淺析臨港空間飛行器的軍事價值

淺析臨港空間飛行器的軍事價值

附近空間通常指的是距地面20.100公里的普通飛機(jī)空間和衛(wèi)星軌道空間之間的空間，沒有明顯的物理或幾何標(biāo)志。它大致包括:大部分大氣平流層、全部中間層和部分熱層區(qū)域。在這樣的空間區(qū)域,既可以避免目前絕大多數(shù)的地面攻擊,又可以提高軍事偵察和對地攻擊的精度,對于情報收集、偵察監(jiān)視、通信保障以及對空對地作戰(zhàn)等,具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑｉL期以來由于沒有充分認(rèn)識和挖掘臨近空間的軍事應(yīng)用價值以及技術(shù)上的限制,從而缺少系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性地開發(fā)利用。然而,目前由于軍事需求的牽引和技術(shù)進(jìn)步的推動,臨近空間飛行器引起了世界各國的廣泛關(guān)注。2005年2月4日至11日,美國空軍“施里弗-3”軍事演習(xí)首次將臨近空間飛行器納入了作戰(zhàn)視野。1高速臨近空間航天器臨近空間飛行器是指主要在臨近空間區(qū)域內(nèi)飛行并完成特定任務(wù)的飛行器。臨近空間飛行器可以有多種分類方式,目前常采用的分類方式如表1所示。低速臨近空間飛行器主要利用空氣的浮力和飛行器運動產(chǎn)生的升力,有平流層飛艇、高空氣球、高高空無人機(jī)等。這類飛行器一般無人駕駛、飛行速度慢(亞音速)、滯空時間長(續(xù)航力強(qiáng))、信息獲取處理能力強(qiáng),主要用于探測、偵察、情報收集、通信等。高速臨近空間飛行器主要采用高超音速下的高升阻比氣動外形、高超音速無動力滑翔或高超音速吸氣式推進(jìn)技術(shù),有高空偵察機(jī)、高超音速飛行器、亞軌道飛行器等。這類飛行器一般無人駕駛、飛行速度快(數(shù)倍音速)、升空時間短、攻擊能力強(qiáng),可進(jìn)行天地往返運輸,還可用于摧毀敵方空間系統(tǒng)、攔截彈道導(dǎo)彈和對地進(jìn)行精確打擊等。2近自然空間航天器的發(fā)展目標(biāo)近年來,臨近空間飛行器受到了美、俄、法、德、日等很多國家的廣泛關(guān)注,它們對于臨近空間飛行器的相關(guān)技術(shù)、功能、應(yīng)用價值展開了積極的探討與研究,并制定了一系列的發(fā)展計劃。國內(nèi)也已經(jīng)開展了一些相關(guān)的研究,但目前主要處于方案論證與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)階段。2.1低速連續(xù)空間飛機(jī)2.1.1平流層讓天氣動物探測自20世紀(jì)60年代開始,國外開始進(jìn)行平流層飛艇的研究,但受到關(guān)鍵技術(shù)的制約,研究進(jìn)展緩慢。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,隨著非剛性結(jié)構(gòu)材料、柔性太陽能薄膜電池、再生式燃料電池和電推進(jìn)等技術(shù)的突破,平流層飛艇的研究開始了一個新的階段。目前,大多數(shù)研究還處于方案論證或試驗階段。美國JPAEROSPACE公司與空軍科羅拉多州施里弗基地空間戰(zhàn)實驗室和空間戰(zhàn)中心目前正在共同研制“攀登者”V形臨近空間機(jī)動飛行器(其可能僅為一概念設(shè)計,數(shù)據(jù)未經(jīng)證實),實際上是一種高空飛艇,長53m,寬30m,飛艇內(nèi)部充填氦氣,采用螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng),能在30~50km的高空長時間飛行。自身攜帶的控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)各艙室間的氦氣容量,以進(jìn)行空中機(jī)動?！芭实钦摺避娪蔑w艇造價僅為50萬美元,是美國空軍重點建設(shè)的一個高空飛行器項目。2.1.2超長航時氣流由美國航空航天局(nationalaeronauticsandspaceadministration,NASA)與Raven工業(yè)公司研制的超長航時氣球,成本約50萬美元,用超壓氣囊作為動力,飛行高度約30~35km,續(xù)航時間700d,載荷重量90kg。目前正處于試驗階段。2.1.3全球最大飛行高度記錄的：heloshpa1美國NASADryden中心和AeroEnvironment公司聯(lián)合研制的太陽神Helios代表了目前高高空無人機(jī)的最高水平。Helios太陽能無人機(jī)的翼展75.3m,翼弦2.44m,翼厚0.29m,飛行時的總重量為929kg,其中載荷重329kg(包括壓艙帶、電子設(shè)備、備用能量系統(tǒng)等),空機(jī)重600kg。Helios有14個特別設(shè)計的螺旋推進(jìn)器,分別由14個1.5kW無刷直流電機(jī)驅(qū)動。2001年8月13日,Helios原型機(jī)HP01進(jìn)行了第二次試飛,達(dá)到了28.95km的高度,創(chuàng)造了不用火箭為動力的無人機(jī)的最高飛行高度記錄。目前,AeroEnvironment公司仍然繼續(xù)高高空無人機(jī)的研究,重點在燃料電池的應(yīng)用。2.2高速域空間飛機(jī)2.2.1高速戰(zhàn)略照片氣動氣動并進(jìn)行拍攝早在20世紀(jì)60年代,世界上就出現(xiàn)了在平流層飛行的偵察機(jī),如U2高空偵察機(jī)和SR-71、D-21等超音速偵察機(jī)。D-21是在20世紀(jì)60年代,由美國洛克希德·馬丁公司臭鼬工作隊在研制SR-71的同時研制的。美方對該機(jī)極為保密,直至1994年才公開該型號。該機(jī)是一種一次性使用的戰(zhàn)略無人偵察機(jī),用于對敵后方的各種軍事設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程、高速戰(zhàn)略攝影偵察。D-21的典型戰(zhàn)術(shù)是帶火箭助推器,由B-52吊掛起飛,投放后由火箭助推器加速至馬赫數(shù)3.28,沖壓發(fā)動機(jī)開始工作,此后在發(fā)動機(jī)作用下飛機(jī)保持等馬赫數(shù)爬升至24~25km。在24km以上,飛機(jī)以馬赫數(shù)3.4做長時間偵察飛行。偵察完成后返航至回收區(qū),將特設(shè)艙用降落傘回收,飛機(jī)自毀。飛機(jī)偵察航線一般為弧形航線。2.2.2基本可行方案從20世紀(jì)50年代提出高超音速飛行概念以來,世界各國在超燃沖壓發(fā)動機(jī)和高超音速飛行器一體化設(shè)計有關(guān)技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究。經(jīng)過幾十年的努力,美、俄、法等國近年來相繼取得技術(shù)上的重大突破,并確立了基本可行的技術(shù)路線。2001年,NASA和美國國防部聯(lián)合提出了國家航空航天倡議,建議美國發(fā)展高超音速飛行器分3步走:①近期致力于攻擊關(guān)鍵目標(biāo)的超音速/高超音速巡航導(dǎo)彈;②中期集中于發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)全球到達(dá)的高超音速轟炸機(jī);③遠(yuǎn)期瞄準(zhǔn)可承擔(dān)得起和及時進(jìn)入太空的重復(fù)使用的運載器。NASA的“高超音速飛行器試驗”(Hyper-X)計劃是在飛行環(huán)境下,演示驗證以雙模態(tài)超燃沖壓發(fā)動機(jī)及組合巡航發(fā)動機(jī)為動力的一體化試驗飛行器的總體性能,并為研制高超音速飛行器發(fā)展設(shè)計方法和試驗手段。Hyper-X計劃的啟動證明美國高超音速飛行器技術(shù)已開始從實驗室研究進(jìn)入飛行試驗研究的新階段。2.2.3亞軌道航空器太空船在大氣監(jiān)控的應(yīng)用,主要考目前商業(yè)公司對亞軌道飛行器的開發(fā)非常積極,有多家公司開始了自己的亞軌道飛行器的開發(fā),主要用于商業(yè)用途,但設(shè)計中都考慮了軍事使用的可能性。已獲得成功的亞軌道飛行器只有太空船一號,并獲得了X大獎。其用途是進(jìn)行太空商業(yè)旅游開發(fā),搭載游客。太空船一號需要使用助推飛行器“白騎士”送到高空,分離后靠自身的火箭發(fā)動機(jī)爬升,進(jìn)入接近100km高空,然后返回。太空船一號在飛行的不同階段可以變換自身的氣動外形。3高空高速智慧旅游產(chǎn)品主要為小高能飛行總的來看,臨近空間飛行器的發(fā)展趨勢是長航時(數(shù)月)或高速度(高超音速)。對于飛艇,目前正在從關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)向高空試驗發(fā)展,解決試驗中出現(xiàn)的各種問題,如氦氣泄漏等。對于高空氣球,技術(shù)相對成熟,系留氣球和自由漂浮氣球正向?qū)嵱没l(fā)展。但自由漂浮式高空氣球的軍事用途相對有限,因為它對天氣,尤其是風(fēng)過于敏感。高高空無人機(jī)的主要發(fā)展趨勢為:應(yīng)用再生式燃料電池;提高光電池效率,增大功率;增長翼展,增加發(fā)動機(jī)數(shù)量;增長飛行時間(大于6個月);增加有效載荷,使得具有更強(qiáng)的實用性。對于高超音速飛行器(馬赫數(shù)達(dá)到8~20的持續(xù)巡航飛行器),由于飛行中要遭遇很高的表面溫度、操縱和機(jī)動性困難、離子化的邊界層(這使傳感器的運行非常困難)以及強(qiáng)烈的紅外特征,所以開發(fā)難度極大。馬赫數(shù)小于8以下的小高超飛行器,以目前的技術(shù)發(fā)展水平來看,較為容易實現(xiàn)。因此,臨近空間高超音速飛行器近期的發(fā)展重點可放在較為穩(wěn)妥、可行的小高超巡航飛行器上,這也符合高空高速平臺循序漸進(jìn)發(fā)展、逐步擴(kuò)展飛行包線的發(fā)展規(guī)律。對于火箭助推滑翔飛行器,X-15是一種研究性的試驗飛行器,太空船一號則是一種亞軌道飛行器,由于航程和覆蓋范圍有限,除了提供亞軌道飛行體驗外,缺乏現(xiàn)實的軍事應(yīng)用價值。從發(fā)展趨勢來看,火箭助推滑翔飛行器較有價值的應(yīng)用方向是遠(yuǎn)程打擊。4附近空間飛機(jī)的應(yīng)用前景4.1道平臺與綜合偵查監(jiān)視與臨近空間飛行器相比,航空平臺的分辨率較高,但是其覆蓋范圍有限,不能長時間駐留,并且其生存能力較低;軌道平臺則更多地用于戰(zhàn)略層次的任務(wù),分辨率和對特定地區(qū)的覆蓋率都不如臨近空間飛行器。航空平臺、臨近空間平臺和軌道平臺配合使用,可以實現(xiàn)平時和戰(zhàn)時任務(wù)區(qū)域的全方位、全時段的綜合偵察監(jiān)視。作為偵察監(jiān)視平臺,臨近空間飛行器不僅可用于戰(zhàn)場態(tài)勢感知,還可用于海洋監(jiān)視、氣象監(jiān)測、打擊效果評估、災(zāi)情監(jiān)測、空中預(yù)警和反導(dǎo)攔截等。4.2傳播損耗特性臨近空間飛行器作為通信平臺可以廣泛應(yīng)用于軍事和民用通信。與衛(wèi)星通信相比,其優(yōu)勢是高容量、高頻率利用、傳播損耗特性好(比同步軌道衰減少65dB)、時延小、發(fā)射功率低,易于實現(xiàn)通信終端的小型化、移動化,建設(shè)周期短,管理、維護(hù)和升級容易,成本低;與地面無線通信相比,臨近空間通信平臺的覆蓋范圍大、發(fā)射功率低,建設(shè)周期短、易于升級,通信不受地形的限制,可以全天候連續(xù)工作。4.3有利于提高作戰(zhàn)效能臨近空間飛行器由于生產(chǎn)和使用成本低、活動區(qū)域廣、沒有人員危險等特點,有著其他空域電子對抗設(shè)備無法比擬的優(yōu)越性。特別是,臨近空間飛行器可以在目標(biāo)上空長期駐留,進(jìn)行不間斷的電子對抗。臨近空間飛行器可以干擾敵方地面和海上的警戒、搜索引導(dǎo)、目標(biāo)指示雷達(dá),減少敵雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和預(yù)警的時間,為我作戰(zhàn)飛機(jī)、導(dǎo)彈等提供長時間的電子支援干擾,從而提高這些作戰(zhàn)武器在作戰(zhàn)過程中的突防能力、作戰(zhàn)效能和生存概率。臨近空間飛行器還可以發(fā)射高強(qiáng)度的衛(wèi)星導(dǎo)航干擾信號,從而降低了敵方的作戰(zhàn)效能;同時,臨近空間飛行器也可以發(fā)射增強(qiáng)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號,壓制敵方對我衛(wèi)星導(dǎo)航信號的干擾。4.4可移動的地面發(fā)射器臨近空間飛行器作為新一代運輸工具,可以在高于現(xiàn)有防空能力的空域運輸部隊,做到強(qiáng)火力混編作戰(zhàn)單位的大范圍、高機(jī)動投送。美國已提出“海象”(walrus)計劃,研發(fā)1000t的洲際飛艇,期望它能承擔(dān)一個完整武裝旅的運輸,使之成為可移動的“戰(zhàn)斗堡壘”。巨型臨近空間飛行器也可作為地面到軌道之間的運載器,將諸如宇宙飛船、人造衛(wèi)星等航天器運抵預(yù)定高度并發(fā)射入軌。另外,巨型臨近空間飛行器在臨近空間猶如一個“臨近空間站”,也可作為臨近空間飛行器系統(tǒng)(設(shè)備)的補給和維修平臺。4.5臨空間航天器的優(yōu)勢目前,在航天航空、空間武器等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域開展演示驗證的一般方法是采用航天器搭載試驗。這種試驗可以真實模擬設(shè)備的實際工作環(huán)境,但也存在搭載機(jī)會難得、搭載費用高、搭載風(fēng)險大、無法回收、演示試驗受到搭載航天器本身功能限制等問題。而采用臨近空間飛行器作為搭載平臺,則可以在一定程度上彌補天基搭載平臺的不足,其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在3個方面:①演示試驗范圍廣,費用低;②試驗設(shè)備可回收,風(fēng)險小;③可以進(jìn)行新技術(shù)的先期演示驗證。4.6危機(jī)助力的戰(zhàn)略威懾作用搭載一定的武器裝備后,低速臨近空間飛行器可以長時間在戰(zhàn)區(qū)上空巡航,一旦需要,可以從空中迅速對敵地面戰(zhàn)略目標(biāo)實施打擊,這種居高臨下的突然性攻擊可極大地壓縮預(yù)警反應(yīng)時間,提高突防能力,具有很強(qiáng)的戰(zhàn)略威懾作用。一旦威脅解除,還可以回收部署。高速臨近空間飛行器作為武器平臺時,具有機(jī)動速度快、覆蓋范圍大、高空作戰(zhàn)不受氣候條件限制等特點,可以使用常規(guī)彈藥、高能微波武器、高能激光武器等對敵方高價值目標(biāo)進(jìn)行快速、精確打擊,還可以遠(yuǎn)程攔截敵方現(xiàn)役和未來可能部署的多種空天進(jìn)攻平臺。5空天一體化和航天航空技術(shù)融合發(fā)展的必要性未來要贏得戰(zhàn)爭不僅要爭奪制海權(quán)、制空權(quán),而且要爭奪制天權(quán),在這種情況下,空天軍的建制就不可或缺。近2年俄軍明確提出要按照軍種活動的自然領(lǐng)域建立陸?？杖?其中要建成“在空中-太空活動”的“新空軍”。美國在《2020空軍構(gòu)想:全球警戒、全球到達(dá)和全球力量》中確定了未來美空軍發(fā)展的核心思想,即建設(shè)一支航空航天一體化的空軍部隊。目前,所謂空天一體化,一般是指空天力量的一體化,就是外層空間力量與低層空間力量相交聯(lián),組成全維一體化力量,進(jìn)行全維一體化作戰(zhàn),這既是新軍事變革的一個重要特征,也是一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。近年來幾場有代表性的局部戰(zhàn)爭表明,現(xiàn)代戰(zhàn)爭的勝利越來越離不開航空力量與航天力量的有效結(jié)合。強(qiáng)大的信息支援與多層次的作戰(zhàn)平臺相結(jié)合,必然能夠發(fā)揮出更佳的戰(zhàn)斗效能,空天一體化已經(jīng)成為未來空中力量發(fā)展的必然趨勢。隨著臨近空間技術(shù)的發(fā)展與力量的形成,空天一體化將從質(zhì)上發(fā)生新的變化,一定會產(chǎn)生“2+1>3”的一體化效益。臨近空間飛行器的發(fā)展不僅會對空天力量一體化產(chǎn)生巨大的影響,而且會極大地促進(jìn)航天航空技術(shù)融合發(fā)展。航天航空技術(shù)都是以本專業(yè)特有技術(shù)為核心,吸納、融合相關(guān)前沿技術(shù)而成的綜合性高技術(shù)。它們有著共同的核心技術(shù)學(xué)科,如空氣動力學(xué)、噴氣推進(jìn)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、自動控制等。有鑒于此,美俄等國正在積極發(fā)展空中衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)、超燃沖壓發(fā)動機(jī)等空天融合技術(shù)。同時,航天航空技術(shù)又有著各自不同的工作環(huán)境和使用要求。從目前的裝備來看,航空裝備在飛行速度、飛行距離等方面具有局限性;航天裝備則在快速進(jìn)入空間、周轉(zhuǎn)時間和運輸成本等方面有明顯的不足,這些差異就是二者融合發(fā)展的前提,實現(xiàn)航天航空技術(shù)優(yōu)勢互補,就成為航天航空技術(shù)融合發(fā)展的動力,也是臨近空間飛行器發(fā)展的現(xiàn)實需要。航天航空技術(shù)融合發(fā)展的結(jié)果,將是產(chǎn)生新型空天武器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。備受青睞的空天飛機(jī)就是一個很好的例子,它是一種介于航天飛機(jī)和普通飛機(jī)之間的飛行器,它能夠以普通飛機(jī)的方式起飛,能在30~100km高的大氣層中作極超音速飛行,能夠直接加速進(jìn)入低層軌道,完成航天航空任務(wù)后再返回大氣層,并能水平著陸。6