浮空器及其光电设备发展

世界很多国家都积极对军用浮空器进行探索和开发，近年来尤以美国、俄罗斯及欧洲的研发力度为最大，成果也最为突出。美军研发和部署的浮空器多达十余种，例如传感器结构一体化飞艇（ISIS）平流层飞艇、“高空哨兵”（HiSentinel）飞艇，俄罗斯开发了“金雕”（Berkut）系列飞艇、“美洲豹”（JAGUAR）系留气球等，以色列推出了“全球最大”预警飞艇—“高可用性浮空器系统”(HAAS)。

1.1 美国浮空器最新发展

2021年9月，在“雷霆云”演习期间，美多域特遣队曾使用8套高空浮空系统完成通信中继和光电情报侦察任务。2022年3月底至4月初，在“肩并肩”演习期间，美方至少使用了4艘平流层飞艇完成情报侦察任务，轨迹主要覆盖南海和菲律宾附近海域。2022年，五角大楼正在制定一项新计划，以摆脱来自他国的竞争：高空气球。飞行高度在1.8到2.7万米之间的高空气球将被添加到五角大楼广泛的监视网络中，并最终可能用于跟踪高超声速武器。

美军在2023财政年度预算中，准备对系留球项目的研究花费2710万美元。这比过去2年美军在浮空器项目上的380万美元投资，整整多出了2330万美元，表明了美军对其研究力度大大增强，而且美军还设定了更加宏伟和现实的应用目标—探测和跟踪当今威胁性极大的高超声速武器并将其纳入整个杀伤链。

1.2 俄罗斯浮空器最新发展

俄罗斯2016年开始组建首支浮空器部队，并通过《2025年前浮空设备发展构想》，计划订购新的浮空设备，包括热气球和飞艇。2018年据俄罗斯国防部消息，俄军将收编多个AKV-05浮空器，AKV-05在叙利亚进行测试，旨在保护和监控军事基地附近区域。AKV-05浮空器是一种光电监控系统，内置热像仪，可进行全天候监控。其强大的摄像头可以在300米的高空看到2千米以外的汽车牌照。在正常气象条件下，有效视频侦察范围为10千米。2023年2月，在乌克兰战场上，乌克兰政府击落了首都上空的6个俄罗斯气球。这些气球下面挂着的是由3块铁皮焊接成的“空心金字塔”，由金属板拼接而成的装置叫做雷达反射器，凭借其特殊的构造，可以最大程度地反射雷达的信号，从而干扰乌克兰地面防空系统的正常工作，同时消耗乌克兰的地空导弹和空空导弹。

1.3 欧洲浮空器最新发展

Stratobus由法国和意大利合资的泰雷兹阿莱尼亚宇航公司与法国CNIM航空航天公司合作开发，是一台能执行多种任务的自主平流层飞艇，可为民用和军事应用提供永久的监视和监视。该飞艇2021年9月在瑞典基律纳进行了平流层气球的示范飞行，这次8小时的试飞验证了飞艇的紧急回收概念。实时视频传输证实了该系统的有效性，特别是与地面的通信联系、指挥和控制电子设备、数字爆破系统及其启动器、爆破启动器和所有仪器。

1.4 以色列浮空器最新发展

早在2014年以色列军队就在加沙边境地区部署了10个浮空器，用于遥控监视边境动态，并使用一条双向保密通信线路传输视频和其他情报数据。2021年11月，以色列空军（IAF）发布了消息称其部署的一种新型预警浮空器—“高可用性浮空器系统”的无人系留飞艇，可提供对低空飞行威胁的预警，例如巡航导弹、武器化无人机和其他空中威胁。2023年3月，以色列航空工业公司和RT浮空器系统公司在日本防务展上发布了Skystar ResQCell，这是一种蜂窝地理定位浮空器，能够实现态势感知、快速响应和进入任何灾区。

光学载荷在卫星和飞机上应用较早，星载光电载荷作用距离普遍大于100千米，具有大视场，分辨率不足限制了星载光电载荷在精确观测领域的应用。机载光电载荷的分辨率可以达到米级，作用距离从几十千米到上百千米不等，但无法长时间定点驻留导致机载光电载荷在对特定区域长期观测方面应用价值较小，平台飞行高度低导致机载光电载荷覆盖范围受到限制。光学载荷在在临近空间浮空器得到应用，与星载、机载光电载荷相比，具有独特的优势，主要体现在以下3个方面：

（1）侦察范围更大。临近空间浮空器相对飞机高度更高，视野更开阔，侦察范围更远。例如，在15 千米高度的飞机，对地/海侦察最大距离（视距）约500 千米。而在30 千米高度的临近空间，对地/海侦察视距可以达到约700 千米，侦察范围大幅增加。

（2）长时间工作。临近空间浮空器最长飞行时间达1个月，远远高于飞机的飞行时间。因此光学载荷一般要求具有较长的工作时间，在临近空间环境下长时间内稳定可靠地工作。

（3）探测精度高。与侦察卫星相比，临近空间飞行器上搭载相同的设备，其光学设备空间分辨率将提高一个数量级，对战区进行“凝视”侦察监视，可以对多目标、移动目标的连续侦察、标识、特征描述和定位。

浮空器的吊舱往往支持多样的有效载荷，其中光学传感器包括光电、红外、全景视频、激光测距仪等。以美国为代表的西方国家一直都很重视光电监视设备的发展，并已形成了较为完善的装备体系。

2.1 美国陆军“持续威胁探测系统”的光电/红外传感器载荷

美国陆军的“持续威胁探测系统”（PTDS）已经在“新曙光行动”和“持续自由行动”期间分别部署在伊拉克和阿富汗。PTDS由Rugg团队运作，洛马公司为生产主承包商。PTDS系统带一个或两个光电/红外（EO/IR）传感器载荷和其它通讯载荷。PTDS携带L-3 Wescam提供的MX-20有效载荷。MX-20是一种超远程、多传感器、多光谱成像和瞄准系统。它一次最多可以携带七个传感器，第一种传感器是热像仪。它有两个中波热像仪可选，一个是640×512像元探测器的热像仪，另一个是1280×1024像元的高清热像仪。每个热像仪都有四个视场。例如，高清热像仪可提供31.5˚、6.4˚、1.3˚和0.86˚的视场，分辨率为1080p。第二种传感器是彩色高清电视摄像机，可在40.5˚和2.8˚之间连续变焦。第三种和第四种传感器是长焦镜头白天和微光观察摄像机，其中第四种传感器提供的4个视场在0.73˚和0.14˚之间。第五种传感器是人眼安全激光测距机，作用距离30千米，测距精度10米。第六和第七种传感器是激光照射器。

2.2 美国MZ-3A飞艇的成像系统

美国海军的MZ-3A飞艇集成了一个万向架飞艇成像系统（GAIS）原型机。该样机集成了一个小面阵、320×256像素、30微米间距的长波红外量子阱红外探测器（QWIP）摄像机进行热成像。摄像机有一个50毫米f/2.0镜头，安装在一个万向架上。还集成了一个光电摄像机，同时进行固定的最低点指示彩色成像。

2.3 美国“多效载荷系留浮空器”的光电载荷

美国NADATS公司研发的多效载荷系留浮空器结合ISR能力，提供快速部署和长期持续观察。该浮空器提供多个有效载荷选项，包括雷达系统、EO/IR相机系统、射手探测系统、通信系统和武器站。其中EO/IR相机系统是一种高性能、低SWaP的成像采统，其具有卓越的稳定性性能，旨在最大限度地实现昼夜监控。EO/IR相机系统采用FLIR Star SAFIRE系统或TASE 400系统。Star SAFIRE提供30/20千米昼夜成像，输出视频符合美国国防部和北约的高清采集规范。TASE 400提供了一个连续光学变焦中波红外相机，一个日光相机、业界领先的光纤陀螺仪以及激光测距仪和照明装置。

2.4 美国“快速部署系留气球平台”的光电系统

快速部署系留气球平台(Rapidly Elevated Aerostat Platform，REAP)XL B项目由洛马公司和ILS-BOSCH公司联合研制，REAP XL B项目的目标是提供一个小型、紧凑、高度机动、可快速部署/可回收的ISR系统，实现白天、晚上和能见度有限（如雾霾、烟雾和雾）下探测/识别目标。有效载荷包括通信、信号情报、EO/IR、短波红外、全景相机等。SWIR能够通过遮蔽物（如烟雾、灰尘）进行观察。

2.5 以色列Oasis浮空器的监视系统

埃尔比特系统公司ISTAR部门的Micro CoMPASS是一种有效载荷，具有超轻、极其紧凑的设计，具有安装在浮空器上的高稳定性水平。该系统的尖端EO技术提供连续变焦、夜间和日间观察和监视功能。Micro CoMPASS是一种昼夜高度稳定（3个万向节）的监视系统，包括大幅面连续变焦热像仪、低光模式变焦彩色电视摄像机、眼睛安全激光测距仪（ELRF），激光照明器。

2.6 以色列“多有效载荷浮空器系统”的Mosp转塔

以色列宇航工业公司（IAI）埃尔塔系统分公司生产了EL/I-330多有效载荷浮空器系统（MPAS），该系统携带一个GMTI雷达和一个IAI Tamam MOSP转塔。转塔内装一个昼夜彩色变焦摄像机和一个热成像传感器（640×480像素探测器）。高分辨率3~5微米锑化铟热像仪有3种视场(13.5°~0.75°)，彩色摄像机可以连续变焦，具有类似的视场。

在技术的推动和需求的牵引下，浮空器重新获得了各国的热捧。发展浮空器技术对国家安全及国民经济建设等方面有重要的意义。结合各国光电侦察装备研制情况及发展趋势，浮空器光电载荷产品的研制需要考虑以下问题：

1）应用领域需要进一步拓展。浮空器可广泛应用于民用领域，在环境监测、科学测量、通信覆盖等众多领域发挥其优势功能，浮空器也可作为一种防御性武器装备、实现其强大的军事价值外，利用侦察载荷能够发现和跟踪低空目标（包括巡航导弹和隐身目标）。

2）载荷功能有待增强，需要实现多任务一体集成。由于强大的运载能力，浮空器能够携带多种载荷，可以作为预警监视、通讯指挥、探测制导的作战平台。需要借助先进的传感器和通讯设备的集成化使浮空器执行多元化、更深入的任务。

3）探测预警能力有限，进一步构建立体探测网。现代化战争中拥有空天地一体化的探测网对赢得战争优势的及其重要，浮空器间组网或与空中飞机、卫星组网建立有效的空间探测网，大大提高对高价值目标的探测概率和探测精度。