[科普中国]-系留热气飞艇浮空平台

浮空平台通过热气飞艇无人化，利用囊体加压技术和囊体外形曲线优化技术提高系统抗风能力，使用地面锚泊设备实现热气飞艇的升降。该系统提高了热气飞艇的技术水平，扩大系留热气飞艇使用条件，扩展其应用领域。系留热气飞艇浮空平台作为一种新的系留浮空平台，通过携带不同任务设备，不仅能够作为重大灾害情况下的应急通讯平台，还能够完成空中监控、电子侦查、电子干扰、通讯中继、科学试验等各种军用和民用任务，其应用前景非常广阔。

2008年中国遭受特大雪灾和坟川特大地震的双重打击，灾区通讯完全中断，信息的不通畅严重影响了救灾的执行和调度，反应出我国在应急通讯方面缺乏有效的预案和措施，因此，如何实现在重大自然灾害情况下的应急通讯，成为一项迫切的课题。如果在自然灾害期间架设起一个应急浮空平台，将小型通讯中继基站带至2000m空中，这样可以大大提高救援效率，极大地减小人民财产损失、挽回无数生命。
　　目前实现紧急通信的措施就是将通信基站升到要求的高度，最有效可行的办法就是利用浮空器作为浮空平台，达到将通信基站悬浮在一定高度进行工作。由于浮空器的某些特点，目前较为高端的技术是采用氦气飞艇浮空器实现应急通讯，但是其操作复杂、维护繁琐、使用费用高昂，难易普及，仅在高端的军事侦查中应用。作为通讯应急系统，市场迫切需要一种操作维护简单、使用费用低廉的浮空平台，以便发生自然灾害抢险救灾时及时通讯。1

由于浮空平台的某些特点，目前，采用系留热气飞艇浮空平台或者氦气飞艇等浮空器实现应急通讯，是费效比最高的方案。但是，作为应急系统，系留热气浮空平台与系留氦气飞艇浮空平台相比更具优势：

（1）生产成本低。生产一个系留热气飞艇浮空平台的成本是一个系留氦气飞艇浮空平台的十分之一到二十分之一。

（2）使用维护费用低。系留热气飞艇浮空平台每次的使用费用只有一些运输费、燃气费以及人员费用，而同等级别大小的系留氦气飞艇浮空平台使用一次，光氦气费用就以百万元计。

（3）材料、气源不受限制。热气球所用的纺织材料全部是国内生产，燃气用的是普通石油液化气，资源随处可寻，而系留氦气飞艇所用的材料大多需要国外进口，氦气基本也靠进口，一旦出现状况很容易受到限制。

（4）操作简单，展开快速。系留氦气飞艇是一个庞大的系统，需要人员多（20~30人），准备时间也很长（最少5小时）。而系留热气飞艇浮空平台一般只需要操纵人员10人左右，准备及布置时间最短只需20min，非常适合用于紧急情况下的快速部署。

（5）系统简单，通过性好。系留氦气飞艇浮空平台需要配套氦气车、锚泊车、发电车、控制车等大型车辆，只能通过3级以上公路运输，在灾害条件下，难以到达受灾现场，而系留热气飞艇浮空平台只需要一辆轻型卡车即可装载全部设备，紧急情况下甚至能够分解运输，深入受灾一线，更好的发挥作用。

（6）系留氦气飞艇浮空平台对人员要求比较高，平时需要保持一定数量的操作队伍，并实施训练，才能在应急情况下发挥作用，而系留热气飞艇浮空平台对人员要求很低，只需保有2~3名经过培训的核心技术人员，其他人员无需专业培训，减少了平时的开支。

（7）系留氦气飞艇浮空平台庞大的球体在下雪时会堆积厚重的积雪，并且根本无法清理，因此，下雪天氦气球是不能充气的，更不能升空，而系留热气飞艇浮空平台温度高（囊内温度高达120℃），雪花落在球体上会立刻融化，不会增加囊体重量，能够在小雪天使用，国外有热气飞艇在雨雪云中安全飞行不结冰的成功记录。

因此，系留氦气飞艇浮空平台是很好的常态浮空平台，而系留热气飞艇浮空平台则比系留氦气飞艇浮空平台更适用于应急系统。2

系留热气飞艇浮空平台系统包括艇囊系统、吊舱系统、系留缆绳系统、锚泊系统、控制系统、地面保障系统等6部分。其中艇囊系统包括囊体、挂架、增压风机、加热器等；吊舱系统由吊舱舱体、轻型液化石油气钢瓶、管路系统、任务舱（客户提供）等组成；系留缆绳系统由旋转连接器、主系留缆绳、艇头牵引绳组成，锚泊系统由锚泊车、锚泊固定架、发电机组、电动绞盘、自动排缆机构、导缆盘、控制检测室等部分组成，地面保障设备系统包括吊车、辅助鼓风机、配油壶、挂架地面推车、吊舱地面推车、工具箱等。2

系留热气飞艇浮空平台采用密闭囊体增压，遥控加热的方式使系统产生升力，搭载任务设备升空，留空过程中完成应急通讯任务。系统释放、留空及回收过程中加热、数据传输、监控由电台自动控制，同时结合地面可移动式锚泊车来实现。

◇ 有效载荷：总重量265kg；

◇ 设计飞行高度：地面海拔1000米时，升空1000米；

◇ 抗风能力：10米/秒；

◇ 地面起飞风速：5米/秒风速下能够起飞升空；

◇ 留空时间：留空时间6小时；

◇ 系留角：不大于±30度；

◇ 空中姿态：

俯仰角偏移角度：不大于±12度，

横滚偏移角度：不大于±7度；

◇ 地面监控热气球高度、空中风速等参数；

◇ 地面监控热气球囊体压力状态参数；

◇ 操纵方式：地面遥控操纵；

◇ 提供高空基站设备舱、油机及天馈线系统安装条件。

◇ 使用移动式锚泊车作为锚泊设备。

◇ 系统使用保管期限为10年（1年检查1次），在正常使用和保管条件下使用寿命为50次或5年。

◇ 使用要求：系统操作简单，便于日常维护，对操作人员进行简单培训即可使用。

系留热气飞艇浮空平台系统包括艇囊系统、吊舱系统、系留缆绳系统、锚泊系统、控制系统、地面保障系统等6部分。其中艇囊系统包括囊体、挂架、增压风机、加热器等；吊舱系统由吊舱舱体、轻型液化石油气钢瓶、管路系统等组成；系留缆绳系统由旋转连接器、主系留缆绳、艇头牵引绳组成，锚泊系统由锚泊车、锚泊固定架、发电机组、电动绞盘、自动排缆机构、导缆盘、控制检测室等部分组成，地面保障设备系统包括吊车、辅助鼓风机、配油壶、挂架地面推车、吊舱地面推车、工具箱等。（主体系统结构及实物见下图1-1，图1-2，图1-3，图1-4）。

图1-1

图1-2 空中部分实物图

图1-3 地面部分实物图

图1-4 空中部分实物图

总体设计包括整体构架方案，浮力和气动力计算，热气飞艇体积计算，平衡计算，风机风量设计计算，可靠性设计，升空方式设计，与任务设备的机电接口设计。

系留热气飞艇浮空平台系统经过分析论证和试验考核，产品的技术性能能够达到规定要求，产品研制过程受控，关键技术已突破，技术质量问题已归零，产品技术状态已冻结，无遗留问题；产品设计符合通用化、系列化、组合化要求：设计鉴定文件完整、准确、协调、规范，文实相符。

产品配套齐全，构成产品的所有原材料、成品均有稳定的供货来源和可靠的质量保证。产品生产工艺明确、方案合理、工艺路线完整协溷，产品的关键件、重要件有保证措施，生产时无特殊工艺要求，研制生产单位现有设备和技术可完成加工任务。3

使用集成创新的方法实现总体技术性能，系留热气飞艇浮空平台是利用了传统系留热气球技术的留空和定点原理、结合了热气飞艇密闭保压囊体技术和系留氦气球的锚泊系统技术，从而集成创新而成的一种新型的系留热气飞艇浮空平台，并且通过采用新材料、一种热气浮空器加热器、无人化设计等设计手段，使热气飞艇的抗风能力、载荷能力、升空高度等得到质的飞跃。这种设计思路融合了各种飞行平台优点，并降低了技术风险。

系留热气飞艇浮空平台总体设计技术：系留热气飞艇浮空平台将传统热气球、热气飞艇、系留氦气球的技术进行了技术集成，并通过某些关键技术的创新，首创一种全新的系留热气飞艇浮空平台，是革命性的系统集成创新，是国内外首创。已获得专利四项，包括一项发明专利三项实用新型专利，另外由系留热气飞艇浮空平台发展的两项专利正申请当中（一种系留热气飞艇排气装置、一种系留热气飞艇吊挂装置）。4

本系统最关键的技术指标为：系留热气飞艇浮空平台搭载任务载荷为265kg，升空高度最高海拔为2000m，相对地面高度最高1000m，在空中系留空达到6小时。

目前，国内尚无同类产品，其他科研单位不具备研发系留热气浮空平台的技术实力，该产品在国外具有唯一性。

由于国外在传统热气飞艇的技术发展比较成熟，但是在系留热气飞艇浮空平台技术方面还处于空白阶段，尚无同类产品问世。