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平流层飞艇对大气海洋环境探测的应用

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  摘 要:本文主要根据平流层飞艇的特点,对利用平流层飞艇平台开展大气海洋环境探测的需 求进行了分析,提出了几个方面的优势。
  关键词:飞艇;平流层;大气探测
  1 引言
  美国、欧洲、俄罗斯、日本、韩国等许多国家和地区都非常重视发展飞艇技术及其应用,飞艇不仅被用于广播通信、无线网络、运输、灾区救援等领域,而且在国防安全监测、情报信息收集、环境监测以及气象探测等诸多方面都有应用。其中美国和日本在气象飞艇方面的技术水平较为先进,美国研发了专门用于监视海岸线的飞艇,美国普渡大学正在进行用于气象环境监测和国土安全监视的飞艇技术研究。日本国家空间实验室从2003年开始,开展了用于气象环境监测的高空飞艇技术研究。
  2 平流层飞艇的特点
  平流层飞艇处于大气平流层环境,具有以下使用特点。
  (l)滞空时间长平流层飞艇只要结构和材料强度允许,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升力源,飞艇的移动或巡航飞行则靠取之不尽的太阳能作为动力源,另外,驱动平流层飞艇的动力系统所用能源,还可以是能再生的氢氧燃料电池作为辅助能源。
  (2)研制使用成本低平流层飞艇直接靠其巨大的艇囊静升力和辅助动力升空,不需要像卫星升空那样采用昂贵的火箭发射,其升空后的高空飞行,白天主要靠设在顶部的太阳能电池供电,夜间则靠再生式燃料电池提供动力。与无人飞机和卫星相比,平流层飞艇在技术上更容易实现且成本相对低廉。因此,平流层飞艇研发生产周期短、研制和使用成本都比较低。
  (3)有效载荷限制少平流层飞艇升降和飞行比较平稳,有效载荷的携带能力强。一般长度在150m以上的大型平流层飞艇可以携带上吨重的载荷。
  (4)战场适应能力强平流层飞艇重量轻、结构疏松、多采用无金属骨架的软体结构、非常小的动力需求,使其外部信号特征,特别是雷达发射截面和红外辐射强度很低,增强了隐蔽性,易于躲避敌方侦察。平流层飞艇具备垂直起降功能,不需要固定的机场和跑道,只需要简单的开阔地即可,适于部署在地形复杂的山岭和海岛地区。
  (5)无线通信及时精确平流层飞艇通信是介于地面通信和卫星通信之间的空中通信平台,比地面无线电通信覆盖面积大,不会受地面建筑物对无线电波的干扰;与卫星通信相比,平流层飞艇距离地面近,无线电波的往返距离短,电波损失小,传播时间大大缩短,并且平流层通信对地面终端所需功率的要求小,有利于终端设备实现小型化,便于携带、手持作业。
  3 平流层飞艇大气海洋环境探测优势分析
  平流层飞艇大气海洋环境探测平台可以避免航天探测平台的轨道选择限制,不受航空探测平台高燃油消耗的限制,比地面探测平台的覆盖范围大,其優势主要体现在以下几个方面。
  (l)监视范围大、感知能力强
  平流层飞艇探测平台具有良好的空间效应。它的覆盖范围虽然不如航天平台广,但是对于战役、战术区域性应用来说,要比航空平台和地面平台的探测范围大得多。
  (2)战时风险小,生存能力强
  平流层飞艇探测平台通常由非金属材料制成,且能源系统多采用太阳能或化学能,其雷达反射、红外反射和可见光反射面积均很小,再加上平流层飞艇探测平台工作期间一般不移动或者移动速度很慢,多普勒效应极小,各种机理的常规探测器都很难发现它的存在。此外,平流层飞艇探测平台部署高度若高于25km,则可超出一般航空作战飞机的最大升限,也超出了一般地面防空火力的最大攻击高度,再加上采用多舱式充气结构,战时被毁伤的概率很低。
  (3)探测作业的持续性好
  平流层飞艇探测平台可稳定部署在战区上方,且距目标较近,能全天候、全天时地提供连续、可靠的对空、对地、对海或者对天探测。相比之下,椭圆轨道卫星受重访周期限制,不可能提供某一地区的连续气象云图。
  (4)通信互联的效能高
  平流层飞艇平台可作为通信中继平台,为军事应用提供通信保障,平流层飞艇平台作为通信中继平台具有比卫星平台使用灵活、信号强度高的优越性。飞艇平台搭载通信中继设备后,可为地面、海面、低空对象提供宽带高速抗干扰及超视距通信能力,彻底解决战时气象保障的通信“瓶颈”问题,为目标区各个气象台站提供数据交换,为无人气象飞机提供遥控数据链路,大幅提升气象装备的保障效能。与卫星相比,平流层飞艇平台传输距离短、时延小,,传输损耗比卫星低65dB,可以实现小天线、低功率传输。
  (5)释放和运行成本较低
  平流层飞艇探测平台通常情况下可回收重复使用,释放和降落场地要求较低,运行控制和保障条件要求也较低。例如,充气飞艇平台的释放和降落只需要空旷场地即可,地面保障设备只要有氦气灌充和回收装置、系留锚定装置等,而控制设备则可使用目前已被广泛应用的遥控遥测、无线通信和情报处理终端设备。相比之下,航天探测平台发射场地要求高,准备时间长,需要大推力运载火箭将探测平台送人空间轨道,运行测控复杂,且一般不能回收重复使用,整体费用比超高空浮空器探测平台高40倍以上;航空探测平台起飞、降落场地要求高,保障条件要求高,设备和人员多,其整体费用也要高于超高空浮空器预警探测平台5倍以上,而探测范围却远小于超高空浮空器预警探测平台。
  4 结束语
  利用平流层飞艇平台,充分发挥其优势特点,开展大气环境探测,乃至海洋环境、空间环境探测,是今后环境探测的重要发展方向。但要注意解决好两个技术问题,一个是研发适合于大气、海洋、空间环境探测的平流层飞艇平台;二是改造或专门研发环境探测等载荷设备,使其适用于平流层飞艇平台
  参考文献
  [1]吴越;山西:全力保障“风云三号”B星成功发射[N];中国气象报;2017年
  [2]邹鹏辉;我航天气象保障向大空间跨越[N];解放军报;2016年
  [3]邹鹏辉;三大洋气象保障系统研制与应用通过鉴定[N];中国船舶报;2017年
  作者简介:
  孟超(1982.5—)高级工,安徽合肥人,主要从事浮空器全工艺流程及加工制作方法研究

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