飛艇是人類最早的實(shí)用航空器，作為一種基于靜升力的可操縱飛行器，飛艇有著動(dòng)升力飛行器所不具備的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。人類研制運(yùn)行高度指向臨近空間的平流層飛艇已有近50年的歷史，臨近空間目前的共識(shí)是指對(duì)地高度在20余千米以上、100千米以下的空域范圍。各國(guó)競(jìng)相研制平流層飛艇的目的是顯而易見(jiàn)的：誰(shuí)率先擁有能在平流層長(zhǎng)期定點(diǎn)駐空或巡航飛行的戰(zhàn)略平臺(tái)，誰(shuí)就開(kāi)創(chuàng)了人類在臨近空間活動(dòng)的新紀(jì)元，空天一體化愿景也就有了實(shí)現(xiàn)的可能。平流層飛艇無(wú)疑具有極其重大的政治和軍事意義，以及潛在的巨大商業(yè)利益。從常理來(lái)看，借助如今人類所掌握的航空航天技術(shù)和工業(yè)能力，制造現(xiàn)代飛艇的難度應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)低于100多年前飛艇壟斷天空的那個(gè)時(shí)代。然而，盡管近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)人們先后提出了許多平流層飛艇方案，也著手開(kāi)展過(guò)無(wú)數(shù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，但時(shí)至今日，人類仍然無(wú)法創(chuàng)造出有實(shí)用價(jià)值的平流層飛艇。原因何在？本文簡(jiǎn)述一位中國(guó)科學(xué)家創(chuàng)造的變體空天飛艇，并列出幾類有代表性的各國(guó)平流層飛艇方案，以資比較以饗讀者。

中國(guó)創(chuàng)造的變體空天飛艇

人類致力于平流層飛艇探索研究，大約是從上世紀(jì)70年代初期開(kāi)始的。人們對(duì)平流層飛艇的期望其實(shí)并不高：能夠在地面、對(duì)流層到20千米以上的平流層高度范圍實(shí)施有效操縱升降、定點(diǎn)懸浮或巡航飛行；能攜帶一定重量的載荷在平流層長(zhǎng)航時(shí)執(zhí)行任務(wù)；能夠有效操縱返回到地面指定位置，這就算達(dá)到平流層飛艇的目的了。這樣的期望，當(dāng)然就使人們不約而同地聯(lián)想起現(xiàn)有的軟式飛艇：既然早期的飛艇都能輕而易舉往返地面至數(shù)千米的高空，那么只需把他們的體積加大到足以對(duì)付平流層稀薄空氣的程度，研發(fā)出高阻氣和具備高抗壓能力的新型囊體材料，再配以先進(jìn)的動(dòng)力、控制與工程方法和工藝技術(shù)，平流層飛艇應(yīng)當(dāng)不難實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)人們將設(shè)想付諸行動(dòng)之后才發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題并非那么簡(jiǎn)單。

時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼就到了1992年，從這個(gè)時(shí)期開(kāi)始，各國(guó)平流層飛艇研究熱潮相繼降溫。曾經(jīng)引起人們廣泛關(guān)注的各國(guó)平流層飛艇項(xiàng)目，大多中途而廢了。原因在于當(dāng)人們滿懷激情和信心并付出20多年的努力之后，卻發(fā)現(xiàn)平流層飛艇仍然只是愿景而遙不可及。悲觀失望的情緒籠罩在人們心頭，各種懷疑、責(zé)難也在業(yè)界彌漫開(kāi)來(lái)。

1992年夏季，時(shí)為北京航空航天大學(xué)飛機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)博士研究生的李曉陽(yáng)，前往日本橫濱一家飛艇公司作短期研修，這是當(dāng)時(shí)整個(gè)亞洲唯一擁有大型齊伯林飛艇的機(jī)構(gòu)，用飛艇來(lái)做空中廣告和載客觀光。李曉陽(yáng)認(rèn)為，人類在平流層飛艇領(lǐng)域遲遲不能如愿，不應(yīng)簡(jiǎn)單歸結(jié)為現(xiàn)有航空航天科技水平和工業(yè)能力不足，問(wèn)題可能出在某個(gè)被忽略了的關(guān)鍵點(diǎn)上。他此行的目的，就是要零距離接觸當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的現(xiàn)代軟式飛艇，以期能找到平流層飛艇研制裹足不前的原因。

此后的幾年中，李曉陽(yáng)還實(shí)地考察了多個(gè)國(guó)家的平流層實(shí)驗(yàn)樣艇。他倒不是想學(xué)別人怎么做，而是要研究為什么大家都做不成，　這當(dāng)中究竟隱藏著什么尚不為人知的奧秘。

從平流層飛艇的各種方案中，李曉陽(yáng)找到了它們的共同點(diǎn)。這些看似有別、各有特色的平流層飛艇，它們調(diào)節(jié)囊體壓力的基本方法，卻都采用了140年前法國(guó)人查理和羅伯特兄弟的發(fā)明，簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是軟式飛艇普遍采用的主囊+副囊結(jié)構(gòu)。借助動(dòng)升力上升時(shí)，利用主囊的承壓能力來(lái)防止內(nèi)壓擴(kuò)張，同時(shí)“擠”出副囊中的空氣；向副囊鼓入空氣以重新獲得下沉力時(shí)，亦需利用主囊的承壓能力來(lái)束縛囊中增大的內(nèi)壓，防止囊體爆裂和維持囊體形狀。由此可見(jiàn)，軟式飛艇在垂直方向運(yùn)動(dòng)的高度范圍，受制于“主囊容積”和“囊體承壓能力”這兩個(gè)主要條件。李曉陽(yáng)發(fā)現(xiàn)，正是這兩個(gè)無(wú)法平衡的矛盾，阻礙了平流層飛艇的發(fā)展進(jìn)程。

軟式平流層飛艇的主囊容積相對(duì)不變，要使之能夠浮升到平流層高度，飛艇除了要有巨大的體積外，還要求升空前飛艇主囊中的輕質(zhì)氣體量與副囊空氣量達(dá)到一定的比值，否則飛艇因不能獲得凈靜升力而升不起來(lái)。而輕質(zhì)氣體量多了則副囊中的空氣量必須相應(yīng)減少，這又使得其理論壓力高度（升限）降低。這種結(jié)構(gòu)性的矛盾，成為軟式平流層飛艇無(wú)法突破的技術(shù)瓶頸。

可以設(shè)想：假如采用現(xiàn)有軟式飛艇原理和構(gòu)造來(lái)制造一艘飛艇，并且已經(jīng)有能力把艇體容積做得足夠大，飛艇能輕易越過(guò)氣流多變的對(duì)流層和風(fēng)速較大的激流層，上升到數(shù)十千米高的平流層去展開(kāi)作業(yè)。同時(shí)，人們也有足夠的技術(shù)條件來(lái)應(yīng)對(duì)飛艇在平流層環(huán)境中面臨的種種復(fù)雜問(wèn)題。那么在完成任務(wù)后，有什么辦法能把這艘巨大飛艇可靠地操縱下降返航，準(zhǔn)確回到基地或者其他指定的著陸場(chǎng)站，而不是無(wú)能為力地任其隨著經(jīng)、緯向氣流，不受控地飄降到某個(gè)無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的著陸點(diǎn)？

“在釋放出主囊體中部分輕質(zhì)氣體的同時(shí)向副囊鼓入空氣”，或者干脆“利用主囊體的承壓余度向副囊鼓入空氣”，這樣使飛艇獲得初始下沉力的方案似乎可行。然而深入研究下去就會(huì)發(fā)現(xiàn)，即使不考慮是否有能力制造承壓能力極強(qiáng)的軟式飛艇囊體材料，也不考慮加強(qiáng)材料后所增加的囊體重量，在飛艇獲得初始下沉力后的下降過(guò)程中，如何有效解決飛艇囊體所承受的、不斷增大的壓力問(wèn)題，則是一定不能回避的。因?yàn)檐浭斤w艇的囊體需要始終保持其外形，否則就會(huì)喪失可操縱性。飛艇從數(shù)十千米的平流層返回到地面，大氣壓強(qiáng)增大了數(shù)十倍，飛艇從開(kāi)始下降就需要持續(xù)對(duì)抗大氣壓強(qiáng)，對(duì)抗力還得不斷增大才行。換言之，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律，飛艇從數(shù)十千米的平流層下降回到地面，大氣壓力對(duì)飛艇做了多少功，飛艇就必須對(duì)抗大氣壓強(qiáng)付出相同的功，才能維持其囊體外形以保持可操縱性。

理論上，能攜帶任務(wù)載荷在數(shù)十千米高度長(zhǎng)航時(shí)作業(yè)的實(shí)用軟式平流層飛艇，其體積至少也得有數(shù)萬(wàn)立方米。因此，當(dāng)它從數(shù)十千米的平流層下降返航時(shí)，需要把近百萬(wàn)立方米密度逐漸由小到大的空氣，先是鼓入進(jìn)而壓縮到其數(shù)萬(wàn)立方米的艇囊中，如此才有可能以對(duì)等的內(nèi)壓來(lái)持續(xù)對(duì)抗囊外大氣壓強(qiáng)，以免飛艇囊體變形而失去可操縱性。在人類現(xiàn)有技術(shù)條件下，任何基于阿基米德浮力定律的浮空器，顯然都無(wú)法承擔(dān)功耗如此巨大的作功系統(tǒng)。

人們還記得那個(gè)著名的“馬德堡半球”實(shí)驗(yàn)。據(jù)史冊(cè)記載，1654年5月8日，在神圣羅馬帝國(guó)時(shí)期的雷根斯堡，奧托·馮·居里克向羅馬皇帝斐迪南三世演示了大氣壓強(qiáng)巨大威力的半球?qū)嶒?yàn)。他先將兩個(gè)沉重的銅制半球小心翼翼地對(duì)接在一起，不用任何粘合劑的輔助將它們密合成一個(gè)圓球，并用自制的真空泵將球內(nèi)的空氣抽掉。隨后，奧托·馮·居里克驅(qū)使兩隊(duì)各15匹壯馬，從兩側(cè)以相反的方向試圖拉開(kāi)這兩個(gè)半球。然而無(wú)論這些馬匹如何竭盡全力，始終都無(wú)法將這兩個(gè)半球拉開(kāi)，兩個(gè)半球最終還得通過(guò)解除真空狀態(tài)才得以分離。此后幾年中，居里克還多次在馬德堡等地重復(fù)演示了該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果都相同。

從這個(gè)300多年前的物理學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中李曉陽(yáng)得到啟發(fā)：人類對(duì)抗大自然的能力終有限度，深入了解并適應(yīng)而非總是試圖對(duì)抗大自然規(guī)律，是人類掌握和利用大自然的不二法則。此外，過(guò)多依賴和迷信數(shù)理邏輯計(jì)算也可能會(huì)誤入歧途，因?yàn)樵S多在數(shù)學(xué)計(jì)算上能夠成立的技術(shù)理論，在物理事實(shí)中卻是違反自然規(guī)律而不可行的，這樣的事例并不鮮見(jiàn)。

過(guò)往各類平流層飛艇方案難以化解或繞開(kāi)的結(jié)構(gòu)矛盾，大多是因?yàn)樾枰獙?duì)抗但又無(wú)法對(duì)抗大氣壓力而引發(fā)。因此，　李曉陽(yáng)認(rèn)為在現(xiàn)階段科技能力條件下，巧妙利用而不是對(duì)抗大氣壓力，才是能否真正實(shí)現(xiàn)平流層飛艇的關(guān)鍵所在。

通過(guò)大量的基礎(chǔ)理論研究和相關(guān)技術(shù)實(shí)驗(yàn)，一種全新的平流層飛艇創(chuàng)造思路在李曉陽(yáng)的腦海中形成了。2000年，李曉陽(yáng)提出了變體式空天飛艇的創(chuàng)新科學(xué)理論及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)；　2005年，中國(guó)專利局和美國(guó)專利局先后授予李曉陽(yáng)變體式空天飛艇（Transformable　Airship）發(fā)明專利權(quán)。

變體飛艇從根本上改變了人類現(xiàn)有各類飛艇的設(shè)計(jì)思想和工程方法，其原理簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是：通過(guò)在現(xiàn)有科技條件下可行的技術(shù)方法，使飛艇能夠?qū)崿F(xiàn)自適或可控的數(shù)十倍容積變化，改變其靜升力而改變其在垂直向的運(yùn)動(dòng)；變體過(guò)程中能保持可操縱性和動(dòng)升力，從而實(shí)現(xiàn)從地面到臨近空間的三維全向可控飛行或定點(diǎn)懸浮，并能操縱返回地面指定點(diǎn)，以便維修養(yǎng)護(hù)和重復(fù)使用。變體式空天飛艇可分為徑向變體和縱向變體兩大類型，分別針對(duì)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用范圍。變體式空天飛艇科學(xué)理論、技術(shù)方法和研制進(jìn)展等，一些公開(kāi)文獻(xiàn)已有相關(guān)記載，本文不再贅述。

變體空天飛艇巧妙地利用了大氣壓強(qiáng)這個(gè)取之不盡的能源，在對(duì)流層和臨近空間都能輕松升降、在各高度定點(diǎn)懸浮駐空和巡航飛行，并能有效操縱返回地面指定位置。記者曾就“平流層飛艇為什么一定要能有效操縱返回地面指定位置”這個(gè)問(wèn)題，咨詢李曉陽(yáng)博士，李博士這樣回答了我的疑問(wèn)：平流層飛艇的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程都必須能夠有效和可靠地進(jìn)行操縱，包括途經(jīng)對(duì)流層往返平流層，和在平流層長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)懸浮或按預(yù)設(shè)航線巡航飛行作業(yè)，并能根據(jù)需要隨時(shí)操縱返回基地，缺乏這些最基本條件的“平流層飛艇”也就缺乏實(shí)用意義。

此外，任何一種航空航天器都有其安全使用周期和壽命，不僅需要定期或不定期返回地面維修養(yǎng)護(hù)，壽命結(jié)束后也必須返回地面銷毀。發(fā)展航空航天技術(shù)的目的，主要還是為居住在地球上的人類服務(wù)，但我們不能僅僅考慮如何發(fā)展和應(yīng)用航空航天技術(shù)而不重視其中的隱患。例如，自蘇聯(lián)發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星“斯普特尼克”1號(hào)以來(lái)，世界各國(guó)先后向太空發(fā)射了大約4000多顆衛(wèi)星，當(dāng)中許多衛(wèi)星如今已經(jīng)成為了太空垃圾，是懸在人類頭上的“達(dá)摩克利斯之劍”。雖然這些太空垃圾中的大部分都在掉回地面的過(guò)程中燃燒殆盡，或掉入沒(méi)有人煙的大海，但由于這些太空垃圾墜回地面的過(guò)程是不可控的，因此完全有可能給人類帶來(lái)難以預(yù)測(cè)的災(zāi)難。面對(duì)太空垃圾這一嚴(yán)峻問(wèn)題，人類至今仍然束手無(wú)策。所以，我們?cè)诎l(fā)展新技術(shù)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)高度重視前車之鑒，不要又給自己埋下災(zāi)難伏筆。

有代表性的各類平流層飛艇

1、美國(guó)HALE-D平流層飛艇

2011年7月27日，美國(guó)軍方和洛克希德·馬丁公司在俄亥俄州實(shí)施了HALE-D平流層驗(yàn)證艇的首航試飛，這是處于平流層飛艇研究領(lǐng)域世界領(lǐng)先地位的美國(guó)所進(jìn)行的最新實(shí)驗(yàn)。HALE-D平流層驗(yàn)證艇采用典型的軟式飛艇原理，其設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)是：直徑約21米，體積約1.8萬(wàn)立方米，攜帶約22千克的攝像機(jī)和通信轉(zhuǎn)發(fā)器，可到達(dá)18～21千米的平流層高度并停留10～14天。

這艘耗資巨大的平流層驗(yàn)證艇試飛結(jié)果是：當(dāng)HALE-D平流層驗(yàn)證艇升高到約9.7千米的高度時(shí)，它的囊體就超過(guò)了承壓極限而破裂，于是飛艇失浮下沉。由于其僅有10KW功率的小電動(dòng)螺旋槳難以驅(qū)動(dòng)體積龐大、因失壓而變形的艇體，故該艇連飄帶降隨風(fēng)位移了100多公里后墜落到賓夕法尼亞州的森林里，未能達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

HALE-D驗(yàn)證艇1.8萬(wàn)立方米的體積顯然很巨大了，但它仍只是美國(guó)“HAA高空飛艇”項(xiàng)目的縮比小艇而已。事實(shí)上，HAA高空飛艇項(xiàng)目在幾年前就已經(jīng)被終止了，終止原因是專家和用戶們有足夠的理由懷疑“該飛艇是否實(shí)用？”和“平流層飛艇的關(guān)鍵技術(shù)能否突破？”。

2、日本“同溫層平臺(tái)”平流層飛艇

日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)等機(jī)構(gòu)投入巨資聯(lián)合開(kāi)發(fā)的“同溫層平臺(tái)”平流層飛艇，2003年8月實(shí)施了一次檢驗(yàn)升空高度極限的試驗(yàn)。該飛艇的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)是：艇長(zhǎng)約47米，直徑約12　米，體積3566立方米，起飛重量約500　千克，設(shè)計(jì)升限16千米。

“同溫層平臺(tái)”平流層飛艇采用類似施放高空氣球的方法，利用凈靜浮力自由飄浮升空。據(jù)報(bào)該艇上升30分鐘后曾到達(dá)16.4千米高空，　其囊體在此高度因超過(guò)了承壓極限而破裂。和高空氣球傘降回收的情形一樣，　該艇自由墜落下沉的過(guò)程是不可控的，　隨風(fēng)飄降到海濱小城日立市附近海域低空，傘降到海面打撈回收。

從實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和結(jié)果來(lái)看，日本“同溫層平臺(tái)”平流層飛艇實(shí)質(zhì)上仍只是一種外觀呈飛艇狀的高空氣球，沒(méi)有動(dòng)力而不可操縱，只能隨風(fēng)飄蕩，更不能操縱下降返回地面指定位置。因此，該浮空器顯然與人們?cè)妇爸械钠搅鲗语w艇相去太遠(yuǎn)。

3、螺旋槳?jiǎng)恿ζ搅鲗与p氣球飛艇

2011年10月，美國(guó)JP航宇公司在內(nèi)華達(dá)州施放了一個(gè)懸掛著電動(dòng)螺旋槳的氣球組，這個(gè)名為坦德姆（Tandem）的雙氣球飛艇能夠浮升到約3萬(wàn)米的高空。

坦德姆雙氣球飛艇構(gòu)造是將兩個(gè)普通高空氣球分別固定在碳纖吊架的兩端，利用兩個(gè)安裝在碳纖吊架上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)的環(huán)境中，螺旋槳可以帶動(dòng)兩個(gè)氣球沿水平向緩慢位移或左右旋轉(zhuǎn)。當(dāng)雙氣球飛艇浮升到其氣球承壓能力極限的高度時(shí)，一個(gè)氣球自行爆炸泄氣，另一個(gè)氣球則人工遙控放氣。地面人員借助艇上的5個(gè)降落傘，把雙氣球飛艇的儀器設(shè)備傘降回到地面。然后，根據(jù)儀器設(shè)備接地后信標(biāo)發(fā)出的位置信號(hào)，將它們尋回。

高空氣球是輕于空氣浮空器的一種，它們一般都能浮升到數(shù)萬(wàn)米以上的臨近空間中下層。氣球與飛艇的區(qū)別，主要在于飛艇可以操縱而氣球難于操縱。這是因?yàn)殡m然氣球、飛艇兩者的體積都較為龐大，但飛艇艇囊流線形的減阻設(shè)計(jì)使它的迎風(fēng)阻力顯著降低，而且飛艇艇囊還具備一定的動(dòng)升力，這就使得飛艇能夠借助驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施飛行控制。相比之下，球形物體的阻力系數(shù)相對(duì)很大，而球體微小的動(dòng)升力也幾乎可以忽略不計(jì)。因此，即使給氣球配上驅(qū)動(dòng)裝置，其效率也會(huì)很低，在風(fēng)速較大或流速多變的環(huán)境中幾乎無(wú)法操縱。

4、升浮一體混合飛艇

100多年前，人們就提出過(guò)各種利用機(jī)翼來(lái)增加飛艇升力的“升浮一體混合飛艇”方案，例如建于1903年的Santos-Dumont飛艇，就是采用了這種結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)的飛艇重于空氣，理論上，其所配置的機(jī)翼或其他升力裝置能夠幫助飛艇獲得額外的升力，因此可以看作是飛機(jī)和飛艇的結(jié)合體。

歷史上諸多類似實(shí)驗(yàn)表明，升浮一體混合飛艇工作效率很低，集中了飛艇和飛機(jī)的缺點(diǎn)而損失了兩者的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椋褐赜诳諝獾纳∫惑w混合飛艇必須依靠于引擎的動(dòng)力才能保持在空中的升力，起飛和降落都需要相對(duì)較快的速度。由于飛艇的功耗與其相對(duì)空氣速度的三次方成正比，高速飛行正是飛艇的弱項(xiàng)；飛機(jī)的升力則與速度的平方成正比，低速飛行時(shí)機(jī)翼將不能提供足夠的升力。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)就是飛艇要慢而飛機(jī)要快，才能發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，升浮一體混合飛艇顯然無(wú)法解決這個(gè)致命的矛盾。

充滿大量氣體的艇體不能像飛機(jī)那樣方便和易于操作，升浮一體混合飛艇也不可能像飛機(jī)那樣在跑道上高速滑行起飛。此外，如何解決柔弱的艇體在高速著陸時(shí)需應(yīng)對(duì)的巨大撞擊力問(wèn)題也不容易，對(duì)付著陸撞擊力的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)給飛艇帶來(lái)的重量，是飛艇無(wú)法承受的。

升浮一體混合飛艇的機(jī)翼不能做得很大，故其產(chǎn)生的升力會(huì)比較集中，因此升浮一體混合飛艇必須具備更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)來(lái)支撐這個(gè)力。由此而增加的構(gòu)架、燃料、發(fā)動(dòng)機(jī)及相關(guān)操作裝置等的重量，將會(huì)超過(guò)由機(jī)翼產(chǎn)生的升力。

顯而易見(jiàn)，升浮一體混合飛艇方案并不適用于平流層飛艇。

5、變軸長(zhǎng)可折疊飛艇

2006年10月27日，美國(guó)一個(gè)民間航空愛(ài)好者團(tuán)體首次試飛了他們創(chuàng)造的“變軸長(zhǎng)可折疊飛艇”，該飛艇有兩個(gè)特征：一是采用了雨傘狀可折疊的艇囊結(jié)構(gòu)，二是利用“給定表面積的幾何體中，球形容積最大”這一數(shù)學(xué)原理，通過(guò)拉長(zhǎng)或縮短艇囊的“變軸長(zhǎng)”方法來(lái)改變艇囊容積，以期能夠增加或減少飛艇浮力，使它上升到平流層的高度。

該艇是熱氣飛艇，艇載液化石油氣燃燒產(chǎn)生的熱氣從艇體下部的開(kāi)口進(jìn)入艇囊，加熱囊內(nèi)空氣，使囊內(nèi)空氣密度低于艇囊外部空氣而獲得浮力升空，基本原理與人們常見(jiàn)的熱氣球類似。該飛艇長(zhǎng)31米，最大直徑21米，最大重量1860千克，巡航速度16千米/小時(shí)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳推進(jìn)，巡航時(shí)的艇囊容積為5805立方米。不飛行時(shí)，其艇囊可以折小到42立方米。

該飛艇艇囊結(jié)構(gòu)由三部分構(gòu)成：織物蒙皮；鑲?cè)肟椢锢锏娜嵝怨抢撸回灤┩w中心軸的張力線。艇囊的關(guān)鍵技巧是一個(gè)典型的“張拉結(jié)構(gòu)”，在艇囊里的骨肋處于壓縮下，織物蒙皮和張力線處于相反的張力下。張力結(jié)構(gòu)的原理廣泛應(yīng)用了一個(gè)多世紀(jì)，最普遍的例子就是人們?nèi)粘Ｉ钪兴玫恼郫B傘。

將表面積一定的球體拉長(zhǎng)或縮短，其容積最多只能有約2.5倍的變化，而地面與數(shù)萬(wàn)米高度的平流層卻有數(shù)十倍的空氣密度差，因此將該艇折疊傘式的“張拉結(jié)構(gòu)”用于平流層飛艇并沒(méi)有明顯增益，其“變軸長(zhǎng)”的折疊結(jié)構(gòu)給飛艇增加的重量，將會(huì)抵消熱氣飛艇容積增大所獲得的浮力。

6、可折疊/展開(kāi)平流層飛艇

可折疊/展開(kāi)平流層飛艇方案由美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)提出，稱為HARVe飛艇。HARVe飛艇的研究目標(biāo)，是探索低成本平流層飛艇的科學(xué)理論和技術(shù)方法。該飛艇要求能夠折疊放入巡航導(dǎo)彈中，巡航導(dǎo)彈則由潛艇承載并從海下發(fā)射升上18.3-30.5千米高度的平流層。到預(yù)定高度后，導(dǎo)彈解體釋放出HARVe飛艇執(zhí)行預(yù)定任務(wù)。

該飛艇的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為HARVe具有極大的潛在軍事應(yīng)用價(jià)值，是保衛(wèi)國(guó)土安全和滿足國(guó)土全地域無(wú)縫隙偵察的理想平臺(tái)。方案中的HARVe飛艇是一次性的，不能操縱返回地面故不能重復(fù)使用。在平流層巡航約30天后，　HARVe飛艇會(huì)自行解體或用其他方法將其摧毀。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，如果計(jì)入導(dǎo)彈、潛艇承載與發(fā)射等的費(fèi)用，HARVe飛艇的總體運(yùn)行成本其實(shí)并不低。

2005年7月，約翰·霍普金斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)曾制造了一艘艇長(zhǎng)為5.18米的常規(guī)軟式飛艇模型，來(lái)作為HARVe飛艇的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

無(wú)論上述這些形形色色的平流層飛艇結(jié)局如何，人們開(kāi)拓臨近空間航空新紀(jì)元的不懈努力，都是令人欽佩的。平流層飛艇無(wú)疑具有如同萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)那樣的開(kāi)創(chuàng)性，在科學(xué)理論創(chuàng)新、不同大氣環(huán)境中運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)構(gòu)造的特殊要求、工程材料綜合運(yùn)用與工藝技術(shù)、極端大氣環(huán)境對(duì)飛行器影響的對(duì)策與解決方案、飛控方法和操縱技術(shù)等諸多方面，都面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn)。如果平流層飛艇能夠?qū)崿F(xiàn)，將是人類科技探索前所未有的重大突破。

誰(shuí)將是臨近空間的拓荒者？我們不妨拭目以待。