东山再起的军用飞艇
在这场新的军用飞艇研究热潮中,美国动手最早,动静也最大,不但陆军、海军和空军均已开展各自的研究计划,而且国防先期研究计划局、导弹防御局、国土安全部等机构以及许多军火公司甚至大学也纷纷涉足其间。
“高空飞艇”(HAA) HAA飞艇计划始于2002年,旨在开发能在20000米高空飞行的无人飞艇,用于探测和监视向美国本土袭来的弹道导弹等目标。之所以将飞行高度选在20000米以上的同温层,主要是出于以下考虑:一是现有的作战飞机难以对在此高度飞行的飞艇构成威胁;二是飞艇能依靠同温层的无空气对流状态实现稳定监视;三是雷达等传感器在同温层工作时能充分“发挥水平”,如灵敏度比在外太空时高数十倍。按照导弹防御局的设想,未来美国太平沿岸和大西洋沿岸将至少部署10艘这种飞艇,每艘飞艇均装有作用距离达1200公里的监视雷达和其他传感器,能连续30天对来袭的弹道导弹、巡航导弹、飞机等提供预警。
2003年9月29日,导弹防御局选择洛克希德•马丁公司作为该飞艇的承包商。根据该公司的设计方案,HAA飞艇长约150米,最大直径约50米,容积15万立方米。艇体采用柔韧的多层纤维复合材料,艇内充氦气,两侧各有2台电动螺旋桨发动机作为主动力源。飞艇表面安装的薄膜太阳能电池组除了提供推动飞艇前进的部分动力外,还可另外提供大约10千瓦的输出功率,用以保证艇上设备的正常工作。艇上还配有能够循环使用的氢燃料电池,以备紧急情况下的动力需要。飞艇最多可以搭载包括监视雷达、红外传感器、通信设备等大约1.8吨的有效负载(可装在负载舱中,也可挂在飞艇下方)。
2003年底,国防先期研究计划局开始研究可供HAA飞艇使用的监视雷达,雷达采用双波段工作方式,有源电子扫瞄阵列天线的直径约50米,可跟踪空中目标,也可跟踪速度低于1米/秒的地面运动目标,例如行进中的部队。.
2004年11月30日,美国国防部经过近一个月的关键设计评审,批准HAA飞艇计划登录第二阶段,即制造一艘样艇并进行演示试验。这一阶段预计将持续到2006年6月,之后是为期两年的用户评估试验。如果一切顺利的话,HAA飞艇最早在2010年就可投入部署和使用。
“海象”飞艇 国防先期研究计划局计划今年6月公布“海象”飞艇计划第一阶段的招标合同。“海象”飞艇计划的出台与美军的“全球快速兵力投放”战略息息相关,美国陆军几年前曾提出,未来要在96小时内将一个旅、120小时内将一个师、30天内将5个师运送到世界任何地方。而“海象”飞艇因载重量大,运输速度比较快,引起陆军浓厚兴趣。
按设想,“海象”飞艇实际上是一种结合了软式飞艇与飞机特点的“混合”式飞行器,它将综合利用气体浮力和气动升力进行升降和飞行,因此具有比普通飞艇更快的飞行速度。整个飞艇主要由充满氦气的流线型艇体以及推进系统、稳定操纵舵面和飞行吊舱等组成,起飞重量达500~1000吨,航程为11000公里,能在未经修整的地面甚至水上垂直起降。1艘“海象”飞艇可以在2天内从美国本土向欧洲运送2个齐装满员的机械化步兵营,10艘飞艇可在2天内将l个空降师运送到欧洲,其效率是传统空运方式无法比拟的。另外,由于内部空间庞大,“海象”飞艇还可以装卸主战坦克、重型直升机等大型军事装备,无需拆装。
按照国防先期研究局的计划,“海象”的第一阶段预计持续一年时间,主要进行前期研究和设计工作,重点评估飞艇速度、航程、有效载荷、垂直起降、地面操控与安全、地面维护与保养、恶劣天|气下飞行、位置保持等性能以及有望采用的新技术。第二阶段将历时三年,主要是投资l000万美元建造一艘起飞重量约为30吨的缩比型技术验证飞艇,并计划在2008年进行首飞。
“天舟”600飞艇 “天舟”600其实是一款民用飞艇,它长61米,宽19米,高20米,内部空间7200立方米,平均飞行速度为90公里/时,最大航程650公里,正常飞行高度600~900米,最高可升至1500米高空,这种高度范围已经超出了大部分小型武器的射程,因此其自身安全可以得到一定保证。
2003年9月,海军研究局授予国际科学与技术公司合同,要求为该飞艇安装“机载濒海超光谱传感器”(LASH)以及红外传感器和高分辨率相机,用于执行国土安全和反恐任务。“机载濒海超光谱传感器”是一种先进传感器,能发现隐藏在水面以下的目标。红外传感器和高分辨率相机则可进行昼夜监视并拍摄清晰照片。海军研究局认为,经过“武装”的“天舟”600飞艇,可以在海港上空执行巡逻任务,搜索恐怖组织的潜水员、可疑的船只以及其他异常活动,也可用于军事基地警戒或边境巡逻等,其侦察范围据说为60公里,而且能在目标上空悬浮12~72小时。与常用的飞机和直升机相比,飞艇执行这类任务时有其独特优点,例如在飞行过程中几乎没有声音,而且十分平稳,能为传感器提供良好的工作环境,此外其造价也较低。正因为如此,经过改造的“天舟”600飞艇受到美国国土安全部、海岸警卫队、海关、国家安全局等机构的青睐。目前,海军研究局还在研究用“天舟”600飞艇探测地雷和潜水艇,或加装升降系统用于搜索与救援,或作为母艇部署无人机。
“攀登者”飞艇 人们习惯将距离地面30000~36000米间的空域称为近太空区域,这里空气稀薄,不会出现恶劣天气,更重要的是目前世界上绝大多数的固定翼飞机和地对空导弹都无法到达这一高度,从而为飞艇提供了优越的工作环境。目前,“近太空机动飞行器”的样艇已经问世,即美国JP航空航天公司制造的“攀登者”飞艇,其外形呈V形,全长53米,宽30米。其造价仅为50万美元。艇内设有多个气舱,充气气体为氦气,利用控制系统可以调节各气舱的氦气容量,辅助飞艇进行空中机动。该飞艇安装两台由燃料电池驱动的螺旋桨推进器,采用全球定位系统进行导航。2003年11月间,“攀登者”(未携带任何设备)开始被释放到30000米的高空进行初期验证试验,并能在地面控制下返回基地。2004年 6月,它又搭载通信和监视传感器进行了升空和巡航试验。据悉,在2005年年底前,“攀登者”飞艇将在近太空区域试验执行为期5天的军事任务。
除了“攀登者”飞艇外,美国空军还资助JP宇航公司研究“轨道攀登者”飞艇,这是一种外形如独木舟的巨型飞艇,长为为2000米,能停留在30000~42000米的高空,也能在地面——空间站——轨道之间往返飞行。众所周知,要想完成轨道飞行,飞艇必须达到25马赫的飞行速度,因此需要大功率推进系统。JP航空航天公司打算借鉴美国宇航局“深空”1号和欧洲航天局“灵巧”1号月球探测器的推进技术,开发先进的离子推进系统,将“轨道攀登者”送到预定轨道,这将创造不用火箭就将人和货物送至地球轨道的新型运送方式,并为人类航天提供更安全的飞行方式。据乐观估计,“轨道攀登者”飞艇有望在今后7年内具备轨道飞行能力。
“黑暗空间站”高空漂浮飞艇平台 它是美国空军资助JP航空航天公司的另外一种飞艇概念。该平台由多个飞艇组成,长约3200米,驻留在30000米的近太空区域,是一种永久性有人驾驶设备,将用作太空船从地面到轨道间的高空中转站或遥控操纵的通信中继站。整个平台由氦电池提供动力,同时利用燃料电池和太阳能电池作为辅助动力。目前,JP航空航天公司已经开始试验由气球构成的模拟“黑暗空间站”。美国空军提出用一年多时间建造一个30米宽、9000米高的小型“黑暗空间站”,尝试由2名人员到上面执行3小时左右的任务,之后再进一步扩大平台规模和增加人员停留时间。
“高空侦察飞行器”(HARVe) 这是约翰•霍普金斯大学应用物理实验室正在开发的一次性使用式近太空飞艇,其突出特点是低成本,据称包括发射平台在内每套系统的造价不会超过l0万美元,因此未来能大量部署。发射平台拟采用现有巡航导弹,但需要拆掉昂贵的弹头。使用时,HARVe首先折叠放入巡航导弹中,由巡航导弹将其携带至高空释放,此时飞艇将自行充气,同时启动电推进系统升至约30000米的近太空区域,然后快速部署到预定位置,利用所装载的传感器昼夜执行超地平线通信中继或情报、监视和侦察任务。按设计,HARVe能在30000米高度持续工作两周甚至一个月,携带22.7~45.4公斤的传感器负载。电推进系统和传感器均由太阳能电池组供电。
这种一次性使用的近太空飞艇极具军用潜力,是保卫国土安全和满足军方侦察与通信需求的理想平台。该实验室期望能在2007年之前成功制造出技术验证样艇并进行演示。
面对现代飞艇的巨大军用潜力,其他国家自然不会视而不见。根据公开报道,俄罗斯、以色列、英国、德国目前均已开展了相关研究。我国近年也在飞艇研究上取得技术突破。
俄罗斯 近年来,俄罗斯飞艇研究工作主要由Augur航空中心牵头和实施。根据俄罗斯海军的要求,Augur航空中心目前正集中力量研究一种供海上作战支援用的大型飞艇,按设计,该飞艇直径为58米,长290米,最大飞行速度150公里/时,以90公里/时的巡航速度飞行时航程为l5000公里。艇体采用复合材料制成,由两个桁架作为承力构架。飞艇中部设有一个宽大的负载舱。动力装置为9个发动机,推力矢量控制系统能使飞艇进行垂直面转动,并能在悬浮状态下调整姿态。引人注目的是,该飞艇将利用电弧等离子体加速器对充气气体进行预热,以大幅度提高飞行性能和使用性能。以往的技术途径主要是利用飞艇巡航时发动机排放的热气,但这样一来必须安装笨重而复杂的热交换装置。而等离子体加速器则轻巧得多,而且能相对精确地控制热值且调节范围较宽。
以色列 2004年初,以色列飞机工业公司公布了一种巨型飞艇设计方案——太阳能飞艇(SPA),希望它能在20000米以上的同温层执行侦察、通信等任务,以便有朝一日取代造价昂贵的卫星。
按设计,太阳能飞艇长190米,宽60米,其重量达到20吨左右,能携带l.8吨的有效载荷,足以使用大型高分辨率望远镜以及各种遥感、目标跟踪、通信和电子战设备。整个飞艇主要由两个气舱组成,其中一个储有空气,另一个则充满氦气,通过调节空气、氦气所占比例进行升降。艇体采用轻巧而具有弹性的聚合物材料制造,外表涂有多层由高强度耐热材料构成的防漏气粘合剂。为了实现无人驾驶、远程遥控的飞行模式,飞艇将自带导航、制导和控制系统,并在尾部设有螺旋桨、尾翼和安定面,白天主要由装在顶部的太阳能电池供电,夜间则靠再生式燃料电池提供动力,通过艇身后部的电动引擎带动螺旋桨进行机动飞行。
根据目前设想,太阳能飞艇将悬停在距地面约21000米高的固定位置,对地面侦察的覆盖面积可达方圆1000公里,涵盖包括叙利亚、伊拉克、约旦、埃及、沙特阿拉伯、土耳其、黎巴嫩、塞浦路斯在内的众多周边国家,并可以根据需要从一个地区上空飞到另一地区上空,必要时还可根据指令返回地面进行维护、升级或更换有效载荷。该飞艇将具有极高的稳定性,能在时速达74~93公里的大风中保持悬停和机动飞行,而且可连续工作约3年。
太阳能飞艇概念已经引起以色列国防部的极大兴趣,并明确表示支持,而且正为其寻找国外合作投资伙伴。以色列飞机工业公司表示,只要资金得到保证,有把握在不到4年时间内研制出样艇。
英国 英国先进技术集团公司正在研究适合军民两用的“天猫”系列有人飞艇,用于战术与战略空中运输、空中预警、反水面战、地雷探测以及指挥、控制、计算机与信息平台等方面。从设计上看,“天猫”系列飞艇采用空中气垫着陆系统,能像气垫船一样平稳地降落在平地、草地、雪地、沼泽或水面上,降落后不需要绳索系留。艇体采用多层纤维材料,内充氦气,中部设有负载舱。飞艇采用基于光纤技术的双信道光学信号飞行控制系统和“艇首推进器”,后者在低速飞行时能精确控制艇首方向。“天猫”系列飞艇最初将包括“天猫”20、200和1000三种型号。
“天猫”20将是最先问世的一种型号,其研制工作已于1999年结束,2000年投入制造,预定2005或2006年进行首次试飞。该飞艇采用4台额定功率为447千瓦的A-Tech600柴油发动机,最大飞行速度148公里/时,巡航速度为130公里/时,最多可携带20吨的有效负载,满载情况下航程为2250公里。负载舱长22.3米,宽3米,设有侧门和后门。
“天猫”200采用4台5996千瓦的涡轮涡扇发动机,巡航速度为139公里/时,航程为5970公里,最多可携带200吨有效负载,载重能力超过波音747-200货运飞机80%之多。负载舱长49.4米,宽7.5米,配有装卸货物用的活动梯。
“天猫”1000预定2008年首次试飞,它采用6台涡扇发动机,可携带1000吨有效负载,巡航速度达到185公里/时,航程为7408公里。负载舱提供195平方米的装货面积,前后均配有活动梯,能快速而高效地装卸货物。
中国 2002年5月,我国自行设计和研制的HJ-2000型载人飞艇首次试飞并一举成功,结束了长期以来向外国购买载人飞艇的历史。该型飞艇使用氦气作为充气气体,具有当今先进飞艇的主要特点:一是体积大、飞行平稳、噪音低,可侧飞、倒飞和空中悬停;二是安全性好,对起落场地要求低;三是续航时间长,航程较远,有效载重量大,便于维护保养;四是使用和维护成本较低,仅相当于飞机的l/5和直升机的1/10。
综上所述,在沉寂多年之后,军用飞艇正以全新的面貌出现在世人面前,并成为当前高技术武器发展领域的一个热点。可以预见,随着相关技术的进步,军用飞艇将在性能和功能上不断完善,同时会进一步拓展应用领域,而它们全面登上战争舞台恐怕只是一个时间问题。(原载《现代兵器》2005年第7期)