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高空气球,探空是“主业”

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发表于 2023-2-6 10:20:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
      气球这种历史很悠久的浮空器,最近受到广泛关注。现代高空气球有怎样的特征,又有什么民用用途?民用无人气球因不可抗力失去控制,追踪以及处置有哪些难点?
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有一次性,也有可回收
气球是一种古老的浮空器,但目前仍在很多领域应用。和人们印象中的气球不同,目前用于专业领域的高空气球并非一定是圆形的。有些气球呈纺锤状,更像大家印象中的飞艇。中国专家张学峰告诉《环球时报》记者,飞艇和气球都属于浮空器,目前以充氦气为主,飞艇外形以纺锤和雪茄形状为主。通常而言,飞艇带有动力装置,而气球没有动力装置,所以飞艇的机动性能更高。大气层中不同高度的气流流动方向和速度不同,气球通过调整自身的飘浮高度,进入不同气流内,就可随风飘荡。
气球的一个常见用途是探空作业,它相对廉价,性能又足够满足要求。很多国家都使用气象气球进行天气预报以及大气研究。这些气球通常携带探空用的仪器设备,通过太阳能电池提供电力。有些气球是一次性使用的,随着气球的高度不断升高,气球球体膨胀破裂,相关设备可通过降落伞回收。此外,有些气球通过携带角反射体、曳光管,还能作为防空演习的靶标。
近年来,有一些系留气球用于军事领域。这些系留气球通过线缆与地面连接,防止气球逃逸,也就是说这些气球是固定在某些特定位置,并不随着大气进行运动。这种气球可携带雷达、红外光电传感器,用于探测低空目标和地面目标,保护基地、城市等重点目标免遭袭击。
2021年美军从阿富汗撤离时,就遗留了一个大型系留气球。这个气球呈流线型,像传统印象中的飞艇,但没有动力系统。实际上,这是美国的所谓“持久威胁检测系统”(PTDS),气球上装备的红外系统以及AN/ZPY-1小型合成孔径雷达,可以探测地面车辆和人员,并通过传输设备将信息传输给地面指挥人员,然后由地面人员进行处置。更大型的系留气球可携带较大型的雷达,构成气球载雷达,用于在重要城市附近协助探测超低空目标,比如巡航导弹、无人机等,执行防空任务。
不适合对万里外目标过境侦察
在大型气球诞生早期,飞机尚未发明之前,确实有军方使用气球进行侦察。但随着飞机的诞生和广泛应用,气球、飞艇随之淡出侦察领域。不过第二次世界大战后的一段时间,气球又因为其独特的特性,重新被用于侦察。据路透社报道,二战后不久,美国军方开始探索使用高空间谍气球。根据美方资料,上世纪50年代该项目在苏联领土上放飞高空气球,进行侦察拍摄活动。
据报道,气球的优势之一是飘浮高度高,通常在2.4万-3.7万米的高度运行,远高于民航客机飞行高度,通常民航客机的飞行高度在1.2万米以下。绝大多数战斗机飞行高度在2万米以下,有些高空侦察机、截击机的飞行高度达到2.5万米或更高。
2009年向美国空军指挥和参谋学院提交的一份报告表示,气球相对于卫星的优势包括能够从更近的地方扫描大片领土,并且能够在目标区域停留更多时间。与需要耗巨资发射的卫星不同,气球可以廉价发射。
张学峰表示,虽然之前有使用高空气球进行侦察的案例,但气球的可控性较差,搭载的设备量少,并不适合对万里之外的目标进行过境侦察行动。对于拥有完善卫星侦察网络的大国,气球深入别国境内进行侦察不是最优选项。
处置失控气球并不容易
由于气球本身不易进行有效操控,虽然它们可以通过改变高度来进入不同方向的气流,粗略引导到想要到达的区域,但其自身的不易操控以及气候、天气等不可抗力的变化有可能导致一些民用的气球意外“流浪”。一旦出现类似情况,应该如何追踪与应对呢?
英国广播公司(BBC)的文章称,人们没法像掌握商业航空器的飞行轨迹数据那样掌握气球的飞行轨迹,因此需要参考其他信息来源。在相关技术的基础上,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)掌握了一种对1.4万米以上的气流进行分析的模型。“它的主要用途是掌握污染物和有害物质在大气中的运行和扩散。”BBC气象预报主播、气象学家西蒙·金说。
据报道,美国气象学家沙特菲德曾用这种被称为“轨迹模式”的模型计算监视气球可能的飞行线路,并把他的发现在网上进行分享。但必须注意,这一模型并非监视气球的实际飞行轨迹,而是根据美方机构的模型进行分析得出的结果。
张学峰表示,气球的飘浮速度比较慢,现在很多采用脉冲多普勒体制的雷达较难发现和稳定跟踪慢速飞行的气球。“目前多数战斗机、防空系统使用的脉冲多普勒雷达,为了滤除地物杂波,通常有一个目标速度门限值,目标速度低于这个门限值,雷达会把这个目标当成杂波滤除掉,就不会显示目标。”当然,没有使用脉冲多普勒体制的雷达可以发现相关目标。有的雷达使用脉冲压缩加动目标显示技术,没使用脉冲多普勒技术,哪怕静止的目标也能跟踪。另外,有些采用数字列阵技术的脉冲多普勒体制有源相控阵雷达通过设定参数,也能够跟踪气球等目标。比如,人为降低这个门限值,就能够让慢速目标显形。“目前对大多数战斗机的脉冲多普勒机载雷达来说,稳定跟踪慢速飘浮的气球包括它的悬挂物,是需要些技巧的”。
除了追踪和预测气球的轨迹,如何处置失控的高空气球也是一个难度不小的问题。张学峰表示,击落高空气球是一种选项,难易程度首先取决于气球的飘浮高度。如果气球飘浮高度达到3万米以上,目前多数空空导弹、防空导弹是很难对其进行有效攻击的。多数防空导弹的杀伤区高界在2.7万米左右,多数空空导弹更低,很多导弹特别是空空导弹面临“够不着”的问题。
张学峰进一步解释说,至少有两个因素限制了导弹的射高,一是动力不足,比如近程低空防空导弹,动力系统就工作几秒,甚至一两秒,无法把导弹推到那么高的高度。另一个是高度太高之后,空气稀薄,导弹的翼面升力和舵面控制力大幅度下降,无法提供足够的升力和控制力保持稳定飞行和机动。有些反导系统虽然能打大气层外的目标,但拦截低界比较高。这些反导系统通常采用红外成像导引头,飞行速度快,在大气层内飞行会导致严重的气动加热,致使红外导引头热噪声较多,难以捕获目标。比如美国“萨德”反导系统,美国虽然说它是世界上第一种兼具大气层内外拦截能力的反导系统,但目前多数信息来源显示,其拦截低界是4万米,可能对3万米左右高度的气球无可奈何。此外,目前的多数激光武器作用距离也较近,拦截3万米高空的气球也颇为吃力。
张学峰表示,击落气球还要考虑对地面的影响,特别是气球的残骸、用于攻击的导弹的残骸是否会对地面人员构成伤害,所以需要选择一个适当的拦截窗口。
【环球时报特约记者 梁佳媛 环球时报记者 刘 扬】

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