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景区高空观光飞艇材料-“天眼”高空飞艇设计报告

发布日期:2021-09-26 15:00:47 点击:

临近空间在国际上一般指高于普通航空飞行器,低于轨道飞行器运行空间的空域,大约在地球表面上空20km~100km,最近几年来,由于临近空间巨大的战 略价值,越来越受到国际上各个大国的重视,尤其是美国,以色列,欧洲,日本, 俄罗斯等传统航空航天强国,我国近年来在临近空间的研究也逐渐受到重视,步 入正轨。 随着世界各主要大国提出“空天一体化作战”的构想,未来的战争必然是空 提案一体的联合作战体系。而临近空间作为传统的航空和航天的中间空域,有着 巨大的战略价值:在这个空域内,向上可以打击天基作战平台,向下可以打击空 基作战平台。由于其工作高度,又可以避免大多数陆基武器的打击,同时,在通 信和预警方面又有着飞机和卫星不可比拟的优势。 长期以来,由于人类技术的限制和该空域复杂的环境特征,尽管在航空和航 天领域各国作战系统推陈出新,百花齐放,而在临近空间却几乎一直是人类探索 的真空地带。新世纪以来,随着各国科技的巨大发展,对临近空间环境特征更深 入的了解,许多曾经困扰科学家的难题相继被攻克,在各国投入巨大的人力物力 财力的情况下,各国都已经取得一定突破,特别是在高空飞艇方面,其中代表性 的是的HAA 高空飞艇,英国ATG 公司的“SKYCAT”高空无人飞 二、高空飞艇的主要优势目前各国主要把预警机和通信卫星,间谍卫星作为早期预警,通信服务,对 地观测方面主要手段。

最近几年,除了英美等国在临近空间成功发展了有通信, 侦察,观测等功能的高空飞艇外,各国在临近空间的探索基础处于空白。 那么,为何传统航空航天强国要投入巨大的人力物力发展临近空间飞行器, 尤其是高空飞艇呢?以下从几个方面来阐述其优点: 1、与其他临近空间飞行比较: 目前临近空间飞行器的开发主要集中在高空飞艇,高速临近空间飞行器,高 超声速巡航飞行器三个方面。 、高速临近空间飞行器的研究重点是“通用航空飞行器为代表的通用再入 飞行器,在美国2003 和2004 空军转型计划中,明确提出了CAV 等远程超高速 攻击武器。在高超声速巡航飞行器发方面,美欧各国均有发展那计划,如美国的 “FALCON”计划,“HYPER”计划。但目前超燃冲压发动机技术和热防护技术 难以突破,目前上述两者尚没有成功经验可供借鉴,这两种飞行器近期可实现性 比较渺茫。、再者,此飞行器需要以满足侦察通信为主要功能,这就要求该飞行器具 备“滞空时间长,可实现定点观测”的特点,上述两个飞行器即使成功,也不能 满足通信,侦察的要求,再加上国外已有多个国家成功开发出高空飞艇,艇身材 料技术,再生燃料电池技术,雷达天线集成技术等关键技术已经突破,有成熟的 技术可供应用。

2.与通信卫星和预警飞机比较: 、由于现在美国等国家反卫星武器的发展,致使卫星很容易被击落,而卫 星作为一种高科技武器,造价昂贵,一旦失去,很难补充,所以战争期间容易造 成有侦察盲区。而高空飞艇造价低廉,部署速度快,不需要复杂的发射设施,易 于更新和维护。 、在对地观测和通信方面,与卫星相比,由于飞艇运行高度低,容易实现 高分辨率对地观测,也对照相机的设备要求降低。而且由于卫星高度过高,其信 号损耗也比高空飞艇高出很多倍景区高空观光飞艇材料,因此,在敌方干扰下,卫星抗干扰能力明显低 于高空飞艇。 、在通信,预警方面,与预警飞机,侦察机等相比,高空飞艇的升空高度 远远高于飞机景区高空观光飞艇材料,因此,在地面监控和信息获取方面,肯定也覆盖范围更大。而且 由于飞机要定期回到地面维修,在此时,容易给敌方造成可乘之机,在此期间, 为避免发生这种情况,高空飞艇正好也可以对这个盲区进行弥补。同样,预警机 的造价极为高昂,设备要求也很高,载机战时生存能力差,易受攻击,目前我国 还没有一家飞机制造商可以造出令军方满意的预警机搭载平台(空警 2000 平台 是俄罗斯的,数量稀少,我国还不到10 、高空飞艇还可以与卫星,预警机等组成一个立体侦察体系,实现多重覆盖,互为补充,有助于目标的识别,可以提供更为精准的情报。

三、作战使命 1、通信中继 在作战时,高空飞艇可以定点悬停在指定空域,为己方提供中继通信服务。 主要目的 A、与天基和空基作战平台相互配合,组成一个立体侦察体系,实现多重覆盖,互为补充,有助于目标的识别,可以提供更为精准的情报。 B、在我方天基和空基通信平台失效时,迅速补充,避免通信盲区。 作战实例: 在2005 年的"施里弗3"太空战演习中,重点演练在未来太空战中如何进行空 间系统的防护。当美国空间系统的组织、程序和技术等薄弱环节遭到攻击从而使 卫星失灵或其地面控制站受损时,使用快速反应的高空飞艇可以迅速补充缺失的功能,避免通信盲区。 2、侦察和高空预警 依靠较高的飞行高度,较长的滞空时间和飞艇上安装的大型侦测设备,其监 视和预警能力将大大超过预警飞机。同时,据目前所披露的大多数防空导弹的射 程也低于高空飞艇。高空飞艇在其所在空域内可对战机和舰船进行导航,给自导 导弹输入攻击数据,或者给弹道导弹提供敌方的地理位置,还可以作为反导系统 的一个中间环节。 高空飞艇能够弥补地面、空中、高空预警系统的不足,且价格便宜,是未来 增强侦察预警能力的必要装备。执行预警探测任务中,高空飞艇有其独特的优势。

滞空时间长是其第一要素。从理论上来说,平流层飞艇只要结构和材料强度允许, 它可以在高空停留几年甚至更长的时间。这是因为飞艇的有效载荷主要靠空气静 升力作为其升空的生力源,飞艇的移动或巡航飞行则靠取之不尽的太阳能作为动 力能源。此外,与这些能源配套的平流层飞艇的动力系统能源,还可利用再生能 源的氢燃料电池作为辅助能源。而无人机和高空侦察机,无论是起飞着陆还是空 中飞行过程,无时无刻不在消耗着大量的燃料,这也决定了它们在空中停留的时 间不可能太长。 配置:“高分一号”装载的PMS 多光谱相机、红外相机、有源相控雷达。 3、电子战 随着现代战争现代化程度的提高,电子对抗和电磁对抗已经成为未来空战的 重点。由于高空飞艇滞空时间长,载重大,凭借其装载的电子战武器的数量优势, 在对敌电子侦察、电子干扰、电子欺骗、电子隐身、电子摧毁等等方面,远远优 于电子战飞机。 配置:有源干扰雷达,压制性干扰设备,欺骗性干扰设备,电子防御设备 攻击重点:敌方C4I 系统 目的:瘫痪敌方自动化指挥系统。 作战实例: 海湾战争中,在多国部队连续高强度电子战机软/硬打击下,75%的伊军电 子系统无法正常工作,使伊军成了聋子、哑巴、瞎子。

尽管该打击是由电子战飞 机完成的,但如果当时拥有高空飞艇的话,凭借其巨大的优势,势必会给伊军造 成更大的伤害。 4、拦截攻击 由于在实时预警之后,空基和地基武器要对来袭武器实施进一步的攻击还需 要一定反应时间,在这段时间,高空飞艇极有可能被敌方发现甚至击落,或者在 我方对敌方拦截之前敌方已经对我方完成攻击任务。为避免这种情况,高空飞艇还需要具备即时发现即时攻击的能力。 配置:高能激光武器,电磁脉冲武器 作战效果图 四、关键技术 第三代太阳能电池技术第三代太阳能电池为铜铟镓硒薄膜太阳能电池。它是目前国际公认的性能优 异的第三代光电池,是科技前沿的技术产品。世界上只有美、德、日等为数不多 的国家掌握此技术,目前技术已经成熟正处在大规模产业化的前期。美、德、日 等国已有小规模生产线正在生产运行,我国经过多年的研究已成熟掌握此项技术, 特别是高科院自行研发具有自主知识产权专利技术的软体卷材薄膜式铜铟镓硒 太阳能电池,已通过中试并取得了单结转換率16.2%的国内首创成果。 目前,美国已经有意在其“HAA”飞艇上使用这项技术。 2、艇身材料技术 在临近空间,环境具有低温低压,各类射线照射强度大,臭氧浓度高的特点。

为了延长高空飞艇的使用寿命和减少自身重量,艇身材料应满足以下特点:耐低 温,耐日照,耐紫外线辐射,高强度,低密度。据悉,美国高空飞艇项目上面已 经成功应用此材料。这种新型材料,目我国也在研究当中。 3.动力装置技术 飞艇依靠动力装置实现悬停和移动,目前比较成熟的动力装置是直流永磁无 刷电机。 永磁直流电机是用永磁体建立磁场的一种直流电机。在武器装备中,永磁直 流电机广泛应用于导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、 雷达、战车等场合。该电机可以带动旋翼让飞艇前进和上升。在出现永磁无刷电 机后,永磁直流电机的生产数量在不断地上升。我国每年生产的各种永磁直流电 机大达数十亿台以上,生产永磁直流电机的厂家不计其数。因此,在此方面,我 国有大量成熟的经验技术可供应用。4、定位系统 高空飞艇滞空时间长,且定点悬停,飞机常用的惯性导航系统无法保证飞艇 的位置精度要求。作为情报侦察和预警平台,飞艇自身的定位精度要求极为重要, 但结合国外的研究来看,使用GPS 和格林纳达并不能保证飞艇的定位精度,考虑 到我国已经成功的发射了“北斗”,将来可以采用天基加陆基的多系统多波段的 定位技术实现飞艇的精确定位。

5、电磁兼容系统 由于高空飞艇的作战需要,高空飞艇内装载了许多不同用途的电子设备,高 空飞艇平台内所有系统和设备间的电磁兼容以及作为整体的平台系统与外部电 磁环境的兼容问题也越来越突出,前者容易影响飞艇任务系统的工作效率,后者 解决不好影响系统的可靠性和平台出勤率,直接关系到飞艇自身安全。对于高空 飞艇,可以使用47.2~47.5GHz 频段进行通信,因为国际电信联盟(ITU)已 经同意把这一频段分配给平流层通信系统使用。 6、电子设备一体化技术 现代战争中,无论是飞机还是舰船,基本上都是采用数字化技术实现的一体 化装备。当然,未来的高空飞艇也必然是这样。 集侦察,干扰,指挥控制于一体的综合一体化信息战装备,越来越强调整个 系统的一体化设计。将来,高空飞艇的电子装备从高频信号输入/输出都要转到 数据处理终端,所有信息处理和控制都集中在高速运算的计算机中进行处理。从 频域,时域,空域对任务电子设备进行系统一体化设计,都是未来飞艇作战的重 中之重。既然我国可以成功自行设计建造“中华神盾舰”,那么我想,飞艇上面 的一体化设计对我国技术人员来说肯定不是一个难题。 五、总体设计 1、升力装置: 永磁直流电机 飞艇内部填充氦气,为飞艇提供升力。

2、外形设计: 飞艇主体采用三个舱段,一个位于机头,一个位于机腹,一个是飞艇下面的 机头舱段搭载机载计算机,通信设备,电子战设备,雷达。机腹舱段搭载动力装置:永磁直流电机和太阳能电池 飞艇挂仓搭载“高分一号”装载的 PMS 多光谱相机、红外相机,电磁脉冲 武器和高能激光武器。 飞艇两翼安装类似于“鱼鹰运输机”上的旋翼,用于推动飞艇运行。 3、储能装置: 飞艇上表面覆盖一层最新型太阳能膜,用于吸收太阳能,在保证飞艇各部分 工作正常前提下,把剩余部分能量储存于铜铟镓硒薄膜太阳能电池中,同时,该 电池可以连接永磁直流电机,推动旋翼为飞艇提供动力。 六、参数 飞艇全长 60.5 直径15.0 体积1070.0 立方米 最大升限 30000.0 滞空时间24(月) 最大平飞速度 210.0 千米/小时 最大航程 5000 千米 最大起飞重量 9800 千克 有效载荷 4500 千克 七、结论 “天眼”高空飞艇是应对未来空天一体化,对敌方实施威慑的重要武器,通 过该武器系统,可以有效解决在早期预警,侦察通信方面,预警飞机和通信卫星 战时生存能力弱,价格昂贵,数量稀少的缺点,同时,又可以与卫星,预警机等 美国鱼鹰运输机 空基天基平台组成一个立体侦察体系,实现多重覆盖,互为补充,有助于目标的识别,可以提供更为精准的情报,为我国早日把握战略制高点提供了有力的支撑。

八、参考文献 1、季艳.国外临近空间技术发展概述.国际航空杂志.2006.9 2、崔尔杰.近空间飞行器研究发展现状及关键技术问题.力学进展.2009.11 3、姜兰亭.美军高空飞艇可能改变未来侦察和作战的模式.2006.8 远.飞艇:今日的“空中航母”.2008年17 伟.罗世斌.王振国.临近空间超高速无人飞行器及展望.宇航学报.2010.5 劲.临近空间飞行器军事应用价值分析.文章编号:1007-1180(2010)08-0022-06

关键词: Tag: 飞艇 临近空间 通信

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