近日，英國BAE Systems公司成功地完成了高空平臺系統（high altitude platform system，HAPS）無繞線航空系統（UAS）PHASA-35太陽能無人機的臨近空間飛行試驗。在不到24小時的時間里，PHASA-35飛行高度飆升至66000多英尺，然后成功著陸。這一技術上的突破引起了廣泛關注，那么什么是臨近空間？PHASA-35太陽能無人機性能如何？與傳統無人機有何區(qū)別？未來世界大國又將在這一領域如何角力？
臨近空間——大國競爭的新興領域
臨近空間，是介于普通航空飛機的飛行空間和航天器軌道空間之間的區(qū)域。一般定義為距地面20 至 100 km的空域包括大部分平流層、全部中間層和部分電離層，介于傳統的空天之間。在這個區(qū)域，常規(guī)的飛機飛不上去，衛(wèi)星下不來，地基觀測和天基觀測都存在各自的短板，目前僅有高空科學氣球能夠在此長期穩(wěn)定運行，缺乏豐富有效的長期原位探測手段。基于上述情況，也發(fā)展出臨近空間飛行器裝備這一概念，即指利用臨近空間，用于破壞與干擾空間目標(距地面100km以上)及實施通信、遙測、偵查、輸送、攔截和打擊陸地、海洋與空中目標的飛行器。
臨近空間飛行器能提供更多的信息，成本相對衛(wèi)星較低，工作時間比一般的飛機要長。在民用領域，臨近空間飛行器可以長時間重點對某區(qū)域進行環(huán)境監(jiān)測，相對衛(wèi)星需要受限于軌道和速度， 其監(jiān)測更加靈敏準確。在軍事戰(zhàn)爭中，臨近空間飛行器既可以作為電子對抗平臺，不間斷地對敵方武器進行干擾，又可作為信息中繼基站，發(fā)揮預警和信息情報傳遞功能。
現在學界認可的臨近空間飛行器主要有高超聲速武器、高空氣球、平流層飛艇、臨近空間太陽能無人機。高超聲速武器無疑是軍事強國發(fā)展的重點，多款型號已列裝部隊，其科技競爭早已進入白熱化階段。高空氣球這款歷史悠久的臨近空間浮空器，依然是目前在臨近空間長期可靠飛行的唯一選擇。平流層飛艇和臨近空間太陽能無人機作為高空“偽”衛(wèi)星，優(yōu)缺點均異常鮮明。因此，英國研發(fā)的PHASA-35太陽能無人機所實現的技術突破為打破傳統臨近空間飛行器的限制提供了可能，為臨近空間的爭奪提供了新的角力點。
云端之眼——PHASA-35的未來應用
PHASA-35擁有一雙扁平細長的機翼，機身苗條，翼展35米，重達150公斤，有效載荷15公斤，采用先進復合材料、能源管理、太陽能電池和光伏陣列等一系列技術，可在白天提供能量，并儲存在可充電電池可維持夜間飛行。在臨近空間，太陽輻射接近外太空，受氣象條件影響小，在此空域飛行，PHASA-35太陽能飛行器能最大限度利用太陽能，因其超長壽命的電池和太陽能技術可實現長達數月的持續(xù)飛行。
PHASA-35太陽能無人機區(qū)域通信能力更強，或許可以成為低成本衛(wèi)星的替代品。“PHASA-35太陽能無人機的首次平流層飛行表明，該飛行器有望成為未來長航時、高空和通信應用的首選系統。” Prismatic 有限公司首席執(zhí)行官Dave Corfield表示。首先，PHASA-35太陽能無人機無燃油消耗，無需加油等保障設備，能在海拔20公里處飛行長達一年，可穩(wěn)定提供通訊、即時監(jiān)測及遙感探測等服務。其次，PHASA-35太陽能無人機是一種全集成系統，搭載Dstl的通信傳感器載荷（一種射頻感知軟件定義無線電，可提供實時安全的數據鏈）實現了高效運行，有望用于傳輸5G通信網絡。PHASA-35可以在地球大氣層的上部區(qū)域運行，是比傳統衛(wèi)星性價比更高的替代產品，可用于森林火災探測和海上監(jiān)視等領域。
PHASA-35太陽能無人機可成為執(zhí)行情報、偵察、監(jiān)視等任務的理想空中平臺。軍事上常用的偵察照相衛(wèi)星軌道一般為300km左右，距地距離遠，信號容易受電離層干擾，并且提供的照片分辨率有限。偵察飛機雖然可以對某一區(qū)域進行重點性地偵查，并且能采集并提供高分辨率的圖像， 但是飛機的覆蓋區(qū)域非常有限，且容易受到來自地面的攻擊。而使用PHASA-35太陽能無人機可以在敵方領空以外進行部署， 升入臨近空間， 然后進入工作區(qū)上空， 在臨近空間內，可以提供比衛(wèi)星的分辨率高得多的照片， 并且有較大的覆蓋區(qū)。同時PHASA-35太陽能無人機可以持續(xù)工作幾天、幾十天、幾個月甚至超過一年，可以不間斷地實時監(jiān)控， 遠遠超過了現有的作戰(zhàn)飛機。并且目前的作戰(zhàn)飛機和地對空導彈都最多只能達到臨近空間的下部區(qū)域，無法對臨近空間飛行器構成威脅。
制勝疆場——臨近空間的發(fā)展趨勢
目前國際形勢風云變幻，大國軍事競爭的重點在于戰(zhàn)場的綜合控制權，而制天權就是其中的關鍵節(jié)點。近兩年俄軍明確提出要按照軍種活動的自然領域建立陸海空三軍， 其中要建成“在空中-太空活動”的“新空軍”。美國在《2020空軍構想：全球警戒、全球到達和全球力量》中確定了未來美空軍發(fā)展的核心思想，即建設一支航空航天一體化的空軍部隊。而臨近空間飛行器的發(fā)展不僅會加大對臨近空間的開發(fā)，還會極大地促進航天航空技術融合發(fā)展，加快空天力量一體化進程。
世界各大國都在積極發(fā)展空中衛(wèi)星發(fā)射技術、超燃沖壓發(fā)動機等空天融合技術。而航天航空技術又有著各自不同的工作環(huán)境和使用要求。從目前的技術發(fā)展來看, 航空裝備在飛行速度、飛行距離等方面具有局限性；航天裝備則在快速進入空間、周轉時間和運輸成本等方面有明顯的不足，這些差異就是二者融合發(fā)展的前提。于是實現航天航空技術優(yōu)勢互補，就成為航天航空技術融合發(fā)展的動力，也是臨近空間飛行器發(fā)展的現實需要。臨近空間飛行器的發(fā)展極大促進航天航空技術融合發(fā)展，這將成為產生新型空天武器系統的基礎。
在臨近空間飛行器的發(fā)展中，再入式滑翔飛行器和高超聲速巡航飛行器，即高超聲速導彈，多用于遠程快速到達、高速精確打擊、戰(zhàn)略威懾等軍事任務，始終是研究熱點，發(fā)展較為成熟，并且部分世界大國已將其發(fā)展為不對稱優(yōu)勢。超長航時太陽能無人機、平流層飛艇和高空氣球都為低速飛行器，其中高空氣球發(fā)展歷史較為長遠，技術成熟度相對較高，已經在通信、空間科學探測、新技術驗證等方面有較多應用。
太陽能無人機在過去受限于多項技術，未體現較高價值。但是從世界太陽能無人機發(fā)展的現狀來看，空客西風S(Zephyr S）無人機、“彩虹”T4、PHASA-35等成功首飛，并不斷打破飛行記錄，這都表明其已在氣動、能源、動力、結構、控制等多學科技術方面取得了巨大進步，部分相關項目已與實際工程需求相結合，距離大規(guī)模工程應用只需進一步優(yōu)化提升。未來需要繼續(xù)在高功率重量比的電機技術、高能量比的儲能電池技術、高轉換效率的太陽能電池板技術、高性能比的復合材料生產制造技術、高可靠性和穩(wěn)健性的飛行控制技術等方面不斷進行技術探索。
臨近空間的研究對于未來各國航天航空方面的發(fā)展趨勢有著重要的引導性作用，同時也對于各國國防建設發(fā)展產生較大影響。作為新質新域作戰(zhàn)能力，高超聲速導彈可對全球任何目標實施“外科手術”式打擊，發(fā)揮戰(zhàn)略威懾作用。同時其它低速飛行器可有效推進空天一體化，既能使得陸、海、空、天信息系統通過組網和聯合方式，實現戰(zhàn)場信息立體感知、持久感知和精確感知、遠、近預警探測，又作為地面、海上、空中和太空的通信中繼，不受地形的限制實現大容量、大范圍的超視距寬帶通信。倘若技術進一步成熟，負載能力進一步增強，或許可以作為空間武器裝備平臺，對敵戰(zhàn)略目標實施打擊，或者作為運輸補給平臺，在避開敵方火力的同時在更高的空域進行運輸補給，甚至還可以搭載宇宙飛船、人造衛(wèi)星等航天器，將其運輸至一定高度并發(fā)射入軌來降低發(fā)射成本。由此觀之，關于臨近空間的開發(fā)與利用，將會同時對空天領域的競爭產生巨大的影響。
