浮空器及其光电设备发展现状.docx

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1、浮空器及其光电设备发展现状目录1 .前言12 .美陆军浮空器“卷土重来”22. 1.概述23. 2.浮空器的新时代24. 3.浮空器的历史意义35. 4.协作重构：让需求社区和行业参与进来36. 5.持续监控和沟通47. 6.浮空器在最近的冲突和现代化努力中的关键作用43 .国外浮空器发展现状41. 1.美国浮空器最新发展53. 2.俄罗斯浮空器最新发展54. 3.欧洲浮空器最新发展55. 4.以色列浮空器最新发展64 .典型浮空器光电设备的性能61. 1.美国陆军“持续威胁探测系统”的光电/红外传感器载荷74. 2.美国MZ-3A飞艇的成像系统75. 3.美国“多效载荷系留浮空器”的光电载荷

2、86. 4.美国“快速部署系留气球平台”的光电系统87. 5.以色列OaSiS浮空器的监视系统88. 6.以色列“多有效载荷浮空器系统”的MOSP转塔85 .总结91 .前言浮空器是目前开展临近空间研究与应用的重要平台载体，具有驻空时间长、载荷能力强、飞行高度高、使用效费比高等显著优点，相较于航空平台和航天平台，在时间分辨率和空间分辨率上具有显著优势，在网络通信、遥感遥测、科学研究、态势感知等领域有巨大的应用能力。依照工作原理，浮空器分为飞艇、系留气球和热气球。其中，飞艇拥有推进和操纵装备，飞行高度可超过2万米；系留气球球体系绳牵动升空，飞行高度在2万米以下。这两类是军事使用价值最高的浮空器，

3、其造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，在战场可发挥重要作用。2 .美陆军浮空器“卷土重来”2.1. 概述随着美国陆军寻求重振其老化机队以充当高架监视和通信平台，浮空器正在卷土重来。这一振兴努力标志着陆军的战略转变，从过去几十年的反叛乱，重点转向在陆军2030年愿景中发挥更加多功能和前瞻性的作用。图12023年8月29日，在波兰乌斯特卡举行的“奥术雷霆”演习中的美国陆军浮空器2.2.浮空器的新时代美国陆军情报、电子战和传感器项目执行办公室(PEo1EW&S)地面传感器项目经理拉雷纳亚当斯(1areinaAdamS)在最近于华盛顿举行的美国陆军协会(AUSA)大会上强调，有必要重新构想浮空器的潜力

4、，以应对新的军事格局。这对适应性、自主性和尖端技术的要求越来越高。亚当斯表示：“我们想要看看是否能够将浮空器的适用性扩展到其他任务,以在2030年为陆军提供支持。”这项振兴工作的关键是为浮空器配备自主能力，这有望减少后勤和人员需求，同时增强操作多功能性。尽管细节仍然很少，但在最近的演示中己经观察到了自主功能。这些创新为一系列可能性打开了大门，包括反无人机有效载荷的部署，这可能会改变现代战争中无人机扩散的持续斗争。2.3.浮空器的历史意义浮空器在军事行动中有着丰富的历史。它们在第一次世界大战和第二次世界大战期间首次崭露头角，当时它们被称为“弹幕气球”。这些系留气球配有钢缆，可作为防御低空飞行的敌

5、机的防御措施。随着时间的推移，浮空器不断发展，在军事监视和侦察中发挥着重要作用。美国陆军使用的浮空器系统的主要例子包括持续威胁检测系统(PTDS)和联合陆地攻击巡航导弹防御高架网状传感器系统。1ENS)。这些系统已用于各种军事应用，包括监视、威胁检测和边境安全。2.4.协作重构：让需求社区和行业参与进来最新的振兴过程取决于陆军需求社区和行业专家之间的合作。拉雷纳亚当斯(1areinaAdams)和她的团队正在与这些利益相关者密切合作，以了解陆军不断变化的需求并利用技术进步。“我的首要任务之一是帮助重新构想浮空器，”亚当斯肯定道，“我们开始与陆军内部的需求社区进行对话，以确定需求是什么。我们也在

6、关注行业,看看他们取得了哪些进步。”这种跨部门合作对于确保浮空器配备最新技术和能力以满足现代战争的需求至关重要。2.5.持续监控和沟通由于浮空器能够在特定区域提供持续监视和通信，因此非常适合应对这些不断变化的挑战。它们可以长时间在高空停留，为维持空中存在和增强态势感知提供了一种经济高效的解决方案。除了监视功能外，浮空器还可以用作通信平台。通过为它们配备先进的通信系统，它们可以充当无线电、数据和视频通信的中继器，从而增强陆军维持长距离安全可靠通信的能力。雷达和传感器系统的加入进一步增强了它们的实用性。浮空器可以检测和跟踪各种潜在威胁，包括飞机、无人机、地面车辆和其他敌对武器。这种早期预警能力在现

7、代军事行动中非常宝贵，实时威胁检测至关重要。2. 6.浮空器在最近的冲突和现代化努力中的关键作用浮空器已经在最近的冲突中发挥了至关重要的作用，特别是在中东的反叛乱和反简易爆炸装置(IED)工作中。它们提供持续监视的能力极大地提高了战场态势感知能力，降低了部队面临的风险，并增强了陆军有效应对威胁的能力。浮空器的振兴是陆军IEW&S项目执行办公室(PEo1EW&S)范围内更广泛工作的一部分，负责开发和部署从浮空器到电子干扰器、生物识别设备和士兵携带的导航工具等广泛的技术，以满足军种不断变化的作战需求。随着美国陆军重振其浮空器机队，突显了军方适应先进对手带来的挑战的承诺。随着自主能力和尖端技术的融合

8、，浮空器将在军队未来的行动中发挥关键作用，确保美国在不断变化的现代战争格局中保持准备和能力。3.国外浮空器发展现状世界很多国家都积极对军用浮空器进行探索和开发，近年来尤以美国、俄罗斯及欧洲的研发力度为最大，成果也最为突出。美军研发和部署的浮空器多达十余种，例如传感器结构一体化飞艇(ISIS)平流层飞艇、“高空哨兵”(HiSentineI)飞艇，俄罗斯开发了“金雕”(BerkUt)系列飞艇、“美洲豹”(JAGUAR)系留气球等，以色列推出了“全球最大”预警飞艇一“高可用性浮空器系统”(HAASJo3.1.美国浮空器最新发展2023年9月，在“雷霆云”演习期间，美多域特遣队曾使用8套高空浮空系统完

9、成通信中继和光电情报侦察任务。2023年3月底至4月初，在“肩并肩”演习期间，美方至少使用了4艘平流层飞艇完成情报侦察任务，轨迹主要覆盖南海和菲律宾附近海域。2023年，五角大楼正在制定一项新计划，以摆脱来自他国的竞争：高空气球。飞行高度在18到2.7万米之间的高空气球将被添加到五角大楼广泛的监视网络中，并最终可能用于跟踪高超声速武器。美军在2023财政年度预算中，准备对系留球项目的研究花费2710万美元。这比过去2年美军在浮空器项目上的380万美元投资，整整多出了2330万美元，表明了美军对其研究力度大大增强，而且美军还设定了更加宏伟和现实的应用目标一探测和跟踪当今威胁性极大的高超声速武器并

10、将其纳入整个杀伤链。3. 2.俄罗斯浮空器最新发展俄罗斯2016年开始组建首支浮空器部队，并通过2025年前浮空设备发展构想，计划订购新的浮空设备，包括热气球和飞艇。2018年据俄罗斯国防部消息，俄军将收编多个AKV05浮空器，AKV-05在叙利亚进行测试，旨在保护和监控军事基地附近区域。AKV-05浮空器是一种光电监控系统，内置热像仪，可进行全天候监控。其强大的摄像头可以在300米的高空看到2千米以外的汽车牌照。在正常气象条件下，有效视频侦察范围为10千米。2023年2月，在乌克兰战场上，乌克兰政府击落了首都上空的6个俄罗斯气球。这些气球下面挂着的是由3块铁皮焊接成的“空心金字塔”，由金属板

11、拼接而成的装置叫做雷达反射器，凭借其特殊的构造，可以最大程度地反射雷达的信号，从而干扰乌克兰地面防空系统的正常工作，同时消耗乌克兰的地空导弹和空空导弹。3. 3.欧洲浮空器最新发展Stratobus由法国和意大利合资的泰雷兹阿莱尼亚宇航公司与法国CNIM航空航天公司合作开发，是一台能执行多种任务的自主平流层飞艇，可为民用和军事应用提供永久的监视和监视。该飞艇2023年9月在瑞典基律纳进行了平流层气球的示范飞行，这次8小时的试飞验证了飞艇的紧急回收概念。实时视频传输证实了该系统的有效性，特别是与地面的通信联系、指挥和控制电子设备、数字爆破系统及其启动器、爆破启动器和所有仪器。2023年8月，作为

12、英国国防部“以太计划”评估阶段的内容之一，内华达山脉公司(SNC)展示了一款用于监视和侦察的高空无人气球的性能。该公司的快速部署高空气球(HAB)为全球、持续和不间断的ISR提供了近实时的高海拔通信能力。10月，美国内华达山脉公司开展了快速部署高空气球的首次验证活动完成平台的放飞、任务执行和回收工作。系统能够利用平流层风力的自然速度和方向多样性全天候运行。3. 4.以色列浮空器最新发展早在2014年以色列军队就在加沙边境地区部署了10个浮空器，用于遥控监视边境动态，并使用一条双向保密通信线路传输视频和其他情报数据。2023年11月，以色列空军(IAF)发布了消息称其部署的一种新型预警浮空器一“

13、高可用性浮空器系统”的无人系留飞艇，可提供对低空飞行威胁的预警，例如巡航导弹、武器化无人机和其他空中威胁。2023年3月，以色列航空工业公司和RT浮空器系统公司在日本防务展上发布了SkystarResQCe11,这是一种蜂窝地理定位浮空器，能够实现态势感知、快速响应和进入任何灾区。4.典型浮空器光电设备的性能光学载荷在卫星和飞机上应用较早，星载光电载荷作用距离普遍大于100千米，具有大视场，分辨率不足限制了星载光电载荷在精确观测领域的应用。机载光电载荷的分辨率可以达到米级，作用距离从几十千米到上百千米不等，但无法长时间定点驻留导致机载光电载荷在对特定区域长期观测方面应用价值较小，平台飞行高度低

14、导致机载光电载荷覆盖范围受到限制。光学载荷在在临近空间浮空器得到应用，与星载、机载光电载荷相比，具有独特的优势，主要体现在以下3个方面：(1)侦察范围更大。临近空间浮空器相对飞机高度更高，视野更开阔，侦察范围更远。例如，在15千米高度的飞机，对地/海侦察最大距离(视距)约500千米。而在30千米高度的临近空间，对地/海侦察视距可以达到约700千米，侦察范围大幅增加。(2)长时间工作。临近空间浮空器最长飞行时间达1个月，远远高于飞机的飞行时间。因此光学载荷一般要求具有较长的工作时间，在临近空间环境下长时间内稳定可靠地工作。(3)探测精度高。与侦察卫星相比，临近空间飞行器上搭载相同的设备，其光学设

15、备空间分辨率将提高一个数量级，对战区进行“凝视”侦察监视，可以对多目标、移动目标的连续侦察、标识、特征描述和定位。浮空器的吊舱往往支持多样的有效载荷，其中光学传感器包括光电、红外、全景视频、激光测距仪等。以美国为代表的西方国家一直都很重视光电监视设备的发展，并已形成了较为完善的装备体系。4.1. 美国陆军“持续威胁探测系统”的光电/红外传感器载荷美国陆军的“持续威胁探测系统(PTDS)已经在“新曙光行动”和“持续自由行动”期间分别部署在伊拉克和阿富汗。PTDS由RUgg团队运作，洛马公司为生产主承包商。PTDS系统带一个或两个光电/红外(EO/IR)传感器载荷和其它通讯载荷。PTDS携带1-3

16、Wescam提供的MX-20有效载荷。MX-20是一种超远程、多传感器、多光谱成像和瞄准系统。它一次最多可以携带七个传感器，第一种传感器是热像仪。它有两个中波热像仪可选，一个是640X512像元探测器的热像仪，另一个是1280X1024像元的高清热像仪。每个热像仪都有四个视场。例如，高清热像仪可提供31.5。、6.4。、1.3。和0.86。的视场，分辨率为1080po第二种传感器是彩色高清电视摄像机，可在40.5和2.8。之间连续变焦。第三种和第四种传感器是长焦镜头白天和微光观察摄像机，其中第四种传感器提供的4个视场在0.73和0.14之间。第五种传感器是人眼安全激光测距机，作用距离30千米，测距精度10米。第六和第七种传感器是激光照射器。