在剛剛成功落幕的第十四屆中國航展上，臨近空間飛行器展品紛紛亮相，如航空工業(yè)展臺的無偵8、廣東空天科技研究院展臺的MD-22等型號。

本屆中國航展上的無偵8

MD-22“鳴鏑”寬域飛行器

(資料圖片)

回想2021年中國航展，無偵8也如期抵達，并且在靜展區(qū)展出。

2021年中國航展靜展區(qū)的無偵8

這一現(xiàn)象反映出，作為曾經(jīng)的冷門領域，臨近空間飛行器正在成為全球航空航天技術領域中，尤其是各國爭奪軍事優(yōu)勢的焦點。

臨近空間曾長期未獲充分利用

在航空航天領域中，“空”與“天”結合之處被稱為“臨近空間”，也就是高度在20~100千米之間的區(qū)域。

從歷史上來看，臨近空間曾長期“無人問津”。

造成這種現(xiàn)象的原因在于此空間空氣密度的特性——當達到一定高度以后，哪怕只是升高很小的高度，空氣密度都會迅速降低。

比如從海拔20千米上升到25千米，雖然高度僅加大了25%，但空氣密度則從海平面水平的1/14迅速下降到了1/40。

為了短暫實現(xiàn)沖刺高度，F(xiàn)-4戰(zhàn)斗機曾在20世紀50年代創(chuàng)造了3萬米的飛行高度紀錄。

逼近傳統(tǒng)有人飛機的設計極限

傳統(tǒng)的有人飛機為了維持機組人員的生命所需，要通過發(fā)動機從外界抽取和壓縮空氣，維持座艙內(nèi)的壓力——但在空氣密度只有海平面的1/40時，這類設計已經(jīng)達到了能力極限，無法繼續(xù)保障機組人員的生命。

除了依靠高壓氣瓶等手段來實現(xiàn)針對升限紀錄的短時間沖刺之外，沒有飛機能在這個高度上長時間維持飛行員生存——除非它的座艙等部件結構采用航天飛船式的全封閉設計，并且按照航天器標準來運行。

衛(wèi)星維持軌道高度也需要燃料，這常常是決定其壽命的關鍵因素。

此外，在飛機達到25千米的高度之前，低空氣密度就已經(jīng)會對飛機的使用性能造成嚴重影響了。

譬如，機翼無法產(chǎn)生足夠的升力，發(fā)動機的動力效率損失嚴重.....也因此，在當前的航空應用中，絕大多數(shù)飛行器頻繁使用空域高度一般都不超過12~13千米。

即使是軍用作戰(zhàn)飛機，當前實用型號的最大作戰(zhàn)高度也從早期的21千米左右，普遍降低到了16~18千米。

對航天器來說空氣密度過高

另一方面，在超過20千米高度的臨近空間，雖然空氣已經(jīng)稀薄到不足以支持絕大多數(shù)有人飛機的正常飛行，但是對于速度更高的航天器來說，其空氣密度又“太”高了——即使是在接近200千米高度的地方，依然存在稀薄的空氣，會迫使航天器減速、損失高度，最終墜入稠密大氣中燒毀。

因此在當前的航天應用中，無論是衛(wèi)星還是空間站，各種需要長期維持在軌道上的航天器，其最低運行高度也遠遠超過了100千米，通常在300千米以上。

因此，臨近空間在一段相當長的時期內(nèi)都處于“尷尬”的境地。不過，近年來隨著技術的進步，臨近空間的傳統(tǒng)劣勢反而成為了它現(xiàn)在被重視的基礎。

高超聲速飛行器迅速發(fā)展

在飛行器設計中，一旦涉及高速，阻力、壓力和熱負荷都是無法繞開的難關——空氣密度越高，阻力和壓力越大，發(fā)熱越是劇烈。譬如，米格-25/31這樣在高空速度可以接近三倍聲速的飛機，在超低空甚至沒有能力達到一倍聲速。

但臨近空間的低空氣密度特性，為高超聲速類的飛行器運用提供了一個合適的環(huán)境。

X-51A高超聲速飛行器

此類飛行器目前有兩個發(fā)展方向：

A.采用超燃沖壓發(fā)動機的吸氣式飛行器。它們的主要設計目的是取代傳統(tǒng)的亞聲速巡航導彈類武器，執(zhí)行500~1000千米內(nèi)的打擊任務。

在執(zhí)行射程相近的任務時，吸氣式高超聲速飛行器的速度可以達到5~6倍聲速；因此飛行時間能得到極大的縮短，從30分鐘左右縮短到5分鐘甚至更短時間內(nèi)，實現(xiàn)對時間敏感型目標的打擊能力，并使自身變得更難以攔截。

傳統(tǒng)彈道導彈與“火箭助推-高速滑翔彈頭”組合武器的彈道軌跡對比。后者的探測和攔截難度明顯要高得多。

扁平面對稱布局的彈頭能支持高機動能力的機動突防飛行，但是銳利的邊角和纖薄的邊緣結構，也會使得熱防護難題變得越發(fā)棘手。

B.無動力的滑翔飛行器。

主要目的是取代傳統(tǒng)的中遠程彈道導彈彈頭；其主要飛行軌跡從大氣層外降低到臨近空間的稀薄大氣內(nèi)，通過犧牲一定的射程和飛行速度作為代價，換取飛行距離和軌跡的劇烈變化控制能力，實現(xiàn)遠超以往的突防效能。

由于傳統(tǒng)上缺乏類似性質的目標，因此現(xiàn)有的絕大多數(shù)防空反導系統(tǒng)，其設計中無論是探測還是攔截，對臨近空間的高超聲速目標、特別是高機動目標，都是嚴重匱乏相關能力的。

以上兩類飛行器是各航空航天大國目前在臨近空間領域的最重點攻關項目。目前已經(jīng)有一些國家已經(jīng)實現(xiàn)了型號的初步實用化。

臨近空間偵察系統(tǒng)

在以上兩種主要執(zhí)行突防打擊為主的飛行器之外，隨著多國空中無人系統(tǒng)的發(fā)展，一種新的臨近空間飛行器也正在變得熱門起來：無人高空偵察系統(tǒng)。

從不久前首飛成功的“啟明星”-50，到本屆中國航展上展出的無偵8，體現(xiàn)了近些年來各國應用臨近空間的第三個發(fā)展方向——高空偵察。

基于臨近空間的特質，在這一范圍內(nèi)運行的飛行器更為安全；同時，無人航空器系統(tǒng)和技術的發(fā)展，也令傳統(tǒng)有人航空器在這一領域的發(fā)展桎梏不復存在。

而相比“啟明星”-50這樣的太陽能動力飛行器，無偵8還結合了航天技術特質，具備高速性能。

這是我國自主研發(fā)的一款高空高速無人偵察機系統(tǒng)，是一型航空航天技術融合的新型臨近空間裝備。

無偵8可對敵防護嚴密的戰(zhàn)略、戰(zhàn)役目標實施有效突防，利用配裝的偵察任務設備獲取高分辨率目標圖像，為各級作戰(zhàn)部隊提供偵察和打擊效果評估情報。

從外形來看，無偵8結合了航空和航天兩種飛行器特色，這為其賦予了較高的飛行速度。而在較高的臨近空間領域，無偵8還可以有效規(guī)避各類防空武器的打擊，實現(xiàn)有效突防。

此外，高空高速的性能，使得無偵8相比起衛(wèi)星來說，其信息傳回和反饋效率更高，更適合執(zhí)行針對時間敏感目標的偵察任務。

浮空飛行器

除了飛行器外，浮空飛行器也是臨近空間利用的發(fā)展方向。不過從目前的情況來看，其實用化前景或許要比高空、高速飛行器面臨更大的困難。

美國ISIS飛艇方案

譬如，在兩萬米高度上，氦氣飛艇每增加1千克重量，就必須要把氦氣囊加大10立方米以上。而隨著高度的進一步增加，這個比例還會急劇地放大。

這使得要在臨近空間浮空器上，使用高功率雷達等設備，變得極其困難：而這是它最主要的潛在任務場景。人們希望臨近空間浮空器能夠在大范圍內(nèi)持續(xù)監(jiān)測來襲的超低空目標，如巡航導彈等。

不過，雖然目前全球各國都在發(fā)力臨近空間飛行器，但也要注意到，各類低軌道衛(wèi)星近年來在觀測、通訊能力上也有不小的進步，會不同程度壓縮這類飛行器原本的市場?？梢哉f，臨近空間是航空與航天技術交匯的空域，也是二者能夠各顯神通的領域，最終，這些不同的技術路徑需要在不同場景下證明自己。

關鍵詞： 臨近空間