美国平流层飞艇发展计划和研制进展

美国无人浮空器尚未解决机动性能有限难题(图)中国网 时间： 2008-03-19 发表评论>>美国在2005年发布的《美国2005-2030年无人机路线图》中纳入了多个正在进行的无人飞艇和系留气球项目。

这些浮空器的续航时间从5天（RAID）到1个月时间（JLENS）不等，主要用于对局部地区进行防御性监视，例如保护部队或探测巡航导弹。

目前，美国已经在伊拉克和阿富汗部署了多架浮空器，用来保护在当地的驻军。

有些浮空器（如TARS）适合执行心理战和边境监视任务，可以作为飞机的补充。

浮空器还能够与无人机协同作战，从而在多种任务中增强作战能力或降低成本，包括部队保护、信号情报收集、通信中继和导航增强。

目前浮空器也面临着很多问题，其中最大问题可能是机动性能有限。

1 先进飞艇飞行试验室（AAFL）AAFL是美国未来先进飞艇技术、ISR传感器、相关处理器和通信网络测试平台的原型机。

首架飞艇将具有以下特点：推进器将装在艇首以增强低速控制能力；采用重质燃料发动机，提高效率、安全性和互用性；采用自动飞行控制，提高运载能力、飞行高度并降低飞行成本。

AAFL将安装专用硬点、设备机架和宽带网络接口等设备。

表1 AAFL参数2 系留气球雷达系统（TARS）TARS的主要任务是提供低空雷达监视数据，为参与美国禁毒计划的联邦机构提供支援，次要任务是为北美空间防御司令部提供低空监视，保卫弗罗里达海峡的空中主权。

同时，一只部署在弗罗里达州Cudjoe Key的气球替古巴广播办公室发射“电视战”信号，将美国的电视信号发送到古巴。

所有的雷达数据都发往一个地面站，在那里数字化并回馈给不同的用户。

TARS的留空时间受天气限制，通常为运行能力的60%；而不论天气如何，气球和设备的平均利用率超过90%。

出于安全和保密的原因，美国空军系留气球站周围的空域是禁飞的，其半径至少为2至3法定英里且高度达到15000英尺。

表2 TARS参数3 联合地面攻击空中组网传感器（JLENS）JLENS的主要用途是帮助驻扎在国外的美国军队应对不断增长的巡航导弹威胁，其上安装的雷达能提供超视距监视。

现代飞艇发展现状及趋势目录一、演进历史二、优势特点三、发展现状四、发展趋势近期，中美“流浪气球”事件引发国内外舆论广泛关注，曾经沉寂一时的高空飞艇，因其独特的性能和军民两用性质，再次进入公众视野。

本文将从演进历史、优势特点、发展现状及未来趋势等四个方面对现代飞艇进行一番详细解读，以飨读者。

一、演进历史人类制造飞艇的历史可追溯到十八世纪，当时有人尝试通过操纵气球实现在空中飞行。

1852年法国人吉法尔试飞成功人类社会第一艘具有动力设备的实验氢气载人飞艇。

1900年,德国退役骑兵军官齐柏林设计和研制的飞艇成为全世界第一艘可实用的硬式军用飞艇。

一战爆发后不久，德国率先将飞艇投入战场，主要承担空中轰炸和侦察等任务。

据统计，在第一次世界大战中,德英法美等国家总共建造了460多艘飞艇。

一战期间，被德国视为终极武器的飞艇一共出动了208艘次，对英国实施了51次空袭，与其飞机对英国的空袭次数基本持平。

虽然飞艇的作战表现没有达到德国所希望的那样，最终也无法改变德国战败的命运，但却对英国构成了很大的威慑，有效牵制了英国防空兵力和战机的运用，并造成了英国较大的财产损失和人员伤亡。

一战后，由于飞机技术的迅速发展，飞机开始广泛地应用于各个领域，加之该阶段飞艇事故频发，特别是1937年发生的著名的“兴登堡空难”，使很多国家对飞艇的安全性忐忑不安，进而对其发展前景产生了极大怀疑，导致对其的研究和应用急速衰落。

到了二战时期，飞艇逐渐走向边缘化，其国防和军事应用主要限于防御侦察、海岸监视、军用物资运输等一些非作战行动，而且数量和程度都远不及一战时期，这也预示着飞艇的全盛或辉煌期已经逝去。

然而，经过了一段时期的沉寂，随着现代航空设计制造技术的发展，以及高分子纤维材料和高性能计算机的出现，飞艇一些原本无法克服的缺陷得以解决，因此也就使得飞艇重获新生成为了可能。

首先，大功率发动机使飞艇比航空母舰和大型运输舰更快。

其次，艇内充的是氦气等惰性气体，自身发生事故的可能性很小。

浅谈平流层飞艇发展现状综述了国内外平流层飞艇研制的进展与现状，重点描述了平流层飞艇技术难点的情况。

标签：平流层飞艇;总体设计;发展0 引言平流层是指海拔高度为10～55km的大气空间，处于对流层与中间层之间，气流相对平稳，垂直对流小，是部署空中平台执行监视预警、通讯中继、导航定位以及环境监测等任务的比较理想的环境。

平流层飞艇能完成太阳能飞机所无法完成的定点飞行和长时间迎风驻留等飞行任务。

正因为平流层飞艇具有可定点飞行、留空时间长、探测范围广、载荷能力强和费效比高等优点，多个国家正在开展对平流层飞艇的研究与验证。

1 国内外现状1.1国外发展现状自21世纪初，美国、日本以及欧洲等主要发达国家和区域均提出了平流层飞艇计划。

美国为了弥补战时信息保障过度依赖天基平台的弱点，同时大幅度提升持久区域信息作战能力，近年来投入巨资支持了多项平流层飞艇研发项目，包括洛克希德马丁公司的高空飞艇项目、探测器与结构一体化飞艇项目和西南研究院的高空哨兵飞艇项目等。

日本在2000年就提出了长远的、分阶段实施的平流层飞艇开发计划。

日本宇宙航空研究开发机构组织实施并开展了无动力验证飞行和多次低空技术验证试飞，积累了大量技术经验，但尚未有开展飞行样机整体集成和高空试飞演示的报道。

2005年3月，欧盟集中欧洲各国的相关研究机构和公司，启动了“面向特殊航空航天应用的高空飞机和高空飞艇研究项目”。

1.2国内发展现状中国对平流层飞艇的研究，始于“十五”期间，多个高校和研究所参与了方案论证、关键技术攻关等基础性研究。

2009-2012年，北京航空航天大学先后4次完成20km以上平流层高度飞行验证，取得了初步成果。

2015年8月，航天科工一院与六院、〇六八基地联合开展直径30m囊体的飞行试验，飞行高度超过20km。

2015年9月，上海交通大学开展了新型囊体结构的高空飞行试验，试验飞行时间2h，飞行高度19.3km，验证了非常规形态升空、回收方式的可实现性。

123下一页美军正在开发的临近空间飞行器，结构与飞艇类似。

(资料图)点击查看更多军事图片中广网北京7月13日消息（记者徐龙）据中国之声《晚高峰观军情》报道：近来，“临近空间”成为国外媒体的一个热词。

有评论认为，“临近空间”是一块长期被军方忽视，如今将跻身军事竞争热点的特殊空间”，“不征服这一区域，就谈不上真正的空天一体化”。

据报道，美军正计划研制一种可在“临近空间”执行长期监视任务的平流层飞艇。

那么，什么是“临近空间”，美军的平流层飞艇真正的战略企图是什么？就此话题，记者采访了军事专家、国防大学李莉教授。

“临近空间”优势多开发价值大什么是“临近空间”，这一区域有何特点？李莉认为，“临近空间”是近年出现的一个新名词，它的英文名字叫做nearspace,是美军对海拔20千米到100千米空间范围的一个通用性称谓。

目前，还是一个学术概念，没有国际公认的确切定义。

美军也有人称之为“横断区”。

我国学术界所说的“亚太空”“超高空”“高高空”，也是指这一区域。

“临近空间”和一般的太空、航空空间有不一样的特点。

首先，它的气象条件更加优秀，没有云、雨，也没有大气湍流。

像雷暴、闪电的天气也比较少，所以通行条件比较优良。

此外，它的位置特殊，万有引力定律和开普勒宇宙定律都不能独立发生作用，使得遵循万有引力定律的航空飞行器和遵循开普勒宇宙定律的航天飞行器无法在其间自由飞行。

“临近空间”中的飞行器和卫星、飞机相比，也具有独特优势。

与卫星相比，其成本非常便宜、机动性比较好。

它可以实现卫星做不到的变轨、悬停、机动。

另外，灵敏度和分辨率更高，因为离地面比较近。

与飞机相比，它的留空时间比较长，生存能力比较强，而且隐身性能特别好。

“临近空间”中的气球，包括软体飞艇，采用的都是非金属材料，外形很光滑，所以雷达反射面比较小，没有什么雷达回波，包括红外线信号。

基于这两点考虑，“临近空间”未来开发价值比较大。

上一页123下一页美军计划将大型轻质相控阵雷达集成到飞艇结构之中，研制一种可在21千米高空执行长期监视任务的平流层飞艇。

• 202•平流层飞艇平台是一种以空气浮力为主要重力平衡形式的临近空间飞行平台。

在空中飘浮时通过浮力减少自身的重力作用，同时运用能量的传递增加空中长时间停留的可能性。

而飞行空间的低密度意味着需要更大的体积，更大的体积又带来更大的阻力。

目前大多数的设计方案倾向于采用轻于空气的软式飞艇，这种平流层飞艇内部携带充有氦气的气囊，以提供静浮力作为升力。

因此飞艇总体设计时需要平衡两个基本矛盾，重量与浮力的矛盾，阻力与能源动力的矛盾。

同时飞艇可以长时间驻留在空中，对载荷的可靠性也有较高的要求，对于雷达系统来说需要考虑电源的调节系统，可以通过自检设计、安全性设计等实现电源子系统的完备自检监控，满足飞艇总体设计可靠性要求。

1 飞艇总体方案评估基本特征在总体方案设计时需要注意以下的几个条件，遵循基本原理的构成设定。

（1）飞艇形式考虑稳定性，机动性等，在设计上保留了低阻力气囊，包括内层气囊和围绕在外部的外层气囊。

浮力源主要采用氦气进行充实，内层气囊充入空气。

飞行的高度主要是通过调节内层气囊的空气来控制。

外表尺寸多为椭圆形球体，减少空气阻力。

（2）运动形式大多采用电动机驱动高空螺旋桨，通过螺旋桨的运行来带动飞艇的运动，为其提供行走和停留所需的动力。

（3）为保证燃料电池在恶劣多变的环境中具有高稳定性和可靠性，实现24h 能量平衡，设计了专用控制器对燃料电池进行控制。

（4）材料使用上多为轻质高强度的材料，确保在平流层空气稀薄、浮力小的状态下保持飞艇的浮力，同时要抗紫外线老化，密封性能好的特点，制作时采用高频热熔焊接。

2 若干单项技术指标描述2.1 结构材料考虑到平流层中空气浮力小，要克服飞艇自身重力带来的影响，需要合理选择飞艇内外囊体材料的密度。

经过研究计算，内外囊体材料的密度指标提升可以带来浮力方向上的最好收益，通常上来说，就是不断增加飞艇表面的面积，减少材料的质量，获得囊体材料面密度的大幅度降低，进而获得重量与浮力之间的矛盾减弱，取得最大收益的结构形式。

美国军用无人飞艇的发展与应用美国终止"海象"（Walrus）大型混合飞艇项目，同时加大高空飞艇及其在监视与导弹防御等关键能力和技术上的投入，预计美国对于无人飞艇的开发有以下三个方面的趋势：1.美国非常重视战略性高空飞艇能力的研究，计划未来将其发展成为低轨道侦察卫星可行的替代手段；2. 2010年之前或在更长时期内美国暂缓对无人飞艇型号项目的大量投资，而等待有关技术取得进步并具备可行性之后再发展计划装备的产品。

3. 美国目前对高空飞艇面临的关键技术，如轻质健壮的新材料、高能量密度燃料、再生燃料电池、高效太阳能电池和高空推进系统等相关技术大力投资，一方面为装备效费比更高的高空无人飞艇奠定能力基础，另一方面以此创造性地大幅提升其他空中无人系统的效能。

一、无人飞艇的特性分析飞艇是依靠空气浮力升空、可操纵的一种飞行器。

按构造可分为软式飞艇、半硬式飞艇和硬式飞艇三大类。

软式飞艇的艇体是一个气囊，外形由气囊（包括充满氦气的主气囊和辅气囊）中的气体压力维持；硬式飞艇的艇体依靠其内部骨架支撑，外表覆盖着蒙皮，能保持良好的流线型；半硬式飞艇的艇体形状主要通过气囊中的气体压力维持，一部分也需骨架支撑，由龙骨和蒙皮共同承受整体弯矩和集中载荷。

此外还出现了一种重于空气的混合式飞艇，除了具有常规式飞艇的特点外，还具有飞机的特点。

混合式飞艇通过综合运用空气动力学、推力矢量和空气浮力来产生升力，可在空中和地面操作的任何阶段控制升力，包括在卸下有效载荷时不需要加载除周围空气之外的压舱物。

由于飞艇可携载不同类型的监视设备进行低成本、长航时飞行，从而具有广泛的军事和商业用途。

飞艇的机动性较差使其军事用途相对有限，虽然无人机在护航、跟踪、巡逻等机动行动中应用效果显著，但在监视建筑物等固定目标方面，无人飞艇不仅作为一种低成本超长留空平台成本相对较低，而且效果也要好许多。

美国已在伊拉克部署了几个装备有光电和红外摄像机的浮空器提供基本安全保障，还至少部署了一个能持续探测威胁的浮空器系统，该系统能监视整个城市并可对爆炸物和火箭炮的位置进行探测。

基于遗传算法的平流层飞艇航迹规划方法研究前言平流层飞艇是一种新型的航空器，其具有高效、环保、灵活等优点，越来越受到人们的关注。

为了更好地利用平流层飞艇的特点，需要设计一种高效的航迹规划方法来确保其安全、稳定地飞行。

在这篇论文中，我们将探讨基于遗传算法的平流层飞艇航迹规划方法的研究。

方法平流层飞艇的航迹规划需要考虑许多因素，例如颠簸、气流、风速等。

为了解决这些问题，我们采用遗传算法来进行航迹规划。

遗传算法最初是模仿进化生物的遗传过程产生的，其基本思想是通过模拟生物选择、交配、变异等自然选择过程来优化问题求解。

在平流层飞艇航迹规划中，我们可以将一组解看做生物的染色体，而每个解的组成可以看做是某种基因。

具体来说，我们将平流层飞艇的航迹规划问题看做是求解一个多维函数的最优解问题。

我们首先需要定义适应度函数，它衡量每个解的优劣程度，即解决方案的质量。

接下来，我们采用选择、交叉和变异操作来进行进化过程。

选择阶段，我们使用轮盘赌选择算法来挑选一定数量的解集，这些解集的选择概率与他们的适应度成正比。

交叉阶段，我们采用交叉点随机选择算法，将两个个体的染色体在交叉点处相互交叉，生成新的解，并将其添加到解集中。

变异阶段，我们随机选择某些基因进行小范围随机变化，以便引入新的因素，增加解集的多样性。

最后，我们将得到的新一代解进行适应度评估和排序，选出最好的解集，并将其作为新的父代，继续进行迭代进化过程。

当满足迭代阈值或达到最大迭代次数时，停止演化并输出最优解。

结果通过实验，我们验证了基于遗传算法的航迹规划方法的有效性。

我们将该算法与传统最优化算法进行了比较，发现遗传算法在航迹规划问题中表现优异，可以获得更优的解决方案。

随着遗传算法的发展和优化，该算法在航空器航迹规划等领域的应用前景将不断拓展。

结论本论文提出了一种基于遗传算法的平流层飞艇航迹规划方法。

该方法利用遗传算法的进化机制，通过选择、交叉和变异等操作进行迭代优化，并实现了航迹规划问题的最优解问题。

美国研制平流层飞艇预警卫星，⼀直被视为现代战争中不可或缺的“千⾥眼”。

然⽽有消息称，美国正在研制⼀款名为“平流层飞艇”的飞⾏器，希望⽤它来取代卫星！⽇前，⼀则“美国国家航空航天局计划举⾏平流层飞艇设计竞赛”的消息，更是点燃了⼈们对于它的探究热情。

那么,平流层飞艇为什么能取代卫星？它究竟有何厉害之处呢？美国欲打造新型飞艇替代卫星据外媒报道，美国国家航空航天局计划投资400万美元⽤于平流层飞艇设计竞赛。

竞赛将在明年举⾏，要求飞艇能漂浮在2万⽶⾼空超过20个⼩时，有效负荷达20公⽄，并携带监控设备和太空望远镜，具备⼈造卫星的基本功能。

实际上，这已经不是美国第⼀次将⽬光聚焦在平流层飞艇上了。

早在2002年，美国导弹防御局就提出研制平流层飞艇的构想，并在随后的⼗余年⾥，与陆、海、空三军司令部，航天航空局以及其他⼀些商业部门，投⼊数亿美元进⾏研究。

按计划，美国的平流层飞艇将于2025年前投⼊使⽤。

平流层飞艇研发难度⾼于⽕星探测平流层飞艇，是⼀种轻于空⽓的浮空器，依靠空⽓浮⼒上升，长时间驻留在2万5千⽶左右的⾼空，并可以在太阳能动⼒系统的驱动下巡航飞⾏。

在关闭发动机的情况下，它就像⼀个飘浮的⽓球。

由于作业环境的特殊性，平流层飞艇在囊体材料、能量平衡、⽓动规律等⽅⾯都有着⾮常⾼的要求。

美国耗资庞⼤研制多年的“攀登者”实验艇，曾经勉强进⼊平流层，但它不仅不能滞留作业，甚⾄⽆法正常返航回收，最终只有⼈为破坏囊体，排放氦⽓让它坠落。

分析认为，在平流层飞艇的研制上，⼈们⾯临的挑战，要远远⾼于⽬前⼈类已经掌握到⼀定程度的⽕星探测等深空技术。

平流层飞艇：空中预警探测利器如此复杂的项⽬，为什么还要不惜重⾦研究呢？业内⼈⼠表⽰，平流层飞艇不依赖机场或跑道可实现垂直起降，能悬停于任意地理位置上空，运⾏⾼度超出空管范围，⽽且不受对流层恶劣天⽓影响，可全天侯连续⼯作，可以对地球表⾯进⾏军事和民⽤侦察观测。

美国曾经进⾏的模拟仿真显⽰，如果在北纬83度部署3个平流层飞艇，它的监视范围可以覆盖从北极到北纬45度范围内的所有导弹，如果部署800个这样的平台组成星座，就可以对全球提供连续的通讯、情报、侦察监视。

关于平流层飞艇囊体材料的发展现状平流层飞艇是一种利用气囊和氢气等轻气体来提供浮力，从而在平流层中进行飞行的空中交通工具。

相较于传统的飞机和卫星，平流层飞艇具有多种优势，例如较低的能耗、较长的飞行持续时间、较大的有效载荷能力等。

平流层飞艇的囊体材料面临着一些挑战，例如氢气的泄漏、材料的轻量化和结构强度等问题。

本文将探讨当前平流层飞艇囊体材料的发展现状。

1. 概述平流层飞艇的囊体是承担浮力并保持机身结构强度的关键部分。

目前，平流层飞艇的囊体主要采用聚酯纤维等合成材料制成。

聚酯纤维材料存在质量较大、易泄漏氢气等问题。

发展更轻、更强、更安全的囊体材料是当前的研究重点。

2. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料是一种由强度高的碳纤维和高分子树脂等组成的复合材料。

相较于传统材料，碳纤维复合材料具有更高的强度和更轻的质量。

碳纤维复合材料被广泛应用于航空航天领域，包括飞机和卫星等。

近年来，研究者们开始尝试将碳纤维复合材料应用于平流层飞艇的囊体材料。

一些实验和模拟结果显示，碳纤维复合材料可以有效提高平流层飞艇的结构强度，并减轻囊体的重量。

碳纤维复合材料制作囊体的成本较高，生产过程复杂，制造难度较大，仍需进一步的研究和工艺改进。

3. 纳米材料纳米材料是一种具有纳米尺度结构的材料。

由于其独特的物理和化学特性，纳米材料在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。

在平流层飞艇囊体材料的研究中，一些研究者开始尝试利用纳米材料来增强材料的强度和减轻材料的质量。

石墨烯是一种具有独特结构和优异性能的二维纳米材料。

研究发现，将石墨烯添加到聚合物基体中可以显著提高材料的强度和刚度。

纳米纤维素、纳米陶瓷等纳米材料也被研究者们用于平流层飞艇囊体材料的改进。

纳米材料的成本较高，大规模应用仍面临挑战。

4. 其他材料除了碳纤维复合材料和纳米材料，还有其他一些材料被考虑用于平流层飞艇囊体的制造。

纳米纤维布料、基于氢气体包裹法的轻型材料等。

这些材料具有重量轻、强度好、工艺简单等优点，但是在性能和牢固性方面仍需进一步研究和改进。

2020年1期技术创新科技创新与应用Technology Innovation and Application平流层浮空器的现状和技术趋势秦利宇，戴秋敏（南京理工大学能源与动力工程学院，江苏南京210094）1介绍在上世纪90年代和本世纪初，在美国、日本和韩国启动了大型项目[1]、[3]，以探索平流层浮空器在电信和遥感方面的潜在应用。

平流层浮空器是高度20公里以上，位于平流层的飞行器，用于民用或军用通信网络或遥感。

这些飞行器可以是有人驾驶或无人驾驶的飞艇或气球。

平流层是大气层中的一层，平流层开始于对流层顶部--两极7公里和赤道18公里的高度，延伸至约50公里。

温度从对流层顶的恒定温度约-60毅C 开始，随着海拔升高而升高。

平流层浮空器飞行的高度范围约为20公里，其原因是在这个高度上风速较小，因此，平流层浮空器维持位置所需的功率较小。

2应用平流层浮空器的主要应用领域是民用和军用的电信及遥感。

在电信领域，平流层浮空器相对于地面中继塔的一些优点是覆盖面积更大，障碍物（建筑物、地面高程）造成的干扰更少，部署时间更短。

与卫星相比，平流层浮空器具有较低的传输延迟、便于返回维修，同时可进行有效载荷的重新配置[1]。

在遥感方面，与卫星（主要是低轨道卫星）相比，平流层浮空器具有一个重要的优势，即能够在一个区域内持续很长时间。

另一个优势是可以得到分辨率更高的图像，因为它们更接近覆盖区域。

3文献计量分析科学出版物的文献计量分析是支持新技术预测的重要工具[4]。

在本文中，利用文献计量来分析在平流层浮空器领域发表较多论文和取得较多科学进展的国家，并构建了分析曲线。

本文分析了以下文献数据库：Web of Science 和Google Scholar 。

搜索内容包括：题目、关键词和摘要，采用了以下搜索条件：“平流层浮空器”、“高空飞艇”、“平流层飞艇”、“平流层气球”、“高空平台”、“平流层平台”。

为了消除重复结果以及与本研究主题无关的结果，我们对每一篇文章摘要进行了分析。

样机由气囊、超压气囊、充气骨 架、副气囊、小气囊、太阳能电池板、氦气压缩机、风机、电 磁阀、压力传感器、太阳能辐射传感器、温度测量系统、电流/ 电压传感器和测控系统等组成。
气囊、超压气囊、充气骨架、副气囊和小气囊均选用 URETEK-3216LV型囊体材料。气囊直径为2000mm，长度为 6500mm；充气骨架直径为160mm，通过尼龙搭扣固定在气囊 内；超压气囊和副气囊布置在气囊内，直径均为1500mm，长度 为1300mm。小气囊布置在气囊外，通过软管与气囊连接，保证 小气囊与气囊连通。
引言
平流层飞艇是利用20千米高度附近风速较小而且相对稳定 等有利条件，携带任务载荷，依靠浮力升空，在特定区域实现 稳定长时间驻留、可控飞行的浮空飞行器。具有可定点飞行、 留空时间长、探测范围广、载荷能力强和费效比高等优点[1]。
平流层飞艇传统压力调节系统在驻空和回收过程中面临的 压力调节难、驻空高度不稳、夜晚能源紧缺、难以成形回收等 困难，因此提出了基于超压氦气囊和充气骨架构型的平流层飞 艇新型压力调节系统（下文简称新型压力调节系统）。本文基 于新型压力调节系统工作原理研制了一套地面模拟试验样机， 开展新型压力调节系统地面24小时原理试验研究，以验证新型 压力调节系统原理的可行性。
验初始压力分别是：充气骨架压力为32547 Pa，超压氦气囊压 力为13671 Pa，氦气囊压力为650 Pa，环境温度1℃。
试验终止时间为2月25日22时，终止时压力分别是：充气 骨架压力为4258 Pa，超压氦气囊压力为470 Pa，氦气囊压力为 251 Pa，环境温度为14℃。
3.2 副气囊调节气囊压力试验结果 2017年6月19日23时开展副气囊调节气囊压力试验，试验 初始压力分别是：充气骨架压力为32893 Pa，氦气囊压力为580 Pa，副气囊压力583Pa，试验环境温度为13.9℃。 第二天下午14时48分气囊无法保持饱和的外形，维护口盖 处出现低头，此时充气骨架压力为352 Pa，气囊压力为260 Pa， 副气囊压力为261 Pa。到晚上19时10分左右，气囊底部已经塌 下，无法保持外形。 3.3 试验结果分析 （1）由试验结果可知，超压气囊调节气囊压力实现了24 h 气囊压力的自动调节与控制，副气囊调节气囊压力试验实现了 约15h气囊压力的自动调节与控制； （2）由于气囊材料特性限制，软式气囊结构气密性存在 一定的局限性，地面样机试验中，超压气囊和充气骨架内的压 力均充至最大值； （3）通过地面样机试验表明，地面样机24小时原理试验 的最佳开始试验时间为一天中气温最低的时刻； （4）由试验结果可知，一天中温度升高的时间在早上8点 到中午12点之间，即温度升高的时间只有4小时，通过超压气囊 给气囊放气或通过风机给副气囊充气次数大于向超压气囊充气 或副气囊放气次数； （5）由试验测得的太阳辐射强度，对地面样机热力学动 态特性研究进行了试验验证，为热力学动态特性研究提供了数 据支撑。

（ 2） 高效太阳能电池与储能技术 平流层飞艇等低速临近空间飞行器通常以太 阳能电池为电源系统，但高空稀薄环境下，应尽可 能降低动力与能源系统等服务载荷的重量，且在 没有补给的长时间工作过程中，必须为有效载荷 以及服务载荷提供足够能源以维持飞艇的正常工 作。因此，先进的能源技术是浮空器能投入使用 的一个关 键 环 节［16］。 高 效 化 合 物 半 导 体 柔 性 薄 膜太阳能电池具有柔性和轻重量的特性，特别适 合作为浮空器平台的电源系统。柔性薄膜太阳能 电池的主要缺点是它们的转换效率比单晶硅小得 多，目前批量生产的太阳能薄膜电池的效率小于 10% 。而目前国际上柔性薄膜太阳能电池的比功 率已达到 640W / kg，能满足平流层飞艇的使用要 求。因此，柔性薄膜太阳电池是平流层飞艇平台 关键技术之一。 传统的太阳能 － 蓄电池能源体系已不能适应 平流层飞艇对能源系统的要求。随着国内外燃料 电池关键材料及其研制技术的进步，再生燃料电 池发电系统的研制有望解决这一难题。以水为储 能介质的再生燃料电池系统，与太阳能电池阵配 合使用，能实现重复使用及储能。所以，再生燃料 电池发电系统与太阳能电池配套，可构成可靠的 平流层飞艇供电系统。另外，先进的飞轮储能充 放电系统单位储能可达到 20 ～ 60W·h / kg，而镍 氢电池储能密度小于 10W·h / kg，采用飞轮蓄电 池可减轻飞行器能源舱的重量。 （ 3） 高性能高效率结构与材料技术 临近空间飞艇或浮空器靠其气囊内所充入的 氦气获得升力，从而克服其自身的重量达到在高 空定点飞行的目的。而氦气又具有较高的渗透 性，要长时间维持平台在高空定点停留，则氦气囊 材料气密性必须非常高。对主气囊材料，除气密 性要求外，还要承受所有的气动、结构载荷。囊体 材料的结构重量是整个飞艇平台重量的主要部 分，减小材料单位面积的重量是提高整个平台设 计水平的重要环节。另外，由于在高空环境长期 工作，对囊体材料还有抗紫外线、抗老化的要求，

平流层目录[隐藏]臭氧损耗物质组成运动特征人类应用平流层，亦称同温层平流层（stratosphere）平流层，亦称同温层(人们认识到同温层只是平流层的一部分,同温层这一名词逐渐减少了使用，几乎销声匿迹)，是地球大气层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温层置于低部。

它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。

在中纬度地区，平流层位于离地表10公里至50公里的高度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右。

平流层是夹于对流层与中间层之间。

平流层之所以与对流层相反，随高度上升是气温上升，是因为其顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。

故之在这一层，气温会因高度而上升。

平流层的顶部气温大概徘徊在270K左右，与地面气温差不多。

平流层顶部称为平流层顶，在此之上气温又会再以随高度而下降。

至于垂直气温分层方面，由于高温层置上而低温层置下，使到平流层较为稳定。

那是因为那里没有常规的对流活动及如此相连的气流。

此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。

至于平流层的底部，来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。

所以，极地的平流层会于较低高度出现，因为极地的地面气温相对较低。

在温带地区，商业客机一般会于离地表10公里的高空，即平流层的底部处巡航。

这是为了避开对流层因对流活动而产生的气流。

而在客机巡航阶段所遇上的气流，大多是因为在对流层发生了对流超越现象。

同样地，滑翔机一般会在上升暖气流上滑翔，这股气流从对流层上升到达平流层就会停止。

这样一来变相为世界各地的滑翔机设定了高度限制。

（纵然有些滑翔机会用上背风波来飞得更高，把滑翔机带到平流层之中。

）平流层是一个放射性、动力学及化学过程都会有强烈反应的区域。

因为其水平的气态成份混合比起垂直的混合都来得要快。

一个较为有趣的平流层环流特性是发生于热带地区的准双年震荡（QBO）。

这种现象由重力波引导，是由于对流层的对流而引至的。

平流层浮空器的现状和技术趋势摘要：想要使得未来的军事装备体系能够快速的发展，就需要快速的发展引进空间技术、通信、监视以及情报各种能力，通过充分的发挥浮空器具备的多种优良性能，使用先进的探测预警技术手段，能够在未来的军事布局战场当中发挥出主要的作用，而如今临近空间具备着越来越重要的战略作用，通过进一步的将临近空间应用于军事平台当中的研究，是如今的研究热点。

本文主要详细地介绍了在临近空间探测预警过程当中，应用了浮空器的具体作用，为有关人员提供借鉴。

关键词：浮空器；临近空间；探测预警；能力一、浮空器其在探测平台当中的具体优势将浮空器应用于临近空间平台当中，通过浮空器种所配备有监听器以及侦查，看传感器能够进一步的监测以及呈现出现场当中的实际情况，也能够通过在浮空器当中所安装的配件，进一步的搜集来自海陆空三方面当中的各项信息以及数据，从而获取一个原始数据，并且通过对这些数据进行分析，从而实时的、准确的提供一定的军事情报，也能够将浮空器和侦查卫星以及预警飞机集中起来，形成一个较为完备的侦查体系。

而浮空器作为低速的临近空间侦察以及监视系统当中，能够在特定的区域当中停留，使得浮空器能够长时间全天候的对该地区进行进行侦查，并且有着较为庞大的覆盖面积，在侦查过程当中也能够具备更高的分辨率，而将浮空器应用于高速临近空间侦查过程当中，也会因为其具备着较高的侦防能力，有点较为小的被拦截概率，从而能够更好的进行侦查等工作。

通过对采集的数据进行分析，能够进一步的掌握战场当中的形势变化，从而对于一些具有更高军事价值的目标进行引导，从而起到精确打击的作用。

而相比于天基以及空基平台。

临近空间平台具备着较为庞大的探测覆盖面积，而临近空间当中所使用到的预警探测器相比与预警飞机以及全球鹰等，可以看出虽然说在临近空间当中所剩下的探测器，具体的探测范围小于天基平台，但是却具备了更高的覆盖面积，能够在一定区域当中出现战争时，大区域的实现全覆盖，并且其运营时的分辨率也远远地高于天基平台。

中国特种飞行器研究所湖北荆门448000摘要：平流层飞艇凭借氦气浮力实现升空、航行、驻空、降落等飞行动作，其具有成型定点回收、驻空时间长、可重复使用、能源清洁等优点，可广泛应用于环境监测、区域通信、侦察监视、科学研究等领域。

能源循环系统是平流层飞艇长时间驻空的关键技术之一，也是平流层飞艇研制和设计过程中的重难点问题。

本文首先分析了平流层飞艇的工作模式，依据负载功率统计与能源平衡校核，重点研究了太阳能电池及蓄电池组选型的设计思路，并提出了一种能源循环系统的设计方案。

关键词：平流层飞艇；能源循环系统；太阳能电池；蓄电池组0 引言平流层飞艇是一种工作在平流层空间的浮空器，其具有成型定点回收、驻空时间长、可重复使用、能源清洁等优点[1]。

其对平流层的利用与开发有着深远的军事价值与民用价值。

能源循环系统是平流层飞艇的关键技术之一，本文对其工作模式进行研究，基于某平流层飞艇实际负载功率提出了一种能源循环系统设计方案。

根据负载特性匹配相应的蓄电池组容量及太阳能电池容量，结合仿真计算结果，对能源平衡进行校核，验证该方案的可行性，为后续平流层飞艇的能源循环系统提供一种设计依据。

1 能源循环系统工作模式能源循环系统为艇载设备及推进电机提供昼夜所需的能量，主要由太阳能电池阵、蓄电池组、MPPT[2]、能源管理模块等组成。

其工作模式主要分为以下几种：1、太阳能电池阵单独供电：当白天阳光充足时，太阳能电池阵给负载供电，同时给蓄电池组充电中。

2、联合供电：当阳光不充足，太阳能电池阵发电电能小于负载用电时，MPPT和锂电池一同输出给负载供电。

3、蓄电池组单独供电：当夜晚没有光照时，由蓄电池组单独给负载供电。

2 能源循环系统设计方案2.1 负载功率统计以某平流层飞艇为例，艇载负载分为270V负载和28V负载。

270V负载为推进电机和矢量转向电机；28V负载为任务设备和维持飞艇工作的各个设备。

选择3台2000W功率的电机，驻空阶段，白天风速较大，抗风平飞航行的功率约为5850W，夜间风速较小，间歇性航行的功率约为1100W；28V负载24h不间断工作，功率约为400W。

平流层飞艇无线通信系统【摘要】：飞81通信是近几年来岀现的一种通信方式，它利用一个漂浮于地球上空20 ~ 50公里的飞艇装教的通信平台，实现信息的传输或转发。

由于该通信系统具有适中的覆盖面枳、低廉的戒本、安全可靠等一系列独特的优点，已经引起了许多国家的注克和重视，应用前景十分诱人。

本文简单MiiT飞81的工作坏境和应用前景，较岸细地描述了该系筑的各组成册分、性能特性及要解决的关键问題。

【关览词】：飞81通信系貌关罐技术1、引言平流层是大气层中最平静的一段，不受天气影晌，也几平从不潮湿由干平流层有着隐定的气象条件和良好的电腕特性，数十年来人们一直在尝试利用平流层平台长期驻空进行观测和通信。

进入21世纪，協着相关技术的飞速发展，在世界上掀起了研究和开发平流层平台热潮。

平流层平台的定点位置一般设定在距地面20 km附近的平流层JKSL因为那里的全年平均风速较弱。

根幽所携带的不同有效载荷，平流层平台可以作为通信平台或观测基地从通信领域的角度来看，平流层平台具有传输距离短、传输时延小、发射功率小以及能量损耗少的优点，因而平台和信号传输系统部可以设廿得更加简单。

并目一个平渣层平台在20km定自高时它的地面有效覆盖面枳达到19000km2,完全可以实现小型通信终常为广大区域提供高速通信服务的目标。

而在地球观测领域，平流层平台由于距离地面较近，能够提侯比卫星观测更高的分辨率和不仅能进行地球坏境变化观测和气象数据探测，还可以通il对指定地区的连续ifflaii交通、灾害及坏境破坏监視，在洪水、火灾或地震等灾害来临时，构成广大区域的监视系统。

I®着科学枝术的不斷发展，在全球的宽带连接、地球遥感成像、空间观測、大气测量、全球资源监腔以员军事侦察等方面的需求将会数不脏数。

平流层平台广阔的应用前景越来 極引起世界的关注，美、日、员西欧各国已经投人了大量的人力物力对其进行可 行性研究论51以及试验。

700km2、系貌组成2.1气球气球是系筑中的工作主体。

平流层飞艇对大气海洋环境探测的应用本文主要根据平流层飞艇的特点，对利用平流层飞艇平台开展大气海洋环境探测的需求进行了分析，提出了几个方面的优势。

标签：飞艇;平流层;大气探测1 引言美国、欧洲、俄罗斯、日本、韩国等许多国家和地区都非常重视发展飞艇技术及其应用，飞艇不仅被用于广播通信、无线网络、运输、灾区救援等领域，而且在国防安全监测、情报信息收集、环境监测以及气象探测等诸多方面都有应用。

其中美国和日本在气象飞艇方面的技术水平较为先进，美国研发了专门用于监视海岸线的飞艇，美国普渡大学正在进行用于气象环境监测和国土安全监视的飞艇技术研究。

日本国家空间实验室从2003年开始，开展了用于气象环境监测的高空飞艇技术研究。

2 平流层飞艇的特点平流层飞艇处于大气平流层环境，具有以下使用特点。

（l）滞空时间长平流层飞艇只要结构和材料强度允许，可以在高空停留几年甚至更长的时间。

这是因为飞艇的有效载荷主要靠空气静升力作为升力源，飞艇的移动或巡航飞行则靠取之不尽的太阳能作为动力源，另外，驱动平流层飞艇的动力系统所用能源，还可以是能再生的氢氧燃料电池作为辅助能源。

（2）研制使用成本低平流层飞艇直接靠其巨大的艇囊静升力和辅助动力升空，不需要像卫星升空那样采用昂贵的火箭发射，其升空后的高空飞行，白天主要靠设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。

与无人飞机和卫星相比，平流层飞艇在技术上更容易实现且成本相对低廉。

因此，平流层飞艇研发生产周期短、研制和使用成本都比较低。

（3）有效载荷限制少平流层飞艇升降和飞行比较平稳，有效载荷的携带能力强。

一般长度在150m以上的大型平流层飞艇可以携带上吨重的载荷。

（4）战场适应能力强平流层飞艇重量轻、结构疏松、多采用无金属骨架的软体结构、非常小的动力需求，使其外部信号特征，特别是雷达发射截面和红外辐射强度很低，增强了隐蔽性，易于躲避敌方侦察。

平流层飞艇具备垂直起降功能，不需要固定的机场和跑道，只需要简单的开阔地即可，适于部署在地形复杂的山岭和海岛地区。