飞艇特价空间

暋2015年2月第26卷暋第1期装暋备暋学暋院暋学暋报JournalofEquipmentAcademyFebruary暋2015Vol.
26暋No灡1暋收稿日期暋2014灢06灢20暋基金项目暋部委级资助项目(2012JY003-582)暋作者简介暋李联合(1970-),男,工程师,博士研究生,主要研究方向为航天指挥.
程暋建,男,教授,博士生导师.
美军临近空间飞艇项目建设情况及启示李联合,暋程暋建,暋王暋庆(空军工程大学信息与导航学院,陕西西安710077)暋暋摘暋暋暋要暋介绍了美军临近空间飞艇项目建设概况;总结归纳了美军临近空间飞艇项目建设的主要经验与教训;根据美军临近空间飞艇项目建设的经验和教训,从科学制定发展规划、适度控制投入规模、逐一攻克关键技术、建立健全合作机制、寓军于民夯实基础5个方面提出了我军临近空间飞艇发展的对策建议.
关暋键暋词暋美军;临近空间;飞艇项目;启示中图分类号暋E92文章编号暋2095灢3828(2015)01灢0063灢05文献标志码暋ADOI暋10.
3783/j.
issn.
2095灢3828.
2015.
01.
015AnalysisoftheNearSpaceAirshipProjectsofUSArmyandItsEnlightenmentsLILianhe,暋CHENGJian,暋WANGQing(InformationandNavigationInstitute,AirForceEngineeringUniversity,Xi狆anShaanxi710077,China)Abstract暋ThispaperintroducesnearspaceairshipprojectsofUSarmy.
Then,itsumsupthemainexperiencesandlessonsofthoseprojects.
Accordingtothoseexperiencesandlessons,itpropo灢sesfiverecommendationstodevelopnearspaceairshipofChinesearmy,whichwereinstitutingthedevelopmentplanrationally,controllingthescaleofinvestmentproperly,studyingandmasteringeverykeytechniquegradually,establishingandperfectingthemechanismofcooperationandinter灢course,tampingthebasewelltodevelopmilitaryairshipthroughcivilindustry.
Keywords暋USarmy;nearspace;airshipprojects;enlightenment暋暋根据美国政府问责局(GAO)2012年10月报告:自2007年以来,美军先后投资近70亿美元用于15个"投资超过100万美元、既包括平台又包括载荷暠的"重要暠飞艇项目.
这些项目中,包含4个飞行高度在海拔18km以上的高空飞艇(临近空间飞艇)项目,其中3个项目因多种原因已经终止,1个项目仍在继续研究[1].
分析这些项目的运行情况,总结其成功或失败的经验教训,可以为我军临近空间飞艇发展提供借鉴.
1暋美军临近空间飞艇项目概况美军重点投入的4个"重要暠高空(临近空间)飞艇项目为"高空长航时验证飞艇暠(HALE灢D)、"高空哨兵暠(HiSentinel)、"星光暠(StarLight)和"传感器与结构一体化暠(ISIS),主要目的是研发并演示验证充气式、太阳能动力的无人驾驶飞艇工作于海拔20km左右高空的可行性及其潜在的军事应用价值,特别是情报、监视与侦察(intel灢ligence,surveillance,reconnaissance,ISR)能力.
4个项目的相关情况如表1所示.
从项目研发重点看,HALE灢D和HiSentinel都是美国陆军高空飞艇计划(highaltitudeair灢ship,HAA)的一部分,HALE灢D源于导弹防御局(MissileDefenseAgency,MDA)负责的"先进概念技术演示计划暠(advancedconcepttechnologydemonstrationplan,ACTD),是2008年MDA把ACTD转交给美国陆军航天和导弹防御司令部(UnitedStatesArmySpaceandMissileDeffenceCommand,USASMDC)后重组的项目,主要目的是验证动力飞艇在海拔18.
3km以上高度进行长航时飞行的技术可行性和高空持久ISR能力;HiSentinel主要研发工作于海拔20km高空的低成本、小载重(44~440kg)、长航时(30d)太阳能动力飞艇,旨在通过螺旋式发展方式逐步研制出一系列平流层飞艇,用于实现能够快速部署的低成本通信、情报、监视和侦察任务[2];"星光暠重点是研发验证能在海拔19.
5~25.
5km高空连续飞行30~120d的两级混合型多用途临近空间飞艇;ISIS与前三者不同,主要目的是研究验证在平流层飞艇集成与其共形的、可对空中及地面时间敏感目标(即位置随时间发生明显变化的目标)进行持续监视的大型有源相控阵雷达,重点是对影响飞艇重量的设备和部件减重和一体化设计,将载荷/平台质量比由2%提高到40%左右[2灢4].
表1暋美军临近空间飞艇项目基本情况对比项目名称目标投资额/(亿美元)高度/kmHALE灢D研发一种能在18.
3km高空运行至少10~14d的太阳能动力飞艇0.
36318.
3HiSentinel研制能在20km高空飞行30d以上的太阳能动力飞艇0.
11220.
0SarLight研制在19.
5~25.
5km高空连续飞行30~120d的高空飞艇0.
02119.
5~25.
5ISIS研发集成大型有源相控阵雷达的、可在19.
5km高空飞行1a以上的验证艇4.
71419.
5暋暋从项目运行情况看,HALE灢D项目由美国陆军负责,2011年7月27日进行了首飞试验,当飞艇爬升到海拔9760m后出现技术故障,无后续经费支持,项目已结束.
HiSentinel项目也属于美国陆军,是在第一代"探测器暠(Sounder)飞艇的基础上发展起来的,先后研发了HiSentinel灢20、HiSentinel灢50和HiSentinel灢80等3种体积和负载能力由小到大的试飞艇.
HiSentinel灢20于2005年11月在新墨西哥州罗斯威尔进行了飞行试验,完成了5h高空飞行,验证了动力飞艇在22.
2km高空飞行的可行性;HiSentinel灢50于2008年6月在墨西哥州阿曼空军基地进行了试飞,上升到距地面20.
2km高度,加压后3个充气尾翼准确展开,并停留3min;HiSentinel灢80于2010年11月进行了试飞,曾在20km高空停留8h,对飞艇的放飞技术、推进技术、有效载荷技术以及昼夜环境对飞艇的影响进行了试验验证,后因推进系统故障终止测试,项目结束.
"星光暠项目属于美国海军,未见试验报道,因资金不足已于2010年终止.
"传感器与结构一体化暠项目由美国国防高级研究规划局(DefenseAdvancedRe灢searchProjectsAgency,DARPA)及空军负责,虽然仍在进行,但面临一系列技术挑战,DARPA已于2012年初决定暂停艇体研发,重点研发雷达系统,并计划与空军共同重新评估其发展前景.
2暋美军临近空间飞艇项目建设的经验教训暋暋美军的"重要暠临近空间飞艇项目建设,既有值得我们学习的经验,也有值得我们警示的教训.
认真总结这些经验教训,可为我军的临近空间装备研发提供借鉴.
2.
1暋美军临近空间飞艇项目建设的主要经验美军的临近空间飞艇建设,在以下几个方面值得我们借鉴.
一是从不偏离作战能力需求.
20世纪前半叶,美军曾使用过多种型号的飞艇执行海上巡逻任务,后被固定翼飞机取代.
近10年来,美军在伊拉克、阿富汗战场上对持久ISR能力的需求大幅攀升.
而飞艇滞空能力强,作为ISR系统的承载平台能够大幅提升ISR能力,使得美军的目光重新聚焦到飞艇上,从2007年开始逐年大幅增加投资,累计投入近70亿美元用于15个"重要暠飞艇项目.
其中,65亿美元用在了看起来没有多少技术含量的中低空浮空器平台研发上,体现了其急切填补现实作战能力需求的务实性;5亿美元用在了4个临近空间飞艇研发项目上,反映了其追求潜在新作战能力的前瞻性.
DARPA在进行ISIS项目预研时,也是以伊拉克、台湾海峡和伊朗的作战环境为依据,认为一艘ISIS定点在伊拉克中部上空,覆盖伊拉克全境绰绰有余;定点于菲律宾北部吕宋海峡上空,足以覆盖台湾海峡、台湾岛及台湾以东海域,符合美军转型需求,因之将其作为重点项目[4].
二是始终坚持前沿技术探索.
临近空间飞艇具有制造运行成本低、连续工作时间长、作战高度较适中、部署位置不受领空属权限制等特点.
特别是作为信息载荷的承载平台,可以使信息载荷46装暋备暋学暋院暋学暋报暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋2015年暋在覆盖范围、链路损耗、工作时间、机动能力等方面大大改善,投入应用后能够大大增加战场信息获取与传递能力,有效提升ISR能力,特别是持久ISR能力,从而产生巨大的军事经济效益.
正是看到了这些潜在的ISR能力和军事经济效益,近10年来,美军才从未停息对临近空间技术的研发探索与试验验证,甚至不惜承担较高的研发风险,陆、海、空军分别立项研发.
ISIS项目就是DARPA根据美国空军2000年6月发布的《2020年空军远景》的要求于2004年发起并投资的预研项目.
三是适度控制前沿项目投入.
从项目投资情况看,2007年以来,美军共投资70亿美元用于15个"重要暠飞艇项目,其中临近空间飞艇项目4个,分别投资0.
363亿美元、0.
112亿美元、0.
021亿美元和4.
714亿美元,远远少于中低空浮空器项目,如投资额22.
223亿美元的"联合对陆攻击巡航导弹防御空中联网探测器暠[5](jointlandattackcruisemissiledefenseelevatednettedsensor,JLENS)、投资额17.
171亿美元的"持久威胁探测系统暠(persistentthreatdetectionsys灢tem,PTDS)、投资额15.
08亿美元的持久地面监视系统(persistentgroundsurveillancesystem,PGSS)等,而且临近空间飞艇项目总计投资5.
2亿美元,不到总投资的8%.
这说明美军对前沿科研项目的投入进行了适当的控制,规避了较高的研发风险.
四是坚持遵循稳步推进策略.
由于体积、质量、载荷能力较小的缩比艇较之原型艇,工程实现难度小、可能遇到的技术难题少、研制成本低,而且可以演示验证类似工程技术问题.
在飞艇研发过程中,采用由小到大、由简到难的循序渐进策略,尽量使用商用现成品或技术(commercialofftheshelf,COTS)[6],可有效缩短研究周期,防范试验失败造成的损失.
美军在临近空间飞艇研发过程中就采取了这种稳步推进的方法.
如HiSentinel项目就先后研发了3种体积、质量、负载能力由小到大的试飞艇:2005年11月HiSen灢tinel灢20升空时携带的载荷仅为9kg;2008年6月HiSentinel灢50升空时携带的载荷增至22.
5kg;2010年11月HiSentinel灢80升空时携带的载荷则增加到了36.
3kg[7].
"星光暠型飞艇采用模块化设计和现场组装方式,一方面降低对基础设施和后勤保障的要求;另一方面允许部件不断改进,确保项目渐进发展.
2.
2暋美军临近空间飞艇项目的主要教训美军的4个临近空间飞艇项目中,3个半途终止,1个受阻不前,暴露了2个方面的问题.
一是技术风险估计不足,试验故障频发.
美军的4个临近空间飞艇项目都遇到了短期难以克服的技术挑战,项目开发周期延长、成本不断攀升.
其中,HALE灢D项目虽然在2011年的首次飞行试验中成功验证了发射与控制、推进系统、太阳能电池、通信链路及遥控飞行控制等方面的先进技术,但飞行试验在进行3h后就出现了技术异常,试验失败.
HiSentinel项目也屡遭挫折,HiSentinel灢50于2008年4月26日在新墨西哥州东部地区试飞时,飞艇展开过程中太阳能电池阵列出现故障,试飞终止;在2008年6月4日的试飞中,当压差增加到15198Pa时,飞艇撕裂;HiSentinel灢80在2010年的试验中,推进系统出现故障.
ISIS则面临子系统研发和雷达天线制造方面的技术难题,进展缓慢,费用超标,DAR灢PA不得不于2012年初决定暂停艇体研发.
二是顶层规划不够严谨,造成资源浪费.
美军的4个高空飞艇项目中,除了ISIS外,其余3个项目的研发目的、目标及飞行平台方面的要求大致相同[8灢9],都是研发验证工作于海拔20km左右高空的临近空间ISR飞艇.
即便是ISIS,在材料结构与设计制造方面也与其他3个项目有一定的技术共用性.
但4个项目中,HALE灢D和HiSentinel属于美国陆军,"星光暠属于美国海军,ISIS则由DARPA及空军负责,缺乏统一的规划与协调.
根据GAO的报告,事实上美国国防部没有对飞艇发展进行统一的顶层规划,没有把临近空间飞艇整合到未来的无人机系统或ISR系统采购框架,甚至在其规划无人机系统未来发展的《国防部无人机系统一体化路线图》中都没有界定飞艇的作用、任务、地位.
这样,不但造成了一定的重复投入和项目运行过程中的各自为战,不利于集中人力财力进行技术攻关,而且一旦某种技术无法攻克,4个项目均会在同一方面遭受挫折,浪费研发资源.
2.
3暋美军临近空间飞艇项目说明的问题美军在高空飞艇研发方面处于世界领先地位,其高空飞艇项目遇到的问题基本代表了目前世界临近空间飞艇发展的状况.
从美军的项目进展情况看,临近空间飞艇技术虽然在发射与控制、推进系统、太阳能电池阵列、通信链路、遥控飞行控制等多个方面取得了实质性进展或已积累了相56暋第1期暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋李联合,等:美军临近空间飞艇项目建设情况及启示当的经验,似乎距离形成武器装备、投入军事应用只有一步之遥,但试飞试验中事故不断又说明了试飞艇在材料、能源、动力及飞行控制等关键技术方面的技术成熟度不高,可靠性离军用产品要求还相差甚远,临近空间飞艇的材料、能源、动力及控制技术仍然是阻碍其发展的主要障碍,而且这些技术要取得突破性进展尚需时日,或许需要3~5a,或许需要5~10a或更长时间,且需投入更多的人力、物力、财力.
可见,临近空间飞艇发展仍然要经历一个长期的持续投入、渐进发展的艰辛过程.
3暋对我军临近空间飞艇发展的启示临近空间飞艇具有广阔的军事应用前景,是未来军事斗争的重要制高点[10].
美军的临近空间飞艇项目启示我们,我军在临近空间飞艇研发方面应尽早进行战略思考与部署,力争尽早占领这一新的军事制高点.
3.
1暋整体筹划,科学制定发展规划我军的临近空间飞艇发展应在充分论证的基础上做好战略规划、搞好顶层设计,在统一的框架下分阶段、有目的、有计划、有步骤地整体推进.
一是要合理区分发展阶段.
目前,临近空间技术有些已经基本成熟,有些可望在未来几年取得突破,有些可能需要更长时间才能取得实质性进展.
因此,应按照"成熟一项应用一项,在实践中不断发展、不断完善暠的思路,按技术成熟度分2030年前、2030—2050年和2050年后3个阶段,整体筹划各阶段的发展目标和重点.
二是科学制定发展规划.
临近空间飞艇是我军未来装备体系的有机组成部分,是战斗力的新增长点,应从体系对抗的角度通盘考虑,把临近空间飞艇发展纳入全军武器装备发展规划和路线图之中,从现阶段的研究开发开始就应注重临近空间飞艇与现有装备体系的配套集成.
三是依据技术突破情况调整发展重点.
由于突破临近空间飞艇关键技术所需要的时间无法确定,在制订和落实发展规划、计划时,还应依据不同时期的关键技术突破情况,适时调整不同时期的发展重点.
3.
2暋重点突出,适度控制投入规模美军的15个"重要暠浮空器项目中,临近空间飞艇项目仅有4个,累计投入5.
2亿美元,项目数接近浮空器项目总数的四分之一,投入不及总投入的十分之一,并且目前还终止了3个项目,仅保留了1个项目.
这不仅说明了临近空间飞艇发展目前仍处于试验验证阶段,技术研发与验证项目仍具一定风险,且美军在临近空间飞艇预研方面也进行了一定的规模控制,并因此在一定程度上减小了研发风险.
因此,我军的临近空间飞艇研发除了统一规划、统一部署外,还应适度控制投入规模.
对于技术已经基本成熟的临近空间技术,及时将其转化为装备,并迅速集成到现有装备体系;对于目前还不太成熟的技术,要突出重点,以技术预研和技术储备为主.
这样,一方面可以把有限的资源用于满足军事斗争准备急需和现有作战能力提升上;另一方面也可避免造成资源浪费,规避高投入可能引发的高风险.
此外,应分步实施,稳中求进.
美军的临近空间飞艇项目基本都遵循了"概念与需求论证曻关键技术研究曻中低空试验曻小型缩比艇研发试验曻临近空间试验艇演示验证曻目标艇研制应用暠的路线.
我们也应充分借鉴这一做法,在关键技术研究的基础上加强中低空和小型艇演示验证工作,减小资金投入和研发风险.
3.
3暋集中力量,逐一攻克关键技术技术研发项目中技术难点的攻克,需要多次反复研究改进和验证试验,必须循序渐进地稳步推进.
美军的HiSentinel项目就先后研发了三代试验艇,其中HiSentinel灢50实际试飞之前,在反复调整、测试的基础上,为了评估安装和不安装仿制太阳能板时飞艇的发射程序、积累多种条件下飞艇发射的经验,虽先后于2007年12月5日、2008年3月18日、3月20日和4月17日在新墨西哥州的霍洛曼空军基地进行了4次发射演练,但2008年4月26日在墨西哥州东部地区正式试飞时,太阳能电池阵列还是出现了问题,2008年6月4日试飞时,飞艇撕裂.
因此,我军的临近空间飞艇发展应遵循由易及难、循序渐进原则,坚持面向未来、瞄准前沿,积极开展临近空间飞艇技术预研,对于较难攻克的技术难点,还应集中力量进行长期攻坚,力争能率先取得突破而保持一定的技术领先优势,以期能在未来的军事斗争中抢占先机.
3.
4暋加强监管,建立健全合作机制军事实践证明,加强技术合作与交流可有效解决项目运行过程中的合力技术攻关、资源共享调配、共同协调发展等问题.
一是建立健全管理组织.
应建立临近空间发展管理机构,统一归口办理全军的浮空气球、飞66装暋备暋学暋院暋学暋报暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋2015年暋艇、无人机、空天飞机等项目的计划立项与组织协调业务,包括制定发展规划、优化整合资源、协调研究进度、组织合作交流等,杜绝重复投入、减少资源浪费.
二是应完善合作交流机制.
临近空间飞艇研究包含多种技术,需要多个单位、不同组织的通力协作.
而不同的组织机构在不同的方面各有所长,各级管理机构应该视具体情况,定期或不定期组织相关研发单位、人员开展技术合作与交流,积极探索建立健全合作交流长效机制的有效途径.
三是应适时协调项目进度.
已立项的临近空间飞艇预研项目在实际运行过程中可能会遇到各种各样的技术或工程难题,这些难题有些是经过努力可在短期内攻克的,有些即便花费更多的资源和时间也不一定能够解决.
项目管理机构应随时掌握项目进展情况,适时评估出现的问题,并根据评估结果及时组织技术攻关或调整、合并研发计划.
3.
5暋军民融合,寓军于民夯实基础飞艇在民用领域有很大的市场潜力,除了用于通信、旅游等领域之外,还可用于紧急情况下向其他交通工具不便到达的区域运送物资,而且民用技术与军用技术结合面广、共用性强.
据报道,美军的长航时多情报飞行器(longendurancemulti灢intelligencevehicle,LEMV)项目被取消后,英国的混合航空器公司(HybridAirVehicle,HAV)从美国陆军购得这架大型飞艇后重新进行了组装,以额外普通股权基金方式为该项目增加了1000万欧元(约1700万美元)投资,并计划于2015年到达加拿大和美国巡回展示该飞艇用于远程重型运输的潜能,以期获得更多的支持.
此外,HAV还从英国政府技术战略委员会获得了250万欧元的补助金,以支持该飞艇在重型运输方面的工程研究.
可见,飞艇发展也具有较强的军民融合潜力,强化飞艇发展中的军民融合,不仅可以使我国民用飞艇行业获得国防科技支持而获得快速发展,打牢临近空间飞艇发展的工业基础,而且有利于依靠强大的国民经济和科技工业基础的支持,吸纳研发人才和资金,减小研发投入,降低研发风险.
4暋结束语任何事物的发展都有其内在的规律,美军高空飞艇项目建设出现的问题正是飞艇发展内在规律作用的结果.
"它山之石,可以攻玉暠.
深刻剖析美军高空飞艇项目建设揭示的规律性问题,可使我们从中受到启发,使我军在临近空间飞艇研发过程中规避类似问题、降低研发风险.
临近空间是未来战争的重要军事制高点,应当借鉴美军高空飞艇项目的经验教训,积极探索研发临近空间武器装备的新路子,为我军未来军事斗争夯实装备基础.
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(编辑:孙陆青)76暋第1期暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋李联合,等:美军临近空间飞艇项目建设情况及启示