临近空间飞行器特点及用途应用

一．临近空间飞行器基本概述及发展特点

（一）、临近空间的概念

临近空间是指介于普通航空飞行器最高飞行高度和天基卫星最低轨道高度之间的空域。天基卫星的最低轨道约为200km，航空飞机的最大飞行高度约为20km，但从应用上讲，由于100km以下为临近空间飞行器的主要活动区域，故在国内一般定义临近空间为离地球表面约20-120km的空域，美军定义为20-100km 的空域。过去所称的“近空间”、“亚轨道”、“空天过渡区”、“亚太空”、“超高空”或“高高空”等区域，都是指临近空间。

图表临近空间区域划分

资料来源：产研智库

（二）、临近空间飞行器综述

所谓临近空间飞行器，顾名思义是指能够飞行在临近空间执行特定任务的一种飞行器，既能比卫星提供更多更精确的信息（相对于某一特定区域），并节省使用卫星的费用，又能比通常的航空器减少遭地面敌人攻击的机会。临近空间飞行器能快速飞行在敌方战区上空而不易被敌方防空监视系统发现，从而为作战指挥官提供不间断的监视情报，以增强其对战场情况的了解能力。部署这种高空飞行器，成本低、时间快，适合现代战争的需求。

图表临近空间飞行器的设计思想、特点与关键技术

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资料来源：产研智库

（三）、临近空间飞行器发展优势

民用领域以通信监测领域为例，与卫星相比，临近空间飞行器造价明显低于卫星，载荷能力超过卫星的2倍，延迟时间、衰减更小，且可以多次回收、重复利用。

图表临近空间飞行器与通信卫星的比较优势

资料来源：产研智库

除此之外，临近空间飞行器还具有一下优势：

（一）持续工作时间长。

传统飞机的留空时间以小时为单位，临近空间飞行器的留空时间则以天为单位，目前正在研制的临近空间平台预定留空时间长达6个月，规划中的后续平台预定留空时间可达1年以上，易于长期、不间断地获得情报和数据，可对紧急事件迅速做出响应，而且人员保障少、后勤负担轻。

（二）覆盖范围广。

临近空间飞行器的飞行高度在传统飞机之上，其侦察覆盖范围比传统飞机要广得多。

（三）生存能力强。

气球或软式飞艇的囊体采用非金属材料而且低速运行，雷达和热反射截面很小，传统的跟踪和瞄准办法不易发现。与传统飞机相比，气球或软式飞艇的缺点是：充灌氦气的时间较长，在充气时需要保持稳固，有时还需要占用机库；在放飞、通过平流层上升、下降、回收和放气的过程中，由于其庞大的体积，容易受到风和湍流的影响。

二、临近空间的用途应用

（一）、临近空间飞行器民事用途应用

气象预测

随着航天事业的发展，临近空间的开发与探索势在必行。这需要气象部门提供大量临近空间的气象数据和气象服务。迄今为止，除了发射航天器的火箭会偶尔穿越之外，这片寂静的空域仍然是人类飞行的一个禁区。

所有的火箭发射都与气象条件有关系。在各种不利气象条件中，风、温度、雷电等对于火箭发射影响较大。在每次火箭发射前，都要进行气象会商，详细了解全球气象图、国内气象图、发射场气象图的情况，制订火箭发射预案。待万事俱备时，气象条件就是“东风”。气象条件不是参考，而是“裁判员”。气象条件具备了就可以发射火箭，不具备就不可以发射。

这些年来，气象预报预测能力越来越强，气象部门不仅可以提供半个月的天气趋势情况，还可以精确预报窗口时段。气象预报水平的提升为火箭发射提供了极为有利的条件。

临近空间气象状况不如航空空间复杂，没有雷暴闪电，也没有云、雨和大气湍流现象，但横向的切变风对经过这里的火箭构成了很大威胁。虽然臭氧和紫外线的腐蚀性会对平台材料提出了很高的要求，但火箭在这一高度停留时间较短，对运载平台的影响轻微。在中国气象局推进的监测预警工程中就有瞄准航天工程对临近空间保障的需求的建设内容。目前，中国气象局空间天气监测预警中心已建成中频雷达和光学干涉仪，能够观测到30公里至120公里区间内的大气成分、大气密度、温度、风等要素。设备仪器已处于试运行阶段，同时也在为航天发射任务提供保障。这些仪器对于2013年成功保障“风云三号”气象卫星发射做出了重要的贡献。

灾后救援

2015年12月21日，深圳光明发生山体滑坡事，当天下午，深圳科技企业光启科学紧急调用公司自主研发的“云端”号飞艇，搭载航天级多功能高分辨率对地观测设备，配合应急版“云端”号Cloud mini，赴光明参与搜救工作。

与以往地震灾害救援采用的无人机救援手段不同的是，按照此次采集图像的飞行器的飞行高度判断，本次投入救灾的“云端”号应该划分为飞艇，低速低空，相比无人机停留时间久，救援成本也相对较低，在特定环境下的救援具备优势。业内专家称这种空间领域为“临近空间”，也就是介于低空领域与地表之间的空间范围。

此次共投入两台“云端”号Cloud mini设备参与救援，分别是光学检测设备和航天对地检测设备。其中，航天级多功能高分辨率对地观测设备，具备可见光和红外线高分辨率视频成像能力，利用热成像技术重建了整个区域的原始地理信息。

在临近空间，利用飞艇搭载图像采集设备，采用热成像技术，可以对整片灾害区域进行长时间值守，不受光线环境限制，而且可以进行热源探测，有助于及时发现生还者。根据热源来成像，监控范围大，持续时间长，在1公里半径范围内的分辨率是6厘米。

截止到2015年12月22日，救援队已经对掩埋地区绘制出一张“泥下地图”，并确定16个掩埋点，即30多栋被滑坡掩埋的建筑的具体位置。

临近空间领域目前也成为国内外巨头布局重点。目前，波音公司正在研制“太阳鹰”太阳能飞机，用于执行情报任务，谷歌、Facebook等巨头也相继巨资收购相关公司，用于广域天基互联网覆盖。相对低空领域，临近空间目前是各国争夺开发的焦点，现在还处于初期阶段。

近太空旅行

截止至2014年年底，全球只有400多人到过外太空。很快人们将可以实现到月球上度蜜月的梦想。目前深圳光启正在开发临近空间计划，将于2016年推出“旅行者”计划，把人送进近太空旅行。

深圳光启已经在深圳打造了一个重要的基地，被命名为“阿波罗计划”，将开放成一个临近空间的项目。该项目包括超材料、太阳能、电能、其他的电能装置、智能技术的研发等等。目前，光启研发的临近空间飞行平台，可以把不同的传感器放在这个平台上进行大数据的收集和服务的整合。该平台还可以进行人和物料的输送，能够更好地在空间失重状态之下进行更好的物料配送。这个被称为云平台的飞行平台里面，加载了许多的云技术、大数据还有互联网的服务，可以进行更好的空间数据传送。

在数据传送的同时，也可以把一些光纤的物料输送到地球上。我们可以使用无线技术去覆盖超过100

公里距离的数据传送，同时我们也会把第一个云的产品，在下一个月能够在深圳面世，这将会覆盖深圳、香港，以及一些近太空的地区，并且可以超越原来的WiFi，甚至是超越WiFi。

另一个项目叫做“旅行者”。宇宙飞船可以行驶5小时往返地面与太空，其中1小时是在地面，2个小时是在太空，再一个2小时回到地面。光启透露这项技术近一两年可以面世。目前，光启与中国飞行公司和中国一些受过训练的飞行员进行合作，他们将把更多的人带到这个20到40公里的高空里。此外，光启正在进行一个相关的200公里的近太空旅行。

（二）、临近空间飞行器军事用途应用

当前，临近空间日益成为世界大国关注和争夺的焦点，各国已在临近空间展开博弈。美国已装备部分低速（如“战斗天星”高空气球）和高速临近空间装备（如SR-71高空高速战略侦察机），并获益匪浅，力图主导临近空间的开发利用。

远程打击

高速临近空间飞行器飞行速度快，具有很强的穿透力，可以从防区外对敌纵深目标实施“外科手术”式打击，大为缩短作战时间，大幅提高武器攻击的突然性和有效性，是一种新型的战略威慑和实战运用武器平台，是获得慑止战争、介入战争、控制战争、打赢战争主动权的可靠依托。高速飞行的临近空间飞行器，可装载核战斗部或常规弹头，能够在10分钟之内打击近千米远的目标，留给防御系统反应时间很短，能有效遏制敌方地基、机载、舰载预警及防空武器系统整体功能的发挥，既可攻击敌方战略要地等固定目标，也可有效攻击航空母舰等活动目标。特别是超燃冲压发动机技术一旦成功用于高超声速导弹，就可能在2h内打击全球任何目标，且迄今没有任何手段可对其实施拦截或防御。