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中國版浮空器：穹頂之上有“天眼”

曹煦

“浮空器”因為擁有來自高空的獨特視角，且長期停留在空中作業(yè)，節(jié)省了大量分散的監(jiān)控工作。鑒于其卓越性能和突出特點，它獲得了諸多響亮的贊譽(yù)：“天眼”、“世博哨兵”、“空中大白鯊”、“安全衛(wèi)士”……

白手起家，中國版浮空器15年出爐

白色氣球有個專業(yè)名稱叫“浮空器”，是一種密度輕于空氣、依靠大氣浮力升空的飛行器。氣球通過電纜與地面車輛連接。氣球上可以搭載視頻監(jiān)控設(shè)備，全方位監(jiān)測地面情況，擔(dān)負(fù)“空中警戒線”職能；此外也能搭載環(huán)境、交通、氣象等各類監(jiān)測設(shè)施。

在曾經(jīng)風(fēng)靡一時的電子游戲《紅色警戒》中，基于浮空平臺想象出的蘇聯(lián)部隊“基洛夫”飛艇是玩家們心中的經(jīng)典武器。而現(xiàn)實中這種想象也并非空中樓閣，如在一次世界大戰(zhàn)中，德國研制的齊柏林飛艇就曾經(jīng)大顯身手。后來由于科技的不斷進(jìn)步，飛艇逐步退出了空軍序列，但浮空類平臺沒有淡出歷史舞臺，它在預(yù)警、偵察、安保等軍用和民用領(lǐng)域的作用仍然很大。

現(xiàn)代浮空器作為一種通用平臺，可搭載多種設(shè)備，用途十分廣泛。目前，國外只有美國、俄羅斯掌握該項技術(shù)。

中國版浮空器，是我國自主研制的一種新型空中平臺，也是軍民技術(shù)轉(zhuǎn)化的成果之一。

曾幾何時，讓中國制造的浮空器升空，是中國電科浮空技術(shù)團(tuán)隊的夢想。

據(jù)介紹，2000年左右，中國電科依托第38研究所成立了浮空平臺研發(fā)中心，開始立項研發(fā)浮空器項目，這也是全國唯一一家綜合性專業(yè)浮空技術(shù)孵化機(jī)構(gòu)。“作為尖端技術(shù)，國外也不會把技術(shù)輸入中國，可以說是白手起家搞研究?！敝袊娍聘】掌脚_研究中心副主任劉傳超說。

除了浮空器本身，浮空器配套設(shè)施也是必須攻克的難關(guān)。15年來，科研團(tuán)隊已研制出浮空器海量零部件?！吧衿鏆馇颉闭嬲蔀橥辽灵L、名副其實的“中國制造”。

劉傳超表示，中國版浮空平臺的問世和應(yīng)用，標(biāo)志著我國已全面掌握浮空器的構(gòu)造、材料、控制、信息獲取和通信方法等技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)球載高清監(jiān)控領(lǐng)域的空白?！翱吹礁】掌魃眨覀兏械教院懒?，這個技術(shù)除了美國、俄羅斯外，全世界只有中國有。”劉傳超說。

“神奇氣球”神在何處

從中國電科了解到，以前在大型活動現(xiàn)場，通常依靠直升機(jī)或飛艇進(jìn)行全天候值勤，但直升機(jī)留空時間短、噪聲大、燃料消耗量大，而飛艇抗風(fēng)能力不強(qiáng)。

浮空器的出現(xiàn)，改變了這一局面。它不帶動力，完全依靠浮力升空；它可以根據(jù)安保任務(wù)的不同，根據(jù)監(jiān)控區(qū)域的大小，定制不同大?。凰蟹览纂姷碾娎|來當(dāng)“臍帶”，可在百米高空連飄5~10個晝夜“紋絲不動”，甚至能抵抗10級臺風(fēng)和雷暴天氣；型號更大的甚至可以連續(xù)留空30天以上。

據(jù)中國電科浮空首席科學(xué)家徐忠新介紹，浮空器與直升機(jī)、無人機(jī)等其他飛行器相比，具有駐空時間長、定點懸停、垂直起降方便、使用成本低、無污染、低噪聲、耗能少等優(yōu)點。

徐忠新詳細(xì)解釋說，“神奇氣球”的研制有三處最神奇：不一般的球皮，不一般的氣體，不一般的纜繩。

所謂不一般的球皮，是一種多層復(fù)合囊體材料，它由特殊的高分子復(fù)合材料做成，包含承力織物層、耐候?qū)?、阻氣層、粘接層等，該球皮材料不僅質(zhì)量輕，而且強(qiáng)度高，不易變形，并且有很好的柔韌性和氣密性，一塊巴掌大的小小球皮，即使是兩個強(qiáng)壯的男士也很難將其撕破。氣球的外形是流線型，經(jīng)過仿真計算和試驗驗證，保證了氣球具有良好的氣動穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，從而確保氣球長時間留空的安全。

不一般的氣體，則是指充在浮空器中的氦氣。和很多民用氣球不同的是，“神奇氣球”內(nèi)部充入的是氦氣，而不是氫氣，這種氣體和氫氣一樣，在質(zhì)量上都非常輕，但氦氣是惰性氣體，不會像氫氣那樣易燃易爆，即使用火去點也點不著，并且可以回收循環(huán)使用，具備了綠色環(huán)保的特點?！吧衿鏆馇颉钡氖褂靡膊幌耧w機(jī)要求的條件那樣苛刻，它的升空和下降不需要專門的跑道，只需有籃球場大小的空曠場地即可開展工作，場地適應(yīng)能力非常強(qiáng)。

不一般的纜繩，則是指多功能系留纜繩。它可是一個高科技產(chǎn)物，由輕質(zhì)高強(qiáng)度的先進(jìn)材料制成，每米重量僅有120克，不到一個雞蛋重量，卻包含了高壓輸電、信號傳輸和泄雷功能，除了能讓氣球長時間固定在高空不隨意晃動和飄走之外，還能為空中的氣球輸送源源不斷的電力，并能將氣球上掛載設(shè)備監(jiān)控到的視頻信號和探測數(shù)據(jù)實時傳回地面指控中心，在雷電天氣條件下，還具備防雷電功能。

氣球本身很神奇，它搭載的裝備同樣不一般。徐忠新表示，背負(fù)高倍高清攝像機(jī)的浮空器能實現(xiàn)對方圓10~100公里的區(qū)域定點全景掃描。這使它有了一個更具威力的名字——“天眼”。地上哪怕只有火柴盒大小的物體，“天眼”都能“看”得清清楚楚；一旦發(fā)現(xiàn)異常，還能針對某一區(qū)域?qū)ｉT放大監(jiān)測，并實時將拍攝到的各類圖像通過光纖、微波傳到地面指揮控制車，同時將各類圖像信息反饋到政府應(yīng)急指揮室、應(yīng)急聯(lián)動中心、總控中心、民防指揮中心等單位，便于應(yīng)急決策。

在公共安全領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景

中國版浮空器的用途很廣，因為氣球腹部有個半球形整流罩，里面可以搭載不同的設(shè)備，包括預(yù)警雷達(dá)、電子對抗、電子干擾、視頻監(jiān)控、霧霾探測、中繼通信和成像設(shè)備等，從而廣泛應(yīng)用于預(yù)警探測、對地觀察、偵察對抗、通信中繼、安防監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。

在迄今為止為數(shù)不多的公開亮相里，它每一次都堪稱驚艷。

2010年，上海世博會期間，中國電科研制的我國第一個用于公共安全領(lǐng)域的浮空器產(chǎn)品完成首秀，這個長31米、容量1600立方米的龐然大物在歷時184天的展會期間用于世博園區(qū)監(jiān)視和預(yù)警，廣受好評。

2013年底，全國霧霾天氣十分嚴(yán)重，國內(nèi)首個搭載霧霾探測設(shè)備的浮空器，在上海市實現(xiàn)了對大氣從地面至空中1000米高度的立體探測，研究高空細(xì)顆粒物的主要理化特性和垂直分布特征，為城市環(huán)境治理提供了準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

2014年5月的新疆郁金香節(jié)，這個長19米、340立方米的“天眼”攜帶了1臺可見光高清攝像機(jī)、1臺紅外相機(jī)和1臺氣體濃度探測儀，24小時不間斷、360度監(jiān)控地面游客、車輛、建筑、景觀等環(huán)境狀況，對重點區(qū)域的動向“了如指掌”。

2014年11月的珠海航展，“大白鯨”浮空器作為軍民技術(shù)轉(zhuǎn)化的成果之一，與“運20”、“殲31”并列成為當(dāng)屆航展最亮的三顆星。

目前，對地觀察、安防監(jiān)控，負(fù)責(zé)一方平安，仍是有“天眼”之稱的浮空器最核心的功能。公開資料顯示，我國每年因自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生和社會安全等突發(fā)公共安全事件造成的非正常死亡人數(shù)超過20萬，傷殘人數(shù)超過200萬，經(jīng)濟(jì)損失年均近9000億元，相當(dāng)于GDP的3.5%，遠(yuǎn)高于中等發(fā)達(dá)國家1%~2%的同期水平。

“公共安全形勢背后暴露出公共安全體系存在很多不足，產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，缺乏一套監(jiān)測、預(yù)警、應(yīng)對、管理公共安全事件的科技手段與產(chǎn)品裝備?！崩走_(dá)與公共安全技術(shù)專家、中國工程院院士吳曼青表示，核心技術(shù)購買不到，往往受制于人?！案】掌髯鳛閼?zhàn)略性裝備，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，在應(yīng)急通信、平安城市、智慧交通、環(huán)境保護(hù)、防災(zāi)減災(zāi)等公共安全領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?！?/p>

5月29日，中共中央政治局就健全公共安全體系進(jìn)行第二十三次集體學(xué)習(xí)時，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，公共安全連著千家萬戶，確保公共安全事關(guān)人民群眾生命財產(chǎn)安全，事關(guān)改革發(fā)展穩(wěn)定大局。努力為人民安居樂業(yè)、社會安定有序、國家長治久安編織全方位、立體化的公共安全網(wǎng)。

習(xí)近平總書記指出，維護(hù)公共安全體系，要從最基礎(chǔ)的地方做起，要把基層一線作為公共安全的主戰(zhàn)場，堅持重心下移、力量下沉、保障下傾，實現(xiàn)城鄉(xiāng)安全監(jiān)管執(zhí)法和綜合治理網(wǎng)格化、一體化。

在公共安全專家、中國電科副總經(jīng)理左群聲看來，國產(chǎn)浮空器在公共安全領(lǐng)域大有可為。他說，隨著需求的深化，整個項目已不再只是單純的視頻監(jiān)控信息管理系統(tǒng)，而將成為平安城市防控體系數(shù)字化建設(shè)工程，為全面構(gòu)建和諧社會搭建科技保障平臺。

據(jù)中國電科有關(guān)人士介紹，出現(xiàn)在新疆上空的浮空平臺，就是以傳統(tǒng)浮空器為載體，搭載可見光超視距鏡頭、紅外夜視鏡頭、4G自組網(wǎng)通信模塊等多種載荷，通過掌握制空權(quán)實現(xiàn)廣域覆蓋監(jiān)控，既能滿足重點區(qū)域全天候監(jiān)控偵察需求，也可為周邊區(qū)域提供機(jī)動偵察和應(yīng)急通信保障。

專家點評

讓中國浮空器發(fā)揮更大的價值

教育部飛行器設(shè)計學(xué)科“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授宋筆鋒

中國電子科技集團(tuán)浮空平臺研發(fā)中心始終以創(chuàng)立一流浮空器品牌為己任，在推動我國浮空器發(fā)展方面取得了巨大的成就。該研發(fā)中心始終堅持放眼最新科學(xué)技術(shù)，以打造國際一流的新型浮空裝備為追求，使得大型系留氣球載雷達(dá)系統(tǒng)成功運用于軍民各領(lǐng)域；在奧運會、亞運會、世博會、博鰲論壇等重大會議及活動安保中發(fā)揮重要作用。

作為一種通用平臺，浮空器具有抗風(fēng)能力強(qiáng)、滯空時間長、任務(wù)載重大等多種優(yōu)點，攜帶不同的任務(wù)裝備，可廣泛應(yīng)用于軍民各領(lǐng)域。由于浮空器涉及專業(yè)面廣、系統(tǒng)復(fù)雜、創(chuàng)新性強(qiáng)、研制難度大，浮空平臺研發(fā)中心團(tuán)隊在各產(chǎn)品研制過程中攻克了多項關(guān)鍵技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)，整體技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國際先進(jìn)水平，具有重大的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。

創(chuàng)新引領(lǐng)國產(chǎn)浮空器發(fā)展

中國電子科技集團(tuán)公司浮空平臺研發(fā)中心副主任 劉傳超

在浮空器面世以前，用于空中偵察、測繪、通信、預(yù)警的主流平臺主要有飛機(jī)和衛(wèi)星等。這兩種平臺均存在著相應(yīng)的缺點：就飛機(jī)來說，存在續(xù)航時間短、無法定點飛行、成本高昂等問題；對衛(wèi)星來說，存在無法重復(fù)使用、任務(wù)載重小等缺點。

浮空器的研制和使用歷程可追溯到一戰(zhàn)時代。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著通信、材料、工藝、空氣動力學(xué)、動力等各基礎(chǔ)專業(yè)的大力發(fā)展，浮空器又煥發(fā)出了新的活力，在飛行器家族中再一次嶄露頭角。

同飛機(jī)、衛(wèi)星等空中平臺相比，以浮空器作為平臺搭載任務(wù)裝備具有運營成本低、可定點懸停、留空時間長、空中姿態(tài)穩(wěn)定、雷達(dá)反射面積小、安全性好、部署方便靈活、操作維護(hù)簡單等獨特的優(yōu)勢，越來越受到世界各國的廣泛關(guān)注。美國是利用浮空器執(zhí)行軍事任務(wù)最成功的國家。

浮空器的研究在我國起步相對較晚，在浮空器的研制、設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維護(hù)過程中，我們不僅要穩(wěn)定現(xiàn)有的技術(shù)狀態(tài)，更要加大創(chuàng)新引領(lǐng)。我國經(jīng)過30多年的改革開放，在材料、工藝、電子元器件、任務(wù)裝備等各方面有了長足發(fā)展，基于我國基礎(chǔ)科技的進(jìn)步，我們從事的浮空器事業(yè)也有了更有力的支撐，經(jīng)過10余年的深耕，在總體技術(shù)上已經(jīng)有了深入發(fā)展，擁有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的浮空器專利技術(shù)40余項，研發(fā)水平已達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平，在進(jìn)一步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，我們相信我們的浮空器產(chǎn)品將在軍民各領(lǐng)域發(fā)揮更大、更重要的作用。