平流层无人机:高空侦察的新视野

人生啊言 2024-11-25 10:13:01



如今,有人驾驶的高空侦察机在很大程度上已被战略侦察无人机所取代,比如 RQ-4 “全球鹰” 这类无人机,它们能够在空中停留大约一天的时间。

RQ-4 “全球鹰” 这种战略侦察无人机是制造工艺复杂且造价昂贵的飞行器,俄罗斯目前没有与之类似的产品,事实上,目前除了我国有此类级别飞行器的试验样机外,其他国家也都没有。原则上,俄罗斯具备研制出性能可与 RQ-4 “全球鹰” 相媲美的无人机的一切条件,甚至可以超越它,不过这是另外一个话题了,我们后续还会再谈到这个问题。

战略侦察无人机的优势不仅在于它们能够长时间在空中停留,还在于一旦无人机被击落,也没法审问飞行员

而今天,我们要聊一聊当下世界主要国家正在积极发展的另一个颇具前景的领域 —— 平流层无人机,或者也被称作 “伪卫星”。

伪卫星

平流层无人机也就是 “伪卫星”,是一种高空无人机,它们有着极为轻巧的构造,配备由氢燃料电池或者依靠太阳能电池充电的锂电池供电的电动机,其巨大的机翼长达数十米。

据设想,平流层无人机 ——“伪卫星” 能够在大约 25 公里的高空持续飞行数月之久。平流层无人机的一种可能应用方向,这个主题一直在积极发展。

需要指出的是,平流层无人机的 “进入门槛” 要比造价高昂的数千颗低轨道侦察、通信以及导航卫星低得多。

Hawk 30 平流层无人机的概念

平流层无人机的机身构造部件几乎都是由吸波复合材料制成的,这样一来,这些 “伪卫星” 被雷达探测到的概率就会非常低。

优势与劣势

平流层无人机不仅能够搭载侦察设备,还能充当通信中继站,甚至可以配备用于传输导航信号的设备,就好比是 “平流层版的全球定位系统(GPS)”。

平流层无人机的劣势在于,在敌方拥有现代化防空手段的情况下,它们无法深入敌方领土内部开展工作。

然而,在战前沿着敌方边境,或者在开战后的交战区域附近,平流层无人机的工作效率会很高,它们能够实现高效、近乎不间断的侦察,进行信号中继通信,并且可以为深入敌方领土数百公里的范围提供导航保障。

而且,“伪卫星” 能够在中立区域进行巡逻,比如在海洋上空,并且可以公然飞越那些无力将其击落的国家的边界。

当然了,平流层无人机大约 20 到 25 公里甚至更高的飞行高度,既能够保证其侦察设备、通信中继设备或者导航信号传输设备拥有更远的作用距离,又能降低它们被防空导弹系统击中的脆弱性。

目前在俄罗斯,中型无人机(中空长航时无人机类别,英文缩写为 MALE)才刚刚开始得到推广应用,比如 “猎户座” 无人机,据公开资料显示,它在乌克兰特别军事行动区域的交战线上工作得相当成功,不过 “猎户座” 无人机的最大飞行工作高度只有 7500 米。

猎户座无人机

就平流层无人机而言,在乌克兰武装部队现有的西方制造的防空导弹系统中,实际上只有 “爱国者” 防空导弹系统才有能力击落飞行高度在 20 到 25 公里左右的平流层无人机,而在大约 30 公里及以上的高度,只有俄罗斯的 S-400/S-500 防空导弹家族以及美国舰载的配备 “标准” 系列防空导弹的宙斯盾防空系统才有机会将其摧毁。

各国情况

在西方国家,“伪卫星” 相关技术发展得非常活跃。

特别是在 2024 年 10 月,美国斯凯德韦勒航空公司(Skydweller Aero)对一架重达 2550 千克、翼展达 72 米、载重能力为 363 千克的斯凯德韦勒无人机进行了测试。该无人机的机身由碳纤维制成,依靠太阳能电池充电。

Skydweller 无人机

在这次持续了 22.5 小时的试飞过程中,斯凯德韦勒无人机攀升到了 13700 米的高度,预计未来它能够在空中停留数周甚至数月之久。

美国海军为该项目提供资金支持,看来他们明白在与中国海上对抗日益加剧的形势下,这类飞行器所具备的侦察价值,此外还有一些私人投资者也参与其中。

BAE 系统公司与 Prismatic 公司共同开发,于 2020 年 2 月 17 日完成首次飞行,首飞地点在南澳大利亚的空军 Woomera 试验场。英国 BAE 系统公司取得了更大的成果,他们已经完成了平流层无人机 PHASA - 35 的测试,该无人机有潜力在空中停留一整年的时间。BAE 系统公司将他们这款无人机称作超轻型高空伪卫星(英文缩写为 HAPS)。

在测试过程中,PHASA - 35 无人机攀升到了略高于 20 公里的高度,并在那里停留了 24 小时。

无人机 PHASA-35

PHASA - 35 无人机的重量仅有 150 千克,翼展为 35 米。一方面,这限制了它的有效载荷;但另一方面,这种超轻型无人机造价更低,能够进行大批量生产,比如可以将它们用作通信中继或者无线电侦察设备的搭载平台。包括摄像头、传感器和通讯设备等,能用于军队之间的通讯或为偏远地区提供网络服务,还有可能用于提供包括 4G 和 5G 在内的通信网络。

空中客车公司的 “西风”(Zephyr)平流层试验无人机在 2022 年创下了更出色的纪录,它依靠太阳能在 20 公里以上的高空飞行了 64 天。

2023 年,空客将推动 “西风” Zephyr 太阳能高空平台系统的测试认证,该无人机将于 2024 年底投入使用。后续飞行计划在 2023 年进行,以支持生产设计的认证过程,并扩大之前的军事试验。空客公司预计,这款轻型飞机的量产版最终能够在空中飞行 200 - 300 天。2024 年,空中客车子公司 AALTO HAPS 表示:无人机高空基站 Zephyr 将于明年投入商业运营,该无人机基站使用太阳能能源,可在平流层停留数天。AALTO HAPS 首席执行官 Samer Halawi 表示,该公司将首先在肯尼亚建立第一个枢纽,以开始商业运营,目标是在 2024 年第三季度为客户提供服务。此外,该公司还计划每年建造 50 至 75 个 Zephyrs。Zephyr 的覆盖范围为 7500 平方公里,相当于地面上多达 250 个基站,延迟也将低于 10 毫秒。

空客公司计划推动 “西风” Zephyr 太阳能高空平台系统(HAPS)的测试认证,该无人机将于 2024 年底投入使用。空客公司将为该款无人机提供高空、长续航系统的操作,包括移动连接和持久对地观测,并同时满足军事需求。

空中客车公司的 “和风”(Zephyr)平流层试验无人机

中国也在测试自己的平流层无人机 “启明星 50”,它的首次飞行早在 2022 年9 月陕西榆林成功。

配备 6 台电动机的 “启明星 50” 无人机,其总翼展达 50 米,能够在 20 公里以上的高空飞行,并且能够长时间在空中停留,包括夜间也可以。它高效、清洁、绿色、环保的太阳能,可长时间留空飞行,能执行高空侦察、森林火情监测、大气环境监测、地理测绘、通信中继等任务。

“启明星 50” 作为我国航空工业的重要成果,在太阳能无人机领域展现出了巨大的潜力和优势。它的首飞成功标志着我国在新能源、复合材料、飞行控制等领域关键技术的重大突破。未来,随着技术的不断进步和完善,“启明星 50” 有望在更多领域发挥重要作用,为我国的经济建设、国防安全和社会发展做出更大的贡献。

结论

平流层无人机 启明星-50

平流层无人机或者说 “伪卫星” 是无人机技术颇具前景的一个发展方向,而且研制这些飞行器并没有什么极其复杂的难题,研发和制造所需的几乎所有技术在商业上都是可以获取到的。

可以肯定的是,平流层无人机不会只出现在美国、英国和中国,很多其他国家也会拥有,比如土耳其、伊朗或者韩国。甚至在乌克兰,在西方国家的支持下,也有可能研制并生产平流层无人机。

但与此同时,将所有零部件组装成一个完整的、尤其是能够批量生产的成品,是一项相当复杂的工程任务,这需要进行大量的测试、经历试验样机损耗、调试生产流程以及诸多其他环节。所以,如果现在不重视这个领域的发展,那么在未来,在又一个颇具前景的无人作战装备细分领域,就会处于落后地位。

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