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平流层飞艇的未来就此终结了?

新知客 2006-12-05

 

    这已经不是一条新闻了:事先炒得沸沸扬扬的海象大型运输飞艇项目,没有被列入美国国防部2007年度的预算里。从20068月开始,国防尖端研究设计署(DARPA)的那些“有钱大爷”们,即将不再为这个庞大的玩意儿扔钱。“海象”大飞艇,这个在很多人眼里长相还怪时髦的东东,难道就这么完蛋了?对于我们这些还等着看热闹的兄弟来说,这真不是个好消息。而对于反美的恐怖分子和特工们来说,他们则少了一次捅美国人“气球”的机会。不过,这不等于说飞艇,特别是平流层飞艇的未来就此终结了。

 

美国人越来越吸引世界的眼球了。从欧洲的东端一直到亚洲的西端,在最近这60年里,老美海外作战的历史翻了一篇又一篇,几乎就没有间断过。不管你有多么不喜欢他们,这阻止不了美国人把一船又一船的飞机、整师的大兵和黑压压的装甲战车运到每一个能够登陆或者降落的地方。甚至在游戏《红色警戒》中,美国的特殊武器就是空降大兵,这已经是连小孩子都知道的事实了。不过现在,常规的运载能力已经不能满足他们,装备和人飞来飞去的需要相当强大的征调能力和时间,尤其是时间,而在海外建立军事基地的代价看来也日渐水涨船高,特别是在亚洲,建个基地经常是花钱不讨好的事。俗语有云,穷则思变,为了继续维持对某些国家的军事威胁,老美需要一些新家伙和新创意。于是,美国人脑子里YY出这么一个集合了飞艇、飞机和直升机特征的庞然大物,那就是海象,Walrus。当然,这个计划目前已经被那些需要最后结账的人终结了,但是这不能阻止我们继续对海象飞艇进行想象。

 

离子束吹动的巨象

 

战略空运是现代战争的重要保障,目前美军战略机动的15%靠的是运输机,海象计划则旨在验证重型飞艇将陆军作战单位及其装备从驻防区快速运送至战区的可行性。终极版的海象将能够携带5001000吨的载荷,具备在7天内飞行20000千米的能力。这差不多相当于,在一个星期之内携带10辆战斗全重在50吨的主战坦克,或者5000名自重在100千克的大兵,绕地球半圈。10 艘这样的飞艇则可以在一个航程(2天)内将美军第82 空降师全员运送至欧洲,简直无异于一个浮动的空中堡垒。这么一个庞然大物,要怎么样才能飞上天呢?

传统飞艇的升空有赖于艇身中储存的轻质气体所产生的浮力。但显然,以海象的装载能力,自身密度必然要大于空气(飞艇体积不可能无限制放大,实际使用中自重必然超过500吨),因此据说它采用了大气离子静态推进技术。

所谓离子推进技术,是一种依靠等离子束和等离子波对飞行器进行驱动的技术。目前就我们所知,这项技术还仅用于航天领域,卫星上一般采用它进行轨道矫正。不过在2006年我们曾经介绍过,德国Festo公司设计出一款名为b-IONIC Airfish的梭形飞行器,它使用两台能够在大气环境下工作的离子引擎。引擎装置在飞行器尾部,工作时由高达3万伏的直流电将带有负电的电子从空气中抽出,分离出正负离子,由此使正离子获得加速度,产生时速达到35千米的离子束,带动空气产生推力。当时德国人的飞行器只有1.2千米的时速。但是可以想见,如果海象飞艇采用了这项技术,必然使用更为成熟的制造技术和功率更为庞大的引擎,或者可能采用多台引擎共同工作的方式。

    离子引擎能够大量节约燃料,这正是海象这样的庞然大物所需要的。而产生电流所需要的能量,也许来自太阳能。2004年,以色列飞机工业公司MLM分部曾经制订过一项太阳能飞艇计划,即一架白天靠太阳能电池供电,夜间靠再生式燃料电池供电的飞艇。当时估计这架飞艇能够连续在空中工作约3年时间。那么我们可以设想一下,海象飞艇携带大量供发电的燃料是不现实的,因此它的顶部可能整个由大面积的太阳能电池阵列覆盖,以提供持续不间断的供电。

 

平流层基站?

 

除了作为美军的超大运输机之外,海象凭借超长的航时优势,还有可能充当反潜侦察机以及美军的高空信息平台。

目前具备反潜侦察能力的侦察机以及卫星,或者续航能力差,受天气影响大,或者距离海平面过远,扫描精度受距离和云雾影响比较严重。而海象飞艇具备长达10天左右的续航能力,飞行时与海面之间的距离又比卫星近许多,所搜集的图像和数据在质量上也比在数百千米外轨道上的卫星好得多:如果在飞艇内部装置巨型望远镜、合成孔径雷达和其它情报搜集系统,在成像侦察时分辨率可以达到厘米级。如果轮流不间断对同一海域进行侦察,反潜能力会提高很多,难怪有人称其为“永不下沉的空中哨站”。

既然需要长时间停留在空中,那么从海象飞艇的功能来看,它应该飞行在大气中的平流层。也就是说,它是名副其实的平流层飞艇。

大气层中,0-12千米称为对流层,12-55千米称为平流层。这部分大气非常适合飞行,也是飞机的飞行高度。平流层飞行的优点在于:首先水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少,天气晴朗,光线比较好,能见度很高;其次大气上暖下凉,不对流,以平流运动为主,飞机在其中受力比较稳定,便于飞行员操纵架驶;再次,鸟类的飞行高度一般达不到平流层,这样就减少了意外的发生机率。

如此庞大的飞艇,要想安全地飞升到平流层,难度可想而知。目前的飞艇高度纪录由日本人保持。2003年,一架全长47,造价6亿日元的大型飞艇成功上升到距离地面16000的高度,但是在执行过科研任务后,最终艇身破裂而坠落在距离日立港以东40千米的海面上。因此美国人要想达到预想的设计目标,还有很多安全问题要解决。日本人的飞艇外壳采用一种超轻量强化纤维,能够在空气稀薄的平流层中漂浮,但安全系数确实不高,那么美国人要想在即使不被攻击的情况下安全飞行,想必要研发一种更新式的材料。

如果解决了技术问题,那么便可能以多架海象飞艇在空中组成网络,提供包括通信、广播和地面遥感在内的全方位信息服务。这样的网络覆盖面积大,比通信卫星的延迟时间短,自由空间消耗少,比地面网络的信道衰落要小,更相对节省了建设地面基础设施的费用。而且据我们所知,目前世界上已经成功进行了平流层通信的概念性演示,因此海象计划今后如果复出并且成功,必然会具备成为高空信息平台的能力。(在未来两年内,布什政府已经计划建立一道由飞艇、无人机和雷达等组成的边境监测屏障,用以及时发现非法入境分子。)

 

海象会具备隐形能力吗?

 

前面说过,安全对于海象这么大的飞行器来说非常重要。而且海象的飞行速度不会太快,估计至少不会比C-17战略运输机的速度更快,目标又大,被打下来太容易了。因此隐形能力对海象应该非常必要。

我们知道,B-2轰炸机和F117战斗机是能够隐形,但不是真隐,而仅仅是依靠吸收和反射雷达波而使自己在雷达屏幕上小到足以迷惑对方。一般来说,敌人会在雷达上把它辨认成一只鸟,而不是满载炸弹的轰炸机。

这难道就算隐形吗?显然还差那么一点,我们追求的是真正的视觉隐形。200610月底,美国和英国的科学家宣布,他们已经研制出能够实现“二维隐形”技术的试验装置。而实现隐形的关键,在于他们设计出一种“超常介质”。所谓超常介质,是指一种人造结构。光线在通过这种介质时,速度会比真空中的理论光速还要快,同时传播方向发生变化,并不会被反射,而是沿着介质的表面继续向前。在上述的试验中,科学家们将一种玻璃纤维盘成环形,在上面整齐排满了“C”形铜片,从而构成一种超常介质。试验过程中,射向装置的微波被成功地引导着绕了过去,就好像从车头前穿过的空气一样。而我们知道,人能够看到物体,是靠物体表面反射的光线射入到人眼。也就是说,如果光线没有反射回来,我们就看不到前面的物体。包裹在超常介质中的物体之所以能够隐形,靠的就是这一点。

那么,在海象飞艇的设计过程中,专家们有可能找到更成熟的超常介质,而不是像目前这样,只能够折射微波,今后也许会实现对全部可见光的折射,那么海象就真地会实现视觉隐形!


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