浮空器

与心怡

浮空器（Lighter-than-air craft）是指利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。依照工作原理，浮空器可分为飞艇、系留气球和热气球。对应而言，固定翼飞机与直升机是利用机翼旋翼运动产生的空气动力升空，属于“重航空器”（Heavier-than-air craft）。当下几乎从各国军事装备中消失的浮空器，迄今已有逾百年的发展历史，也曾有着快速发展并广泛应用的辉煌。虽说飞机与直升机的问世终结了飞艇的黄金时代，但本世纪开始浮空器又随着需求的变迁和科学技术的进步迎来了春天。在美军中，对战略运输和对固定地域进行长期监视的战术需求，使飞艇、系留气球的发展再度受到重视。近年来美国军方不断投入资源，进行了一系列浮空器的研制计划，而且系留气球已在伊拉克和阿富汗战场上部署使用。

飞艇的早期应用历程——民伏军起

飞艇根据结构材质上的不同，可分为三类：软式飞艇，此型飞艇靠内部气囊的气体压力来维持外部形状与结构完整，早期飞艇多属此型式；半硬式飞艇，其结构与软式飞艇相去不远，但气囊内部装有固定龙骨等支撑物，可用来安装吊篮、稳定翼与操纵面等组件；硬式飞艇，有结构性骨架，可用来维持飞艇外部形状并携行吊篮、发动机等各式载荷，这种飞艇又因为其发明者齐柏林而通常称为“齐柏林飞艇”。飞艇虽是以空气静力升空，但其在空中进行运动时，仍需舵与推进器协助。动力飞艇依获得升力的方式，可分为两类：一是以空气静浮力为升力的传统飞艇，另一为运用传统静浮力并通过外形改装、获得额外升力的复合式飞艇。

16世纪70年代，飞艇的概念初次萌芽。到了19世纪，欧洲各国的发明家们逐渐解决了飞艇飞行所面临的各项技术问题。在经过一系列的飞行试验后，飞艇这一飞行器逐渐走向成熟。1900年“齐柏林1号”飞艇成功飞越了康斯坦茨湖，开启了飞艇黄金时代的序幕。此后，欧洲各国也制造了一系列飞艇成功运用于载客、航空邮递与货运等民用领域。

1937年5月6日，德国“齐柏林飞艇”“兴登堡”号在美国新泽西州莱克赫斯特准备着陆时发生爆炸，造成30余人丧生。此次事故后，飞艇在商业领域的运用基本全面终止，民用飞艇的黄金时代至此画上了句号。但第一、二次世界大战仍是飞艇在军事领域运用的巅峰时期。

1921年3月，意土战争中意大利利用飞艇执行战场侦察和轰炸任务，这是飞艇首次在军事上的应用。此后，飞艇被德国、俄国、法国与意大利等国用来执行各种不同性质的军事任务，特别是侦察与轰炸任务。俄国利用飞艇轰炸了德军阵地，而德国则用“齐柏林飞艇”将几百吨炸弹投向了伦敦和巴黎。只不过飞艇在实际运用中的易损性相当高，到了一战末期，飞机已经从根本上取代了飞艇成为对地轰炸的主力。

一战期间的英国也是飞艇的主要使用国，装备了众多不同型式的飞艇。其中，尺寸最大性、能最好的是NS级软式飞艇，可搭载10名乘员并持续飞行24小时。NS级软式飞艇可挂载6枚104千克炸弹，并配备有3-5挺机枪。英国军方的使用主要是执行侦察、水雷清除、商队的护航与攻击潜艇等任务。特别是战时飞艇对商船船队的护航，证明是对抗德国潜艇袭击商船的有效措施，提升了协约国的护航作战效能。

两次世界大战期间，德国认为在未来战争中，采用飞艇执行任务已经过时，因此重点投入在飞机领域的研发。相对而言，这时期的美国则积极进行军用飞艇的建造。二战中美国海军飞艇的主要任务是在沿岸执行巡逻、船队护航与海上搜救任务，其它任务则包括照相侦察、伞兵运输、空中轰炸、水雷布放与清除以及人员货物运输等。

美国装备的飞艇有高达87%的高效出勤率和近38万小时的累积飞行时间，为超过7万艘商船提供了护航。在飞艇护航下极少有商船在美国海岸被潜艇击沉。所以战后当各国军方对飞艇的兴趣大减时，当时的美军不仅仍保有150余艘飞艇，还在建造多艘大型飞艇。这些飞艇也不负美军的厚望，在二战后的最初10年仍是美国海军对苏联潜艇反潜战的重要资本，直到1962年8月，美国军方的最后一艘飞艇正式退役。

战后军用飞艇的发展

上世纪80年代末期，为了能对掠海巡航导弹早期预警，美国海军重新启动了飞艇研发计划。1987年6月，美国海军授予西屋电力与英国飞艇工业两家公司一份总额1，7亿美元的合同，论证飞艇做为掠海巡航导弹的空中探测预警平台的可行性。后由于研发经费不足，该计划在1995年被迫终止。2006年5月，飞艇在美国海军的装备使用中再次得以重启。此时美国陆军、空军与国防先进技术研究计划署等单位也在推进一系列飞艇技术验证与研究计划，探讨飞艇在现代战场中的运用。

2006年11月，美国陆军购买了一艘飞艇，用来验证能否将1134千克载重以遥控和自主导航飞行方式运至15000米高度。2010年，美国陆军空间与导弹防御司令部授予诺·格与混合空中载具两家公司一份近5.2亿美元的合同来发展“长航时多情报载具”（LEMV）系统。此型飞艇可滞空21天，用于执行持续性情报、监视与侦察任务。不过在2012年2月，LEMV计划因预算过高以及美军即将从阿富汗撤军而宣告中止。除此之外，美国陆军空间与导弹防御司令部的高空飞艇计划尚有“高空长航时技术验证艇”与“复合艇体高空动力平台”（CHHAPP）两项，这两项计划也分别因为缺乏预算与飞行测试失败而叫停。

2005年，美国国防先进技术研究计划署亦着手进行代号“海象”的混合动力超大型飞艇的研制。此计划的主要目标是对飞艇作为长航时大载重运输型航空器的可行性进行研究，并将建造一艘最大起飞重量达500吨，具备洲际飞行能力，无需着陆设备即可在恶劣地形进行起降的超大型飞艇。当年洛·马与美国航空飞艇两家公司各获得一份金额近300万美元的合同，对混合动力超大型航空器进行前期研究。不过到2006年3月，国防先进技术研究计划署宣布终止“海象”的研制计划。

当前美国军方正进行中的飞艇计划，包括“传感器与结构集成”（Integrated Sensor Is Structure，ISIS）飞艇与代号“鹈鹕”的刚性外壳可变浮力飞艇（Rigid Aeroshell Variable Buoyancy，RAVB）。ISIS计划是美国空军与国防先进技术研究计划署共同执行的研发项目，目标是将先进的雷达系统与大型平流层飞艇的结构整合，雷锡恩和洛·马两家公司获得研发合同。“鹈鹕”刚性外壳可变浮力飞艇则由美国国防部快速反应技术办公室与美国国家航空航天局艾姆斯研究中心两家单位主导，其技术重点是寻求飞艇技术上的新突破和整合。比如目前常规构型的飞艇，地面停放必须借助系泊设备和大量人力的操作，在大载荷时无法垂直起降或悬停。所以代号“鹈鹕”旨在发展并整合各项飞艇关键技术，比如浮力控制系统、高强度轻质的内部结构、低速盘旋控制系统以及无需地面人力支援的着陆系统。而上述正在进行的两项飞艇研制计划所涉及的各项飞艇关键技术若能获得突破，那将为飞艇的未来发展投入崭新的动力，有助于飞艇在民用与军用领域更宽广的运用。

除美国外，英国在此领域的发展亦有相当进展，例如英国先进科技集团开发的“天猫”（Sky cat）系统复合式飞艇，结合了飞艇与气垫船两项技术，可在平地、草地、沼泽、雪地和水面等不同地貌着陆甚至滑行。“天猫”系列飞艇根据载重能力不同分为Sky Cat-20/200/1000三型，分别有20、200与1000吨的起飞重量。Sky Cat-1000飞艇的运载能力远胜于美国空军C-17战略运输机的载重量，加上可安装上下坡道，可快速有效地进行物资的装运与卸载。“天猫”系列飞艇除速度相对较慢外，其机动性与载重能力均优于现有的民用货机和军用运输机，许多国家军方对“天猫”这类运输型飞艇在未来运输任务中的可行性进行着论证和研究。

综上所述，不难发现飞艇相较飞机或直升机的在“载重”上的优势，其反应灵活可机动部署，运载能力强特别是几乎不限制货物的形状和尺寸，如大型雷达天线等特殊载荷。现在的飞艇在摒弃过去的可燃易爆的氢气，改用惰性气体氦气作为气囊的填充气体后，安全性已经大幅改善。而且飞艇外层多为复合材料和玻璃纤维制造，雷达反射面积较小，几乎没有雷达回波和红外特征信号，因此很难被探测到，战场生存能力较强。随着诸多新技术、新材料在飞艇上的应用、性能的不断提升，飞艇的发展将迎来又一黄金时代。飞艇在早期预警、海军的反舰作战、指挥控制、通信中继平台以及战术战略运输等军事领域的运用更将广阔。

新兴的浮空器——系留气球

除飞艇外，浮空器家族的另一重要成员就是气球，其利用静浮力升空，不具备动力。根据是否配备系缆固定地面细分为系留气球与自由气球两类。自由气球因为无法控制在大气中运动，将探测设备置于其上很难进行回收重复使用，所以除了空飘、气象观测外在军事领域不具太大运用价值。相对的，以系留气球为代表的浮空器因可携带的载荷具有弹性，可根据需求灵活换装不同载荷来执行各种不同任务，加之通过系留系统可回收重复使用，已被许多国家的军方与安全部门装备，用于军事及国土安全领域。

一般来说，系留气球主要组成包括气球本体、系缆、系留系统三部分。气球的软式气囊内充氦气或氮气惰性气体来产生静浮力升空。气球可依载重能力大小安装监视预警雷达、通信装备、红外夜视摄像机以及电子通信等不同类型的监视探测装备。系缆的主要功用是使气球保持在固定位置，其内部配备高压导线与光纤电缆，前者可提供气球所搭载的各传感器操作时所需的电力，后者则将传感器获得的信息传送至地面接收站。系留系统配备有绞车，可用来施放或回收系缆用以控制气球的上升与下降。在实际操作时，系留气球需要车辆与地面控制站的支持，这两者可协助其进行机动部署，并将气球探测器获得的情报整合处理，分送至相关单位。系留气球的优点不仅有任务载荷可按需灵活搭载，其系留布设的平台弹性也很大，不仅可在陆上，在海上的船舶上也可布放。

1980年12月，美国空军开始使用系留气球，将一具监视雷达安装于系留气球上，执行海岸监视任务，这套系统即是“系留气球雷达系统”（Tethered Aerostat Radar System，TARS）。1984年起，美国海关在美国南方边境建立了一系列系留气球网络，用于对美墨边境的非法毒品交易进行监视。此外美国海岸警卫队也在墨西哥湾沿岸投入使用了类似系统。为能更有效操作“系留气球雷达系统”，美国国会还在1992年授权国防部统一管理相关系统，美国国防部将美国空军作为前述三个机构相关系统的行政管理机构。“系留气球雷达系统”除执行边界监视，其获得的情报也同时与美军北方司令部、南方司令部与北美防空司令部等单位共享。目前美国政府正计划将此系统移交国土安全部使用。

在美军出兵阿富汗和伊拉克后，为了对固定地域进行长期监控，并为部队提供必要的保护，系留气球再度受到美国军方重视，国防先进技术研究计划署与美国各军种也进行了一系列系留气球研发与部署计划。在这两个战区，美军部署的系留气球雷达系统有近60套之多，累积使用时数已超过60万小时。虽然美国陆军装备使用的“系留气球雷达系统”先后有RAID、REAP、PTDS、MARTS、PGSS等等诸多型号，但将这些英文名称译成中文后，其名称、性能及用途上的差异并不明显，都属于系留气球与不同任务载荷的组合，或搭载雷达，或搭载光学红外设备，或搭载GPS、通信中继等设备。战场部署时可配置在前进基地、高价值目标周围系留升空，为部队提供战场监视、情报搜集、通信中继，早期预警防止火箭炮、迫击炮袭击等。

除了上述几型“系留气球雷达系统”外，特别值得一说的还有由雷锡恩公司制造的联合对地攻击巡航导弹防御高空网络传感器系统（Joint Land Attack Cruise Missile Defense Elevated Netted Sensor，JLENS）。该系统使用两个系留气球作为任务载荷的搭载平台，分别携带远程预警雷达和火控雷达。预警雷达可对重点区域内的不同威胁进行24小时连续监视，包括巡航导弹、无人机、大型火箭、战术弹道导弹，以及地面与水面移动目标等。火控雷达则用来为地面防空导弹提供火控数据的解算。JLENS系统可机动部署，并可连续作业一个月。美国军方计划购买12套JLENS系统，其中一套已于2014年部署在了华盛顿特区。JLENS系统的监视预警涵盖范围约等于4-5架E-2C、E-3等预警机的全天候飞行，而且使用成本只相当于预警机的十分之一，操作人力更不及后者的一半。

系留气球——资源小国的“人造卫星”

除美国军方与国土安全部门的装备使用外，法国、约旦、以色列、印度、科威特与阿联酋等国也装备着数量不等的系留气球系统。这些国家将不同类型任务载荷装于系留气球上，执行防空预警、通信、边境监视、部队保护、基地安全、空中预警以及情报、监视与侦察等任务。系留气球也被政府各部门运用于环境监控、国土防御、灾害救援与反恐安全等新领域。在可预见的未来，由于系留气球在运用上具有巨大弹性，将在国防、国安、环保与救灾等领域扮演更为重要角色。

尤为重要的一点是，较于其它侦察预警平台，系留气球系统的造价相对更低，操作成本低廉，是资源有限的小国进行长期侦察监视的最佳选项。就实际操作而言，侦察卫星也无法持续数日或是数周的针对特定目标或区域长时间监控。大部分低轨卫星每次通过目标的时间不到十分钟，而且卫星的过境时间规律往往可预测，提前采取若干反制措施即可降低卫星的侦察效果。无人机由于载荷有限，也无法长时间在特定区域进行持续监视，而且载荷能力必须在任务载荷、燃油与留空时间等因素间进行平衡，也无法携带结构复杂、体积稍大的先进侦察监视装备。对比看，系留气球构造简单，运载能力强，不需跑道即可升空。同时，系留气球由于作业高度较低，侦察影像的分辨率以及对电子信号的截获侦听能力都相对较强。再加上在滞空时间、载荷弹性、成本与作战效能上的天然优势，系留气球无疑是资源有限的国家遂行长时间监控的最佳选项，是资源小国的“人造卫星”。

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