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1、系留气球和飞艇的发展概况系留气球和飞艇的应用最早可以追溯到18世纪末期,当时主要用于观察战场和战区军队的配备和运动情况。在第一次世界大战期间,系留气球用于大炮炮弹弹着点的观测;在第二次世界大战时,除了战场观测和炮弹弹着点的校正观测外,还用于城市的防空,拦截低空突防的轰炸机,起到保卫城市、舰船和军事目标的作用。在越南战争期间,美军为适合越南南方丛林地带的特点,在系留气球上装备无线电调频装置,作为指挥所与前沿部队的无线电转发台,当时使用了一种体积为150m3 的三尾翼气球和一种体积170m3 的十字尾翼的气球, 升空300m, 可在35km范围内传输无线电信号,还用于监测对方军队的行动和通讯信号。
2、近20年来,国外研制和开发的大型、重载的充氦气球和飞艇都获得了成功的应用。这主要是系留气球和飞艇具有留空时间长,载重量大,预警功能强等优势刺激了诸方面,特别是军方的注意而获得长足的进展。在充氦气球和飞艇研制开发方面,美国投入费用在10亿美元以上,为各国之首。而法国、英国、德国、俄罗斯、加拿大、以色列和日本等国家也都成功地研制和开发出一系列系留充氦气球和飞艇。3. 1 美国早期,美国固特异公司为美国海军制造了一艘增压充氦飞艇ZPG23W,之后又研制出改进型飞艇。飞艇长123m,容积42万m3 ,配置两台轮轴发动机,最大时速19km。固特异公司还制造了艇名为“European”的充氦飞艇,已制出3
3、00只,其中244只供美国海军和陆军使用,另外56只为商用飞艇。这种飞艇长58. 5m,高18m,宽15m,配置两台210 马力的发动机,时速80km。2003年,美国雷神公司为美国陆军制造一艘名为快速飞行器(RA ID)的侦察飞艇,留空时间长达30天。2004年,美国军方开始研制“Skycat”充氦飞艇,其为超大型充氦飞艇,其容积在110万m3 ,飞艇的载重量1000 t。这种重型飞艇可以在一个航程( 2天)内从美国本土向欧洲运送两个摩托化步兵营(包括全部人员和作战装备) ,而10 艘这样的飞艇则可以在一个航程内将美第82空降师运送至欧洲。另外,由于“Skycat”重型飞艇体积庞大,所以在运
4、载主战坦克、重型火炮以及重型直升机时最为合适,这也是其它运输工具所不具备的优势。在大气层外围3036km的空间被称为“近太空”。由于这里空气稀薄,不会出现恶劣天气,且大多数固定翼战斗机和地对空导弹无法达到这一高度,如果能有一种“近太空”领域活动的作战武器,将会有极大的战场主动权。基于这种考虑,美国空军空间作战实验室和空间作战中心从2003年初就开始研制一种半自动的近太空机动飞艇,该飞艇长53m,宽30m,外形为V形,艇内充注氦气,配置两台由燃料电池驱动的螺旋桨推进器,并由GPS系统进行导航,自身携带的控制系统可以调节各舱室间的氦气容量,以进行空中机动。2003年11月,这艘名为Ascender
5、 (攀登者)充氦飞艇被释放到30km高的空间进行初期验证试验,并在地面控制下返回基地。然后在2004年6月为Ascender飞艇进行配置试验, 可以携带45kg的通信和监视传感器设备,升入“近太空”区域进行巡航试验,完成地面操作指令反应,地面指挥所控制下的转换飞行以及点目标上空5min悬停、降落、返航等试验项目。2003年9月,应美国国防部要求,美国洛克希德马丁公司获得为其研制大型高空飞艇(HAA)的订单, HAA飞艇主要的作战任务就是能长时间停留在美国大陆边缘地区高空,监视可能飞向北美大陆的弹道导弹、巡航导弹等目标。2003年9 月, 美国国际科学与技术公司( STI)与美国海军研究签定一项
6、总价400万美元的STI载人反恐充氦飞艇。该飞艇长61m, 宽19m,高20m,总容积7200m3 ,飞行时速90km,最大航程650km,飞行高度在600900m,飞艇空中侦察范围为60km,而且能在目标上空悬停12 72h。飞艇上装有红外传感器和高分辨率的相机,可进行昼夜监视并拍摄高清晰度的照片。此外,艇上还装有能拍摄隐藏在水下目标的“机载近海探测超光谱成像系统”(LASH System) 。3. 2 法国法国也是对充氦气球和飞艇研制和开发较早的国家之一。在上个世纪90年代中期,法国就保持长期发放35 万m3 气球的水平。例如,法国Thomson - LMT公司研制出Rasit气球雷达系统
7、,该系统升空1500m后,可对距离55km的车辆和距离25km的人员进行探测,并在90年代就装备了法国军队。为了解决国内大型构件的运输问题,法国电子公司研制了一种“大力神”充氦飞艇,艇体为圆盘形,直径235m,体积150万m3 ,有效载重为900 t。飞艇飘浮在空中时,用缆索系于地面,艇体切口处为充氦气囊,共有96个独立的三角形充氦气囊。另外,法国航空与空间研究院和航空公司共同研制一种重型飞艇,该飞艇由4个独立的充氦气球组成,每个气球直径80m,高78m,体积有25万m3 ,配置4个落地支架,两个支撑单推进器组合体横梁,安装8台螺旋机翼,飞艇总重1040 t,有效载重500 t,可携带燃油80
8、 t。3. 3 英国英国早已把充氦气球作为一种防空用产品实施开发。将系留充氦气球同烟雾生成器、雷达反射体和红外诱饵一起升空,在1000m高空构成空中屏障,用以拦截低空偷袭的飞机,还利用系留气球作为载体训练初级跳伞队员。用于训练跳伞队员的充氦系留气球,体积为1510m3 ,一次可搭载6名跳伞队员(含伞具)和1名教员升空,升空高度1500m (通常升空高度300m) ,每次搭载跳伞队员升至跳伞高度并完成跳伞仅需要10min,另外英国John. West公司设计一种“Skyship”大型客货两用充氦飞艇,艇体呈扁圆形,直径220m,中心高度55m,容积为100万m3 ,安装10台4000马力的涡轮螺
9、旋桨发动机, 时速度为144km, 飞行高度1500m,航程为6400km。3. 4 德国德国在上世纪初就设计并研制出了“齐柏林”飞艇,在60年代又设计出了WDL21、WDL22、Wdl23和WDL24充氦飞艇,标准尺寸是艇长55m,直径14. 5m,体积6000m3 ,有效载重1. 5 t,最大时速为100km;而WDl22型飞艇长80m,直径20m,体积2万m3 ,有效载重10 t,安装两台400马力发动机,时速为140km;而WDL24 型飞艇长120m,体积6. 4万m3 ,有效载重为30 t,艇上充气装置有加热系统,用来提高氦气的温度。3. 5 以色列以色列采购美国TCOM公司的充氦
10、气球,装备自行研制的雷达,命名RELMS,用于海面监视和侦察。该系统升高高度4000m,可用反射面积100m2 的快艇、船只实施监视,监视距离为30 250海里。雷达数据可由地面站处理。4 系留气球和飞艇的发展趋势和设想系留气球和飞艇在用于气象观测、信息传递、海上搜寻,特别是在军事领域内的诸多应用受到了人们普遍的重视。与预警飞机、卫星相比,军用充氦飞艇的费用可以降低30%以上,只需要少量的维护工作就可以连续使用。一个40m长的小型充氦飞艇的造价为200万美元,远低于价值几千万美元的无人机和数亿美元的预警飞机、卫星。与军用运输机相比,重型充氦飞艇最大的优势是具有容积大、有效载荷高的优越性,能够把
11、大体积的作战装备、部队运送到数千公里外的前线,而且现在的大型军用充氦飞艇的气囊由多个(许多)氦气填充的独立部分组成,一旦受到炮火的攻击,大型充氦飞艇也有足够的剩余浮力,不会出现坠毁的危险。近年来由于Kevlar纤维以及高强度织物的应用,又促进了系留气球和飞艇的发展。目前一批重型、超大型充氦飞艇相继研制投入使用,另外在超高空(20100km)之间也出现了充氦飞艇,其作战用途主要是作通信中继和监视平台。目前比较有潜力的开发项目包括美国空军的近地空间飞行器(NSMY) ,即“V2飞艇”,以及美国导弹防御局(MDA)提出的高空飞艇(HAA)和正在设计的一种可充气、一次性使用的高空飞艇。“V2飞艇”集卫
12、星和侦察机的功能于一身,由地面设备遥控操纵,即可完成高空侦察、勘探,也可作战场高空通信中继站,保障指挥员在山脉中或山的另一侧与部队联络,基本上不受地面和空中任何武器的攻击,现代的技术发展为充氦飞艇带来了新的用武之地,安装上大功率发动机的飞艇要比航空母舰和大型运输舰来得快。美国国防部资深官员认为,未来美国军事必须具有远高于现有的机动能力,必须考虑的是机动性而不是部署。机动是指从部署原始位置到最终的目的地,横穿较长距离的能力;原始位置系指本土或某一军事基地;而终点目标则是全球指定任何地方,而超大型、高机动性的充氦飞艇则是实施这一行动的最好工具。除了新材料的应用,减轻了气球球体和系统的重量外又改善了
13、球体的结构,通常1m3 的氦气可以携带1kg的负荷(包括球体自重和载荷) ,而且还大幅度地提高了气球的使用寿命。在军事应用领域内,还采取“隐身技术”,在系留气球和飞艇的外覆层上涂覆雷达波吸收涂料,缩短了敌方雷达发现的距离,并且开发出全天候使用的气球、飞艇,可以在恶劣的气候条件执行特殊的任务,采用性能更好、重量轻、小型化的电子监控设备以及性能好的发动机使充氦飞艇的载重量、气度升空和航程都达到了最佳化水平。我国的充氦气球应用开展得也较早,但是把气球用于大气物理、天体物理等项目的测试始于上世纪70年代末期,例如中科院第一期高空气球工程中,建造一个容积5万m3、载荷250kg、升限30km的充氦气球,继而又研制出体积20万m3 ,载荷1470kg的气球。综上所述,充氦气球和飞艇有很好的发展前景,经过几十年的建设,国内已有可靠的技术,采用高性能的织物,特别是Kevlar纤维的应用,国内各类热熔性聚酯粘合剂的应用,为生产和制造高性能的充氦气球和飞艇打下了很好的基础。中国是一个幅员辽阔、具有漫长海岸线、边防线和国境线的国家,而系留气球和飞艇作为早期预警、反恐、边防、海防的空中监视平台具有广阔的发展前景,它的应用领域必将受到人的重视,因而一定会有辉煌的发展空间。
