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【航空航天】中国首个临近空间平台:临近空间飞艇“圆梦号”
柏岩 2015-11-17
导语

2015年10月13日,中国首个军民通用新型临近空间平台“圆梦号”在内蒙古锡林浩特市试飞成功。本次飞行是世界首次具备持续动力、可控飞行、重复使用能力的临近空间飞艇飞行,也是世界首次向企业和个人用户提供商业服务的飞行。

近日,由北京航空航天大学武哲教授科研团队研制的我国首个新型临近空间飞艇“圆梦号”(或临空一号),在内蒙古锡林浩特市巴彦宝拉格机场解缆升空。该艘巨大的银色飞艇在指定高度展开了包括飞行、通信、空域态势感知等多种科学实验后顺利着陆,实现了所有升空设备完好回收,标志着北航在临近空间探索研究领域处于世界领先水平。

图:“圆梦号”临近空间飞艇正在放飞

图:“圆梦号”临近空间飞艇运行参数正常

 临近空间是指距地球表面20千米到100千米之间的区域,是传统航空空间和航天空间的接合部。由于受到物理高度和空气密度的影响,传统航空器和航天器都无法在这一空间内飞行,因而成为普通航空飞行器最高飞行高度和天基卫星最低轨道高度之间极为特殊的区域,是各类长航时飞行器和空天飞行器的重要运行空间。

图:临近空间的物理特性决定其具有重要的战略意义

临近空间飞艇是利用平流层大气稳定、20公里高度附近风速较小等条件,采用太阳能和持续动力,可持久驻留在20公里高度以上的平流层空间,能自主和遥控升空、降落、定点和巡航飞行,并搭载侦测、通讯、导航等多种任务载荷的先进新型临近空间平台。临近空间飞艇作为一种能长时驻空、重复使用、区域覆盖、低成本、多用途的空间平台,可执行通信覆盖与中继、对地成像与观测、国土与城市管理、应急救灾保障等多种任务,具有广阔的需求空间。

此次北航研制试飞成功的新型临近空间飞艇“圆梦号”是一艘巨大的银色飞艇,长75m、最大直径24m、体积18000立方米、载荷能力100Kg—300Kg,依靠氦气浮力升入空中。它采用三个六维电机的螺旋桨,升空后依靠太阳能提供动力,采用电推进螺旋桨调控,按计划将驻空48小时。“圆梦号”采用太阳能和持续动力,能自主和遥控升空、降落、定点和巡航飞行,可执行通信覆盖与中继、对地成像与观测等多种任务。该飞艇在20公里高度指定范围驻空和飞行,搭载了宽带通信、数据中继、高清观测、空间成像、态势感知等系统,可执行通信覆盖与中继、对地成像与观测等多种任务。这也是全球首次试飞成功具备持续动力、可控飞行、重复使用能力的临近空间飞艇。未来"圆梦"号将进行长航时持续动力飞行、临近空间高速通信等一系列试验验证活动。

图:“圆梦号”临近空间飞艇设计参数

在临近空间,气压低、昼夜温差极大、紫外辐射强烈,还有臭氧老化等因素都是影响飞行器设计的巨大挑战。临近空间飞行器最大的难点在于升上去,还要留得住,由于临近空间昼夜温差极大,对材料及系统控制要求极高。

“圆梦号”临近空间飞艇的囊体材料更轻,承受的压力更大,柔性太阳能电池的能量转换率超过18%,而且航电系统也是全球最轻的。北航临近空间飞行器团队在近10年的飞艇研究过程中,解决了很多技术难题。如能量循环系统,控制系统,材料等等。下图给出了较为完整的“圆梦号"飞艇设计的技术难题。

图:北航临近空间飞行器团队解决的关键技术

临近空间飞艇的未来商业应用 

据了解,新型临近空间飞艇作为空、天飞行器之间的协作中继,能够弥补空天一体化的作业缝隙,在移动互联通信、敏感区域监控、无线网络覆盖、物联数据中转、国土资源勘测、灾区应急通信等方面,有重大应用前景。此外,临近空间飞艇还能够实现与卫星、海洋、地面等系统的互通互联,有效衔接多种信息系统,成为推进我国“一带一路”战略构想周边沿线空间安全信息保障的重要平台。 临近空间飞行器在民用领域的临近空间探索与创新应用主要包括:

(1)废弃排放、水源污染监测

临近空间浮空器携带多光谱成像载荷,可实时监测城市和郊区的废弃排放与水质情况,并将数据通过无线网络发送至环保部门,可实现对污染事故的实时监测。

(2)智慧城市交通、建筑精细观测

临近空间浮空器携带可见光和微波成像设备,在20km高度可以实现对城市交通及建筑设施的厘米级高清分辨率成像。实现城市整体交通实时监测,违章建筑实时监测以及突发事件快速信息获取等功能。

(3)沿海4G无线通信覆盖

临近空间浮空器在20km高度可以覆盖以飞艇为中心半径为500km区域。多艘临近空间飞艇搭载通信基站,可以为海洋用户提供4G通信服务,可将现有通信网络由岸边20km拓展至200km以外区

(4)广播电视信号覆盖

临近空间浮空器可携带高清数字电视信号广播设备,实现对偏远或难以架设高清电视信号转播区域的信号覆盖,如应用与城区,可显著减少广播塔站数量。

(5)高空精确气象探测

临近空间浮空器携带气象探测雷达,可以对局部天气过程进行实时预报和监测,可以跟踪和判断台风或其他灾害性天气的变化,为人们提供精确气象服务。

(6)森林草原防火

临近空间浮空器携带红外探测载荷,可实时监测森林与草原火情,及时将信息传递给地方政府和消防部门,以利于快速灭火,确保人民财产和生命安全。

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文章评论(2)
柏岩[北京航空航天大学]

祝贺北航临近空间飞艇团队

887天前 | 回复
爱因斯坦[北京航空航天大学]

北航临近空间飞艇团队很强啊

914天前 | 回复
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作者 柏岩

硕士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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