臨近空間用途及發(fā)展優(yōu)勢與潛力

一、臨近空間的概念臨近空間是指介于普通航空飛行器最高飛行高度和天基衛(wèi)星最低軌道高度之間的空域。天基衛(wèi)星的最低軌道約為200km，航空飛機的最大飛行高度約為20km，但從應用上講，由于100km以下為臨近空間飛行器的主要活動區(qū)域，故在國內(nèi)一般定義臨近空間為離地球表面約20-120km的空域，美軍定義為20-100km的空域。過去所稱的“近空間”“亞軌道”“空天過渡區(qū)”、“亞太空”、“超高空”或“高高空”等區(qū)域，都是指臨近空間。圖表臨近空間區(qū)域劃分航空杭天臨近空間乙00豁更期里中址璋軌遺（MEO）(LEO)里航空杭天臨近空間乙00豁更期里中址璋軌遺（MEO）(LEO)里20-100^-31（例如飛機）飛抒領培.I廟巒止同步4謎函殆資料來源：產(chǎn)研智庫二、臨近空間飛行器綜述所謂臨近空間飛行器，顧名思義是指能夠飛行在臨近空間執(zhí)行特定任務的一種飛行器,既能比衛(wèi)星提供更多更精確的信息（相對于某一特定區(qū)域），并節(jié)省使用衛(wèi)星的費用，又能比通常的航空器減少遭地面敵人攻擊的機會。臨近空間飛行器能快速飛行在敵方戰(zhàn)區(qū)上空而不易被敵方防空監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，從而為作戰(zhàn)指揮官提供不間斷的監(jiān)視情報，以增強其對戰(zhàn)場情況的了解能力。部署這種高空飛行器，成本低、時間快，適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需求。圖表臨近空間飛行器的設計思想、特點與關(guān)鍵技術(shù)芙型反計思想卜烹特點關(guān)鋰技術(shù)平流層飛魅釆用駅空飛行-器的說計息也貝有較大的r雜汽囊中充滿輕質(zhì)吒體（如鋭氣h惓幕空％泮力來T：商飛行器前1巫力*俄靠慄砸槳前那力來克止阻力可定點懸梓.可進打低速水平飛病機動性好抗腐迪陰瀋漏村忡並恥推選対定點控制.撫作控制〔冊飛*回收〕浮空r球具有較尢的幺充滿輕質(zhì)氣體（如扯氣人無推進動力裝駅注唯空氣浮力進入臨近空間優(yōu)點是簡單，咸本低，映點是阻力大.定點與機動性皋抗鳳*抗腐蝕’防濤漏材料鬲空氏竝時無扎機采用航空飛存器的設計方法.采用龍陽能，氫燃料電池尋新輕戰(zhàn)站栩依韋空吒動力這到臨近空間可怏連機動遠稈.撫航時、高度克成化資料來源：產(chǎn)研智庫三、臨近空間飛行器發(fā)展優(yōu)勢民用領域以通信監(jiān)測領域為例，與衛(wèi)星相比，臨近空間飛行器造價明顯低于衛(wèi)星，載荷能力超過衛(wèi)星的2倍，延遲時間、衰減更小，且可以多次回收、重復利用。圖表臨近空間飛行器與通信衛(wèi)星的比較優(yōu)勢編號主莒業(yè)務相対安全臨近空間以下.目直絕大蓼教的作戰(zhàn)飛機、偵察飛機和地空導禪辭進育辦法到達這…為度，対若可齟而不可即的告近空間飛行黠?也只能“干瞪ntr:而臨近空間以丄?冃前的外盍空忒曙也還沒有進入實展階段.血對臨近空間的威脅，丸唄中的J用們或忤看得到、卻也動不得；天氣影響孫臨近辛〔可雷舲閃電較少.也踐有樂、雨相大T踰浣現(xiàn)象.巒這里迄廿的飛行器就顯得自由E空全t性價比髙與件戰(zhàn)飛機*偵累飛機相比.臨蚯空間飛存器留空時間長「可以達'年之久；與衛(wèi)星等就天器相出，臨近空間飛行器不需要復雜昂貴的地面發(fā)射踐備?研制成本、發(fā)射成本和快用威本低得爭,隠身先能更好幾乎可以實現(xiàn)沒有需達回淞和紅外特證信號，其可見光特冊在天空汙址中基木般淹沒開展物理研究*保進航扯科技發(fā)展點克曜低湖技術(shù)與物理研究，表面匸程技術(shù)研究，哦間電子拉術(shù)與丁程硏兗”空同凝車力技術(shù)研究尊：靈活度和靈敏度髙可以隧鳳飄浮.也可以瞬間加速迫蹤、打擊，或若懸用.而且對地現(xiàn)測仃褲率通常要硏于衛(wèi)星：錐護成本低而乂人員除障少、祈動負相輕1用途廣迂旣捉供氣塚預報.丈可以進行情報藍規(guī)、便腹：覷能搭我肓效做荷?直接進行運第或作戰(zhàn)任等.也可以mGPS.I!星一樣為導揮、飛機導航。資料來源：產(chǎn)研智庫除此之外，臨近空間飛行器還具有一下優(yōu)勢：（一） 持續(xù)工作時間長。傳統(tǒng)飛機的留空時間以小時為單位，臨近空間飛行器的留空時間則以天為單位，目前正在研制的臨近空間平臺預定留空時間長達6個月，規(guī)劃中的后續(xù)平臺預定留空時間可達1年以上，易于長期、不間斷地獲得情報和數(shù)據(jù)，可對緊急事件迅速做出響應，而且人員保障少、后勤負擔輕。（二） 覆蓋范圍廣。臨近空間飛行器的飛行高度在傳統(tǒng)飛機之上，其偵察覆蓋范圍比傳統(tǒng)飛機要廣得多。（三） 生存能力強。氣球或軟式飛艇的囊體采用非金屬材料而且低速運行，雷達和熱反射截面很小，傳統(tǒng)的跟蹤和瞄準辦法不易發(fā)現(xiàn)。與傳統(tǒng)飛機相比，氣球或軟式飛艇的缺點是：充灌氦氣的時間較長，在充氣時需要保持穩(wěn)固，有時還需要占用機庫；在放飛、通過平流層上升、下降、回收和放氣的過程中，由于其龐大的體積，容易受到風和湍流的影響。四、臨近空間飛行器軍事用途當前，臨近空間日益成為世界大國關(guān)注和爭奪的焦點，各國已在臨近空間展開博弈。美國已裝備部分低速（如“戰(zhàn)斗天星”高空氣球）和高速臨近空間裝備（如SR-71高空高速戰(zhàn)略偵察機），并獲益匪淺，力圖主導臨近空間的開發(fā)利用。（一） 遠程打擊高速臨近空間飛行器飛行速度快，具有很強的穿透力，可以從防區(qū)外對敵縱深目標實施“外科手術(shù)”式打擊，大為縮短作戰(zhàn)時間，大幅提高武器攻擊的突然性和有效性，是一種新型的戰(zhàn)略威懾和實戰(zhàn)運用武器平臺，是獲得懾止戰(zhàn)爭、介入戰(zhàn)爭、控制戰(zhàn)爭、打贏戰(zhàn)爭主動權(quán)的可靠依托。高速飛行的臨近空間飛行器，可裝載核戰(zhàn)斗部或常規(guī)彈頭，能夠在10分鐘之內(nèi)打擊近千米遠的目標，留給防御系統(tǒng)反應時間很短，能有效遏制敵方地基、機載、艦載預警及防空武器系統(tǒng)整體功能的發(fā)揮，既可攻擊敵方戰(zhàn)略要地等固定目標，也可有效攻擊航空母艦等活動目標。特別是超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)一旦成功用于高超聲速導彈，就可能在2h內(nèi)打擊全球任何目標，且迄今沒有任何手段可對其實施攔截或防御。（二） 偵察監(jiān)視現(xiàn)有的衛(wèi)星系統(tǒng)和航空平臺還不能滿足戰(zhàn)場大范圍實時偵察和長時間連續(xù)監(jiān)視的需求，臨近空間飛行器可有效彌補這一不足。臨近空間飛行器的視場比一般飛機要大很多，一架在24km高度巡航的臨近空間飛行器的視場要比一架在12km高度巡航的飛機的視場大4倍。與離地高度為400km的偵察衛(wèi)星相比，臨近空間飛行器上搭載相同的設備，其光學設備空間分辨率將提高一個數(shù)量級，雷達設備的信號強度可以提高10000多倍，電子偵察設備可以檢測到更微弱的電子信號。低速臨近空間飛行器可以在戰(zhàn)區(qū)上空長時間駐留3個月以上），對戰(zhàn)區(qū)進行“凝視”偵察監(jiān)視；可以對多目標、移動目標的連續(xù)偵察、標識、特征描述和定位；可以實時獲取打擊前后的目標圖像，快速完成打擊效果評估。高速臨近空間飛行器可作為戰(zhàn)略偵察平臺，能快速遠程突破敵方防空體系，快速機動進入敵方縱深進行偵察，準確把握整個戰(zhàn)場態(tài)勢的變化，實時引導武器彈藥對敵目標實施精確打擊。（三） 通信中繼臨近空間飛行器作為通信中繼平臺可以廣泛應用于軍事和民用通信。在軍用方面，可用于地面、海上、空中和太空的通信中繼。在民用方面，可用于都市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村和邊遠地區(qū)數(shù)字電話、傳真、電子郵件、視頻視聽等通信中繼。與衛(wèi)星通信中繼相比，臨近空間通信中繼平臺的優(yōu)勢是容量大、傳播損耗?。ū韧杰壍浪p少65dB）、時延短，發(fā)射功率低，易于實現(xiàn)通信終端的小型化、移動化，建設周期短，管理、維護和升級容易。與地面無線通信相比，臨近空間通信中繼平臺的覆蓋范圍大、發(fā)射功率低，建設周期短、易于升級，可以全天候工作。一個部署在30km高的臨近空間飛行器通信中繼平臺，可以覆蓋1200萬km2的地域，我國人口眾多、人口密集的城市很多，使用這種系統(tǒng)的潛在市場很大。（四） 導航定位現(xiàn)今的許多武器系統(tǒng)使用的是GPS等衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供的導航和定位數(shù)據(jù)，但由于導航衛(wèi)星高度很高，其信號路徑損耗比臨近空間飛行器播發(fā)的信號損耗大100倍，因此抗干擾能力較弱。臨近空間飛行器在某一特定區(qū)域長時間駐留，可以播發(fā)增強的衛(wèi)星導航信號，與衛(wèi)星導航系統(tǒng)配合，可有效提高衛(wèi)星導航系統(tǒng)的抗干擾能力和定位精度；也可以單獨使用多個臨近空間飛行器構(gòu)成專用的戰(zhàn)區(qū)導航定位系統(tǒng)，以便在衛(wèi)星導航系統(tǒng)受到干擾后，直接為武器系統(tǒng)提供導航和導引數(shù)據(jù)。（五） 綜合預警近年來，隱身、綜合電子干擾、低空/超低空突防和反輻射導彈等技術(shù)發(fā)展迅猛。要對隱身飛機和各類導彈的來襲及早進行預警，發(fā)現(xiàn)高速入侵的低空、超低空飛行器，解決遠程探測低空、超低空目標及地形遮擋的問題，就必須擁有相應的預警能力。臨近空間飛行器具有覆蓋區(qū)域廣、搭載能力強等特點，將成為綜合預警體系中的重要平臺。相對于預警飛機和地面預警系統(tǒng)，臨近空間預警系統(tǒng)留空時間長，少則幾個月，多則幾年，可以全天候連續(xù)工作；飛行高度高，視場很大，對地面目標的探測半徑可達550km以上，對空中目標的探測半徑達1000km以上，可提前發(fā)現(xiàn)敵方目標，用于低空目標識別、導彈防御。在國土上部署這樣的系統(tǒng)，可以組成全天候?qū)椃烙W(wǎng)絡，確保國土安全。相對于衛(wèi)星預警系統(tǒng)和預警飛機，臨近空間預警系統(tǒng)使用靈活性強，經(jīng)濟性好，綜合效能高，并可與衛(wèi)星和飛機預警系統(tǒng)協(xié)同，構(gòu)成天空地一體化立體預警探測系統(tǒng)，實現(xiàn)多重覆蓋、無縫探測，滿足一體化聯(lián)合作戰(zhàn)對預警系統(tǒng)的需求。（六） 電子對抗電子對抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中重要的作戰(zhàn)樣式，電子戰(zhàn)的攻擊重點是敵C4ISR系統(tǒng)，大規(guī)模電子戰(zhàn)將貫穿于現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭的始終。臨近空間飛行器由于生產(chǎn)和使用成本相對較低、活動區(qū)域廣、沒有人員危險等特點，有著其他空域部署的電子對抗設備無法比擬的優(yōu)越性。特別是低速臨近空間飛行器能夠在目標上空長期駐留，可對敵方地面和海上警戒、搜索引導、目標指示雷達等進行長時間、不間斷的干擾，減少敵雷達發(fā)現(xiàn)目標和預警的時間，為作戰(zhàn)飛機和導彈突防、提高作戰(zhàn)效能和生存概率提供支援；可播發(fā)高強度的衛(wèi)星導航干擾信號，使敵方的作戰(zhàn)飛機、巡航導彈、精確制導彈藥等無法進行正常的導航，降低敵方的作戰(zhàn)效能；也可播發(fā)增強的衛(wèi)星導航信號，壓制敵方對我衛(wèi)星導航信號的干擾等。五、臨近空間飛行器民事用途（一）氣象預測隨著航天事業(yè)的發(fā)展，臨近空間的開發(fā)與探索勢在必行。這需要氣象部門提供大量臨近空間的氣象數(shù)據(jù)和氣象服務。迄今為止，除了發(fā)射航天器的火箭會偶爾穿越之外，這片寂靜的空域仍然是人類飛行的一個禁區(qū)。所有的火箭發(fā)射都與氣象條件有關(guān)系。在各種不利氣象條件中，風、溫度、雷電等對于火箭發(fā)射影響較大。在每次火箭發(fā)射前，都要進行氣象會商，詳細了解全球氣象圖、國內(nèi)氣象圖、發(fā)射場氣象圖的情況，制訂火箭發(fā)射預案。待萬事俱備時，氣象條件就是“東風”氣象條件不是參考，而是“裁判員”氣象條件具備了就可以發(fā)射火箭，不具備就不可以發(fā)射。這些年來，氣象預報預測能力越來越強,氣象部門不僅可以提供半個月的天氣趨勢情況，還可以精確預報窗口時段。氣象預報水平的提升為火箭發(fā)射提供了極為有利的條件。臨近空間氣象狀況不如航空空間復雜，沒有雷暴閃電，也沒有云、雨和大氣湍流現(xiàn)象，但橫向的切變風對經(jīng)過這里的火箭構(gòu)成了很大威脅。雖然臭氧和紫外線的腐蝕性會對平臺材料提出了很高的要求，但火箭在這一高度停留時間較短，對運載平臺的影響輕微。在中國氣象局推進的監(jiān)測預警工程中就有瞄準航天工程對臨近空間保障的需求的建設內(nèi)容。目前，中國氣象局空間天氣監(jiān)測預警中心已建成中頻雷達和光學干涉儀，能夠觀測到30公里至120公里區(qū)間內(nèi)的大氣成分、大氣密度、溫度、風等要素。設備儀器已處于試運行階段，同時也在為航天發(fā)射任務提供保障。這些儀器對于2013年成功保障“風云三號”氣象衛(wèi)星發(fā)射做出了重要的貢獻。（二）災后救援2015年12月21日，深圳光明發(fā)生山體滑坡事，當天下午，深圳科技企業(yè)光啟科學緊急調(diào)用公司自主研發(fā)的“云端”號飛艇，搭載航天級多功能高分辨率對地觀測設備，配合應急版“云端”號Cloudmini,赴光明參與搜救工作。與以往地震災害救援采用的無人機救援手段不同的是，按照此次采集圖像的飛行器的飛行高度判斷，本次投入救災的“云端”號應該劃分為飛艇，低速低空，相比無人機停留時間久，救援成本也相對較低，在特定環(huán)境下的救援具備優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)專家稱這種空間領域為'臨近空間”，也就是介于低空領域與地表之間的空間范圍。此次共投入兩臺“云端”號Cloudmini設備參與救援，分別是光學檢測設備和航天對地檢測設備。其中，航天級多功能高分辨率對地觀測設備，具備可見光和紅外線高分辨率視頻成像能力，利用熱成像技術(shù)重建了整個區(qū)域的原始地理信息。在臨近空間，利用飛艇搭載圖像采集設備，采用熱成像技術(shù)，可以對整片災害區(qū)域進行長時間值守，不受光線環(huán)境限制，而且可以進行熱源探測，有助于及時發(fā)現(xiàn)生還者。根據(jù)熱源來成像，監(jiān)控范圍大，持續(xù)時間長，在1公里半徑范圍內(nèi)的分辨率是6厘米。截止到2015年12月22日，救援隊已經(jīng)對掩埋地區(qū)繪制出一張“泥下地圖”并確定16個掩埋點，即30多棟被滑坡掩埋的建筑的具體位置。臨近空間領域目前也成為國內(nèi)外巨頭布局重點。目前，波音公司正在研制“太陽鷹”太陽能飛機，用于執(zhí)行情報任務，谷歌、Facebook等巨頭也相繼巨資收購相關(guān)公司，用于廣域天基互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。相對低空領域，臨近空間目前是各國爭奪開發(fā)的焦點，現(xiàn)在還處于初期階段。（三）近太空旅行截止至2014年年底，全球只有400多人到過外太空。很快人們將可以實現(xiàn)到月球上度蜜月的夢想。目前深圳光啟正在開發(fā)臨近空間計劃，將于2016年推出“旅行者”計劃，把人送進近太空旅行。深圳光啟已經(jīng)在深圳打造了一個重要的基地，被命名為“阿波羅計劃”將開放成一個臨近空間的項目。該項目包括超材料、太陽能、電能、其他的電能裝置、智能技術(shù)的研發(fā)等等。目前，光啟研發(fā)的臨近空間飛行平臺，可以把不同的傳感器放在這個平臺上進行大數(shù)據(jù)