汪岸柳，毛偉文

(中國電子科技集團公司第38研究所 浮空平臺部，安徽 合肥 230088)

引言

系留氣球依靠氣囊內部充入比重比空氣輕的氣體(LTA氣體)，如氦氣、氫氣等，產生浮力克服自重與設備重量，并通過纜繩系縛于地面錨泊設備，實現(xiàn)升降、既定高度留空等操作。系留氣球像飛機和衛(wèi)星等空中平臺一樣，可以搭載各種通訊、監(jiān)測等傳感器設備。并且，相對于飛機和衛(wèi)星，其具有研制周期短、成本低、不需動力、留空時間長、安全性好、使用方便、維護成本低等突出優(yōu)點，在軍事上的應用越來越廣泛。

美國是世界上使用系留氣球載監(jiān)視系統(tǒng)最多的國家，自其上世紀70年代的“搜索天鉤”(Seek Skyhook)計劃開始，到2014年1月底“聯(lián)合對地攻擊巡航導彈防御空中網絡傳感器系統(tǒng)”(JLENS)正式部署馬里蘭州截止，美國在國土以及海外戰(zhàn)場部署了多達十幾種類型、數(shù)百套系留氣球載監(jiān)視系統(tǒng)，以保護其國土安全和國防安全。

我國早在上世紀八、九十年代亦開始關注系留氣球載監(jiān)視系統(tǒng)，多家院校和研究所都進行了相關研究，到目前為止，已取得了不小的成果[1]。不過，由于起步晚，基礎技術稍顯落后，在技術方面和應用方面，與美國相比，還存在一定差距。

本文將以美國已部署或正在研發(fā)的系留氣球載監(jiān)視系統(tǒng)為研究對象，整理球載監(jiān)視系統(tǒng)的技術特點以及美國球載監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展特點，從而分析其發(fā)展趨勢，為我國從事相關的技術研究提供一定的參考。

1 系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)的主要特點

由于系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)利用系留氣球平臺的浮力升空，可使用系留纜繩來將地面上的電能傳給球上的監(jiān)視設備以保證其正常工作，主要具有以下特點：

1.1 覆蓋范圍廣

球載監(jiān)視系統(tǒng)可升空至四、五千米的高空，相比地面監(jiān)視系統(tǒng)，受地球曲率影響小，覆蓋范圍廣。當氣球升空高度達到3000米時，對飛行高度50米的目標，其監(jiān)視距離可達到255千米，是地面雷達的5.7倍，監(jiān)視面積達到2.8萬平方公里，是地面雷達的32.5倍。

1.2 可克服地形遮蔽

由于其工作高度超過一般的地面建筑和高山等地形，可以很好的克服地形障礙的遮蔽，減少監(jiān)視區(qū)域的空白，當雷達系統(tǒng)具有足夠的功率和靈敏度時，其對低空目標的監(jiān)視距離就由雷達的視距決定。因此在監(jiān)視遠距離低空、超低空目標(諸如飛機、遙控無人機、巡航導彈等)方面，升空的雷達系統(tǒng)具有其獨特作用。

圖1 球載監(jiān)視系統(tǒng)的工作示意

1.3 續(xù)航能力強

系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)能源消耗主要來自球上電子設備和任務載荷的供電，相比其它飛行器，這些能源可以由纜繩從地面供給，無需球上攜帶，大大延長了空中工作時間，幾種航空器續(xù)航時間如圖2所示。

圖2 系留氣球與固定翼飛機的續(xù)航時間對比

1.4 效費比高

對于固定翼飛機或旋翼飛機等飛行器，在飛行過程中需要速度獲取動升力，在飛行的過程中需要消耗大量的燃油，其續(xù)航能力受到攜帶燃油量的制約，一般續(xù)航時間均是以小時計算。以預警機為例，常規(guī)固定翼預警機的續(xù)航約6-8小時不等[2]。對于系留氣球，其能源的消耗主要為自身的電子設備和任務載荷的供電，而這些電能可以由纜繩從地面供給，因此系留氣球的續(xù)航時間可以以天計算。一般來說，大型陣地式系留氣球的留空時間可在25天左右，小型機動式系留氣球的留空時間也能達到一周以上。

1.5 生存能力強

由于系留氣球填充壓力均較小，在受到炮火攻擊時，升力氣體的泄漏速度很小，受到攻擊后能夠有充裕的時間進行相關操作或返回基地進行修復。另外，系留氣球的囊體為高透波性材料粘合而成的軟體結構，內部無金屬骨架，雷達反射面較小，幾乎沒有雷達回波和紅外特征信號，很難被探測到。

2 氣球平臺主要研制廠商及相應平臺產品

限于技術水平、工業(yè)基礎和綜合國力，真正具有自主研制、批量生產氣球預警、監(jiān)視系統(tǒng)能力的國家目前主要為美國。美、英、法、意、印、以色列、科威特、沙特等二十多個國家和地區(qū)實際服役使用的氣球載裝備均為美國生產。

有能力研制系留氣球平臺的大型公司主要為洛克希德·馬丁(洛馬)公司[3]、TCOM公司[4]、Raven Aerostar公司以及其它中小型研制商，詳細如表1所示。

表1 平臺研制產商及平臺產品

上表中，洛馬公司與Raven Aerostar公司設計生產的系留氣球產品命名中的數(shù)字表示系留氣球的氣囊容積大小，單位為立方英尺。TCOM公司系留氣球產品的命名則主要以氣球的長度為標準。

其它一些中小型研制廠商，有世界航空公司(Aeros)、世界監(jiān)視集團股份有限公司(WSGI)、信息系統(tǒng)實驗室公司(ISL)等。這些公司近幾年均開始涉足系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)領域，并取得了不小的成績。

3 美國主要球載監(jiān)視系統(tǒng)

3.1 美國主要球載監(jiān)視系統(tǒng)產品統(tǒng)計

依托不同類型的系留氣球平臺，美國軍火承包商，如洛馬公司，諾思羅普·格魯曼公司(諾格公司)，雷神公司等，研究、設計、生產了多種類型的系留氣球預警、監(jiān)視系統(tǒng)。通過對美國近四十多年來的球載監(jiān)視系統(tǒng)梳理[4]，目前主要有以下類型的球載監(jiān)視系統(tǒng)，如表2所示。

表2 美國主要球載監(jiān)視系統(tǒng)情況 單位：萬美元

由上表可知，40多年來，美國部署了數(shù)百套系留氣球載監(jiān)視系統(tǒng)。其中，2000年以來，尤其是美國在阿富汗、伊拉克的戰(zhàn)爭，更是推動了球載監(jiān)視系統(tǒng)的應用，以RAID、PGSS、PTDS三種系統(tǒng)為例，其部署數(shù)量之和超過百套，若考慮其備份、損壞后再修復以及損毀后再重新生產的系統(tǒng)，其使用數(shù)量遠大于上述統(tǒng)計數(shù)。

3.2 美國球載監(jiān)視系統(tǒng)使用特點分析

根據(jù)上一節(jié)的統(tǒng)計信息，可以看出美國球載監(jiān)視系統(tǒng)使用有如下特點：

3.2.1 戰(zhàn)略級球載監(jiān)視系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展

JLENS始于1996年，由美國陸軍空間和導彈防御司令部主導，發(fā)展系留氣球載雷達監(jiān)控系統(tǒng)，以保護美國國土安全。2014年1月，JLENS系統(tǒng)終于部署馬里蘭州，以保衛(wèi)美國首都華盛頓特區(qū)及其東部海岸。作為當今最先進的戰(zhàn)略級球載預警系統(tǒng)，JLENS十年磨一劍，歷盡多方挫折，終于修成正果。

3.2.2 戰(zhàn)術級球載監(jiān)視系統(tǒng)大量發(fā)展

美國早期主要是利用420K、TCOM71M等大型氣球平臺，發(fā)展TARS等戰(zhàn)略級或工作級球載系統(tǒng)。到21世紀，受到美國在阿富汗、伊拉克戰(zhàn)爭的迫切需求，以TCOM17M、28M、74K、TIF-25K等中小型系留氣球為平臺，發(fā)展了諸如RAID、PGSS、PTDS等戰(zhàn)術級球載監(jiān)視系統(tǒng)，而且數(shù)量龐大。

3.2.3 平臺與任務載荷兼容性很關鍵

通過美國的實際使用，球載監(jiān)視系統(tǒng)平臺與任務載荷的兼容性很重要，平臺與載荷兼容性包括兩方面：

一方面，平臺大小與任務載荷的匹配性很關鍵。以RAID為例，作為TCOM公司2001年就開始部署到阿富汗的球載監(jiān)視系統(tǒng)，其初期采用TCOM15M氣球平臺，根本無法滿足任務載荷的需求，之后不得不采用更大的TCOM17M氣球平臺，直接結果就是其后期幾乎完全被PTDS、PGSS等系統(tǒng)擠出球載監(jiān)視領域，只能向地面塔基監(jiān)視發(fā)展。

另一方面，平臺與任務載荷功能匹配性也非常重要。以TARS為例，早期，TARS只是空軍單獨發(fā)展的球載監(jiān)視系統(tǒng)，上世紀90年代初，美國國會要求美國國防部，對西南邊境的共三家單位負責的系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)，計11個系留氣球雷達監(jiān)視系統(tǒng)進行整合統(tǒng)一管理，合并成TARS系統(tǒng)。目前，TARS的所有站點的氣球平臺和雷達任務載荷均是由洛馬公司一家生產。

4 美國球載監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展趨勢分析

隨著阿富汗、伊拉克戰(zhàn)爭的結束，尤其是2013年美國財政危機后，美國的軍事策略發(fā)生了相應變化，美國球載監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)展也發(fā)生了改變，其發(fā)展趨勢有以下幾個特點：

4.1 單平臺多任務載荷化發(fā)展

隨著技術的發(fā)展，新型囊體材料以及任務載荷的小型化和集成化后，球載監(jiān)視系統(tǒng)可以實現(xiàn)單平臺多任務載荷。以PTDS為例，可同時搭載Wescam Mx-20 EO/IR相機，聲敏傳感器，通信中繼,以及AN/ZPY-1星光雷達等，涉及到光學、聲波、電波、磁場等不同類型任務。未來，這種搭配形式將越來越多。

4.2 球載監(jiān)視系統(tǒng)網絡化發(fā)展

球載監(jiān)視系統(tǒng)網絡化包括兩方面：一個是多個球載監(jiān)視系統(tǒng)的網絡化組成，另外一個是球載監(jiān)視系統(tǒng)與其他非球載監(jiān)視系統(tǒng)如無人機、飛艇等進行空中組網。

典型的多個球載監(jiān)視系統(tǒng)網絡化組成代表是JLENS，作為目前最先進的球載監(jiān)視系統(tǒng)，每套JLENS包括兩個氣球平臺，分別搭載兩個功能不同的監(jiān)視雷達(SUR)和精確跟蹤探測雷達(PTIR)，前者提供一個單一、集成、網絡空中圖片(SINP)，并將信號指令傳給PTIR，實現(xiàn)對目標鎖定。PTIR可以支持一系列武器，包括愛國者PAC-3，SM-2，SAMs，AMRAAM以及中程擴展防空系統(tǒng)(MEADS)等。

球載監(jiān)視系統(tǒng)與其他非球載監(jiān)視系統(tǒng)組網，如REAP、以及測試中的HSV-2。2012年4月下旬，美國海軍采用REAP成功進行了無人系統(tǒng)延伸通信中繼試驗。

4.3 球載監(jiān)視系統(tǒng)從國防安全向國土安全轉變

阿富汗、伊拉克戰(zhàn)爭的結束，美國從戰(zhàn)地撤軍后，戰(zhàn)時用于保護軍隊的球載監(jiān)視系統(tǒng)并沒有因為撤軍而被拆除。除一部分繼續(xù)在海外進行反恐與軍隊保護外，另一部分正在逐步轉換職能，從國防安全向國土安全轉變[4]。

2013年，TARS由美國空軍轉為美國海關和邊境保護局(CBP)負責運行，凸顯其國土安全使命。

4.4 戰(zhàn)略級球載監(jiān)視系統(tǒng)地位不可替代

不論是JLENS系統(tǒng)耗費多大，還是2013年財政危機多么嚴重，戰(zhàn)略級球載監(jiān)視系統(tǒng)JLENS依然會持續(xù)發(fā)展，2014年1月底，一套JLENS系統(tǒng)部署在美國馬里蘭州，進行為期三年試用。

另外，作為處于生命周期末期的TARS，即使早被列為裁撤計劃之中，但由于無法找到可替代的系統(tǒng)而不得不延長服役?？梢灶A測，在未來一段時間內，戰(zhàn)略級球載監(jiān)視系統(tǒng)不可能被替代。

5 結語

四十年來，美國成為世界上系留氣球載監(jiān)視系統(tǒng)最主要的使用國，多達十幾型的系留氣球系統(tǒng)部署在美國本土和海外。

阿富汗、伊拉克戰(zhàn)爭已證明系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)是一項“偉大的裝備”。他們被當?shù)刂笓]官稱為“游戲改變者”。JLENS系統(tǒng)正式部署馬里蘭州，它將成為美國首都華盛頓特區(qū)的保護神。

可以預測，隨著新材料、新技術的發(fā)展，系留氣球監(jiān)視系統(tǒng)將成為美國國土安全和國防安全不可或缺的保護傘。

[1] 高山.氣球載雷達結構總體設計[J].雷達科學與技術，2010，8(6)：487-491.

[2] Christopher Bolkcom. Potential military use of airships and aerostats[R]. CRS Report for Congress. Washington.D.C: United States Capitol.2006.

[3] United States Government Accountability Office. Future Aerostat and Airship Investment Decisions Drive Oversight and Coordination Needs[R].Washington: GAO.2012.

[4] The Office of the Assistant Secretary of Defense for Research and Engineering, Rapid Reaction Technology Office. Lighter than air vehicles[R]. Virginia: DOD.2013.