淺談空中多面手——系留氣球系統(tǒng)

關(guān)鍵詞：由于系留氣球系統(tǒng)具有使用成本低、留空時(shí)間長、污染小、無噪聲、制造簡單、生產(chǎn)周期短及易于改進(jìn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適應(yīng)于當(dāng)今世界的需求。作為一個空中多面手，可廣泛應(yīng)用于預(yù)警探測、光學(xué)偵查、氣象探測、霧霾測量、通信中繼、應(yīng)急反恐等諸多領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：系留氣球 探測 霧霾

在2010年上海世界博覽會和2014年珠海航展期間，在現(xiàn)場參觀的人們可以看到空中漂浮著一個又大又圓的氣球，其球體通過纜繩和地面錨泊設(shè)施相互連接，整體感覺像一只在空中游弋的大白鯨，即美麗又壯觀。這種設(shè)備就是我國新近研制成功的素有“空中多面手”之稱的新型浮空器，學(xué)名稱為系留氣球系統(tǒng)。

一、特點(diǎn)

系留氣球系統(tǒng)被劃歸為航天產(chǎn)品，屬于無動力航空器，其球體容積一般在數(shù)百立方米到數(shù)千立方米之間，依靠球體內(nèi)部所充輕質(zhì)惰性氣體——氦氣提供上升浮力。系留氣球球體和地面錨泊設(shè)施通過高強(qiáng)度系留纜繩相互牽引，保證氣球升空后能夠懸停在一定高度，氣球升空高度一般情況下不超過海拔2km。由于系留氣球系統(tǒng)具有使用成本低（消耗能量少、易于維修）、留空時(shí)間長、污染小、無噪聲、制造簡單、生產(chǎn)周期短及易于改進(jìn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適應(yīng)于當(dāng)今世界的需求。比如在美國，中小型系留氣球大量應(yīng)用于邊境反毒品走私、廣播通信、氣象研究、戰(zhàn)場通信、戰(zhàn)地偵查等軍民領(lǐng)域，而用于邊境監(jiān)視、空中預(yù)警的大型系留氣球已構(gòu)成其國家戰(zhàn)略防御體系的重要組成部分。我國的系留氣球系統(tǒng)相對來說起步較晚，但是目前已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，特別是利用系留氣球系統(tǒng)可以在空中進(jìn)行長時(shí)間定點(diǎn)觀測的顯著優(yōu)勢，建成可靠、有效的空中載荷平臺，可以在上面開展廣泛應(yīng)用，比如預(yù)警探測、光學(xué)偵查、氣象探測、霧霾測量、通信中繼、應(yīng)急反恐等諸多領(lǐng)域。

二、具體應(yīng)用

1.預(yù)警探測。系留氣球系統(tǒng)在軍用領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值，如果充分利用空中優(yōu)勢，將系留氣球作為武器裝備平臺（預(yù)警、偵察、通信等），加裝相應(yīng)的功能設(shè)備，在其基礎(chǔ)上研制開發(fā)新型情報(bào)偵查和探測預(yù)警系統(tǒng)，在有效克服地球曲率、地物遮蔽等環(huán)境影響前提下，顯著提升偵查和探測威力，擴(kuò)大偵查和探測范圍，往上仰視能夠看到空中情況，往下俯視能夠看到地面情況，一舉兩得。以軍用傳統(tǒng)地面情報(bào)雷達(dá)為例，由于架設(shè)位置受到限制，周圍有高山、高大建筑物、樹林等，難以克服地球曲率和地物遮擋，影響雷達(dá)探測威力和精度，系留氣球雷達(dá)可以利用高空優(yōu)勢，顯著提升探測能力，同時(shí)對中低空小目標(biāo)具有良好的偵測功能，甚至可以兼顧空中和海上目標(biāo)探測，因此在軍用領(lǐng)域存在獨(dú)特的使用價(jià)值。外軍進(jìn)行的試驗(yàn)證明，一艘飛行高度為3000m的飛艇，其雷達(dá)對高度在340m左右的空中目標(biāo)探測距離可達(dá)300km。

2.光學(xué)偵查。光學(xué)偵查是系留氣球系統(tǒng)最典型的應(yīng)用之一。由攝像機(jī)鏡頭參數(shù)與觀察角度，觀察距離關(guān)系可知，通過增加高度，可以增大攝像機(jī)觀察范圍，也就是人們常說的“站得高看得遠(yuǎn)”。通過搭載多臺高清晰度、大動態(tài)，具有紅外功能的光學(xué)攝像機(jī)，無論白天還是夜晚，都可以保證對球下廣大區(qū)域進(jìn)行24小時(shí)不間斷光學(xué)偵查。球上攝像機(jī)采集到的視頻信號實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嬷笓]中心，值班人員一旦發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)情況出現(xiàn)異常，可以控制攝像機(jī)角度和方位，對重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行放大監(jiān)測，以便掌握現(xiàn)場第一手資料。

3.氣象探測。系留氣球系統(tǒng)使用過程中滯空海拔高度一般幾百米到2000米之間，該段高度處于對流層內(nèi)較低位置，氣象變化復(fù)雜，在確保安全的前提下可以利用系留氣球系統(tǒng)有效的進(jìn)行低空氣象探測。2016年6月23日下午14點(diǎn)30分左右， 江蘇省鹽城市遭到了突如其來的龍卷風(fēng)襲擊，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。由于龍卷風(fēng)具有形成速度快，持續(xù)時(shí)間短，破壞力強(qiáng)，事發(fā)區(qū)域難以預(yù)報(bào)，事后難以模擬、驗(yàn)證等特點(diǎn)，因此龍卷風(fēng)的預(yù)報(bào)一直是個世界難題。據(jù)氣象學(xué)家研究表明，龍卷風(fēng)形成初期，使近地面空氣受熱快速上升，此時(shí)氣壓急劇降低，形成一個大尺度空洞，周圍較冷氣流在氣壓作用下被急速推入空洞，大量冷熱氣體碰撞、摩擦變?yōu)槔@軸心向上的熱氣流，快速旋轉(zhuǎn)上升形成龍卷風(fēng)。通過加裝相關(guān)測風(fēng)儀器，系留氣球系統(tǒng)在龍卷風(fēng)高發(fā)區(qū)域，可以連續(xù)測試不同高度層風(fēng)速和風(fēng)向差異和變化，為積累氣象探測數(shù)據(jù)，增加預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，減少氣象災(zāi)害起到積極作用。

4.霧霾測量。霧霾是霧和霾的組合詞。在相對濕度80﹪-90﹪時(shí)，霧和霾的混合物造成大氣污染和能見度下降，即為霧霾天氣。 霧霾天氣影響正常的交通、生活，同時(shí)也對會人體產(chǎn)生較大損傷，主要影響到心血管、肺等器官。對霧霾探測，常用手段是采用基于氣象學(xué)的激光云高儀進(jìn)行探測，根據(jù)相關(guān)探測數(shù)據(jù)表明一般霾的高度層在1km左右。相對于安置在地面的云高儀器來說，采用系留氣球可以從底到上橫跨整個霧霾層，能夠更加準(zhǔn)確、快速測量出不同高度層大氣環(huán)境中的PM2.5、二氧化硫等指數(shù)，為有關(guān)部門發(fā)布大氣污染預(yù)防、制度環(huán)境治理方案提供強(qiáng)有利的技術(shù)支撐。

5.通信中繼。微波是一種沿直線路徑傳播的電磁波，在沒有建筑物、山川地形、地球彎曲表面等遮擋的“可見”的情況下[7]均可能建立通信鏈路。微波是人們經(jīng)常接觸到的一種電磁波，比如日常使用到的WIFI，其發(fā)出的信號也是微波。微波有個顯著的特點(diǎn)，那就是傳輸線路上不能有阻擋，如遇到遮擋時(shí)信號衰減會大幅度增加，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致通信中斷。采用微波通信時(shí)，如果需要互相傳輸信息的兩點(diǎn)之間遇到難于逾越的阻擋，可以考慮采用系留氣球系統(tǒng)。在上面搭載微波通信中繼設(shè)備，利用高度優(yōu)勢，讓系留氣球系統(tǒng)起到中轉(zhuǎn)站或轉(zhuǎn)發(fā)器的作用，便解決通信難題。同時(shí)在移動通信方面，可以把通信基站加掛到系留氣球系統(tǒng)上，隨著高度的大幅度增加，基站的覆蓋范圍也擴(kuò)大了很多。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，升到空中的移動通信基站，其通信有效扇區(qū)覆蓋區(qū)域可達(dá)十幾或數(shù)十平方公里，相比于地面基站有了本質(zhì)的改變。利用這一獨(dú)特優(yōu)勢，通過搭載通信基站，系留氣球系統(tǒng)還是非常好的應(yīng)急通信平臺。

三、結(jié)語

系留氣球系統(tǒng)作為空中通用平臺，通過搭載不同任務(wù)載荷從而實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)測功能，不愧為“空中多面手”的美譽(yù)。隨著我國浮空器整體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，系留氣球系統(tǒng)將會得到更大的推廣和應(yīng)用，在各個領(lǐng)域發(fā)揮更好的使用效能，創(chuàng)造更多的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：高啟學(xué)（1975、9-）男，漢族，研究生學(xué)歷，安徽四創(chuàng)電子股份有限公司高級工程師，目前主要從事系留氣球保障工作。