[科普中國]-系留熱氣飛艇浮空平臺

浮空平臺通過熱氣飛艇無人化，利用囊體加壓技術(shù)和囊體外形曲線優(yōu)化技術(shù)提高系統(tǒng)抗風(fēng)能力，使用地面錨泊設(shè)備實現(xiàn)熱氣飛艇的升降。該系統(tǒng)提高了熱氣飛艇的技術(shù)水平，擴大系留熱氣飛艇使用條件，擴展其應(yīng)用領(lǐng)域。系留熱氣飛艇浮空平臺作為一種新的系留浮空平臺，通過攜帶不同任務(wù)設(shè)備，不僅能夠作為重大災(zāi)害情況下的應(yīng)急通訊平臺，還能夠完成空中監(jiān)控、電子偵查、電子干擾、通訊中繼、科學(xué)試驗等各種軍用和民用任務(wù)，其應(yīng)用前景非常廣闊。

2008年中國遭受特大雪災(zāi)和墳川特大地震的雙重打擊，災(zāi)區(qū)通訊完全中斷，信息的不通暢嚴重影響了救災(zāi)的執(zhí)行和調(diào)度，反應(yīng)出我國在應(yīng)急通訊方面缺乏有效的預(yù)案和措施，因此，如何實現(xiàn)在重大自然災(zāi)害情況下的應(yīng)急通訊，成為一項迫切的課題。如果在自然災(zāi)害期間架設(shè)起一個應(yīng)急浮空平臺，將小型通訊中繼基站帶至2000m空中，這樣可以大大提高救援效率，極大地減小人民財產(chǎn)損失、挽回?zé)o數(shù)生命。
　　目前實現(xiàn)緊急通信的措施就是將通信基站升到要求的高度，最有效可行的辦法就是利用浮空器作為浮空平臺，達到將通信基站懸浮在一定高度進行工作。由于浮空器的某些特點，目前較為高端的技術(shù)是采用氦氣飛艇浮空器實現(xiàn)應(yīng)急通訊，但是其操作復(fù)雜、維護繁瑣、使用費用高昂，難易普及，僅在高端的軍事偵查中應(yīng)用。作為通訊應(yīng)急系統(tǒng)，市場迫切需要一種操作維護簡單、使用費用低廉的浮空平臺，以便發(fā)生自然災(zāi)害搶險救災(zāi)時及時通訊。1

由于浮空平臺的某些特點，目前，采用系留熱氣飛艇浮空平臺或者氦氣飛艇等浮空器實現(xiàn)應(yīng)急通訊，是費效比最高的方案。但是，作為應(yīng)急系統(tǒng)，系留熱氣浮空平臺與系留氦氣飛艇浮空平臺相比更具優(yōu)勢：

（1）生產(chǎn)成本低。生產(chǎn)一個系留熱氣飛艇浮空平臺的成本是一個系留氦氣飛艇浮空平臺的十分之一到二十分之一。

（2）使用維護費用低。系留熱氣飛艇浮空平臺每次的使用費用只有一些運輸費、燃氣費以及人員費用，而同等級別大小的系留氦氣飛艇浮空平臺使用一次，光氦氣費用就以百萬元計。

（3）材料、氣源不受限制。熱氣球所用的紡織材料全部是國內(nèi)生產(chǎn)，燃氣用的是普通石油液化氣，資源隨處可尋，而系留氦氣飛艇所用的材料大多需要國外進口，氦氣基本也靠進口，一旦出現(xiàn)狀況很容易受到限制。

（4）操作簡單，展開快速。系留氦氣飛艇是一個龐大的系統(tǒng)，需要人員多（20~30人），準備時間也很長（最少5小時）。而系留熱氣飛艇浮空平臺一般只需要操縱人員10人左右，準備及布置時間最短只需20min，非常適合用于緊急情況下的快速部署。

（5）系統(tǒng)簡單，通過性好。系留氦氣飛艇浮空平臺需要配套氦氣車、錨泊車、發(fā)電車、控制車等大型車輛，只能通過3級以上公路運輸，在災(zāi)害條件下，難以到達受災(zāi)現(xiàn)場，而系留熱氣飛艇浮空平臺只需要一輛輕型卡車即可裝載全部設(shè)備，緊急情況下甚至能夠分解運輸，深入受災(zāi)一線，更好的發(fā)揮作用。

（6）系留氦氣飛艇浮空平臺對人員要求比較高，平時需要保持一定數(shù)量的操作隊伍，并實施訓(xùn)練，才能在應(yīng)急情況下發(fā)揮作用，而系留熱氣飛艇浮空平臺對人員要求很低，只需保有2~3名經(jīng)過培訓(xùn)的核心技術(shù)人員，其他人員無需專業(yè)培訓(xùn)，減少了平時的開支。

（7）系留氦氣飛艇浮空平臺龐大的球體在下雪時會堆積厚重的積雪，并且根本無法清理，因此，下雪天氦氣球是不能充氣的，更不能升空，而系留熱氣飛艇浮空平臺溫度高（囊內(nèi)溫度高達120℃），雪花落在球體上會立刻融化，不會增加囊體重量，能夠在小雪天使用，國外有熱氣飛艇在雨雪云中安全飛行不結(jié)冰的成功記錄。

因此，系留氦氣飛艇浮空平臺是很好的常態(tài)浮空平臺，而系留熱氣飛艇浮空平臺則比系留氦氣飛艇浮空平臺更適用于應(yīng)急系統(tǒng)。2

系留熱氣飛艇浮空平臺系統(tǒng)包括艇囊系統(tǒng)、吊艙系統(tǒng)、系留纜繩系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)等6部分。其中艇囊系統(tǒng)包括囊體、掛架、增壓風(fēng)機、加熱器等；吊艙系統(tǒng)由吊艙艙體、輕型液化石油氣鋼瓶、管路系統(tǒng)、任務(wù)艙（客戶提供）等組成；系留纜繩系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)連接器、主系留纜繩、艇頭牽引繩組成，錨泊系統(tǒng)由錨泊車、錨泊固定架、發(fā)電機組、電動絞盤、自動排纜機構(gòu)、導(dǎo)纜盤、控制檢測室等部分組成，地面保障設(shè)備系統(tǒng)包括吊車、輔助鼓風(fēng)機、配油壺、掛架地面推車、吊艙地面推車、工具箱等。2

系留熱氣飛艇浮空平臺采用密閉囊體增壓，遙控加熱的方式使系統(tǒng)產(chǎn)生升力，搭載任務(wù)設(shè)備升空，留空過程中完成應(yīng)急通訊任務(wù)。系統(tǒng)釋放、留空及回收過程中加熱、數(shù)據(jù)傳輸、監(jiān)控由電臺自動控制，同時結(jié)合地面可移動式錨泊車來實現(xiàn)。

◇ 有效載荷：總重量265kg；

◇ 設(shè)計飛行高度：地面海拔1000米時，升空1000米；

◇ 抗風(fēng)能力：10米/秒；

◇ 地面起飛風(fēng)速：5米/秒風(fēng)速下能夠起飛升空；

◇ 留空時間：留空時間6小時；

◇ 系留角：不大于±30度；

◇ 空中姿態(tài)：

俯仰角偏移角度：不大于±12度，

橫滾偏移角度：不大于±7度；

◇ 地面監(jiān)控?zé)釟馇蚋叨取⒖罩酗L(fēng)速等參數(shù)；

◇ 地面監(jiān)控?zé)釟馇蚰殷w壓力狀態(tài)參數(shù)；

◇ 操縱方式：地面遙控操縱；

◇ 提供高空基站設(shè)備艙、油機及天饋線系統(tǒng)安裝條件。

◇ 使用移動式錨泊車作為錨泊設(shè)備。

◇ 系統(tǒng)使用保管期限為10年（1年檢查1次），在正常使用和保管條件下使用壽命為50次或5年。

◇ 使用要求：系統(tǒng)操作簡單，便于日常維護，對操作人員進行簡單培訓(xùn)即可使用。

系留熱氣飛艇浮空平臺系統(tǒng)包括艇囊系統(tǒng)、吊艙系統(tǒng)、系留纜繩系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、地面保障系統(tǒng)等6部分。其中艇囊系統(tǒng)包括囊體、掛架、增壓風(fēng)機、加熱器等；吊艙系統(tǒng)由吊艙艙體、輕型液化石油氣鋼瓶、管路系統(tǒng)等組成；系留纜繩系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)連接器、主系留纜繩、艇頭牽引繩組成，錨泊系統(tǒng)由錨泊車、錨泊固定架、發(fā)電機組、電動絞盤、自動排纜機構(gòu)、導(dǎo)纜盤、控制檢測室等部分組成，地面保障設(shè)備系統(tǒng)包括吊車、輔助鼓風(fēng)機、配油壺、掛架地面推車、吊艙地面推車、工具箱等。（主體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實物見下圖1-1，圖1-2，圖1-3，圖1-4）。

圖1-1

圖1-2 空中部分實物圖

圖1-3 地面部分實物圖

圖1-4 空中部分實物圖

總體設(shè)計包括整體構(gòu)架方案，浮力和氣動力計算，熱氣飛艇體積計算，平衡計算，風(fēng)機風(fēng)量設(shè)計計算，可靠性設(shè)計，升空方式設(shè)計，與任務(wù)設(shè)備的機電接口設(shè)計。

系留熱氣飛艇浮空平臺系統(tǒng)經(jīng)過分析論證和試驗考核，產(chǎn)品的技術(shù)性能能夠達到規(guī)定要求，產(chǎn)品研制過程受控，關(guān)鍵技術(shù)已突破，技術(shù)質(zhì)量問題已歸零，產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)已凍結(jié)，無遺留問題；產(chǎn)品設(shè)計符合通用化、系列化、組合化要求：設(shè)計鑒定文件完整、準確、協(xié)調(diào)、規(guī)范，文實相符。

產(chǎn)品配套齊全，構(gòu)成產(chǎn)品的所有原材料、成品均有穩(wěn)定的供貨來源和可靠的質(zhì)量保證。產(chǎn)品生產(chǎn)工藝明確、方案合理、工藝路線完整協(xié)溷，產(chǎn)品的關(guān)鍵件、重要件有保證措施，生產(chǎn)時無特殊工藝要求，研制生產(chǎn)單位現(xiàn)有設(shè)備和技術(shù)可完成加工任務(wù)。3

使用集成創(chuàng)新的方法實現(xiàn)總體技術(shù)性能，系留熱氣飛艇浮空平臺是利用了傳統(tǒng)系留熱氣球技術(shù)的留空和定點原理、結(jié)合了熱氣飛艇密閉保壓囊體技術(shù)和系留氦氣球的錨泊系統(tǒng)技術(shù)，從而集成創(chuàng)新而成的一種新型的系留熱氣飛艇浮空平臺，并且通過采用新材料、一種熱氣浮空器加熱器、無人化設(shè)計等設(shè)計手段，使熱氣飛艇的抗風(fēng)能力、載荷能力、升空高度等得到質(zhì)的飛躍。這種設(shè)計思路融合了各種飛行平臺優(yōu)點，并降低了技術(shù)風(fēng)險。

系留熱氣飛艇浮空平臺總體設(shè)計技術(shù)：系留熱氣飛艇浮空平臺將傳統(tǒng)熱氣球、熱氣飛艇、系留氦氣球的技術(shù)進行了技術(shù)集成，并通過某些關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，首創(chuàng)一種全新的系留熱氣飛艇浮空平臺，是革命性的系統(tǒng)集成創(chuàng)新，是國內(nèi)外首創(chuàng)。已獲得專利四項，包括一項發(fā)明專利三項實用新型專利，另外由系留熱氣飛艇浮空平臺發(fā)展的兩項專利正申請當中（一種系留熱氣飛艇排氣裝置、一種系留熱氣飛艇吊掛裝置）。4

本系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)指標為：系留熱氣飛艇浮空平臺搭載任務(wù)載荷為265kg，升空高度最高海拔為2000m，相對地面高度最高1000m，在空中系留空達到6小時。

目前，國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品，其他科研單位不具備研發(fā)系留熱氣浮空平臺的技術(shù)實力，該產(chǎn)品在國外具有唯一性。

由于國外在傳統(tǒng)熱氣飛艇的技術(shù)發(fā)展比較成熟，但是在系留熱氣飛艇浮空平臺技術(shù)方面還處于空白階段，尚無同類產(chǎn)品問世。