无侦8等闪亮航展，临近空间飞行器近年为何大热？

在刚刚成功落幕的第十四届中国航展上，临近空间飞行器展品纷纷亮相，如航空工业展台的无侦8、广东空天科技研究院展台的MD-22等型号。

本届中国航展上的无侦8

MD-22“鸣镝”宽域飞行器

回想2021年中国航展，无侦8也如期抵达，并且在静展区展出。

2021年中国航展静展区的无侦8

这一现象反映出，作为曾经的冷门领域，临近空间飞行器正在成为全球航空航天技术领域中，尤其是各国争夺军事优势的焦点。

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临近空间曾长期未获充分利用

在航空航天领域中，“空”与“天”结合之处被称为“临近空间”，也就是高度在20~100千米之间的区域。

从历史上来看，临近空间曾长期“无人问津”。

造成这种现象的原因在于此空间空气密度的特性——当达到一定高度以后，哪怕只是升高很小的高度，空气密度都会迅速降低。

比如从海拔20千米上升到25千米，虽然高度仅加大了25%，但空气密度则从海平面水平的1/14迅速下降到了1/40。

为了短暂实现冲刺高度，F-4战斗机曾在20世纪50年代创造了3万米的飞行高度纪录。

逼近传统有人飞机的设计极限

传统的有人飞机为了维持机组人员的生命所需，要通过发动机从外界抽取和压缩空气，维持座舱内的压力——但在空气密度只有海平面的1/40时，这类设计已经达到了能力极限，无法继续保障机组人员的生命。

除了依靠高压气瓶等手段来实现针对升限纪录的短时间冲刺之外，没有飞机能在这个高度上长时间维持飞行员生存——除非它的座舱等部件结构采用航天飞船式的全封闭设计，并且按照航天器标准来运行。

卫星维持轨道高度也需要燃料，这常常是决定其寿命的关键因素。

此外，在飞机达到25千米的高度之前，低空气密度就已经会对飞机的使用性能造成严重影响了。

譬如，机翼无法产生足够的升力，发动机的动力效率损失严重.....也因此，在当前的航空应用中，绝大多数飞行器频繁使用空域高度一般都不超过12~13千米。

即使是军用作战飞机，当前实用型号的最大作战高度也从早期的21千米左右，普遍降低到了16~18千米。

对航天器来说空气密度过高

另一方面，在超过20千米高度的临近空间，虽然空气已经稀薄到不足以支持绝大多数有人飞机的正常飞行，但是对于速度更高的航天器来说，其空气密度又“太”高了——即使是在接近200千米高度的地方，依然存在稀薄的空气，会迫使航天器减速、损失高度，最终坠入稠密大气中烧毁。

因此在当前的航天应用中，无论是卫星还是空间站，各种需要长期维持在轨道上的航天器，其最低运行高度也远远超过了100千米，通常在300千米以上。

因此，临近空间在一段相当长的时期内都处于“尴尬”的境地。不过，近年来随着技术的进步，临近空间的传统劣势反而成为了它现在被重视的基础。

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高超声速飞行器迅速发展

在飞行器设计中，一旦涉及高速，阻力、压力和热负荷都是无法绕开的难关——空气密度越高，阻力和压力越大，发热越是剧烈。譬如，米格-25/31这样在高空速度可以接近三倍声速的飞机，在超低空甚至没有能力达到一倍声速。

但临近空间的低空气密度特性，为高超声速类的飞行器运用提供了一个合适的环境。

X-51A高超声速飞行器

此类飞行器目前有两个发展方向：

A.

采用超燃冲压发动机的吸气式飞行器。它们的主要设计目的是取代传统的亚声速巡航导弹类武器，执行500~1000千米内的打击任务。

在执行射程相近的任务时，吸气式高超声速飞行器的速度可以达到5~6倍声速；因此飞行时间能得到极大的缩短，从30分钟左右缩短到5分钟甚至更短时间内，实现对时间敏感型目标的打击能力，并使自身变得更难以拦截。

传统弹道导弹与“火箭助推-高速滑翔弹头”组合武器的弹道轨迹对比。后者的探测和拦截难度明显要高得多。

扁平面对称布局的弹头能支持高机动能力的机动突防飞行，但是锐利的边角和纤薄的边缘结构，也会使得热防护难题变得越发棘手。

B.

无动力的滑翔飞行器。

主要目的是取代传统的中远程弹道导弹弹头；其主要飞行轨迹从大气层外降低到临近空间的稀薄大气内，通过牺牲一定的射程和飞行速度作为代价，换取飞行距离和轨迹的剧烈变化控制能力，实现远超以往的突防效能。

由于传统上缺乏类似性质的目标，因此现有的绝大多数防空反导系统，其设计中无论是探测还是拦截，对临近空间的高超声速目标、特别是高机动目标，都是严重匮乏相关能力的。

以上两类飞行器是各航空航天大国目前在临近空间领域的最重点攻关项目。目前已经有一些国家已经实现了型号的初步实用化。

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临近空间侦察系统

在以上两种主要执行突防打击为主的飞行器之外，随着多国空中无人系统的发展，一种新的临近空间飞行器也正在变得热门起来：无人高空侦察系统。

从不久前首飞成功的“启明星”-50，到本届中国航展上展出的无侦8，体现了近些年来各国应用临近空间的第三个发展方向——高空侦察。

基于临近空间的特质，在这一范围内运行的飞行器更为安全；同时，无人航空器系统和技术的发展，也令传统有人航空器在这一领域的发展桎梏不复存在。

“启明星50”首飞成功，造一款长航时太阳能无人机难在哪里？

而相比“启明星”-50这样的太阳能动力飞行器，无侦8还结合了航天技术特质，具备高速性能。

这是我国自主研发的一款高空高速无人侦察机系统，是一型航空航天技术融合的新型临近空间装备。

无侦8可对敌防护严密的战略、战役目标实施有效突防，利用配装的侦察任务设备获取高分辨率目标图像，为各级作战部队提供侦察和打击效果评估情报。

从外形来看，无侦8结合了航空和航天两种飞行器特色，这为其赋予了较高的飞行速度。而在较高的临近空间领域，无侦8还可以有效规避各类防空武器的打击，实现有效突防。

此外，高空高速的性能，使得无侦8相比起卫星来说，其信息传回和反馈效率更高，更适合执行针对时间敏感目标的侦察任务。

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浮空飞行器

除了飞行器外，浮空飞行器也是临近空间利用的发展方向。不过从目前的情况来看，其实用化前景或许要比高空、高速飞行器面临更大的困难。

美国ISIS飞艇方案

譬如，在两万米高度上，氦气飞艇每增加1千克重量，就必须要把氦气囊加大10立方米以上。而随着高度的进一步增加，这个比例还会急剧地放大。

这使得要在临近空间浮空器上，使用高功率雷达等设备，变得极其困难：而这是它最主要的潜在任务场景。人们希望临近空间浮空器能够在大范围内持续监测来袭的超低空目标，如巡航导弹等。

不过，虽然目前全球各国都在发力临近空间飞行器，但也要注意到，各类低轨道卫星近年来在观测、通讯能力上也有不小的进步，会不同程度压缩这类飞行器原本的市场。可以说，临近空间是航空与航天技术交汇的空域，也是二者能够各显神通的领域，最终，这些不同的技术路径需要在不同场景下证明自己。

排版：韩昊恬

策划 | 文案：候知健、钟飞

编审 | 监制：武晨、王兰