浮空器

與心怡

浮空器（Lighter-than-air craft）是指利用輕于空氣的氣體來(lái)提供升力的航空器。依照工作原理，浮空器可分為飛艇、系留氣球和熱氣球。對(duì)應(yīng)而言，固定翼飛機(jī)與直升機(jī)是利用機(jī)翼旋翼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力升空，屬于“重航空器”（Heavier-than-air craft）。當(dāng)下幾乎從各國(guó)軍事裝備中消失的浮空器，迄今已有逾百年的發(fā)展歷史，也曾有著快速發(fā)展并廣泛應(yīng)用的輝煌。雖說(shuō)飛機(jī)與直升機(jī)的問(wèn)世終結(jié)了飛艇的黃金時(shí)代，但本世紀(jì)開(kāi)始浮空器又隨著需求的變遷和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步迎來(lái)了春天。在美軍中，對(duì)戰(zhàn)略運(yùn)輸和對(duì)固定地域進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)視的戰(zhàn)術(shù)需求，使飛艇、系留氣球的發(fā)展再度受到重視。近年來(lái)美國(guó)軍方不斷投入資源，進(jìn)行了一系列浮空器的研制計(jì)劃，而且系留氣球已在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)上部署使用。

飛艇的早期應(yīng)用歷程——民伏軍起

飛艇根據(jù)結(jié)構(gòu)材質(zhì)上的不同，可分為三類：軟式飛艇，此型飛艇靠?jī)?nèi)部氣囊的氣體壓力來(lái)維持外部形狀與結(jié)構(gòu)完整，早期飛艇多屬此型式；半硬式飛艇，其結(jié)構(gòu)與軟式飛艇相去不遠(yuǎn)，但氣囊內(nèi)部裝有固定龍骨等支撐物，可用來(lái)安裝吊籃、穩(wěn)定翼與操縱面等組件；硬式飛艇，有結(jié)構(gòu)性骨架，可用來(lái)維持飛艇外部形狀并攜行吊籃、發(fā)動(dòng)機(jī)等各式載荷，這種飛艇又因?yàn)槠浒l(fā)明者齊柏林而通常稱為“齊柏林飛艇”。飛艇雖是以空氣靜力升空，但其在空中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍需舵與推進(jìn)器協(xié)助。動(dòng)力飛艇依獲得升力的方式，可分為兩類：一是以空氣靜浮力為升力的傳統(tǒng)飛艇，另一為運(yùn)用傳統(tǒng)靜浮力并通過(guò)外形改裝、獲得額外升力的復(fù)合式飛艇。

16世紀(jì)70年代，飛艇的概念初次萌芽。到了19世紀(jì)，歐洲各國(guó)的發(fā)明家們逐漸解決了飛艇飛行所面臨的各項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題。在經(jīng)過(guò)一系列的飛行試驗(yàn)后，飛艇這一飛行器逐漸走向成熟。1900年“齊柏林1號(hào)”飛艇成功飛越了康斯坦茨湖，開(kāi)啟了飛艇黃金時(shí)代的序幕。此后，歐洲各國(guó)也制造了一系列飛艇成功運(yùn)用于載客、航空郵遞與貨運(yùn)等民用領(lǐng)域。

1937年5月6日，德國(guó)“齊柏林飛艇”“興登堡”號(hào)在美國(guó)新澤西州萊克赫斯特準(zhǔn)備著陸時(shí)發(fā)生爆炸，造成30余人喪生。此次事故后，飛艇在商業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用基本全面終止，民用飛艇的黃金時(shí)代至此畫上了句號(hào)。但第一、二次世界大戰(zhàn)仍是飛艇在軍事領(lǐng)域運(yùn)用的巔峰時(shí)期。

1921年3月，意土戰(zhàn)爭(zhēng)中意大利利用飛艇執(zhí)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察和轟炸任務(wù)，這是飛艇首次在軍事上的應(yīng)用。此后，飛艇被德國(guó)、俄國(guó)、法國(guó)與意大利等國(guó)用來(lái)執(zhí)行各種不同性質(zhì)的軍事任務(wù)，特別是偵察與轟炸任務(wù)。俄國(guó)利用飛艇轟炸了德軍陣地，而德國(guó)則用“齊柏林飛艇”將幾百噸炸彈投向了倫敦和巴黎。只不過(guò)飛艇在實(shí)際運(yùn)用中的易損性相當(dāng)高，到了一戰(zhàn)末期，飛機(jī)已經(jīng)從根本上取代了飛艇成為對(duì)地轟炸的主力。

一戰(zhàn)期間的英國(guó)也是飛艇的主要使用國(guó)，裝備了眾多不同型式的飛艇。其中，尺寸最大性、能最好的是NS級(jí)軟式飛艇，可搭載10名乘員并持續(xù)飛行24小時(shí)。NS級(jí)軟式飛艇可掛載6枚104千克炸彈，并配備有3-5挺機(jī)槍。英國(guó)軍方的使用主要是執(zhí)行偵察、水雷清除、商隊(duì)的護(hù)航與攻擊潛艇等任務(wù)。特別是戰(zhàn)時(shí)飛艇對(duì)商船船隊(duì)的護(hù)航，證明是對(duì)抗德國(guó)潛艇襲擊商船的有效措施，提升了協(xié)約國(guó)的護(hù)航作戰(zhàn)效能。

兩次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)認(rèn)為在未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中，采用飛艇執(zhí)行任務(wù)已經(jīng)過(guò)時(shí)，因此重點(diǎn)投入在飛機(jī)領(lǐng)域的研發(fā)。相對(duì)而言，這時(shí)期的美國(guó)則積極進(jìn)行軍用飛艇的建造。二戰(zhàn)中美國(guó)海軍飛艇的主要任務(wù)是在沿岸執(zhí)行巡邏、船隊(duì)護(hù)航與海上搜救任務(wù)，其它任務(wù)則包括照相偵察、傘兵運(yùn)輸、空中轟炸、水雷布放與清除以及人員貨物運(yùn)輸?shù)取?/p>

美國(guó)裝備的飛艇有高達(dá)87%的高效出勤率和近38萬(wàn)小時(shí)的累積飛行時(shí)間，為超過(guò)7萬(wàn)艘商船提供了護(hù)航。在飛艇護(hù)航下極少有商船在美國(guó)海岸被潛艇擊沉。所以戰(zhàn)后當(dāng)各國(guó)軍方對(duì)飛艇的興趣大減時(shí)，當(dāng)時(shí)的美軍不僅仍保有150余艘飛艇，還在建造多艘大型飛艇。這些飛艇也不負(fù)美軍的厚望，在二戰(zhàn)后的最初10年仍是美國(guó)海軍對(duì)蘇聯(lián)潛艇反潛戰(zhàn)的重要資本，直到1962年8月，美國(guó)軍方的最后一艘飛艇正式退役。

戰(zhàn)后軍用飛艇的發(fā)展

上世紀(jì)80年代末期，為了能對(duì)掠海巡航導(dǎo)彈早期預(yù)警，美國(guó)海軍重新啟動(dòng)了飛艇研發(fā)計(jì)劃。1987年6月，美國(guó)海軍授予西屋電力與英國(guó)飛艇工業(yè)兩家公司一份總額1，7億美元的合同，論證飛艇做為掠海巡航導(dǎo)彈的空中探測(cè)預(yù)警平臺(tái)的可行性。后由于研發(fā)經(jīng)費(fèi)不足，該計(jì)劃在1995年被迫終止。2006年5月，飛艇在美國(guó)海軍的裝備使用中再次得以重啟。此時(shí)美國(guó)陸軍、空軍與國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃署等單位也在推進(jìn)一系列飛艇技術(shù)驗(yàn)證與研究計(jì)劃，探討飛艇在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)中的運(yùn)用。

2006年11月，美國(guó)陸軍購(gòu)買了一艘飛艇，用來(lái)驗(yàn)證能否將1134千克載重以遙控和自主導(dǎo)航飛行方式運(yùn)至15000米高度。2010年，美國(guó)陸軍空間與導(dǎo)彈防御司令部授予諾·格與混合空中載具兩家公司一份近5.2億美元的合同來(lái)發(fā)展“長(zhǎng)航時(shí)多情報(bào)載具”（LEMV）系統(tǒng)。此型飛艇可滯空21天，用于執(zhí)行持續(xù)性情報(bào)、監(jiān)視與偵察任務(wù)。不過(guò)在2012年2月，LEMV計(jì)劃因預(yù)算過(guò)高以及美軍即將從阿富汗撤軍而宣告中止。除此之外，美國(guó)陸軍空間與導(dǎo)彈防御司令部的高空飛艇計(jì)劃尚有“高空長(zhǎng)航時(shí)技術(shù)驗(yàn)證艇”與“復(fù)合艇體高空動(dòng)力平臺(tái)”（CHHAPP）兩項(xiàng)，這兩項(xiàng)計(jì)劃也分別因?yàn)槿狈︻A(yù)算與飛行測(cè)試失敗而叫停。

2005年，美國(guó)國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃署亦著手進(jìn)行代號(hào)“海象”的混合動(dòng)力超大型飛艇的研制。此計(jì)劃的主要目標(biāo)是對(duì)飛艇作為長(zhǎng)航時(shí)大載重運(yùn)輸型航空器的可行性進(jìn)行研究，并將建造一艘最大起飛重量達(dá)500噸，具備洲際飛行能力，無(wú)需著陸設(shè)備即可在惡劣地形進(jìn)行起降的超大型飛艇。當(dāng)年洛·馬與美國(guó)航空飛艇兩家公司各獲得一份金額近300萬(wàn)美元的合同，對(duì)混合動(dòng)力超大型航空器進(jìn)行前期研究。不過(guò)到2006年3月，國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃署宣布終止“海象”的研制計(jì)劃。

當(dāng)前美國(guó)軍方正進(jìn)行中的飛艇計(jì)劃，包括“傳感器與結(jié)構(gòu)集成”（Integrated Sensor Is Structure，ISIS）飛艇與代號(hào)“鵜鶘”的剛性外殼可變浮力飛艇（Rigid Aeroshell Variable Buoyancy，RAVB）。ISIS計(jì)劃是美國(guó)空軍與國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃署共同執(zhí)行的研發(fā)項(xiàng)目，目標(biāo)是將先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)與大型平流層飛艇的結(jié)構(gòu)整合，雷錫恩和洛·馬兩家公司獲得研發(fā)合同?！谤Y鶘”剛性外殼可變浮力飛艇則由美國(guó)國(guó)防部快速反應(yīng)技術(shù)辦公室與美國(guó)國(guó)家航空航天局艾姆斯研究中心兩家單位主導(dǎo)，其技術(shù)重點(diǎn)是尋求飛艇技術(shù)上的新突破和整合。比如目前常規(guī)構(gòu)型的飛艇，地面停放必須借助系泊設(shè)備和大量人力的操作，在大載荷時(shí)無(wú)法垂直起降或懸停。所以代號(hào)“鵜鶘”旨在發(fā)展并整合各項(xiàng)飛艇關(guān)鍵技術(shù)，比如浮力控制系統(tǒng)、高強(qiáng)度輕質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、低速盤旋控制系統(tǒng)以及無(wú)需地面人力支援的著陸系統(tǒng)。而上述正在進(jìn)行的兩項(xiàng)飛艇研制計(jì)劃所涉及的各項(xiàng)飛艇關(guān)鍵技術(shù)若能獲得突破，那將為飛艇的未來(lái)發(fā)展投入嶄新的動(dòng)力，有助于飛艇在民用與軍用領(lǐng)域更寬廣的運(yùn)用。

除美國(guó)外，英國(guó)在此領(lǐng)域的發(fā)展亦有相當(dāng)進(jìn)展，例如英國(guó)先進(jìn)科技集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“天貓”（Sky cat）系統(tǒng)復(fù)合式飛艇，結(jié)合了飛艇與氣墊船兩項(xiàng)技術(shù)，可在平地、草地、沼澤、雪地和水面等不同地貌著陸甚至滑行?！疤熵垺毕盗酗w艇根據(jù)載重能力不同分為Sky Cat-20/200/1000三型，分別有20、200與1000噸的起飛重量。Sky Cat-1000飛艇的運(yùn)載能力遠(yuǎn)勝于美國(guó)空軍C-17戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)的載重量，加上可安裝上下坡道，可快速有效地進(jìn)行物資的裝運(yùn)與卸載?！疤熵垺毕盗酗w艇除速度相對(duì)較慢外，其機(jī)動(dòng)性與載重能力均優(yōu)于現(xiàn)有的民用貨機(jī)和軍用運(yùn)輸機(jī)，許多國(guó)家軍方對(duì)“天貓”這類運(yùn)輸型飛艇在未來(lái)運(yùn)輸任務(wù)中的可行性進(jìn)行著論證和研究。

綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)飛艇相較飛機(jī)或直升機(jī)的在“載重”上的優(yōu)勢(shì)，其反應(yīng)靈活可機(jī)動(dòng)部署，運(yùn)載能力強(qiáng)特別是幾乎不限制貨物的形狀和尺寸，如大型雷達(dá)天線等特殊載荷?，F(xiàn)在的飛艇在摒棄過(guò)去的可燃易爆的氫氣，改用惰性氣體氦氣作為氣囊的填充氣體后，安全性已經(jīng)大幅改善。而且飛艇外層多為復(fù)合材料和玻璃纖維制造，雷達(dá)反射面積較小，幾乎沒(méi)有雷達(dá)回波和紅外特征信號(hào)，因此很難被探測(cè)到，戰(zhàn)場(chǎng)生存能力較強(qiáng)。隨著諸多新技術(shù)、新材料在飛艇上的應(yīng)用、性能的不斷提升，飛艇的發(fā)展將迎來(lái)又一黃金時(shí)代。飛艇在早期預(yù)警、海軍的反艦作戰(zhàn)、指揮控制、通信中繼平臺(tái)以及戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略運(yùn)輸?shù)溶娛骂I(lǐng)域的運(yùn)用更將廣闊。

新興的浮空器——系留氣球

除飛艇外，浮空器家族的另一重要成員就是氣球，其利用靜浮力升空，不具備動(dòng)力。根據(jù)是否配備系纜固定地面細(xì)分為系留氣球與自由氣球兩類。自由氣球因?yàn)闊o(wú)法控制在大氣中運(yùn)動(dòng)，將探測(cè)設(shè)備置于其上很難進(jìn)行回收重復(fù)使用，所以除了空飄、氣象觀測(cè)外在軍事領(lǐng)域不具太大運(yùn)用價(jià)值。相對(duì)的，以系留氣球?yàn)榇淼母】掌饕蚩蓴y帶的載荷具有彈性，可根據(jù)需求靈活換裝不同載荷來(lái)執(zhí)行各種不同任務(wù)，加之通過(guò)系留系統(tǒng)可回收重復(fù)使用，已被許多國(guó)家的軍方與安全部門裝備，用于軍事及國(guó)土安全領(lǐng)域。

一般來(lái)說(shuō)，系留氣球主要組成包括氣球本體、系纜、系留系統(tǒng)三部分。氣球的軟式氣囊內(nèi)充氦氣或氮?dú)舛栊詺怏w來(lái)產(chǎn)生靜浮力升空。氣球可依載重能力大小安裝監(jiān)視預(yù)警雷達(dá)、通信裝備、紅外夜視攝像機(jī)以及電子通信等不同類型的監(jiān)視探測(cè)裝備。系纜的主要功用是使氣球保持在固定位置，其內(nèi)部配備高壓導(dǎo)線與光纖電纜，前者可提供氣球所搭載的各傳感器操作時(shí)所需的電力，后者則將傳感器獲得的信息傳送至地面接收站。系留系統(tǒng)配備有絞車，可用來(lái)施放或回收系纜用以控制氣球的上升與下降。在實(shí)際操作時(shí)，系留氣球需要車輛與地面控制站的支持，這兩者可協(xié)助其進(jìn)行機(jī)動(dòng)部署，并將氣球探測(cè)器獲得的情報(bào)整合處理，分送至相關(guān)單位。系留氣球的優(yōu)點(diǎn)不僅有任務(wù)載荷可按需靈活搭載，其系留布設(shè)的平臺(tái)彈性也很大，不僅可在陸上，在海上的船舶上也可布放。

1980年12月，美國(guó)空軍開(kāi)始使用系留氣球，將一具監(jiān)視雷達(dá)安裝于系留氣球上，執(zhí)行海岸監(jiān)視任務(wù)，這套系統(tǒng)即是“系留氣球雷達(dá)系統(tǒng)”（Tethered Aerostat Radar System，TARS）。1984年起，美國(guó)海關(guān)在美國(guó)南方邊境建立了一系列系留氣球網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)美墨邊境的非法毒品交易進(jìn)行監(jiān)視。此外美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)也在墨西哥灣沿岸投入使用了類似系統(tǒng)。為能更有效操作“系留氣球雷達(dá)系統(tǒng)”，美國(guó)國(guó)會(huì)還在1992年授權(quán)國(guó)防部統(tǒng)一管理相關(guān)系統(tǒng)，美國(guó)國(guó)防部將美國(guó)空軍作為前述三個(gè)機(jī)構(gòu)相關(guān)系統(tǒng)的行政管理機(jī)構(gòu)。“系留氣球雷達(dá)系統(tǒng)”除執(zhí)行邊界監(jiān)視，其獲得的情報(bào)也同時(shí)與美軍北方司令部、南方司令部與北美防空司令部等單位共享。目前美國(guó)政府正計(jì)劃將此系統(tǒng)移交國(guó)土安全部使用。

在美軍出兵阿富汗和伊拉克后，為了對(duì)固定地域進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控，并為部隊(duì)提供必要的保護(hù)，系留氣球再度受到美國(guó)軍方重視，國(guó)防先進(jìn)技術(shù)研究計(jì)劃署與美國(guó)各軍種也進(jìn)行了一系列系留氣球研發(fā)與部署計(jì)劃。在這兩個(gè)戰(zhàn)區(qū)，美軍部署的系留氣球雷達(dá)系統(tǒng)有近60套之多，累積使用時(shí)數(shù)已超過(guò)60萬(wàn)小時(shí)。雖然美國(guó)陸軍裝備使用的“系留氣球雷達(dá)系統(tǒng)”先后有RAID、REAP、PTDS、MARTS、PGSS等等諸多型號(hào)，但將這些英文名稱譯成中文后，其名稱、性能及用途上的差異并不明顯，都屬于系留氣球與不同任務(wù)載荷的組合，或搭載雷達(dá)，或搭載光學(xué)紅外設(shè)備，或搭載GPS、通信中繼等設(shè)備。戰(zhàn)場(chǎng)部署時(shí)可配置在前進(jìn)基地、高價(jià)值目標(biāo)周圍系留升空，為部隊(duì)提供戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、情報(bào)搜集、通信中繼，早期預(yù)警防止火箭炮、迫擊炮襲擊等。

除了上述幾型“系留氣球雷達(dá)系統(tǒng)”外，特別值得一說(shuō)的還有由雷錫恩公司制造的聯(lián)合對(duì)地攻擊巡航導(dǎo)彈防御高空網(wǎng)絡(luò)傳感器系統(tǒng)（Joint Land Attack Cruise Missile Defense Elevated Netted Sensor，JLENS）。該系統(tǒng)使用兩個(gè)系留氣球作為任務(wù)載荷的搭載平臺(tái)，分別攜帶遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)和火控雷達(dá)。預(yù)警雷達(dá)可對(duì)重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的不同威脅進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)監(jiān)視，包括巡航導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)、大型火箭、戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈，以及地面與水面移動(dòng)目標(biāo)等?；鹂乩走_(dá)則用來(lái)為地面防空導(dǎo)彈提供火控?cái)?shù)據(jù)的解算。JLENS系統(tǒng)可機(jī)動(dòng)部署，并可連續(xù)作業(yè)一個(gè)月。美國(guó)軍方計(jì)劃購(gòu)買12套JLENS系統(tǒng)，其中一套已于2014年部署在了華盛頓特區(qū)。JLENS系統(tǒng)的監(jiān)視預(yù)警涵蓋范圍約等于4-5架E-2C、E-3等預(yù)警機(jī)的全天候飛行，而且使用成本只相當(dāng)于預(yù)警機(jī)的十分之一，操作人力更不及后者的一半。

系留氣球——資源小國(guó)的“人造衛(wèi)星”

除美國(guó)軍方與國(guó)土安全部門的裝備使用外，法國(guó)、約旦、以色列、印度、科威特與阿聯(lián)酋等國(guó)也裝備著數(shù)量不等的系留氣球系統(tǒng)。這些國(guó)家將不同類型任務(wù)載荷裝于系留氣球上，執(zhí)行防空預(yù)警、通信、邊境監(jiān)視、部隊(duì)保護(hù)、基地安全、空中預(yù)警以及情報(bào)、監(jiān)視與偵察等任務(wù)。系留氣球也被政府各部門運(yùn)用于環(huán)境監(jiān)控、國(guó)土防御、災(zāi)害救援與反恐安全等新領(lǐng)域。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，由于系留氣球在運(yùn)用上具有巨大彈性，將在國(guó)防、國(guó)安、環(huán)保與救災(zāi)等領(lǐng)域扮演更為重要角色。

尤為重要的一點(diǎn)是，較于其它偵察預(yù)警平臺(tái)，系留氣球系統(tǒng)的造價(jià)相對(duì)更低，操作成本低廉，是資源有限的小國(guó)進(jìn)行長(zhǎng)期偵察監(jiān)視的最佳選項(xiàng)。就實(shí)際操作而言，偵察衛(wèi)星也無(wú)法持續(xù)數(shù)日或是數(shù)周的針對(duì)特定目標(biāo)或區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控。大部分低軌衛(wèi)星每次通過(guò)目標(biāo)的時(shí)間不到十分鐘，而且衛(wèi)星的過(guò)境時(shí)間規(guī)律往往可預(yù)測(cè)，提前采取若干反制措施即可降低衛(wèi)星的偵察效果。無(wú)人機(jī)由于載荷有限，也無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間在特定區(qū)域進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視，而且載荷能力必須在任務(wù)載荷、燃油與留空時(shí)間等因素間進(jìn)行平衡，也無(wú)法攜帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積稍大的先進(jìn)偵察監(jiān)視裝備。對(duì)比看，系留氣球構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)載能力強(qiáng)，不需跑道即可升空。同時(shí)，系留氣球由于作業(yè)高度較低，偵察影像的分辨率以及對(duì)電子信號(hào)的截獲偵聽(tīng)能力都相對(duì)較強(qiáng)。再加上在滯空時(shí)間、載荷彈性、成本與作戰(zhàn)效能上的天然優(yōu)勢(shì)，系留氣球無(wú)疑是資源有限的國(guó)家遂行長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控的最佳選項(xiàng)，是資源小國(guó)的“人造衛(wèi)星”。

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