在剛剛成功落幕的第十四屆中國(guó)航展上，臨近空間飛行器展品紛紛亮相，如航空工業(yè)展臺(tái)的無(wú)偵8、廣東空天科技研究院展臺(tái)的MD-22等型號(hào)。

本屆中國(guó)航展上的無(wú)偵8

MD-22“鳴鏑”寬域飛行器

(資料圖片)

回想2021年中國(guó)航展，無(wú)偵8也如期抵達(dá)，并且在靜展區(qū)展出。

2021年中國(guó)航展靜展區(qū)的無(wú)偵8

這一現(xiàn)象反映出，作為曾經(jīng)的冷門領(lǐng)域，臨近空間飛行器正在成為全球航空航天技術(shù)領(lǐng)域中，尤其是各國(guó)爭(zhēng)奪軍事優(yōu)勢(shì)的焦點(diǎn)。

臨近空間曾長(zhǎng)期未獲充分利用

在航空航天領(lǐng)域中，“空”與“天”結(jié)合之處被稱為“臨近空間”，也就是高度在20~100千米之間的區(qū)域。

從歷史上來(lái)看，臨近空間曾長(zhǎng)期“無(wú)人問津”。

造成這種現(xiàn)象的原因在于此空間空氣密度的特性——當(dāng)達(dá)到一定高度以后，哪怕只是升高很小的高度，空氣密度都會(huì)迅速降低。

比如從海拔20千米上升到25千米，雖然高度僅加大了25%，但空氣密度則從海平面水平的1/14迅速下降到了1/40。

為了短暫實(shí)現(xiàn)沖刺高度，F(xiàn)-4戰(zhàn)斗機(jī)曾在20世紀(jì)50年代創(chuàng)造了3萬(wàn)米的飛行高度紀(jì)錄。

逼近傳統(tǒng)有人飛機(jī)的設(shè)計(jì)極限

傳統(tǒng)的有人飛機(jī)為了維持機(jī)組人員的生命所需，要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)從外界抽取和壓縮空氣，維持座艙內(nèi)的壓力——但在空氣密度只有海平面的1/40時(shí)，這類設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到了能力極限，無(wú)法繼續(xù)保障機(jī)組人員的生命。

除了依靠高壓氣瓶等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)升限紀(jì)錄的短時(shí)間沖刺之外，沒有飛機(jī)能在這個(gè)高度上長(zhǎng)時(shí)間維持飛行員生存——除非它的座艙等部件結(jié)構(gòu)采用航天飛船式的全封閉設(shè)計(jì)，并且按照航天器標(biāo)準(zhǔn)來(lái)運(yùn)行。

衛(wèi)星維持軌道高度也需要燃料，這常常是決定其壽命的關(guān)鍵因素。

此外，在飛機(jī)達(dá)到25千米的高度之前，低空氣密度就已經(jīng)會(huì)對(duì)飛機(jī)的使用性能造成嚴(yán)重影響了。

譬如，機(jī)翼無(wú)法產(chǎn)生足夠的升力，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力效率損失嚴(yán)重.....也因此，在當(dāng)前的航空應(yīng)用中，絕大多數(shù)飛行器頻繁使用空域高度一般都不超過(guò)12~13千米。

即使是軍用作戰(zhàn)飛機(jī)，當(dāng)前實(shí)用型號(hào)的最大作戰(zhàn)高度也從早期的21千米左右，普遍降低到了16~18千米。

對(duì)航天器來(lái)說(shuō)空氣密度過(guò)高

另一方面，在超過(guò)20千米高度的臨近空間，雖然空氣已經(jīng)稀薄到不足以支持絕大多數(shù)有人飛機(jī)的正常飛行，但是對(duì)于速度更高的航天器來(lái)說(shuō)，其空氣密度又“太”高了——即使是在接近200千米高度的地方，依然存在稀薄的空氣，會(huì)迫使航天器減速、損失高度，最終墜入稠密大氣中燒毀。

因此在當(dāng)前的航天應(yīng)用中，無(wú)論是衛(wèi)星還是空間站，各種需要長(zhǎng)期維持在軌道上的航天器，其最低運(yùn)行高度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了100千米，通常在300千米以上。

因此，臨近空間在一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)都處于“尷尬”的境地。不過(guò)，近年來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步，臨近空間的傳統(tǒng)劣勢(shì)反而成為了它現(xiàn)在被重視的基礎(chǔ)。

高超聲速飛行器迅速發(fā)展

在飛行器設(shè)計(jì)中，一旦涉及高速，阻力、壓力和熱負(fù)荷都是無(wú)法繞開的難關(guān)——空氣密度越高，阻力和壓力越大，發(fā)熱越是劇烈。譬如，米格-25/31這樣在高空速度可以接近三倍聲速的飛機(jī)，在超低空甚至沒有能力達(dá)到一倍聲速。

但臨近空間的低空氣密度特性，為高超聲速類的飛行器運(yùn)用提供了一個(gè)合適的環(huán)境。

X-51A高超聲速飛行器

此類飛行器目前有兩個(gè)發(fā)展方向：

A.采用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣式飛行器。它們的主要設(shè)計(jì)目的是取代傳統(tǒng)的亞聲速巡航導(dǎo)彈類武器，執(zhí)行500~1000千米內(nèi)的打擊任務(wù)。

在執(zhí)行射程相近的任務(wù)時(shí)，吸氣式高超聲速飛行器的速度可以達(dá)到5~6倍聲速；因此飛行時(shí)間能得到極大的縮短，從30分鐘左右縮短到5分鐘甚至更短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間敏感型目標(biāo)的打擊能力，并使自身變得更難以攔截。

傳統(tǒng)彈道導(dǎo)彈與“火箭助推-高速滑翔彈頭”組合武器的彈道軌跡對(duì)比。后者的探測(cè)和攔截難度明顯要高得多。

扁平面對(duì)稱布局的彈頭能支持高機(jī)動(dòng)能力的機(jī)動(dòng)突防飛行，但是銳利的邊角和纖薄的邊緣結(jié)構(gòu)，也會(huì)使得熱防護(hù)難題變得越發(fā)棘手。

B.無(wú)動(dòng)力的滑翔飛行器。

主要目的是取代傳統(tǒng)的中遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈彈頭；其主要飛行軌跡從大氣層外降低到臨近空間的稀薄大氣內(nèi)，通過(guò)犧牲一定的射程和飛行速度作為代價(jià)，換取飛行距離和軌跡的劇烈變化控制能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超以往的突防效能。

由于傳統(tǒng)上缺乏類似性質(zhì)的目標(biāo)，因此現(xiàn)有的絕大多數(shù)防空反導(dǎo)系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)中無(wú)論是探測(cè)還是攔截，對(duì)臨近空間的高超聲速目標(biāo)、特別是高機(jī)動(dòng)目標(biāo)，都是嚴(yán)重匱乏相關(guān)能力的。

以上兩類飛行器是各航空航天大國(guó)目前在臨近空間領(lǐng)域的最重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。目前已經(jīng)有一些國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了型號(hào)的初步實(shí)用化。

臨近空間偵察系統(tǒng)

在以上兩種主要執(zhí)行突防打擊為主的飛行器之外，隨著多國(guó)空中無(wú)人系統(tǒng)的發(fā)展，一種新的臨近空間飛行器也正在變得熱門起來(lái)：無(wú)人高空偵察系統(tǒng)。

從不久前首飛成功的“啟明星”-50，到本屆中國(guó)航展上展出的無(wú)偵8，體現(xiàn)了近些年來(lái)各國(guó)應(yīng)用臨近空間的第三個(gè)發(fā)展方向——高空偵察。

基于臨近空間的特質(zhì)，在這一范圍內(nèi)運(yùn)行的飛行器更為安全；同時(shí)，無(wú)人航空器系統(tǒng)和技術(shù)的發(fā)展，也令傳統(tǒng)有人航空器在這一領(lǐng)域的發(fā)展桎梏不復(fù)存在。

而相比“啟明星”-50這樣的太陽(yáng)能動(dòng)力飛行器，無(wú)偵8還結(jié)合了航天技術(shù)特質(zhì)，具備高速性能。

這是我國(guó)自主研發(fā)的一款高空高速無(wú)人偵察機(jī)系統(tǒng)，是一型航空航天技術(shù)融合的新型臨近空間裝備。

無(wú)偵8可對(duì)敵防護(hù)嚴(yán)密的戰(zhàn)略、戰(zhàn)役目標(biāo)實(shí)施有效突防，利用配裝的偵察任務(wù)設(shè)備獲取高分辨率目標(biāo)圖像，為各級(jí)作戰(zhàn)部隊(duì)提供偵察和打擊效果評(píng)估情報(bào)。

從外形來(lái)看，無(wú)偵8結(jié)合了航空和航天兩種飛行器特色，這為其賦予了較高的飛行速度。而在較高的臨近空間領(lǐng)域，無(wú)偵8還可以有效規(guī)避各類防空武器的打擊，實(shí)現(xiàn)有效突防。

此外，高空高速的性能，使得無(wú)偵8相比起衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，其信息傳回和反饋效率更高，更適合執(zhí)行針對(duì)時(shí)間敏感目標(biāo)的偵察任務(wù)。

浮空飛行器

除了飛行器外，浮空飛行器也是臨近空間利用的發(fā)展方向。不過(guò)從目前的情況來(lái)看，其實(shí)用化前景或許要比高空、高速飛行器面臨更大的困難。

美國(guó)ISIS飛艇方案

譬如，在兩萬(wàn)米高度上，氦氣飛艇每增加1千克重量，就必須要把氦氣囊加大10立方米以上。而隨著高度的進(jìn)一步增加，這個(gè)比例還會(huì)急劇地放大。

這使得要在臨近空間浮空器上，使用高功率雷達(dá)等設(shè)備，變得極其困難：而這是它最主要的潛在任務(wù)場(chǎng)景。人們希望臨近空間浮空器能夠在大范圍內(nèi)持續(xù)監(jiān)測(cè)來(lái)襲的超低空目標(biāo)，如巡航導(dǎo)彈等。

不過(guò)，雖然目前全球各國(guó)都在發(fā)力臨近空間飛行器，但也要注意到，各類低軌道衛(wèi)星近年來(lái)在觀測(cè)、通訊能力上也有不小的進(jìn)步，會(huì)不同程度壓縮這類飛行器原本的市場(chǎng)。可以說(shuō)，臨近空間是航空與航天技術(shù)交匯的空域，也是二者能夠各顯神通的領(lǐng)域，最終，這些不同的技術(shù)路徑需要在不同場(chǎng)景下證明自己。

關(guān)鍵詞： 臨近空間