较长的续航　时间，通常为几天、几个月甚至　几年。美空军认为，在平流层内　长时间执行任务的飞艇和无人机　可以完成目前的轨道卫星和地面　设备所进行的许多工作，从而可　以作为卫星和地面设备的补充和　替代手段　（１）工作原理　高空飞艇和高空无人机有着　不同的飞行机理：高空飞艇是一　种轻于空气的飞行器，由氦气填　充。靠空气的浮力漂到临近空　间，其动力系统和推进装置主要　用于水平机动和逆风飞行：高空　无人机是一种有翼飞行器．由自　身动力系统推动并靠双翼产生的　升力飞到临近空间　高空飞艇和高空无人机都有　各自的动力系统．它们具有类似　的动力方案：动力系统由电动机　和螺旋桨推进器组成。电力来自　于太阳能和再生燃料电池　这种　动力方案适合长航时准静止飞行　的飞行器　高空平台、平台　上载荷以及地面设备　等组成了高空平台系　统　高空平台的基本　工作原理见图３。当　高空飞艇或高空无人　机确定了为地面某一　特定区域服务或对该　地区进行监视或侦察　后．它就可以长时间　稳定在该地区上空的　个小范围内做准静　止飞行．一般飞行范围的直径不　会超过几十米　高空飞艇进行往　复式的飞行．而高空无人机则以　闭合的圆形轨迹进行盘旋飞行　它们的活动范围对于地面来说是　可以忽略不计的，因此我们认为　在这种状态下．高空飞艇或高空　无人机进行的是一种“准静止”　飞行　高空飞艇或高空无人机平　台就是在这样一种飞行状态下．　依靠平台上所携带的任务载荷执　行特定任务的　（２）主要优点　１）飞行高度有优势　高空飞艇或高空无人机一般　选择飞行在１８～３０ｋｍ的平流层　空域内。这样的高度具有　以下几个优势：　①平流层内空气流动　相对较小．柔和的风力适　合飞行器的准静止定位　图４给出了风速随海拔高　度不同变化的曲线图　尽　管在不同的纬度、不同的　季节情况有所不同．但变　化趋势基本上是一致的　②选择在这样的高度　飞行，避开了普通商用飞　机和军用飞机的飞行区　域　③卫星轨道，特别是地球同　步轨道．必然会随着部署卫星数　目的增多而产生轨道拥挤问题．　飞艇或无人机离地面较近．且无　大范围的移动，相互影响小．可　以大量部署　④目前大多数地空导弹、空　空导弹由于不能达到这样的高度　而无法对临近空间飞行器构成威　胁．这就使得高空飞艇或高空无　人机具有较强的生存能力　２）隐身性能好　高空飞艇采用无金属骨架的　软体结构．外层用防电磁波探测　的复合材料和玻璃纤维制造，雷　达反射面较小．几乎没有雷达回　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 波和红外特征信号。很难被探测　到　据初步分析计算。飞艇平台　在顺、逆航向的雷达反射面积为　０．１６ｍ２．与Ｂ一２隐形轰炸机相　当．比战斗机的２　５ｍｚ要小得　多。　３）通信性能优良　①覆盖区域广。一个驻空高　度为２０ｋｍ的飞艇．覆盖直径可　达１０００ｋｉｎ，面积达８ｘ１０　ｋｍ　。　②与卫星、地面的通信比自　由空间衰减小、延时小。位于高　度为９００ｋｍ的近地轨道通信卫　星信号路径损耗是飞行高度在　３０ｋｍ的临近空间飞行器平台的　９００倍。　③信号抗干扰能力强，地面　分辨率与成像灵敏度高。是卫星　的几十倍　４）飞艇任务载荷大　高空飞艇任务载荷可达２ｔ．　与卫星量级相当　５）经济Ｉ生好．使用寿命长　①高空飞艇和高空无人机的　研制成本、发射成本和使用成本　比卫星要低得多　一艘高空飞艇　的成本一般为几百万美元到两三　千万美元：而一颗卫星的成本少　则几亿。多则几十亿美元。发射　卫星通常也要上亿美元　②高空飞艇或高空无人机可　回收重复使用．使用寿命可达　５　１Ｏ年。　６）机动性好　①高空飞艇和高空无人机无　需专用跑道和地面发射设备．可　以根据需要迅速部署　②既适用于城市．也适用于　山区、沙漠和海洋　（３）主要缺点　高空平台主要存在以下缺　点：高空飞艇体积硕大。给使用　和存放造成困难：高　空无人机体积轻便，　但任务载荷小：靠太　阳能提供动力的高空　飞艇和高空无人机飞　行速度缓慢。不适合　远距离执行任务：高　空平台的地面覆盖面　积比卫星小：飞行器　受气候环境影响大，　大风力会给飞艇或无　人机的部署造成很大　困难　ｆ４）军事应用　

誊　２Ｃ预警　

围　高空飞艇的预警区域　美国空军已确定了高空飞艇　和高空无人机的１０个应用方向，　其中包括在ＧＰＳ的协助下实施　跟踪、侦察和情报搜集等。下面　重点介绍高空平台在军事上的几　点应用：　１）军事通信　高空飞艇或高空无人机配置　通信载荷后。可为地面、海面、　低空对象提供宽带高速抗干扰及　超视距通信能力．扩大有效作战　空间　它不仅能作为军事信息网　络系统各节点间的信息中继站．　也可对高山的两侧或海上机动部　队之间的通信、保障战场上各战　斗小组间的联系起到重要作用　图５给出了卫星一飞艇通信系统　的构成　２）早期预警　为高空平台配置微波合成　孑Ｌ径雷达后，可对地面、海面、　低空飞行目标进行全天候不间　断的跟踪、监视、定位。高空　平台较地面和空中预警设备位　置高，因此视距较远，覆盖面　积较大　沿我国东海岸部署８　１０个高空飞艇预警系统．即可　对东海进行长期不间断的监视　（图６）。　３）情报收集、侦察和战场　监控　在高空平台上装载光电成　像、红外成像、合成孔径雷达等　

图５卫星一飞艇通信系统结构　侦察设备．可对某一特　定地区进行长期不间断　的战术侦察、战场监　控．及时获取战区情　报。　４）军事导航　应用高空飞艇或高　空无人机可以实现独立　于卫星导航系统的另一　种导航系统　在ＧＰＳ　受到干扰时．这种导航　方式可以暂时代替ＧＰＳ　

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维普资讯 http://www.cqvip.com 系统为武器系统提供导航和导引　数据　５）直接作为攻击武器平台　如果在高空平台上搭载ＧＰＳ　干扰设备．可以在很远距离外对　敌飞机和来袭制导武器实施有效　的ＧＰＳ干扰：如果装备了小型　智能武器、常规导弹、高能激光　武器以及联合直接打击弹药等．　高空平台还可直接打击军事目　标．对上可打击在轨卫星，　对下可打击低空飞行的飞机　和地面军事设施。　（５）关键技术　高空平台涉及多项关键　技术．主要包括准静止定位　技术、材料技术、太阳能电　池和再生燃料电池技术、特　殊飞行环境下动力系统等相　关技术以及制造技术等。无　论是高空飞艇还是高空无人　目前美国正在重点进行的高　空飞艇计划是ＪＰ宇航公司的　“临近空间机动飞行器”　（ＮＳ—　ＭＶ）研制计划以及导弹防御局　和洛马公司的新型反导高空飞艇　计划　ＮＳＭＶ是一艘“Ｖ”字形　高空飞艇．主要用于监视和军事　通信．动力来自于大面积布置在　飞艇表面的太阳能电池　它的原　型机——“攀登者”长５３ｍ．宽　

动力无人机．翼展为７５ｍ（波音　７４７翼展６５ｍ）．双翼上表面覆　盖太阳能电池　“太阳神”无人　机的飞行高度为２０ｋｍ．速度仅　为３０　４０ｋｍ／ｈ．地面覆盖面积为　１０５ｋｍ２．最长续航时间为半年。　在２００１年的飞行试验中．　“太　阳神”成功地飞到了３０ｋｍ的高　度。　２００６年初．美国空军科学　

飞机．作为高空平台的最大挑战　是在有风情况下的准静止定位　目前已有的技术是采用等离子推　进器和ＧＰＳ定位技术．用于保　证平台在任一方向的漂移不超过　定的范围　（６）高空平台的发展现状　美国目前已经进入了高空飞　艇和高空无人机的演示验证阶　段。２００５年１月．美军成功地　进行了“战斗天星”高空飞艇通　信距离扩展试验。在试验中．两　艘飞行在２０ｋｍ高空的飞艇将美　陆军的ＰＲＣ１４８手持式电台的通　信距离由１８．５ｋｍ扩展到５５５ｋｍ．　覆盖范围与伊拉克的国土面积相　当。２００５年２月．美国空军在　施里弗一３太空战演习中首次引　入的临近空间飞行器．实际上是　用于情报收集和通信保障的高空　飞艇平台　３０ｍ（图７）．已经在３０ｋｍ的高　度成功进行了飞行实验　洛马公　司正在研制的反导高空飞艇长　１５２ｍ，宽５０ｍ（图８），有效载　荷达２ｔ．设计飞行高度为２０ｋｍ．　续航时间为１年．动力同样来自　太阳能　它主要应用于导弹防御　系统早期预警．此外还可用作激　光中继以及进行战场环境监控　反导高空飞艇的　首飞时间定在　２００９年．预计　到２０１１年具备　初始作战能力　在高空无人　机方面．美国空　塔公司正在和　ＮＡＳＡ合作研制　“太阳神”高空　无人机（图９）　它是一种太阳能　图８洛马公司的新型反导高空飞艇　咨询委员会发布临近空间飞行器　研究报告．提出了美空军近期　（　２０１０年）、中期（　２０２０年）和　远期ｆ２０２０年以后１临近空间飞　行器的发展和选择建议　报告认　为．高空长航时无人机是美空军　在近期内利用临近空间低层空　域、执行持久高空监视、情报搜　集和通信中继等任务的最好选　

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