我国自主研发的平流层飞艇“圆梦号”近日进行首次试飞。

 

智库集锦#全球防务动态#美军动态#俄军动态#台湾要情#微店在售#韩国#雷神#日本 #电子战#东北亚军事动态#无人以下文章来源于南京人防我国自主研发的平流层飞艇“圆梦号”近日进行首次试飞平流层飞艇还不受对流层恶劣天气影响，可全天侯全天时连续工作。

从国防安全方面来讲，临近空间可操纵浮空器能够凭借高度上的优势，用于早期预警、战时通信保障或攻击平台等近日，我国自主研发的平流层飞艇“圆梦号”进行了首次试飞，为实现平流层飞艇的长时间飞行，来自北京航空航天大学100人的科研队伍所研发的高强材料可抵抗平流层飞艇的高压差，并将飞艇骨架、螺旋桨、支架设计至极限轻度。

近百年来，虽然世界各国没有停止过以各种方法对临近空间的探索，但其一直处于不瘟不火的状态，然而最近十几年，临近空间经济（以下简称“临空经济”）活动日益成为一个世界性的热门话题由于对临近空间潜在的巨大商业、政治和军事利益有了更为深刻的认识，包括美国、俄罗斯、英国、德国、日本等在内的发达国家都加大了对临近空间进行探索的力度和频率，纷纷展开各类临近空间可操纵浮空器的研制。

不过，由于受到基础理论、技术方法等方面的制约，上述国家的多项临近空间可操纵浮空飞行器（或称“平流层飞艇”）开发计划要么阻力重重停滞不前，要么彻底偃旗息鼓与众不同的是，在这个过程中，中国科学家大胆创新、默默耕耘，从探索和重建基础科学理论入手，在临近空间可操纵浮空器的构造、材料、控制、信息获取和通信方法等方面，开辟了一条全新的可行之路，使中国在该领域的研究与创造开始走在世界的前沿。

关于临近空间的定义，目前各国的共识是指海拔高度在20~100千米的空域范围由于这个空域的空气过于稀薄，以致大多数飞机都无法在该空域飞行而相对于卫星来说该空域的万有引力又显得过大，卫星无法在这个空域某一高度的轨道上环绕地球运行。

因此，目前还没有任何人造的可操纵飞行器能在该空域长航时飞行或定点驻留

最近十几年里，以美国、俄罗斯、英国、德国、日本等发达国家为代表的许多国家都加快了对临近空间进行探索利用的步伐，临空经济如今已成为世界范围内的一个热门话题之所以出现这种现象，是因为各国越来越透彻地认识到，能否充分开发和利用临近空间，关乎国家的科技竞争力、经济、政治、国防安全，和一个国家未来在空天一体化发展进程中所处的位置。

从经济上来讲，临近空间开发利用的目的之一，是通过布置在该空域的临近空间可操纵浮空器（NearSpaceControllableAerostat）来替代亚轨道卫星部分功能，完成各种以前只能靠卫星才能完成的工作，比如农作物产量估计、天气预报、恶劣天气预警、大地观测、通信中继等，从而大大降低业务成本和提高综合效益。

而从国防安全方面来讲，临近空间可操纵浮空器能够凭借高度上的优势，用于早期预警、战时通信保障或攻击平台等尤其重要的是，临近空间可操纵浮空器作为空、天飞行器之间的协作中继，弥补空天一体化的作业缝隙由此不难看出，临近空间对于人类未来的发展有着非常重大的意义，也必将是人类探索和利用天空的下一站。

不过，要想开发和利用临近空间，就必须全面地了解和认识临近空间自然环境方方面面的细节，其前提就是人类要能够往返和长期驻留在临近空间，这是必须要迈出的第一步然而也就是这第一步，让许多国家的科学家们绞尽脑汁仍不得其门而入，这也是为什么虽然前后经历了近一个世纪，人类对临近空间的探索利用的成效仍然微乎其微的根本原因。

要从地面往返临近空间并长期驻留在这个空域，各类难于有效操纵的高空气球显然不能担此大任，必须要有能够同时适应对流层和平流层这两种显著不同大气环境的临近空间可操纵浮空器关于临近空间可操纵浮空器的研究，美国仰仗其雄厚的航空航天科技实力和财力，先后提出并实施了“高空哨兵”（HiSentinel）、“高空长航时飞艇验证艇”（HALE-D）等多个临近空间可操纵浮空器研制项目。

然而时至今日，这些耗资巨大、费尽周折的项目仍无一获得成功2012年10月美国《航宇日报》报道，由于“已困扰研究人员数十年的高空飞艇仍然没有明确可行的方法来解决诸多技术困难”，因此美国研制多个平流层飞艇项目都陆续中止了。

日本对其“同温层平台”临近空间可操纵浮空器项目投入了巨资，而实验情况与美国项目也大同小异世界各国科技人员在探索临近空间可操纵浮空器过程中付出的努力固然令人钦佩，但在航空航天技术已十分发达的今天，人类仍然未能创造出具有实用意义的临近空间可操纵浮空器，却是不争的事实。

各国都在努力研发长期悬浮于平流层高空的飞艇，中国显然也没有落后现在，央视财经给出的报道称，我国自主研发的平流层飞艇“圆梦号”进行了首次试飞，其能实现平流层飞艇的长时间飞行，主要依托于北京航空航天大学研发的高强材料，可抵抗平流层飞艇的高压差。

平流层飞艇简单来说就是一种轻于空气的浮空器，依靠空气浮力驻空，由太阳能为其提供能源动力，并带有推进系统，其最大的好处，不依赖机场或跑道可实现垂直起降、能悬停于任意地理位置上空，运行高度超出空管范围此外，平流层飞艇还不受对流层恶劣天气影响，可全天侯全天时连续工作。

  军事用途       数智创造价值，创新驱动未来平流层飞艇在军事领域有着非常广泛的应用价值，在初期发展阶段将以军事领域的实时侦察与监视、预警、导航定位、战区通信应用为主，这其中最引人关注的是平流层预警飞艇。

平流层飞艇作为预警雷达平台，既能仰视临空目标，又能俯视低空或地(海)面目标，具有预警机、预警卫星和地面预警雷达无可比拟的优点，因为平流层预警飞艇信号传输不经过电离层，所以电磁波损耗比预警卫星小；因为可以长时间的在空中停留，所以有比预警机更长的留空时间；因为基本不受地球曲率影响，所以比地面预警雷达探测范围大，同时还具有一定的机动性。

平流层预警飞艇因为升高依靠空气，飞行依靠阳光，只要飞艇结构和材料允许，可以在高空停留几年甚至更长时间，美国的平流层飞艇是按10年连续留空时间设计的平流层飞艇一旦技术成熟，造价将非常低，甚至将低于无人机的造价，而且生产技术也将十分简单。

平流层预警飞艇的预警侦查范围究竟有多大？假设平流层预警飞艇在25000千米高空工作，在理论上雷达向下对地面(海面)目标雷达侦察半径将达到585千米，一艘平流层预警飞艇对地(海)面的雷达侦察覆盖面积将在百万平方公里左右，对空中飞行的飞机、导弹的预警范围将更大。

如此计算，在某海只需要4艘平流层预警飞艇便可以实现对整个某海包括周边区域的全覆盖，我国全部的国土安全监视也仅需要部署十几艘平流层预警飞艇而已平流层预警飞艇不需要担心雷达位置问题，庞大的飞艇有很多地方可以贴轻质柔性薄膜天线；也不用担心平流层预警飞艇的生存力，不说一般的小国不具备攻击25000米以上高度空中目标的能力，即便是理论上有能力击落平流层飞艇的国家战斗机最大升限在18000米左右，空空导弹设计也仅仅针对20000米高度之内的目标，在极限高度仰视攻击25000米——30000米空域的飞艇实践起来难度会非常大，何况经过特殊设计的大型飞艇不是被打中一两枚导弹就会失去作用。

未来平流层飞艇的发展，在军用领域将有可能通过艇载激光武器或者中继反射地基激光两种方式拦截自由段弹道导弹，这方面美国已经开始研究；在民用移动通信领域或许带来一场革命，用十几个平流层飞艇取代全国几百万个移动通信地面基站，随着平流层飞艇相关技术的不断成熟，预计在未来二十年之内，全球很多地区上空将部署有平流层飞艇。

   研制现状        数智创造价值，创新驱动未来平流层飞艇是一种以太阳能为能源的高空巨型无人飞艇，具有升空高度高、留空时间长、用途广泛、生存力强、可重复使用、使用维护成本低等特点，可搭载任务系统，执行高分辨率对地观测等多种任务，在国家军事和经济建设方面应用价值很高。

由于具有高经济性和环保性等特点，越来越多的国家已开始将平流层飞艇的开发研制作为发展重点，开展了许多相关领域的技术攻关和研究美国和日本等在平流层飞艇开发上已投入了巨额资金，并已研制出能够上升到平流层高度的演示验证艇。

目前，国内有多家科研院所正在开展平流层飞艇系统研究论证、中低空试验艇研制和演示验证工作演示验证的目的与必要性演示验证是指在近似真实的环境条件下，对需求明确、单项技术已突破的分系统或功能部件及预研成果进行综合集成和演示试验，以验证其应用的可行性、实用性和经济性。

它是考核预研成果的主要手段，也是确保型号成功的关键环节演示验证的目的在于将新技术成果应用于新型号上通过先期技术演示验证，可以验证新开发的技术是否成熟，并将新技术用于新型号研制；同时有助于研究人员了解新技术应用方面的问题；此外，还可为评价预研工作成效提供科学依据。

演示验证主要有两种类型：一类是着眼于技术储备，称为原理验证性技术演示，可用于对现有型号的改进或新型号的研制；另一类是面向新型号方案的技术演示，称为先期概念与技术演示，其目的是加速成熟技术向新型号应用的转移，尽可能在逼真的运行环境中进行。

考虑到平流层飞艇需要从低空上升到中高空，再穿越对流层激流区，最后到达平流层，整个放飞返回过程中的风场环境差异巨大，其中以对流层的激流区风场环境最为恶劣若飞艇没有经历该区域的演示验证试验，直接穿越对流层的激流区是比较危险的。

因此，为减小平流层飞艇的研制风险，有必要采取“低空到高空，简单到复杂”的发展思路同时，平流层飞艇上的许多关键技术也可在对流层飞艇上解决，如复杂条件下的升空回收控制技术、巨型囊体加工工艺技术等此外，据有关资料介绍，国外平流层飞艇的研制基本上都采取了“关键技术攻关→中低空试验艇试验→中高空试验艇演示验证→平流层试验艇演示验证→平流层目标艇研制与应用”的技术路线。

因此，要确保平流层飞艇的成功研制，试验艇演示验证环节就显得尤为重要国外发展路线目前，美国、日本等发达国家平流层试验艇基本处于研制阶段以美国国防预研局（DARPA）的“探测器与结构一体化”（ISIS）项目为例，其进展分为3个阶段。

第一阶段（2004—2005年）主要开展可行性研究和系统设计工作；第二阶段（2006—2008年）主要进行关键技术开发工作，目标是使该飞艇的技术成熟度达到第五级（TRL=5），制造成熟度达到第二级（MRL=2）；第三阶段（2009—2013年）将利用前两个阶段验证过的技术和制造工艺，开展缩比原型艇的制造、系统集成和试飞验证工作，目标是使技术成熟度达到第七级（TRL=7），制造成熟度达到第六级（MRL=6），并于2012年研制一艘1/3比例的验证艇，计划2013年进行飞行演示。

日本平流层飞艇的研制也分为3个阶段首先是技术熟悉完善阶段，研制飞艇平台缩比模型；第二阶段是要在4年内研制出临近空间飞艇（约200米长）；第三阶段为商业化生产阶段目前第一阶段工作已经完成：包括2003年8月完成无动力平流层飞行试验，试验艇为艇型无人气球，艇长48米，飞行高度16.4千米，飞行时间4小时；并在2004年研制出10500米3、升空高度4000米、艇长68米、有效载重400千克的低空验证艇，也完成了飞行试验。

韩国平流层飞艇研制的3个阶段主要包括：第一阶段研制出艇长50米、升空3000米、飞行时间3小时的无人飞艇，验证自主控制及定点保持；第二阶段研制出平流层飞艇原理样机，具有自主控制和定点保持能力，并能在20千米高度飞行时间超过72小时；第三阶段是平流层飞艇运行、测试和商业化阶段，目标是发展艇长约170米，能在20千米高度留空2个月的平流层飞艇。

目前，韩国已完成50米长无人飞艇的研制及试飞工作俄罗斯Rosaerosystems航空系统公司开展研制平流层飞艇的计划：第一阶段研制体积9050米3、升空4000米及可携带200千克任务系统载荷的验证飞艇；第二阶段研制升空20千米的平流层飞艇。

中航工业特种飞行器研究所的发展路线参照国外平流层飞艇研制经验，中航工业特种飞行器研究所（特飞所）平流层飞艇研制路线主要采取“关键技术攻关→中低空试验艇试验→中高空试验艇演示验证→平流层试验艇演示验证→平流层科研艇”的发展模式。

其技术发展可分为以下4个阶段：第一阶段（2000—2007年）：在完成相关关键技术攻关的基础上，完成了“天舟”01低空试验艇（升空高度300米）和PFK300低空试验艇（升空高度1500米）研制和飞行试验。

第二阶段（2008—2011年）：在进一步完成相关关键技术研究的基础上，完成中高空演示验证艇（有动力升空8000米，无动力升空高度13000米）的研制和演示验证试验第三阶段（2011—2015年）：全面突破和提升平流层飞艇关键技术及其水平，细化平流层试验艇各分系统技术指标体系，开展系统集成演示验证方案的研究，实现升空高度20千米、能长时间定点留空并具备一定的任务载荷搭载能力的试验艇研制和飞行试验验证。

第四阶段（2016—2025年）：全面开展平流层科研艇工程型号研制和应用示范体系建设。

(上)韩国平流层飞艇研制发展路线(下)特飞所平流层飞艇发展路线示意图特种飞行器研究所研制的各种飞艇自1990年起，特种飞行器研究所相继承担了多项平流层飞艇关键技术课题预研和对外合作工作，取得了丰富的理论分析和试验研究成果，同时，研制出多种型号的平流层飞艇试验艇，演示验证工作稳步、有序推进，为平流层飞艇的成功研制奠定了坚实的基础。

“天舟”01试验艇2000年，特种飞行器研究所作为飞艇总体设计、制造、系统集成及飞行试验单位，和电科院及上海交大等多家研究机构联合开展平流层飞艇关键技术研究，并于2003年完成了升空高度300米的平流层低空试验艇“天舟”01的研制与试飞工作。

“天舟”01试验艇的研制、试验及试飞工作突破并验证了如下关键技术：自主定点控制、内置设备舱的可行性、全电系统综合控制技术、太阳能电池与气囊材料连接技术、尾部推进系统矢量控制技术、低阻气囊外形加尾部推进布局的气动特性和操纵规律。

PFK300试验艇自2005年以来，特种飞行器研究所作为技术总体单位，联合航天科工、中电集团、北航、上海交大等单位，开展了国防基础科研项目—平流层飞艇关键技术课题研究，并在2008年完成了升空高度1500米的PFK300试验艇的研制与试飞工作。

PFK300试验艇的研制、试验及试飞工作验证的关键技术包括：多气室囊体布置的合理性、总体结构布局的可行性、应急撕裂幅实施应急回收的可控性、水平升空回收模式合理性、垂直升空模式可行性、超热/超冷控制的热分析。

FKDY浮升一体化飞艇在“十一五”总装航空支撑项目“对流层关键技术研究”课题的牵引下，特种飞行器研究所于2009年成功研制了一艘升空高度500米的对流层飞艇浮升一体化试验艇，并完成了低空试飞工作FKDY浮升一体化试验艇的研制、试验及试飞工作验证了低阻层流囊体总体设计、浮升一体化双体布局设计、浮升一体化飞艇工艺成型、重力浮力平衡控制、平流层浮升一体化飞艇的可行性等关键技术。

FKC-1～FKC-3超视距飞艇在2007－2011年期间，特种飞行器研究所先后研制出FKC-1～FKC-3等超视距飞艇该系列超视距飞艇最大升空高度1500米，目前已搭载相关任务载荷投入使用通过FKC1～FKC3等超视距飞艇的研制、试验及搭载任务载荷的实际应用研究，特飞所主要验证了以下关键技术：自主飞行控制技术，远距离遥测遥控技术，放飞、回收和定点保持技术，爬升和下降轨迹优化技术，对流层复杂大气环境升空回收技术，装载不同任务系统的使用模式和效能研究。

中高空演示验证艇2009年10月，中航工业集团公司通过“创新基金”项目支持特种飞行器研究所开展“平流层飞艇演示验证艇”研制，计划于2011年完成试验艇的研制和试飞试验任务该演示验证艇体积6000米3，可在海拔8000米高空进行带动力飞行验证，并可在无动力情况下实现升空高度13000米的试验验证。

该演示验证艇将重点针对平流层飞艇如下关键技术进行演示验证：总体布局设计与先进气动力设计技术、超轻艇体结构设计与制造技术、新型复合材料结构强度分析技术、飞行控制与遥测遥控技术、系统集成与验证测试技术、高可靠性数据链路系统设计技术、复杂气象条件下升空回收与应急控制技术。

目前，特种飞行器研究所已完成演示验证艇软硬结构的生产、复合材料龙骨和尾翼的装配以及连接点的强度试验，现正在进行动力装置台架试验及航电系统地面调试等工作，计划于2011年完成演示验证艇的研制和试验试飞工作。

该飞艇将成为国内目前自主研制的飞行高度最高、体积最大、技术指标先进的平流层飞艇中高空试验艇

发展展望我国平流层飞艇的研究起步基本和国外同步，但由于经费投入相对较少，目前尚处于先期理论研究和试验艇演示验证阶段未来10年将是我国平流层飞艇发展的关键时期，我们应抓住目前良好的发展机遇，进一步完善我国平流层飞艇发展规划，加快推进我国基础工业的研制进展和平流层飞艇研发保障条件建设，加大关键技术攻关力度，加强演示验证试验，稳步推进我国平流层飞艇研制进程。

平流层飞艇研制毕竟是一项浩大、复杂及高科技的系统工程因此，在平流层飞艇研制方面，特种飞行器研究所将努力与中国科学院等国内科研院所开展技术合作，联合组建攻关团队，充分发挥中航工业集团和中国科学院等科研院所的各自优势，努力提高平流层飞艇研发团队的技术水平和自主创新能力。

同时，从以往国家重大型号项目的研制经验可以看出，这些国家重大项目从基础研究到产业化，都始终贯穿着国际间的合作，而不是采取“闭门造车”的方式因此，特种飞行器研究所也将积极开展国际合作，积极引进和消化国外先进技术，在平流层飞艇研制中的某些重点技术领域实现技术的跨越发展。

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