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临近空间飞行器 飘浮“禁区” 身兼数职

2017-11-15 08:40 来源:科技日报 张 强

  临近空间飞行器想像图

  临近空间区域划分

  美国“太阳神”无人机

  中国“彩虹”太阳能无人机

  美国“塘鹅”巨型飞艇

  临近空间是美军对海拔20千米到100千米空间范围的一个通用性称谓。其下是传统航空器的主要活动空间,而它的上面就是我们平常说的“太空”,是航天器的运行空间。直到今天,这仍是一片尚未被科学家完全认知的空间,也一直被视为是传统航空器的“禁区”。

  前不久,中国某研究机构成功在25千米的高度测试了一款小型无人机。由于个头小,这型无人机甚至不会在雷达上留下任何痕迹,而且还能传输数据。消息一出,引发媒体广泛关注。美国《国家利益》双月刊网站11月4日报道称,它能够使中国军队获得显著优势。

  对此,军事研究员兰顺正在接受科技日报记者采访时表示,“临近空间飞行器可以执行飞机、卫星所能执行的几乎所有民用或军事任务,同时又弥补了二者的不足。既可以提供气象预报,又可以进行情报监视、侦察。既能搭载有效载荷,直接进行运输或作战任务,也可以像GPS卫星一样为导弹、飞机导航”。

  有着无法比拟的军事价值

  临近空间安全且广阔的工作环境是其他空域难以比拟的。临近空间雷暴闪电较少,也没有云、雨和大气湍流现象,在这里运行的飞行器自由且安全。这一有利因素使得临近空间有着无法比拟的军事战略价值,也一直吸引着各国科研机构的目光。

  “目前绝大多数的作战飞机、侦察飞机和地空导弹都没有办法到达这一高度,对可望而不可即的临近空间飞行器,也只能‘干瞪眼’。”兰顺正介绍,“而临近空间以上,目前的外太空武器也还没有进入实战阶段,面对临近空间的威胁,太空中的卫星们或许看得到,却也动不得。如此一来,临近空间便成了目前和今后较长一段时间内相对独立的‘真空’层。”

  这意味着面对临近空间飞行器,防空系统变成了一种摆设。除此以外,性价比高是临近空间飞行器的又一优势。

  兰顺正介绍,与作战飞机、侦察飞机相比,临近空间飞行器留空时间长,可以达一年之久。同时隐身性能更好,几乎可以实现没有雷达回波和红外特征信号,其可见光特征在天空背景中基本被淹没。

  “与卫星等航天器相比,临近空间飞行器不需要复杂昂贵的地面发射设备,研制成本、发射成本和使用成本低得多。而它的灵活度和灵敏度则高得多,既可以随风飘浮,也可以瞬间加速追踪、打击或者悬停,而且对地观测分辨率通常要高于卫星。”兰顺正说。

  我国不断实现技术突破

  “实际上,目前为止多数国家还不能够有效利用临近空间,因为对大多数传统飞行器来说,空气过于稀薄,飞不了那么高,而对卫星等航天器来说临近空间又太低了,空气阻力太大,无法进行轨道飞行。”兰顺正说。

  然而有媒体报道,美国正寻求获得一种可渗透防空系统并深入敌后搜集敏感情报的新武器,而临近空间无人机有着巨大优势,近年来美国海军和美国宇航局已开展类似试飞。

  记者了解到,目前能长时间临近空间工作的飞行器主要为飞艇或高空气球。如美国雷神公司成功研发了“塘鹅”巨型飞艇,该飞艇长约70米,自重约16吨,载重量约为66吨,能携带大型雷达在30千米的高空长时间工作。

  在我国,这样的科研也在不断进行——

  2015年10月,临近空间飞艇“圆梦号”的较长时间留空飞行试验,实现了可控飞行与完好回收,同时开展了近空间宽带数据传输、语音图像传输、对地观测与空中态势感知等初步应用试验。“圆梦号”体长75米、体积达18000立方米,标志着我国在临近空间飞艇研制领域迈入世界先进行列。

  今年10月25日,我国自主研发的“旅行者”3号(海口号)临近空间飞行器在新疆携带一只活体乌龟成功进入海拔21公里的临近空间,并降落在预定区域,被成功回收。“旅行者”3号的此次试飞成功,是全球首次浮空器成功携带活体动物进入临近空间停留,进行生保测试,验证了载人近太空旅行多项关键技术的有效性。

  兰顺正指出,“对无人机来说,这样的高度极限也在不断被突破。目前,美国国家航空航天局凭借‘太阳神’无人机保持着依靠太阳能飞至近约29.6千米高度的纪录。而中国在高空无人机领域也已经取得突破,前不久测试的‘彩虹’太阳能无人机,飞行高度超过20千米,任务区域广阔,具备‘准卫星’特征”。

  形成无人机蜂群需谨慎乐观

  记者了解到,此次中国科研机构试飞的这型无人机大小与蝙蝠相仿,其样机甚至没有发动机,在放飞前被超压气球带到不同高度,然后被电磁脉冲发射出去,其时速能在一个臂长的距离内从零加速至100公里,然后滑翔至目标进行任务作业。临近空间空气稀薄,很难产生推力。而极低的温度也意味着像电池这样的部件容易发生故障,对无人机来说,更是“死亡禁区”。那么,无人机应该如何克服这些技术难题呢?

  兰顺正认为,“随着科技的发展,这些应该都不是问题。比如,对于被投放的小型无人机,可以增加无人机释放时的初速度,比如这次我们试飞的无人机就采用了电磁脉冲的方式,如同一颗子弹一样被射出。或者给无人机装备厌氧推进装置,如火箭发动机,以延长留空时间。对低温问题,可以用轻质高效隔热材料保护无人机的关键部位,防止低温伤害”。

  这次成功试飞小型无人机的科研人员表示,“我们的研究目标是一次发射数百架这样的无人机,就像放出一个蜂群或蚁群那样”。

  对此,兰顺正表示了谨慎的乐观。他指出,“在临近空间释放的小型无人机可以执行高空侦察、监视、攻击、科研等任务。但个人认为,由于技术限制,小型无人机目前在临近空间一般只能做无动力滑翔飞行,是无法长时间停留的,即使组成蜂群其作为也非常有限。当然,这并不妨碍科研人员对其进行不断的改进和完善,也许未来有一天我们可以看到临近空间的无人机蜂群”。

(责任编辑:王蔚)

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