臨近空間

臨近空間，其下面的空域是我們通常稱為“天空”，是傳統航空器的主要活動空間；其上面的空域就是我們平常說的“太空”，是航天器的運行空間。“臨近空間”這個詞目前只是一個學術概念，還沒有公認的“官方定義”，對她的稱呼也有很多種，如“近空間”、“亞軌道”或“空天過渡區”，美國也有人稱之為“橫斷區”，而中國學術界過去則有“亞太空”、“超高空”、“高高空”等稱呼。

臨近空間擁有著大氣平流層區域（指距地面18到55公里的空域）、大氣中間層區域（指距地面55到85公里的空域）和小部分增溫層區域（指距地面85到800公里的空域），縱跨非電離層和電離層（按大氣被電離的狀態，60公里以下為非電離層，60公里到1000公里為電離層），其絕大部分成分為均質大氣（90公里以下的大氣，上面的是非均質大氣）。應該是一塊非常重要和有利用價值的空域。

中國關於臨近空間的研究也在悄然起步。最近，由軍事科學院軍隊建設研究部研究員張東江博士領銜承擔的“臨近空間飛行器發展法律問題研究”項目在北京通過鑒定，從而填補了中國臨近空間法律規範研究方面的空白。

短短几年時間，臨近空間飛行器的發展可以用“異彩紛呈”來形容。目前各國在研的臨近空間飛行器，按照飛行速度大致可分為低動態飛行器（馬赫數小於1.0）和高動態飛行器（馬赫數大於1.0）兩大類型。低動態臨近空間飛行器主要包括：平流層飛艇、高空氣球、太陽能無人機等。它們具有懸空時間長、載荷能力大、飛行高度高、生存能力強等特點，能夠攜帶可見光、紅外、多光譜和超光譜、雷達等信息獲取載荷；可作為區域信息獲取手段，用於提升戰場信息感知能力，支援作戰行動；又可攜帶各種電子對抗載荷，實現戰場電磁壓制和電磁打擊，破壞敵方信息系統；還可攜帶通信及其他能源中繼載荷，用於野戰應急通信、通信中繼及能源中繼服務。

高動態臨近空間飛行器主要包括：高超聲速巡航飛行器、亞軌道飛行器等。它們具有航速快、航距遠、機動能力高、生存能力強、可適載荷種類多等特點，具有遠程快速到達、高速精確打擊、可重複使用、遠程快速投送等優點；既可攜載核彈頭，替代彈道導彈實施戰略威懾，又可選擇攜載遠程精確彈藥，作為“殺手鐧”手段，攻擊高價值或敏感目標，還可攜帶信息感測器，作為戰略快速偵察手段，對全球重要目標實施快速偵察。

臨近空間作為科技與軍事應用的新空間，無論低動態還是高動態飛行器關鍵技術都在被迅速突破，尤其是美國不斷推出新型飛行器飛行演示。軍事專家們普遍認為，開發和利用臨近空間必將成為作戰能力新的增長點；特別是臨近空間飛行器加入陸、海、空、天信息網路系統后，必將對各國安全提出新的挑戰。

目前，世界各國提出了多種臨近空間飛行器發展方案，研究的熱點集中在平流層飛艇、浮空氣球和高空長航時無人機上。其中，平流層飛艇是地球同步衛星之外另一種重要的定點平台。臨近空間飛行器具有顯著的特點，可以作為衛星和飛機的有效補充。

與衛星相比，臨近空間飛行器的優點是：效費比高、機動性好、有效載荷技術難度小、易於更新和維護。此種飛行器距目標的距離一般只是低軌衛星的1/10～1/20，可收到衛星不能監聽到的低功率傳輸信號，容易實現高解析度對地觀測；其缺點是：視野小，臨近空間屬各國領空範圍，受領空限制。

與傳統飛機相比，臨近空間飛行器的優點是：

⑴持續工作時間長。

傳統飛機的留空時間以小時為單位，臨近空間飛行器的留空時間則以天為單位，目前正在研製的臨近空間平台預定留空時間長達6個月，規劃中的後續平台預定留空時間可達1年以上，易於長期、不間斷地獲得情報和數據，可對緊急事件迅速做出響應，而且人員保障少、後勤負擔輕。

⑵覆蓋範圍廣。

臨近空間飛行器的飛行高度在傳統飛機之上，其偵察覆蓋範圍比傳統飛機要廣得多。

⑶生存能力強。

氣球或軟式飛艇的囊體採用非金屬材料而且低速運行，雷達和熱反射截面很小，傳統的跟蹤和瞄準辦法不易發現。與傳統飛機相比，氣球或軟式飛艇的缺點是：充灌氦氣的時間較長，在充氣時需要保持穩固，有時還需要佔用機庫；在放飛、通過平流層上升、下降、回收和放氣的過程中，由於其龐大的體積，容易受到風和湍流的影響。

由於臨近空間飛行器具有可持續對同一地區進行不間斷覆蓋、與目標距離近等優點，因此在區域情報搜集、監視、偵察、通信中繼、導航和電子戰等方面具備獨特的優勢。臨近空間飛行器可對重點區域進行連續長時間監視和觀測，有助於對戰場進行準確評估；可作為電子干擾與對抗平台，對來襲飛機和導彈等目標實施電子干擾及對抗，使其偏離航線或降低命中率；可作為無線通信中繼平台，提供超視距通信。目前，美國空軍為臨近空間飛行器確定了多個軍事應用方向，其中包括戰場指揮、控制、通信、計算機、情報，監視和偵察（C41S）；近實時跟蹤高價值目標；空間監視（可監視衛星而基本不受天氣的影響）；導彈防禦；自然災害快速響應（用於行動電話網路和無線網路災后重建）和邊境控制等。

導彈防禦方面，在美國新的導彈防禦計劃中，美國計劃從西北部皮吉特灣開始的太平洋沿岸，到美國的大西洋沿岸，再到最東北的緬因州為止，至少部署10艘高空飛艇，用來監視來襲飛機、艦船和巡航導彈。此外，美國導彈防禦局正考慮在北極上空部署可控氣球，用來監視和跟蹤俄羅斯的導彈。美國進行模擬模擬的結果顯示：在北緯83°、36．6千米高空上部署3個氣球，可連續覆蓋從北極到北緯45°範圍內所有的導彈發射30個這樣的平台可以提供類似的全球覆蓋；800個這樣的平台組成的星座就可以對全球連續提供通信、情報、監視和偵察覆蓋。

通信方面，美國在商業領域已運用自由浮空氣球實現了西部油田地區的通信。在軍事領域，美國陸、海軍都有運用臨近空間飛行器進行通信的計劃，如美國海軍研究實驗室正在研製高空機載中繼與路由器飛行器（HAARR），用以實現艦船之間、艦船與地面部隊之間的通信。HAARR可以從艦船上出發，依靠電發動機和飛艇後部的兩個螺旋槳進行機動，預定留空時間為30天，預定留空高度為21．35千米，預定定點精度約為37千米。HAARR從艦船上出發后，一個月後返回，由另外一艘HAARR替換。此外還有計劃發展中的30千米高空飛艇，其設計載重能力將近2噸，可攜帶小直徑炸彈、搭載機載激光器和地基激光器中繼鏡等，上可以攻擊衛星，下可以攻擊中低空飛行器甚至地面目標，也可成為進入空間的中轉平台。

臨近空間是“陸海空天電”五維一體化戰場的重要組成部分，是國家安全體系中的一個重要環節。運行在空間範圍內的衛星易受干擾、成本高、部署周期長、損失后不易補充，而運行在航空範圍的飛機易受打擊、生存力差、損失后不易恢復。臨近空間飛行器加入陸、海、空、天信息網路系統后，將進一步實現軍事信息獲取和利用手段的多元化、一體化，明顯提高國家安全體系的抗摧毀和抗干擾能力。

近年來，臨近空間飛行器受到了美國軍方的高度重視。美國陸、海、空三軍、聯合司令部、導彈防禦局、NASA以及其他一些商業部門均在開展臨近空間飛行器技術與應用研究。空軍天戰實驗室曾主持召開臨近空間峰會，召集陸、海、空三軍及政府機構和工業界的100多名代表對臨近空間概念進行研討；另外，美軍聯合司令部也正在實施“阿爾法”計劃，對臨近空間飛行器如何提升聯合作戰概念進行研究。

2005年，美國防部公布的《2005～2030年無人機系統路線圖》首次將臨近空間飛行器列入無人飛行器系統範疇：美國空軍舉行的“施里弗”空間戰計算機模擬演習首次引入了臨近空間飛行器的概念。2006年初，美國空軍科學諮詢委員會發布題為《在臨近空間高度持久存在》的研究報告，對美國空軍近期（到2010年）、中期（到2020年）和遠期（2020年以後）發展臨近空間飛行器提出以下建議：包括RQ－4“全球鷹”在內的高空長航時無人機是美國空軍近期利用“臨近空間”的最佳選擇，平流層飛艇是一種有前景的選擇，但還需要等待有關技術取得進步后才具備可行性；自由浮空氣球在氣象探測領域應用廣泛，但軍事用途相對有限。

根據這些發展思路，近年來美國臨近空間飛行器技術取得了許多重要進展，主要體現在：美國導彈防禦局“高空飛艇”計劃進入原型艇製造與演示驗證階段，DARPA“集成感測器即是結構”項目進入關鍵技術攻關階段；美國陸軍“高空哨兵”平流層飛艇2005年11月實現有動力飛行；美國空軍進行“臨近空間機動飛行器”原型艇飛行試驗：美國空軍的自由氣球——“戰鬥天星”2005年演示驗證成功等。

陸軍“高空哨兵”平流層飛艇

美國陸軍戰略司令部“高空哨兵”平流層飛艇計劃旨在通過螺旋式發展的方式，逐步研製出可攜帶22．7～90千克有效載荷、功率為200～1000瓦、留空時間為4～30天、留空高度為20千米、後勤保障負擔小的平流層飛艇，用於實現低成本戰術通信，並完成情報、監視和偵察任務。“高空哨兵”飛艇在設計上已考慮到野外部署的需要，在發射時只需部分充滿氦氣，發射過程中氦氣膨脹充滿囊體，因此發射時無需佔用大型飛機庫和專用設施，易於野外部署。2005年11月，在一次技術驗證試驗中，美國成功放飛一艘長44，5米的“高空哨兵”飛艇。試驗中，飛艇載有一個重約27千克的設備吊艙進入22．55千米的高空，並留空5小時。這是美軍在臨近空間實現有動力飛行的第二艘飛艇。

空軍基於氣球的“戰鬥天星”

美國空軍目前正在探索利用自由浮空氣球、自由浮空氣球/無人機組合來實現臨近空間的通信和監視，其典 型代表為美國空軍的“戰鬥天星”（Combat SkySat）計劃。“戰鬥天星”計劃將分兩個階段進行第一階段方案是自由氣球下掛美國空軍信息戰實驗室研製的藍軍跟蹤轉發器；第二階段方案是：自由氣球下掛滑翔機（攜帶高解析度ISR感測器），自由氣球一次性使用，滑翔機可重複使用。

2004年11月～2005年3月，美國空軍航天司令部在亞利桑那州上空對“戰鬥天星”的簡易樣機進行了多次飛行試驗。試驗中，兩個充氦自由氣球在20千米的高空飛行了8小時，將美國陸軍信息戰實驗室研製的藍軍跟蹤轉發器RC148的通信距離由18．5千米擴展到555千米，覆蓋範圍與伊拉克國土面積相當，可明顯改進地面部隊之間以及地面部隊與空中支援飛行員之間的通信。2006年4月，美國空軍在“聯合遠征部隊試驗”中再一次對“戰鬥天星”進行了驗證。這些演示試驗證明，臨近空間飛行器能夠提供近空間通信支援，可作為衛星和無人機的補充。美國空軍計劃進一步提高自由浮空器的技術成熟度，使其可攜帶更重、更昂貴的有效載荷。2006年3月，空軍航天司令部向工業界徵求關於發展氣球載綜合通信中繼系統的建議，並於9月授予“戰鬥天星”的供應商——空間數據公司一項價值4900萬美元、為期5年的合同，研製一種在距地面19～31千米的臨近空間使用的通信系統。

空軍“臨近空間機動飛行器”

美國空軍目前正在積極開發採用充氦飛艇完成空中偵察、戰損評估、通信任務的技術，其典型方案為JP宇航公司為空軍研製的“臨近空間機動飛行器”（NSMV）。2003～2005年，美國空軍對NSMV的原型艇“攀登者”（Ascender）進行了試驗。2003年11月，美國空軍將未攜帶任何設備的“攀登者”釋放到30千米的高空進行初期試驗，並獲得成功。2005年3月，美國空軍進行了兩次“攀登者”裸機的30千米高空飛行試驗，但均未達到預期目的。在第一次飛行試驗中，氣囊發生了爆炸，在第二次試驗中，搭載的相機未能正常工作，沒有獲得所需的數據。“攀登者”外形酷似V字型，全長53米，寬30米，安裝有兩台由燃料電池驅動的螺旋槳推進器，採用GPS系統導航。“攀登者”可利用自身攜帶的控制系統調節各艙室的氦氣容量，進行空中機動。

“平流層衛星”（Stratellite)

2005年3月12日，美國Sanswire網路公司展示了其研製的“平流層衛星”樣機。該樣機長57米，體積是目標艇的1/3。2005年5月9日，Sanswire網路公司完成了該樣機的浮空試驗。“平流層衛星”的預定飛行高度為19～21千米，預定留空時間為半年，備有GPS導航系統；用空氣螺旋槳實現低速移動；能量來自背部的太陽能電池板。可攜帶多種儀器設備，如用於網際網路、高清數字電視、圖像傳播以及通信網路的數據中繼設備。多個“平流層衛星”可以組成一個大規模的中繼站網路，能夠覆蓋美國全境。

2017年10月31日，《南華早報》刊登題為《中國在臨近空間“死亡區”測試新型無人偵察機》的報道稱，“臨近空間”的高度大約從海拔20000米開始。臨近空間一直被視為無人機的“死亡區”——這個高度空氣稀薄，很難產生推力，而極低的溫度意味著像電池這樣的部件容易發生故障。

由中國開發的一種正在測試的新型無人機似乎克服了這些困難，這標誌著中國在探索臨近空間以獲取軍事情報方面邁出了重要的一步。

近期有媒體報道稱，美國的DARPA集成感測器即是結構(Integrated Sensor is Structure,ISIS)計劃，已進入關鍵技術攻關階段。

ISIS項目計劃是將大型輕質相控陣雷達集成到飛艇結構之中，旨在研製一種可在21千米高空執行監視任務的平流層飛艇，實現對空中和地面上的所有目標進行不間斷持續監視的效果。按照該項目計劃，此飛艇可留空1年以上，利用其有源相控陣雷達對空中和地面目標進行監視和跟蹤，並可在595千米之外跟蹤最先進的巡航導彈，在322千米之外跟蹤敵方戰鬥部隊。

屆時，這種新式飛行器在情報收集、偵察監視、通信保障以及對空對地作戰等方面的巨大軍事功效不容小視，這也是美國積極推進ISIS項目計劃的最大動力所在。

或許你對平流層飛艇不怎麼熟悉，但對臨近空間飛行器這一名詞可能不會感到陌生。近年來，臨近空間的戰略價值已經逐漸引起各國的關注和重視，很多專家甚至將臨近空間定義為未來空天作戰爭奪的真正焦點，各種臨近空間飛行器因其潛在的軍用和民用價值，已成為各國競相研究和發展的熱點。

“空”出來的神秘與價值

臨近空間，指的是20公里～100公里的空域，是航空與航天的空間結合部。說到它的神秘和不凡之處，主要得益於它的“空白”——一塊尚未被開墾的處女地。迄今為止，除了發射航天器的火箭會偶爾穿越之外，這片寂靜的空域仍然是人類飛行的一個禁區。

界定於天空和太空之間，行走於飛機和航天器運行空間之外，臨近空間飛行器擁有眾多優勢。

首先是相對安全且廣闊的工作環境。臨近空間以下，目前絕大多數的作戰飛機、偵察飛機和地空導彈都沒有辦法到達這一高度，對著可望而不可即的臨近空間飛行器，也只能“乾瞪眼”；而臨近空間以上，目前的外太空武器也還沒有進入實戰階段，面對臨近空間的威脅，太空中的衛星們或許看得到、卻也動不得。如此一來，臨近空間便成了目前和今後較長一段時間內相對獨立的“真空”層。再加上臨近空間雷暴閃電較少，也沒有雲、雨和大氣湍流現象，在這裡運行的飛行器就顯得自由且安全。

性價比高是臨近空間飛行器的又一優勢。與作戰飛機、偵察飛機相比，臨近空間飛行器留空時間長，可以達一年之久；同時隱身性能更好，幾乎可以實現沒有雷達回波和紅外特徵信號，其可見光特徵在天空背景中基本被淹沒。與衛星等航天器相比，臨近空間飛行器不需要複雜昂貴的地面發射設備，研製成本、發射成本和使用成本低得多；而它的靈活度和靈敏度則高得多，既可以隨風飄浮，也可以瞬間加速追蹤、打擊，或者懸停，而且對地觀測解析度通常要高於衛星。

“多才多藝”、博採眾長的臨近空間飛行器恐怕已讓很多國家為之傾倒。它可以執行飛機、衛星所能執行的幾乎所有民用或軍事任務，同時又彌補了二者的不足。既可以提供氣象預報，又可以進行情報監視、偵察；既能搭載有效載荷，直接進行運輸或作戰任務，也可以像GPS衛星一樣為導彈、飛機導航。

競相涉足飛行“禁區”

美國的ISIS項目計劃只是世界各軍事強國進軍臨近空間的一個縮影，俄羅斯、英國、日本、以色列、韓國等國家和地區都在投入大量經費開展臨近空間飛行器的技術和應用研究。

美國更是當仁不讓地一路領跑，意圖明顯——快人一步，搶佔這一空白的戰略要地。美國國防部2005年首次將臨近空間飛行器列入無人飛行器系統範疇；不久后舉行的施里弗空間戰計算機模擬演習首次引入了臨近空間飛行器概念；臨近空間機動飛行器原型艇飛行試驗之後，美國空軍的自由氣球——“戰鬥天星”於2005年演示驗證成功；同年11月美國陸軍的“高空哨兵”——平流層飛艇實現有動力飛行；2006年初，美國空軍科學諮詢委員會提出臨近空間飛行器發展的具體建議；同年4月～6月，DARPA授出四個合同，資助三家公司對平流層飛艇囊體材料、有源電掃描陣列雷達和電源系統進行關鍵技術攻關；隨後，美國導彈防禦局的高空飛艇計劃進入原型艇製造與演示驗證階段，ISIS項目計劃進入關鍵技術攻關階段……

但是，受到臨近空間全新且複雜的環境限制，臨近空間的開發也有很大難度，目前世界各國臨近空間飛行器技術仍處於關鍵技術攻關與演示驗證階段。美國ISIS項目計劃目前也面臨幾大技術挑戰，如研製超輕質天線、天線校準技術，電源系統技術，飛艇的定位保持方法和可支持超大尺寸天線的飛艇結構等。

對於臨近空間的開發利用，世界各國站在了同一起跑線上。

2010年11月17日，在第八屆珠海航展上，由中國西北工業大學一名學生完成的狼騎兵高空高速無人戰略打擊平台的設計精彩亮相，並獲得了全國第四屆未來飛行器設計大賽臨近空間飛行器專業組一等獎。由此帶來的思想衝擊與震撼，讓人對中國的臨近空間飛行器充滿了期待。

臨近空間，以其特殊的戰略位置，為未來戰爭開闢了一個新的戰場，它的開發和利用對未來作戰體系、思維和格局以及經濟都將產生重大而深遠的影響。 （劉斐）