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臨近空間飛行器飄浮“禁區”,身兼數職!

科技日報 張強



臨近空間是美軍對海拔20千米到100千米空間范圍的一個通用性稱謂。其下是傳統航空器的主要活動空間,而它的上面就是我們平常說的“太空”,是航天器的運行空間。直到今天,這仍是一片尚未被科學家完全認知的空間,也一直被視為是傳統航空器的“禁區”。



臨近空間飛行器飄浮“禁區”,身兼數職!



臨近空間飛行器想像圖



前不久,中國某研究機構成功在25千米的高度測試了一款小型無人機。由於個頭小,這型無人機什至不會在雷達上留下任何痕跡,而且還能傳輸數據。消息一出,引發媒體廣泛關注。美國《國家利益》雙月刊網站11月4日報道稱,它能夠使中國軍隊獲得顯著優勢。



對此,軍事研究員蘭順正在接受科技日報記者采訪時表示,“臨近空間飛行器可以執行飛機、衛星所能執行的幾乎所有民用或軍事任務,同時又彌補了二者的不足。既可以提供氣象預報,又可以進行情報監視、偵察。既能搭載有效載荷,直接進行運輸或作戰任務,也可以像GPS衛星一樣為導彈、飛機導航”。



有著無法比擬的軍事價值



臨近空間安全且廣闊的工作環境是其他空域難以比擬的。臨近空間雷暴閃電較少,也沒有雲、雨和大氣湍流現象,在這裡運行的飛行器自由且安全。這一有利因素使得臨近空間有著無法比擬的軍事戰略價值,也一直吸引著各國科研機構的目光。



臨近空間飛行器飄浮“禁區”,身兼數職!



“目前絕大多數的作戰飛機、偵察飛機和地空導彈都沒有辦法到達這一高度,對可望而不可即的臨近空間飛行器,也只能‘乾瞪眼’。”蘭順正介紹,“而臨近空間以上,目前的外太空武器也還沒有進入實戰階段,面對臨近空間的威脅,太空中的衛星們或許看得到,卻也動不得。如此一來,臨近空間便成了目前和今後較長一段時間內相對獨立的‘真空’層。”



這意味著面對臨近空間飛行器,防空系統變成了一種擺設。除此以外,性價比高是臨近空間飛行器的又一優勢。



蘭順正介紹,與作戰飛機、偵察飛機相比,臨近空間飛行器留空時間長,可以達一年之久。同時隱身性能更好,幾乎可以實現沒有雷達回波和紅外特征信號,其可見光特征在天空背景中基本被淹沒。



“與衛星等航天器相比,臨近空間飛行器不需要復雜昂貴的地面發射設備,研制成本、發射成本和使用成本低得多。而它的靈活度和靈敏度則高得多,既可以隨風飄浮,也可以瞬間加速追蹤、打擊或者懸停,而且對地觀測分辨率通常要高於衛星。”蘭順正說。



我國不斷實現技術突破



“實際上,目前為止多數國家還不能夠有效利用臨近空間,因為對大多數傳統飛行器來說,空氣過於稀薄,飛不了那麼高,而對衛星等航天器來說臨近空間又太低了,空氣阻力太大,無法進行軌道飛行。”蘭順正說。



然而有媒體報道,美國正尋求獲得一種可滲透防空系統並深入敵後搜集敏感情報的新武器,而臨近空間無人機有著巨大優勢,近年來美國海軍和美國宇航局已開展類似試飛。



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美國“塘鵝”巨型飛艇



記者了解到,目前能長時間臨近空間工作的飛行器主要為飛艇或高空氣球。如美國雷神公司成功研發了“塘鵝”巨型飛艇,該飛艇長約70米,自重約16噸,載重量約為66噸,能攜帶大型雷達在30千米的高空長時間工作。



在我國,這樣的科研也在不斷進行——



2015年10月,臨近空間飛艇“圓夢號”的較長時間留空飛行試驗,實現了可控飛行與完好回收,同時開展了近空間寬帶數據傳輸、語音圖像傳輸、對地觀測與空中態勢感知等初步應用試驗。“圓夢號”體長75米、體積達18000立方米,標志著我國在臨近空間飛艇研制領域邁入世界先進行列。



臨近空間飛行器飄浮“禁區”,身兼數職!



今年10月25日,我國自主研發的“旅行者”3號(海口號)臨近空間飛行器在新疆攜帶一只活體烏龜成功進入海拔21公里的臨近空間,並降落在預定區域,被成功回收。“旅行者”3號的此次試飛成功,是全球首次浮空器成功攜帶活體動物進入臨近空間停留,進行生保測試,驗證了載人近太空旅行多項關鍵技術的有效性。



蘭順正指出,“對無人機來說,這樣的高度極限也在不斷被突破。目前,美國國家航空航天局憑借‘太陽神’無人機保持著依靠太陽能飛至近約29.6千米高度的紀錄。而中國在高空無人機領域也已經取得突破,前不久測試的‘彩虹’太陽能無人機,飛行高度超過20千米,任務區域廣闊,具備‘準衛星’特征”。



形成無人機蜂群需謹慎樂觀



記者了解到,此次中國科研機構試飛的這型無人機大小與蝙蝠相仿,其樣機什至沒有發動機,在放飛前被超壓氣球帶到不同高度,然後被電磁脈沖發射出去,其時速能在一個臂長的距離內從零加速至100公里,然後滑翔至目標進行任務作業。臨近空間空氣稀薄,很難產生推力。而極低的溫度也意味著像電池這樣的部件容易發生故障,對無人機來說,更是“死亡禁區”。那麼,無人機應該如何克服這些技術難題呢?



臨近空間飛行器飄浮“禁區”,身兼數職!



中國“彩虹”太陽能無人機



蘭順正認為,“隨著科技的發展,這些應該都不是問題。比如,對於被投放的小型無人機,可以增加無人機釋放時的初速度,比如這次我們試飛的無人機就采用了電磁脈沖的方式,如同一顆子彈一樣被射出。或者給無人機裝備厭氧推進裝置,如火箭發動機,以延長留空時間。對低溫問題,可以用輕質高效隔熱材料保護無人機的關鍵部位,防止低溫傷害”。



這次成功試飛小型無人機的科研人員表示,“我們的研究目標是一次發射數百架這樣的無人機,就像放出一個蜂群或蟻群那樣”。



對此,蘭順正表示了謹慎的樂觀。他指出,“在臨近空間釋放的小型無人機可以執行高空偵察、監視、攻擊、科研等任務。但個人認為,由於技術限制,小型無人機目前在臨近空間一般只能做無動力滑翔飛行,是無法長時間停留的,即使組成蜂群其作為也非常有限。當然,這並不妨礙科研人員對其進行不斷的改進和完善,也許未來有一天我們可以看到臨近空間的無人機蜂群”。



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