什么是平流层飞艇呢？为什么他会被美日欧等国家认为是战略重器。


什么是平流层飞艇

按照气象要素垂直分布特征,一般依据气温的垂直分布、大气的成分、大气的电离状况等物理特征,把大气层分为五层,按照从内至外依次是对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(暖层)和散逸层。

其中，对流层是地球大气层中最靠近地面的一层，从地面向上大约1万米高度以下，而平流层位于对流层之上，包括自对流层顶部到离地面大约55千米的范围。



平流层飞艇是指利用距地面20 km高度附近大气稳定、风速较小的有利条件，依靠浮力升空，采用太阳能电池与储能电池组成循环能源系统，驱动动力推进系统抗风，实现区域长期稳定驻留及可控飞行的低速临近空间飞行器。

平流层飞艇有什么战略价值

在航空航天领域，存在一个临近空间的说法，临近空间通常是指距离地面20-100千米的空域，介于常规航空器升限和航天器最低轨道高度之间，是跨越航空和航天的空白地带。

“谁率先拥有平流层战略平台， 谁就 开创了人类在近地空间区域活动 的新纪元。”这是美国当初喊出的口号。美空军认为 ‚为了保持美国的太空优势 ‚必须大力发展平流层飞艇‚用于情报收集和通信保障等 ‚与卫星和无人机配合 ‚进一 步增强美军的信息优势。



平流层飞艇可以通过搭载多种有效载荷可以发展为新型电子信息装备，，具有快速布置 和转移等方面的优势 ，可以作为具有军用通信、远程侦察、情报、导航、预警等功能的通用平台，而且可以实现长期驻空和可重复使用。



而且因为飞行高度在3万米，除了上述优势之外，还可以不受对流层恶劣天气影响，可全天候全天时连续工作，可以说是无敌的侦察利器。但是平流层飞艇对材料和环控系统的要求非常高。

平流层飞艇的技术难度

由于平流层空气密度很小， 与地面相 比， 相同体积的气球在该高度上 产生的浮力大幅减小， 这促使气 球体积必须很大才能平衡自身重 力并产生足够有效浮力 。与此同时， 气球体积的增大使阻力变大， 从而增加了系统能源需求， 这必然带来的问题是系统载重增加加 。除此之外，平流层昼夜温差大(最低温度达-55℃),紫外线辐射、臭氧、高能粒子作用强烈，上述因素使浮空器材料结构、能源 、动力 、控制 、导航 等 一系列问题变得非常复杂 。

以技术难度最高也最为复杂的材料来说，飞艇的外蒙皮材料必须单独研制，需要具备高强轻质、低氦渗漏、耐低温等性质。一般非刚性飞艇的蒙皮材料主要由耐气候层、阻氦层、主结构层、粘贴层4种主要层组成。现代外气囊膜多为层合式复合材料。蒙皮材料的性能如经纬向强度、抗辐射、抗撕性、层间粘 合性、抗皱折、修补术、热物理性能、幅宽及工艺性都是各个国家在着力攻克的难题。



除此之外，平流层飞艇为实现其长期驻空和可重复使用，需要可靠有效的环控系统实现其在升降及驻空阶段的形态和压差,该系统可称为飞艇的"呼吸系统".鼓风机是环控系统中的关键部件,其实现将外界环境的空气鼓入超压囊体的功能.平流层飞艇使用的鼓风机需要抵抗几百帕的压差,另外在20km高空,大气密度很低，这些方面又与常规鼓风机存在显著差别。

20世纪50年代,美国最早提出了平流层飞艇的概念。美国ILC DOVER公司为美国空军开展了HISPOT平流层飞艇概念设计研究。美国国家航空航天局(NASA)于20世纪70年代也开始进行高空平台的论证研究工作。但时至今日，国外尚未完全掌握平流层无人飞艇放飞、长期驻空及可控安全返回全过程关键技术。

美国平流层飞艇试验

根据[1]龙飞.平流层飞艇发展现状研究[J].决策探索(中),2019,No.615(05):96.的研究论文，国外平流层无人飞艇目前总体上仍处于第三阶段——系统集成与技术试验阶段，还没有进入到 工程应用示范阶段。

而中国2015年6月,光启在新西兰成功放飞了中国首个临近空间商用平台“旅行者”1号,到达设计高度21公里。2015年10月,北航团队研制的“圆梦号”飞艇在内蒙古完成了首飞。

中国还研发过僧帽水母平流层飞艇，受僧帽水母依靠浮囊体、鳔和气腺协调控制浮力与压力这一现象的启发，针对平流层环境特性和飞行任务需求,采用"形仿"的思路设计艇囊的气动外形;最后,建立CFD(Computational Fluid Dynamics)网格模型，计算分析仿生平流层飞艇的气动特性，成功解决了现有平流层飞艇“主副气囊”和“单囊体”技术方案中，环境热效应下浮力与压力协调控制难题。成功研制出来了僧帽水母平流层飞艇。 相比于典型平流层飞艇，仿生平流层飞艇具有更大的升力系数和更高的升阻比；仿生设计有效地提高了平流层飞艇的浮升性能，由此可降低推进能耗需求。


                                        
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