高空氣球,探空是“主業(yè)”

梁佳媛 劉揚(yáng)

氣球這種歷史很悠久的浮空器，最近受到廣泛關(guān)注。現(xiàn)代高空氣球有怎樣的特征，又有什么民用用途？民用無(wú)人氣球因不可抗力失去控制，追蹤以及處置有哪些難點(diǎn)？

有一次性，也有可回收

氣球是一種古老的浮空器，但目前仍在很多領(lǐng)域應(yīng)用。和人們印象中的氣球不同，目前用于專業(yè)領(lǐng)域的高空氣球并非一定是圓形的。有些氣球呈紡錘狀，更像大家印象中的飛艇。中國(guó)專家張學(xué)峰告訴《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者，飛艇和氣球都屬于浮空器，目前以充氨氣為主，飛艇外形以紡錘和雪茄形狀為主。通常而言，飛艇帶有動(dòng)力裝置，而氣球沒(méi)有動(dòng)力裝置，所以飛艇的機(jī)動(dòng)性能更高。大氣層中不同高度的氣流流動(dòng)方向和速度不同，氣球通過(guò)調(diào)整自身的飄浮高度，進(jìn)入不同氣流內(nèi)，就可隨風(fēng)飄蕩。

氣球的一個(gè)常見(jiàn)用途是探空作業(yè)，它相對(duì)廉價(jià)，性能又足夠滿足要求。很多國(guó)家都使用氣象氣球進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)以及大氣研究。這些氣球通常攜帶探空用的儀器設(shè)備，通過(guò)太陽(yáng)能電池提供電力。有些氣球是一次性使用的，隨著氣球的高度不斷升高，氣球球體膨脹破裂，相關(guān)設(shè)備可通過(guò)降落傘回收。此外，有些氣球通過(guò)攜帶角反射體、曳光管，還能作為防空演習(xí)的靶標(biāo)。

近年來(lái)，一些系留氣球用于葷事領(lǐng)域。這些系留氣球通過(guò)線纜與地面連接，防止氣球逃逸，也就是說(shuō)這些氣球是固定在某些特定位置，并不隨著大氣進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。這種氣球可攜帶雷達(dá)、紅外光電傳感器，用于探測(cè)低空目標(biāo)和地面目標(biāo)，保護(hù)基地、城市等重點(diǎn)目標(biāo)免遭襲擊。

2021年美軍從阿富汗撤離時(shí)，就遺留了一個(gè)大型系留氣球。這個(gè)氣球呈流線型，像傳統(tǒng)印象中的飛艇，但沒(méi)有動(dòng)力系統(tǒng)。實(shí)際上，這是美國(guó)的所謂“持久威脅檢測(cè)系統(tǒng)”(PTDS)，氣球上裝備的紅外系統(tǒng)以及AN/ZPY-1小型合成孔控雷達(dá)，可以探測(cè)地面車輛和人員，并通過(guò)傳輸設(shè)備將信息傳輸給地面指揮人員，然后由地面人員進(jìn)行處置。更大型的系留氣球可攜帶較大型的雷達(dá)，構(gòu)成氣球載雷達(dá)，用于在重要城市附近協(xié)助探測(cè)超低空目標(biāo)，比如巡航導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)等，執(zhí)行防空任務(wù)。

不適合對(duì)萬(wàn)里外目標(biāo)過(guò)境偵察

在大型氣球誕生早期，飛機(jī)尚未爰明之前，確實(shí)有軍方使用氣球進(jìn)行偵察。但隨著飛機(jī)的誕生和廣泛應(yīng)用，氣球、飛艇隨之淡出偵察領(lǐng)域。不過(guò)第二次世界大戰(zhàn)后的一段時(shí)間，氣球又囪為其獨(dú)特的特性，重新被用于偵察。據(jù)路透社報(bào)道，二戰(zhàn)后不久，美國(guó)軍方開(kāi)始探索使用高空間諜氣球。根據(jù)美方資料，上世紀(jì)50年代該項(xiàng)目在蘇聯(lián)領(lǐng)土上放飛高空氣球，進(jìn)行偵察拍攝活動(dòng)。

據(jù)報(bào)道，氣球的優(yōu)勢(shì)之一是飄浮高度高，通常在2.4萬(wàn)-3.7萬(wàn)米的高度運(yùn)行，遠(yuǎn)高于民航客機(jī)飛行高度，通常民航客機(jī)的飛行高度在1.2萬(wàn)米以下。絕大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)飛行高度在2萬(wàn)米以下，有些高空偵察機(jī)、截?fù)魴C(jī)的飛行高度達(dá)到2.5萬(wàn)米或更高。

2009年向美國(guó)空軍指揮和參謀學(xué)院提交的一份報(bào)告表示，氣球相對(duì)于衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)包括能夠從更近的地方掃描大片領(lǐng)土，并且能夠在目標(biāo)區(qū)域停留更多時(shí)間。與需要耗巨資發(fā)射的主星不同，氣球可以廉價(jià)發(fā)射。

張學(xué)峰表示，雖然之前有使用高空氣球進(jìn)行偵察的案例，但氣球的可控性'較差，搭載的設(shè)備量少，并不適合對(duì)萬(wàn)里之外的目標(biāo)進(jìn)行過(guò)境偵察行動(dòng)。對(duì)于擁有完善衛(wèi)星偵察網(wǎng)絡(luò)的汰國(guó)，氣球深人別國(guó)境內(nèi)進(jìn)行偵察不是最優(yōu)選項(xiàng)。

處置失控氣球并不容易

由于氣球本身不易進(jìn)行有效操控，雖然它們可以通過(guò)改變高度來(lái)進(jìn)入不同方向的氣流，粗略引導(dǎo)到想要到達(dá)的區(qū)域，但其自身的不易操控以及氣候、天氣等不可抗力的變化有可能導(dǎo)致一些民用的氣球意外“流浪”。一旦出現(xiàn)類似情況，應(yīng)該如何追蹤與應(yīng)對(duì)呢？

英國(guó)廣播公司（BBC）的文章稱，人們沒(méi)法像掌握商業(yè)航空器的飛行軌跡數(shù)據(jù)那樣掌握氣球的飛行軌跡，因此需要參考其他信息來(lái)源。在相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）掌握了一種對(duì)1.4萬(wàn)米以上的氣流進(jìn)行分析的模型。“它的主要用途是掌握污染物和有害物質(zhì)在大氣中的運(yùn)行和擴(kuò)散?！盉BC氣象預(yù)報(bào)主播、氣象學(xué)家西蒙?金說(shuō)。

據(jù)報(bào)道，美國(guó)氣象學(xué)家沙特菲德曾用這種被稱為“軌跡模式”的模型計(jì)算監(jiān)視氣球可能的飛行線路，并把他的發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)上進(jìn)行分享。但必須注意，這一模型并非監(jiān)視氣球的實(shí)際飛行軌跡，而是根據(jù)美方機(jī)構(gòu)的模型進(jìn)行分析得出的結(jié)果。

張學(xué)峰表示，氣球的飄浮速度比較慢，現(xiàn)在很多采用脈沖多普勒體制的雷達(dá)較難發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤慢速飛行的氣球?！澳壳岸鄶?shù)戰(zhàn)斗機(jī)、防空系統(tǒng)使用的脈沖多普勒雷達(dá)，為了濾除地物雜'波,通常有一個(gè)目標(biāo)速度門限值，目標(biāo)速度低于這個(gè)門限值，雷達(dá)會(huì)把這個(gè)目標(biāo)當(dāng)成雜波濾除掉，就不會(huì)顯示目標(biāo)。”當(dāng)然，沒(méi)有使用脈沖多普勒體制的雷達(dá)可以發(fā)現(xiàn)相關(guān)目標(biāo)。有的雷達(dá)使用脈沖壓縮加動(dòng)目標(biāo)顯示技術(shù)，沒(méi)使用脈沖多普勒技術(shù)，哪怕靜止的目標(biāo)也能跟蹤。另外，有些采用數(shù)字列陣技術(shù)的脈沖多普勒體制有源相控陣?yán)走_(dá)通過(guò)設(shè)定參數(shù)，也能夠跟蹤氣球等目標(biāo)。比如，人為降低這個(gè)門限值，就能夠讓慢速目標(biāo)顯形。“目前對(duì)大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)的脈沖多普勒機(jī)載雷達(dá)來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定跟蹤慢速飄浮的氣球包括它的懸掛物，是需要些技巧的”。

除了追蹤和預(yù)測(cè)氣球的軌跡，如何處置失控的高空氣球也是一個(gè)難度不小的問(wèn)題。張學(xué)峰表示，擊落高空氣球是一種選項(xiàng)，難易程度首先取決于氣球的飄浮高度。如果氣球飄浮高度達(dá)到3萬(wàn)米以上，目前多數(shù)空空導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈是很難對(duì)其進(jìn)行有效攻擊的。多數(shù)防空導(dǎo)彈的殺傷區(qū)高界在2.7萬(wàn)米左右，多數(shù)空空導(dǎo)彈更低，很多導(dǎo)彈特別是空空導(dǎo)彈面臨“夠不著”的問(wèn)題。

張學(xué)峰進(jìn)一步解釋說(shuō)，至少有兩個(gè)因素限制了導(dǎo)彈的射高，一是動(dòng)力不足，比如近程低空防空導(dǎo)彈，動(dòng)力系統(tǒng)就工作幾秒，甚至一兩秒，無(wú)法把導(dǎo)彈推到那么高的高度。另一個(gè)是高度太高之后，空氣稀薄，導(dǎo)彈的翼面升力和舵面控制力大幅度下降，無(wú)法提供足夠的升力和控制力保持穩(wěn)定飛行和機(jī)動(dòng)。有些反導(dǎo)系統(tǒng)雖然能打士氣層外的目標(biāo)，但攔截低界比較高。這些反導(dǎo)系統(tǒng)通常采用紅外成像導(dǎo)引頭，飛行速度快，在大氣層內(nèi)飛行會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的氣動(dòng)加熱，致使紅外導(dǎo)引頭熱噪聲較多，難以捕獲目標(biāo)。比如美國(guó)“薩德”反導(dǎo)系統(tǒng)，美國(guó)雖然說(shuō)它是世界上第一種兼具大氣層內(nèi)處攔截能力的反導(dǎo)系統(tǒng)，但目前多數(shù)信息來(lái)源顯示，其攔截低界是4萬(wàn)米，可能對(duì)3萬(wàn)米左右高度的氣球無(wú)可奈何。此外，目前的多數(shù)激光武器作用距離也較近，攔截3萬(wàn)米高空的氣球也頗為吃力

張學(xué)峰表示，擊落氣球還要考慮對(duì)地面的響影，特別是氣球的殘骸、用于攻擊的導(dǎo)彈的殘骸是否會(huì)對(duì)地面人員構(gòu)成傷害，所以需要選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)臄r截窗口。▲