平流層飛艇對大氣海洋環(huán)境探測的應用

摘 要：本文主要根據(jù)平流層飛艇的特點，對利用平流層飛艇平臺開展大氣海洋環(huán)境探測的需 求進行了分析，提出了幾個方面的優(yōu)勢。

關鍵詞：飛艇;平流層;大氣探測

1 引言

美國、歐洲、俄羅斯、日本、韓國等許多國家和地區(qū)都非常重視發(fā)展飛艇技術及其應用，飛艇不僅被用于廣播通信、無線網(wǎng)絡、運輸、災區(qū)救援等領域，而且在國防安全監(jiān)測、情報信息收集、環(huán)境監(jiān)測以及氣象探測等諸多方面都有應用。其中美國和日本在氣象飛艇方面的技術水平較為先進，美國研發(fā)了專門用于監(jiān)視海岸線的飛艇，美國普渡大學正在進行用于氣象環(huán)境監(jiān)測和國土安全監(jiān)視的飛艇技術研究。日本國家空間實驗室從2003年開始，開展了用于氣象環(huán)境監(jiān)測的高空飛艇技術研究。

2 平流層飛艇的特點

平流層飛艇處于大氣平流層環(huán)境，具有以下使用特點。

（l）滯空時間長平流層飛艇只要結構和材料強度允許，可以在高空停留幾年甚至更長的時間。這是因為飛艇的有效載荷主要靠空氣靜升力作為升力源，飛艇的移動或巡航飛行則靠取之不盡的太陽能作為動力源，另外，驅動平流層飛艇的動力系統(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，白天主要靠設在頂部的太陽能電池供電，夜間則靠再生式燃料電池提供動力。與無人飛機和衛(wèi)星相比，平流層飛艇在技術上更容易實現(xiàn)且成本相對低廉。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。一般長度在150m以上的大型平流層飛艇可以攜帶上噸重的載荷。

（4）戰(zhàn)場適應能力強平流層飛艇重量輕、結構疏松、多采用無金屬骨架的軟體結構、非常小的動力需求，使其外部信號特征，特別是雷達發(fā)射截面和紅外輻射強度很低，增強了隱蔽性，易于躲避敵方偵察。平流層飛艇具備垂直起降功能，不需要固定的機場和跑道，只需要簡單的開闊地即可，適于部署在地形復雜的山嶺和海島地區(qū)。

（5）無線通信及時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，比地面無線電通信覆蓋面積大，不會受地面建筑物對無線電波的干擾;與衛(wèi)星通信相比，平流層飛艇距離地面近，無線電波的往返距離短，電波損失小，傳播時間大大縮短，并且平流層通信對地面終端所需功率的要求小，有利于終端設備實現(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)境探測優(yōu)勢分析

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

（l）監(jiān)視范圍大、感知能力強

平流層飛艇探測平臺具有良好的空間效應。它的覆蓋范圍雖然不如航天平臺廣，但是對于戰(zhàn)役、戰(zhàn)術區(qū)域性應用來說，要比航空平臺和地面平臺的探測范圍大得多。

（2）戰(zhàn)時風險小，生存能力強

平流層飛艇探測平臺通常由非金屬材料制成，且能源系統(tǒng)多采用太陽能或化學能，其雷達反射、紅外反射和可見光反射面積均很小，再加上平流層飛艇探測平臺工作期間一般不移動或者移動速度很慢，多普勒效應極小，各種機理的常規(guī)探測器都很難發(fā)現(xiàn)它的存在。此外，平流層飛艇探測平臺部署高度若高于25km，則可超出一般航空作戰(zhàn)飛機的最大升限，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構，戰(zhàn)時被毀傷的概率很低。

（3）探測作業(yè)的持續(xù)性好

平流層飛艇探測平臺可穩(wěn)定部署在戰(zhàn)區(qū)上方，且距目標較近，能全天候、全天時地提供連續(xù)、可靠的對空、對地、對海或者對天探測。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

平流層飛艇平臺可作為通信中繼平臺，為軍事應用提供通信保障，平流層飛艇平臺作為通信中繼平臺具有比衛(wèi)星平臺使用靈活、信號強度高的優(yōu)越性。飛艇平臺搭載通信中繼設備后，可為地面、海面、低空對象提供寬帶高速抗干擾及超視距通信能力，徹底解決戰(zhàn)時氣象保障的通信“瓶頸”問題，為目標區(qū)各個氣象臺站提供數(shù)據(jù)交換，為無人氣象飛機提供遙控數(shù)據(jù)鏈路，大幅提升氣象裝備的保障效能。與衛(wèi)星相比，平流層飛艇平臺傳輸距離短、時延小，傳輸損耗比衛(wèi)星低65dB，可以實現(xiàn)小天線、低功率傳輸。

（5）釋放和運行成本較低

平流層飛艇探測平臺通常情況下可回收重復使用，釋放和降落場地要求較低，運行控制和保障條件要求也較低。例如，充氣飛艇平臺的釋放和降落只需要空曠場地即可，地面保障設備只要有氦氣灌充和回收裝置、系留錨定裝置等，而控制設備則可使用目前已被廣泛應用的遙控遙測、無線通信和情報處理終端設備。相比之下，航天探測平臺發(fā)射場地要求高，準備時間長，需要大推力運載火箭將探測平臺送人空間軌道，運行測控復雜，且一般不能回收重復使用，整體費用比超高空浮空器探測平臺高40倍以上;航空探測平臺起飛、降落場地要求高，保障條件要求高，設備和人員多，其整體費用也要高于超高空浮空器預警探測平臺5倍以上，而探測范圍卻遠小于超高空浮空器預警探測平臺。

4 結束語

利用平流層飛艇平臺，充分發(fā)揮其優(yōu)勢特點，開展大氣環(huán)境探測，乃至海洋環(huán)境、空間環(huán)境探測，是今后環(huán)境探測的重要發(fā)展方向。但要注意解決好兩個技術問題，一個是研發(fā)適合于大氣、海洋、空間環(huán)境探測的平流層飛艇平臺;二是改造或專門研發(fā)環(huán)境探測等載荷設備，使其適用于平流層飛艇平臺

參考文獻

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

作者簡介：

孟超（1982.5—）高級工，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