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临近空间飞行器—改变未来战场规则的新型武器

作者:刘畅 许相玺 来源:军事文摘 202009期 时间:2020-10-18

“临近空间”是指距离地面20~100千米的空域,其下面的空域我们通常称为“天空”,是民航客机等航空器的主要活动空间;其上面的空域就是我们通常说的“太空”,是卫星等航...

  “临近空间”是指距离地面20~100千米的空域,其下面的空域我们通常称为“天空”,是民航客机等航空器的主要活动空间;其上面的空域就是我们通常说的“太空”,是卫星等航天器的运行空间。临近空间拥有大气平流层、中间层和小部分的增温层,跨越非电离层和电离层,大部分的气体成分是均质大气,是具有非常重要价值的空域。临近空间中没有雨、云和大气湍流现象,闪电、雷暴也比较少,温度变化不大,在此空间运行的飞行器会更平稳和安全,还可以借助太阳能、大气浮力和风力等自然资源,在执行长时间侦察任务时可降低能耗。

临近空间飞行器分类

  无论是军事应用还是科学探索,临近空间飞行器都是重要的载体和平台,因此它成为各国竞相研究关注的热点。临近空间飞行器将是探索开发利用临近空间的主角,按照飞行速度马赫数1为界,大于马赫数1的为高速飞行器,小于马赫数1的为低速飞行器。在高速飞行器中,当前研究热点为再入式滑翔飞行器和高超声速巡航飞行器。低速飞行器中,按照其飞行特点可分为超长航时无人机、平流层飞艇和高空气球等。

  临近空间飞行器分类及其特点

临近空间飞行器发展现状

  高空气球? 美国国家航空航天局(NASA)、法国空间研究中心(CNES)、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)、欧洲航天局(ESA)等知名航空航天研究机构都大量使用高空科学气球平台在临近空间进行科学探测活动,依靠国家基础科研经费的持续稳定支持,每年的飞行活动在20次以上,取得了大量的成果。美国谷歌公司平流层气球无线网络服务项目尝试通过高空氦气球网络给边远地区30多亿人带来联网服务。美国世景公司致力于用平流层氦气球吊载的载人舱提供近太空边缘的观光旅游服务,目标是每名乘客付费7.5万美元可以在空中漂流5~6小时。

  平流层飞艇 ?近年来主要项目有美国军用多用途高空飞艇(High Altitude Airship,HAA)、探测器与结构一体化(ISIS)飞艇、高空哨兵(HiSentinel)飞艇、Elefante集团的平流层5G通信项目、法意泰雷兹·阿莱尼亚宇航公司StratoBus、日本JAXA平流层飞艇以及韩国和中国的项目。高空飞艇缩比验证艇HALE-D在2011年7月进行了首次试飞,在飞抵约9.75千米高度后出现爬升速率变慢等异常现象,鉴于继续滞空将飘出空域许可范围,在放飛2小时40分钟后通过遥控指令释放氦气迫降在宾夕法尼亚州的丛林地带。探测器与结构一体化飞艇设计为巨大口径的雷达与艇体结构结合,能够在20千米高空驻留,持续执行预警侦察任务。该项目因为结构超重问题,首次飞行迟迟未能进行,已经远远落后于计划进度(原计划2013年试飞)。高空哨兵飞艇2010年11月放飞,因动力出现故障,未能实现最终目标。此外,其他平流层飞艇项目也都因为技术或其他原因而未能形成大规模应用。

  超长航时无人机

  高空气球

  平流层飞艇

  超长航时无人机? 美国太阳神(Helios)号无人机由美国国家航空航天局与航空环境公司联合研制,翼展达71米。2001年,太阳神创下了无燃料飞行器飞行海拔高度的纪录,飞行高度为29524米。该机2003年6月26日在夏威夷考艾岛上的美国海军太平洋导弹靶场发射,试验燃料电池系统时遭遇湍流而解体,坠入太平洋。欧洲空客公司的西风(Zephyr)是一种太阳能平流层无人机,利用太阳能获得能源驱动飞行,填补与卫星、无人机和有人驾驶飞机互补的能力差距,以提供持久的本地卫星服务。目前,最新型号的西风-S无人机的翼展25米,可以实现至少30天的续航飞行,总质量62千克,其中大约一半为电池质量,有效载荷为5千克。尺寸更大的西风-T无人机(其中的T指双T形尾翼构型),该机的翼展为33米,最大质量高达140千克,可以携带20千克任务载荷。

  高超声速飞行器 ?美国在20世纪60年代提出了一系列高超声速飞行器发展计划,先后建造了一系列用于高超声速飞行试验的飞行器。20世纪90年代制订并实施了“即时全球打击”计划,以实现在1小时内对全球任何目标实施打击的能力。美军在2020财年为高超声速科研项目申请了26亿美元经费,其中大部分将用于发展高超声速打击能力。美军的目标是在2028年拥有一系列兼容海、陆、空三军发射的武器系统,包括战术射程高超声速导弹和中程高超声速导弹。美国陆军已经制定了一项为期5年、价值11亿美元的新计划,用于开发一种公路机动的远程高超声速武器(LRHW)。该系统将采用两级助推器发射一种常规高超声速滑翔弹头,可执行纵深打击以对抗敌方的反介入/区域拒止能力。2020年6月12日,美国空军在爱德华空军基地完成了新型空射快速响应武器(ARRW)原型样机的首次系留飞行试验。本次试验中,一架B-52轰炸机携带仅装备传感器的ARRW原型机,并未安装战斗部。试验过程中,原型机与载机未进行分离。本次试验主要收集相关飞行环境数据和飞机控制数据,包括导弹武器自身及其外挂装置和载机的气动阻力、振动等数据。ARRW项目计划在2022年实现初始作战能力,原型样机的设计工作由洛克希德·马丁公司负责。2018年12月26日,俄国防部完成了先锋高超声速导弹服役前的最后一次发射试验,高超声速弹头通过水平和垂直机动,命中6000千米外的预定目标,各项技术参数全部得到验证,该导弹已于2019年开始服役,副总理尤里·鲍里索夫称先锋导弹在试验中速度达到马赫数27。此外,法国、澳大利亚、德国、印度、日本、欧盟等国家或联盟均开展了超高速临近空间飞行器的研究计划,各有特色并均取得了可观的进展。

结 语

  临近空间因其独特的地理位置优势,作为未来陆、海、空、天、电五维一体化战场的重要部分,成为当前科学研究的热点、大国博弈的战略要地。美国在2016年明确指出,目前还不存在能够对抗临近空间武器的防御系统,面对临近空间武器所带来的巨大威胁,最好的办法是研究同等技术水平的临近空间武器。未来,我国应不断探索,继续努力,建议从以下3个方面着手,提高中国临近空间开发和应用水平,争取早日在世界临近空间武器研究领域占据主导地位。

  加强顶层谋划,聚焦战略和实战。对未来科技和战争的需求和关键技术做出正确的评估,明确临近空间功能定位,与航天、航空等其他圈层活动充分互动,发挥各自优势,扬长避短,加强顶层设计,坚持创新驱动,明确发展路线。

  健全体制机制,加强军民融合。优化组织管理体系、加强装备建设力量,确保军地协同、需求对接、信息互通和资源共享机制顺畅高效,消除“军转民”“民参军”壁垒。形成军民密切协同、体系开放互通、市场良性竞争、成果快速转化、资源合理共享的良好局面。

  坚持创新驱动发展,推动技术创新力量融合。发挥军工集团、中科院、高等院校、军内科研单位、民口企业的特点优势,共同形成强大的创造力,聚力突破瓶颈短板。面对临近空间科学技术领域绝好发展契机,坚持创新驱动发展,以科技创新引领全面创新,走出一条科技强、产业强、国家强的发展新路径。

  责任编辑:葛? 妍

  临近空间飞行器已经成为未来兵器谱的新宠

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