我國浮空器的發展與標準現狀

李萬明 陶 威

（中國特種飛行器研究所， 湖北 荊門 448035）

浮空器是一種輕于空氣的航空器。主要包括飛艇和氣球兩大類。飛艇從結構形式上可分為硬式和軟式兩類；從控制形式上，飛艇又分為無人駕駛飛艇和有人駕駛飛艇。氣球基本上是軟式結構，從控制形式和用途上可分為載人/自由氣球和系留氣球平臺。

近30年來，國家和各個行業都高度重視浮空器的發展，紛紛投入大量的人力、物力、財力開展浮空器產品的研制與開發，由于它具有低成本、滯空時間長、載荷能力大、噪聲低、能量消耗小、安全性好、效費比高等獨特優勢，其發展空間巨大，應用領域極其廣闊。在交通運輸、環境監測、遙感通信、觀光旅游、應急救援等諸多民用領域有著廣泛的用途；同時在軍事領域還可作為理想的空中預警偵查、應急指揮與通信、反恐反潛等方面的平臺。因此，無論是在國際、國內，浮空器在未來的數十年里將迎來全新的發展。

雖然浮空器設計、制造和應用技術得到了快速發展，浮空器的發展越來越受到各方面的重視，應用市場也日益廣泛，但浮空器有關的標準少之又少、極度匱乏，這與浮空器的發展極其不相適應，已經嚴重影響了浮空器產品的開發。因此如何盡快制定浮空器標準，指導產品設計開發，保證產品研制質量，促進浮空器事業的發展，是浮空器領域廣大科研人員普遍關心的問題，也是浮空器產業化發展亟需解決的問題。

1 浮空器發展現狀

1.1 國內浮空器發展現狀

目前我國從事浮空飛行器研制的單位有中航工業特飛所、中電38所、航天五院和068基地、北京華教飛艇公司、上海達天飛艇公司、成都神舟飛行器公司和北京航空航天大學、上海交通大學等單位。

中航工業特飛所在70年代末就所成立了飛艇專業研究室，從事大型飛艇基礎理論研究與開發工作。1990年亞運會期間，中航工業特飛所作為總設計單位，聯合8家相關廠所，僅用一年多的時間研制出我國第一艘體積為2011m3的充氦載人飛艇，該飛艇在亞運會期間曾從荊門長途飛行至北京進行了飛行表演，該項目獲部級科技進步二等獎；隨后研制了浮空系列遙控飛艇廣泛用于民用領域，較為典型的是2001年中航工業特飛所為清華大學研制的FK15型遙控飛艇，成功進行了平流層通信的概念性演示，實現了地面實時觀測、圖像實時下載、移動多媒體電視會議及移動因特網接入等，演示了飛艇平臺的先進性；2002年完成了FK200飛艇方案設計工作；2003年完成了長20 m，采用全電方案的飛艇的研制和飛行試驗；2004年自主研制了升空高度1 000 m的哨兵3系留氣球平臺系統，作為多種任務載荷的試驗平臺開展了演示試驗。隨后，相繼研制了多個系留氣球平臺系統，進行了多個型號的研制、生產、試驗及定型工作。2008年，中航工業特飛所研制了FKC–1超視距遙控飛艇，該飛艇主要用于地質勘察、環境監測等任務，飛艇要求飛行作業離地高度600 m，最大續航時間2h，最大載荷15 kg，最大平飛速度60 km/h；同年，中航工業特飛所研制了FKC–2飛艇，并于2009年交付，該飛艇升空高度1 500 m，最大平飛速度72 km/h，商載50 kg。

北京華教聯合飛艇制造公司研制的HJ–2000型軟式載人充氦飛艇長38.5 m，氣囊容積1 960 m3，最大飛行速度65 km/h，最大續航時間8 h，最大壓力高度2 000m，乘員人數2人，并取得型號合格證和適航證。

由成都神舟飛行器有限公司組織研制的ST–3飛艇（開拓者3號），飛行高度達2 500m，飛行速度75km/h，有效載荷35 kg，飛行控制距離可達30 km，可廣泛應用于城市交通監控、市政建設航拍、高空大氣采樣、森林火警監控等。

上海達天飛艇制造公司于2000年研制的CA–80型飛艇于2001年9月試飛成功，目前已經取得了型號設計批準書（TDA）和適航證。該艇長42 m，氣囊容積2 533m3，載客量（不含駕駛員）4人，最大載重652 kg，巡航速度66 km/h，最大續航時間10.6 h，主要用于城市、海岸線、森林巡邏等。

航天068基地近空間飛行器研發中心在湖南桃園機場成功試飛了JK–20飛艇。該飛艇飛行高度達3 000m，有效載荷120kg。

北京航空航天大學、上海交通大學等單位主要從事平流層飛艇基礎理論和有關配套設施的研究，并和中國特種飛行器研究所、中電38所等浮空飛行器研發單位進行了廣泛的技術合作。

1.2 國外浮空器發展現狀

迄今為止，國際上有多個國家正在大力開展浮空器方面的研究。美陸軍的聯合防御對地攻擊巡航導彈空中組網傳感器系統（JLENS）項目中研制的長71 m系留浮空器，主要用于探測巡航導彈。美國陸軍已授予洛克希德?馬丁公司一份7 750萬美元的合同，購買更多系留浮空器監視系統投入部署，為“伊拉克自由行動”和“持久自由”行動提供支持。美國防部先進研究計劃局（DARPA）研制的“海象”巨型飛艇，旨在驗證使用大型升力飛行器將陸軍一個作戰單位及其裝備從駐防區運送至戰區的可行性及生存性。美國海軍正計劃發展的類似于“海象”的混合超大型飛艇（HULA），HULA能在缺乏接收設施的地區運輸超大型貨物。美國約翰斯?霍普金斯大學正在開發的高空飛艇稱之為HARVE驗證飛艇，旨在研究設計低成本、高空飛艇的關鍵技術。

除美國之外，多數發達國家對軍用飛艇也十分關注，正投入大量經費開展研究。目前，德國、英國、俄羅斯、以色列等國家在大載荷軍用飛艇的研究領域已經取得了初步成果。諸如德國Cargolifter公司研制的CL–160超大型飛艇。英國飛艇工業公司設計研制的A–60S飛艇和“飛舟–100”飛艇，配備對空、對海搜索雷達、作戰情報系統和火控雷達等裝備，作為現代海軍空中偵察飛艇系統。俄羅斯研制的Au–30飛艇長54 m，體積5 065 m3，工作高度1 500 m，最大飛行速度110 km/h；計劃研制的DPD5000大型飛艇，長126.8m，體積50 150 m3，最大速度150 km/h，可應用于海岸線巡邏、通信中繼、預警監視等任務。以色列已將對流層飛艇成功應用于反恐作戰，通過對加沙地區哈馬斯總部的持續嚴密監控，實時掌握哈馬斯頭目的活動情況，并根據該情報實施定點清除。

2 國內外浮空器標準現狀

2.1 國內浮空器標準現狀

國內浮空器標準目前只有中國民用航空總局航空器適航司于1997年4月頒布的《飛艇適航標準》（AC–21–09）和《載人自由氣球適航標準》（AC–21–08）。國內眾多的浮空器研發機構在研制工程中均無統一標準規范，實際上都在使用各種工業標準，既影響了技術交流和提高，也影響了產品配套性、互換性、安全性。

國內各工業企業也十分重視浮空器標準的編制，并在浮空器標準編制方面開展了大量的工作，積累了很多編制標準的素材和經驗。中航工業特飛所在“十五”和“十一五”期間，組織編制了浮空器設計、制造工藝、試驗、使用、維護和材料等方面的標準45項，這些標準基本能用于指導和規范浮空器產品的設計、制造和試驗，但是不夠系統全面，相關的專業規范還比較缺乏。為了完善浮空器標準體系，更好的指導浮空器產品的研制，中航工業特飛所在2011年～2013年間組織編制100余項浮空器設計、制造、試驗、材料等方面的標準，目前正在開展這方面的工作。

中電38所也編制了很多浮空器企業標準，同時還申報了2項國軍標，分別為《浮空器術語》和《系留氣球設計通用要求》，目前已進入送審和報批階段。這將推動浮空器行業的發展，在一定程度上規范統一浮空器術語及設計程序，同時也將促進浮空器行業及國家級標準的編制。

國內其他浮空器研制單位也在積極開展浮空器標準編制工作，在某些領域已開始聯合組織編制相關標準，加強行業間技術交流與合作。

2.2 國外浮空器標準現狀

收集到的國外標準也只有2個，一個是英國民航適航性要求《Q部軟式飛艇》，一個是美國運輸部聯邦航空局頒布的《飛艇設計規范》（FAA–P–8110–2）。在國際上，對在超低空飛行的遙控飛艇尚無相關標準。系留氣球的研制技術水平較高的美國TCOM公司和LORAL公司，其產品已經系列化，但見諸文獻的只有一些探討性的論證資料，其企業標準尚未公開。

從現有的標準來看，載人飛艇研制有3個標準可引用，載人自由氣球（也叫熱氣球）有1個標準可引用，并且這些標準都是適航方面的。有關浮空器設計、制造工藝、試驗、使用、維護和材料等方面的專業標準還是空白。

3 存在的問題分析

3.1 由于浮空器標準匱乏，對設計開發工作造成了很多不利影響

現有的標準種類不全面，主要以適航為主，專業不全面，對設計、生產試驗過程的指導性不強，同時也缺少具體的產品質量要求，難于在浮空器的工作中起到應有的指導作用。新產品的研制也難于實現系列化、標準化，設計與生產質量得不到充分的保證。

3.2 浮空器標準編制工作遠不適應浮空器的發展

一方面由于浮空器自身存在一些難于克服的缺點，和其他航空器相比，“地位”總顯得比較“低微”，對浮空器標準的重視程度不如飛機等航空器。另一方面浮空器產品的設計、生產經驗不夠豐富，制定的標準對浮空器研制的指導作用還不強。

保證標準的技術含金量，保證所編標準中實實在在含有技術訣竅、技術創新點，真正把產品研制中為解決技術問題而采用的關鍵設計方法、關鍵加工經驗等提煉和總結到標準規范中，防止簡單套搬技術文件或相關標準，強調浮空器的重要地位等問題是浮空器標準編制工作適應浮空器發展的關鍵所在。

3.3 標準申報信息不暢通

近年來，各浮空器研制單位，尤其是中航工業特飛所在浮空器標準編制方面做出了積極的努力，中航工業特飛所編制了多項浮空器企業標準，也通過各種渠道申報了多項國標、國軍標、航空行業標準，但是申報之后都杳無音訊，對申報標準的積極性有一定影響。

3.4 浮空器標準體系亟需建立和完善

浮空器發展到今天，國內除幾項適航規范外，尚無一項正式發布的行業級或國家級標準，實在是一項難以想象的事情，一個產業的發展沒有大量標準的支持是難以做大做強的。未來10年是浮空器發展的關鍵機遇期，建立和完善浮空器標準體系是我們浮空器研制單位義不容辭的責任。

“標準先行，產品遵循。”這已越來越成為企業搶占市場、實施技術壁壘的重要舉措。然而在研制生產中僅僅遵循一個個孤立標準是不夠的，是很難發揮作用的，而已有的浮空器標準也沒有形成體系，這對浮空器產品的系列發展和浮空器行業的發展都不利，急需建立一個以浮空器產品為核心的標準體系。

4 建議

綜上所述，浮空器產品的國內外競爭形式都非常激烈，產品競爭的根本還是標準技術水平的競爭。國外浮空器企業十分重視標準的編制，也非常重視知識產權的保護，幾乎找不到其標準資料，這也足見標準的重要性。國內浮空器產品正在向系列化、產業化方向大步邁進，為了提升我國浮空器產品的競爭力，總結提煉現有技術優勢，建少重復建設和低水平競爭，必須快速推進我國浮空器標準的制定工作。

就我國浮空器標準體系的建設問題，我們建議以下幾點。

一是建議國家在重視浮空器產業發展的同時，高度關注浮空器標準的編制工作，從國家層面推動浮空器標準的編制工作。可以安排專門的部門和人員來抓這項工作，給予更多的政策和經費支持。

二是建議將浮空器標準體系從無人機標準體系中獨立出來，單獨作為一個標準體系，一方面浮空器中有載人飛艇和氣球，放在無人機標準體系下不完全合適，另一方面將浮空器標準體系獨立更能提高其地位，并有利于浮空器標準體系建設。

三是浮空器屬于航空產品，浮空器的標準理應由航空行業提出并組織編制，但中航工業之外的一些單位在浮空器標準編制方面也做了大量的工作，建議國家有關部門統籌考慮浮空器標準體系建設工作，由中航工業聯合相關單位共同制定各類浮空器標準。