浮空器

與心怡

浮空器（Lighter-than-air craft）是指利用輕于空氣的氣體來提供升力的航空器。依照工作原理，浮空器可分為飛艇、系留氣球和熱氣球。對應而言，固定翼飛機與直升機是利用機翼旋翼運動產生的空氣動力升空，屬于“重航空器”（Heavier-than-air craft）。當下幾乎從各國軍事裝備中消失的浮空器，迄今已有逾百年的發展歷史，也曾有著快速發展并廣泛應用的輝煌。雖說飛機與直升機的問世終結了飛艇的黃金時代，但本世紀開始浮空器又隨著需求的變遷和科學技術的進步迎來了春天。在美軍中，對戰略運輸和對固定地域進行長期監視的戰術需求，使飛艇、系留氣球的發展再度受到重視。近年來美國軍方不斷投入資源，進行了一系列浮空器的研制計劃，而且系留氣球已在伊拉克和阿富汗戰場上部署使用。

飛艇的早期應用歷程——民伏軍起

飛艇根據結構材質上的不同，可分為三類：軟式飛艇，此型飛艇靠內部氣囊的氣體壓力來維持外部形狀與結構完整，早期飛艇多屬此型式；半硬式飛艇，其結構與軟式飛艇相去不遠，但氣囊內部裝有固定龍骨等支撐物，可用來安裝吊籃、穩定翼與操縱面等組件；硬式飛艇，有結構性骨架，可用來維持飛艇外部形狀并攜行吊籃、發動機等各式載荷，這種飛艇又因為其發明者齊柏林而通常稱為“齊柏林飛艇”。飛艇雖是以空氣靜力升空，但其在空中進行運動時，仍需舵與推進器協助。動力飛艇依獲得升力的方式，可分為兩類：一是以空氣靜浮力為升力的傳統飛艇，另一為運用傳統靜浮力并通過外形改裝、獲得額外升力的復合式飛艇。

16世紀70年代，飛艇的概念初次萌芽。到了19世紀，歐洲各國的發明家們逐漸解決了飛艇飛行所面臨的各項技術問題。在經過一系列的飛行試驗后，飛艇這一飛行器逐漸走向成熟。1900年“齊柏林1號”飛艇成功飛越了康斯坦茨湖，開啟了飛艇黃金時代的序幕。此后，歐洲各國也制造了一系列飛艇成功運用于載客、航空郵遞與貨運等民用領域。

1937年5月6日，德國“齊柏林飛艇”“興登堡”號在美國新澤西州萊克赫斯特準備著陸時發生爆炸，造成30余人喪生。此次事故后，飛艇在商業領域的運用基本全面終止，民用飛艇的黃金時代至此畫上了句號。但第一、二次世界大戰仍是飛艇在軍事領域運用的巔峰時期。

1921年3月，意土戰爭中意大利利用飛艇執行戰場偵察和轟炸任務，這是飛艇首次在軍事上的應用。此后，飛艇被德國、俄國、法國與意大利等國用來執行各種不同性質的軍事任務，特別是偵察與轟炸任務。俄國利用飛艇轟炸了德軍陣地，而德國則用“齊柏林飛艇”將幾百噸炸彈投向了倫敦和巴黎。只不過飛艇在實際運用中的易損性相當高，到了一戰末期，飛機已經從根本上取代了飛艇成為對地轟炸的主力。

一戰期間的英國也是飛艇的主要使用國，裝備了眾多不同型式的飛艇。其中，尺寸最大性、能最好的是NS級軟式飛艇，可搭載10名乘員并持續飛行24小時。NS級軟式飛艇可掛載6枚104千克炸彈，并配備有3-5挺機槍。英國軍方的使用主要是執行偵察、水雷清除、商隊的護航與攻擊潛艇等任務。特別是戰時飛艇對商船船隊的護航，證明是對抗德國潛艇襲擊商船的有效措施，提升了協約國的護航作戰效能。

兩次世界大戰期間，德國認為在未來戰爭中，采用飛艇執行任務已經過時，因此重點投入在飛機領域的研發。相對而言，這時期的美國則積極進行軍用飛艇的建造。二戰中美國海軍飛艇的主要任務是在沿岸執行巡邏、船隊護航與海上搜救任務，其它任務則包括照相偵察、傘兵運輸、空中轟炸、水雷布放與清除以及人員貨物運輸等。

美國裝備的飛艇有高達87%的高效出勤率和近38萬小時的累積飛行時間，為超過7萬艘商船提供了護航。在飛艇護航下極少有商船在美國海岸被潛艇擊沉。所以戰后當各國軍方對飛艇的興趣大減時，當時的美軍不僅仍保有150余艘飛艇，還在建造多艘大型飛艇。這些飛艇也不負美軍的厚望，在二戰后的最初10年仍是美國海軍對蘇聯潛艇反潛戰的重要資本，直到1962年8月，美國軍方的最后一艘飛艇正式退役。

戰后軍用飛艇的發展

上世紀80年代末期，為了能對掠海巡航導彈早期預警，美國海軍重新啟動了飛艇研發計劃。1987年6月，美國海軍授予西屋電力與英國飛艇工業兩家公司一份總額1，7億美元的合同，論證飛艇做為掠海巡航導彈的空中探測預警平臺的可行性。后由于研發經費不足，該計劃在1995年被迫終止。2006年5月，飛艇在美國海軍的裝備使用中再次得以重啟。此時美國陸軍、空軍與國防先進技術研究計劃署等單位也在推進一系列飛艇技術驗證與研究計劃，探討飛艇在現代戰場中的運用。

2006年11月，美國陸軍購買了一艘飛艇，用來驗證能否將1134千克載重以遙控和自主導航飛行方式運至15000米高度。2010年，美國陸軍空間與導彈防御司令部授予諾·格與混合空中載具兩家公司一份近5.2億美元的合同來發展“長航時多情報載具”（LEMV）系統。此型飛艇可滯空21天，用于執行持續性情報、監視與偵察任務。不過在2012年2月，LEMV計劃因預算過高以及美軍即將從阿富汗撤軍而宣告中止。除此之外，美國陸軍空間與導彈防御司令部的高空飛艇計劃尚有“高空長航時技術驗證艇”與“復合艇體高空動力平臺”（CHHAPP）兩項，這兩項計劃也分別因為缺乏預算與飛行測試失敗而叫停。

2005年，美國國防先進技術研究計劃署亦著手進行代號“海象”的混合動力超大型飛艇的研制。此計劃的主要目標是對飛艇作為長航時大載重運輸型航空器的可行性進行研究，并將建造一艘最大起飛重量達500噸，具備洲際飛行能力，無需著陸設備即可在惡劣地形進行起降的超大型飛艇。當年洛·馬與美國航空飛艇兩家公司各獲得一份金額近300萬美元的合同，對混合動力超大型航空器進行前期研究。不過到2006年3月，國防先進技術研究計劃署宣布終止“海象”的研制計劃。

當前美國軍方正進行中的飛艇計劃，包括“傳感器與結構集成”（Integrated Sensor Is Structure，ISIS）飛艇與代號“鵜鶘”的剛性外殼可變浮力飛艇（Rigid Aeroshell Variable Buoyancy，RAVB）。ISIS計劃是美國空軍與國防先進技術研究計劃署共同執行的研發項目，目標是將先進的雷達系統與大型平流層飛艇的結構整合，雷錫恩和洛·馬兩家公司獲得研發合同。“鵜鶘”剛性外殼可變浮力飛艇則由美國國防部快速反應技術辦公室與美國國家航空航天局艾姆斯研究中心兩家單位主導，其技術重點是尋求飛艇技術上的新突破和整合。比如目前常規構型的飛艇，地面停放必須借助系泊設備和大量人力的操作，在大載荷時無法垂直起降或懸停。所以代號“鵜鶘”旨在發展并整合各項飛艇關鍵技術，比如浮力控制系統、高強度輕質的內部結構、低速盤旋控制系統以及無需地面人力支援的著陸系統。而上述正在進行的兩項飛艇研制計劃所涉及的各項飛艇關鍵技術若能獲得突破，那將為飛艇的未來發展投入嶄新的動力，有助于飛艇在民用與軍用領域更寬廣的運用。

除美國外，英國在此領域的發展亦有相當進展，例如英國先進科技集團開發的“天貓”（Sky cat）系統復合式飛艇，結合了飛艇與氣墊船兩項技術，可在平地、草地、沼澤、雪地和水面等不同地貌著陸甚至滑行。“天貓”系列飛艇根據載重能力不同分為Sky Cat-20/200/1000三型，分別有20、200與1000噸的起飛重量。Sky Cat-1000飛艇的運載能力遠勝于美國空軍C-17戰略運輸機的載重量，加上可安裝上下坡道，可快速有效地進行物資的裝運與卸載。“天貓”系列飛艇除速度相對較慢外，其機動性與載重能力均優于現有的民用貨機和軍用運輸機，許多國家軍方對“天貓”這類運輸型飛艇在未來運輸任務中的可行性進行著論證和研究。

綜上所述，不難發現飛艇相較飛機或直升機的在“載重”上的優勢，其反應靈活可機動部署，運載能力強特別是幾乎不限制貨物的形狀和尺寸，如大型雷達天線等特殊載荷。現在的飛艇在摒棄過去的可燃易爆的氫氣，改用惰性氣體氦氣作為氣囊的填充氣體后，安全性已經大幅改善。而且飛艇外層多為復合材料和玻璃纖維制造，雷達反射面積較小，幾乎沒有雷達回波和紅外特征信號，因此很難被探測到，戰場生存能力較強。隨著諸多新技術、新材料在飛艇上的應用、性能的不斷提升，飛艇的發展將迎來又一黃金時代。飛艇在早期預警、海軍的反艦作戰、指揮控制、通信中繼平臺以及戰術戰略運輸等軍事領域的運用更將廣闊。

新興的浮空器——系留氣球

除飛艇外，浮空器家族的另一重要成員就是氣球，其利用靜浮力升空，不具備動力。根據是否配備系纜固定地面細分為系留氣球與自由氣球兩類。自由氣球因為無法控制在大氣中運動，將探測設備置于其上很難進行回收重復使用，所以除了空飄、氣象觀測外在軍事領域不具太大運用價值。相對的，以系留氣球為代表的浮空器因可攜帶的載荷具有彈性，可根據需求靈活換裝不同載荷來執行各種不同任務，加之通過系留系統可回收重復使用，已被許多國家的軍方與安全部門裝備，用于軍事及國土安全領域。

一般來說，系留氣球主要組成包括氣球本體、系纜、系留系統三部分。氣球的軟式氣囊內充氦氣或氮氣惰性氣體來產生靜浮力升空。氣球可依載重能力大小安裝監視預警雷達、通信裝備、紅外夜視攝像機以及電子通信等不同類型的監視探測裝備。系纜的主要功用是使氣球保持在固定位置，其內部配備高壓導線與光纖電纜，前者可提供氣球所搭載的各傳感器操作時所需的電力，后者則將傳感器獲得的信息傳送至地面接收站。系留系統配備有絞車，可用來施放或回收系纜用以控制氣球的上升與下降。在實際操作時，系留氣球需要車輛與地面控制站的支持，這兩者可協助其進行機動部署，并將氣球探測器獲得的情報整合處理，分送至相關單位。系留氣球的優點不僅有任務載荷可按需靈活搭載，其系留布設的平臺彈性也很大，不僅可在陸上，在海上的船舶上也可布放。

1980年12月，美國空軍開始使用系留氣球，將一具監視雷達安裝于系留氣球上，執行海岸監視任務，這套系統即是“系留氣球雷達系統”（Tethered Aerostat Radar System，TARS）。1984年起，美國海關在美國南方邊境建立了一系列系留氣球網絡，用于對美墨邊境的非法毒品交易進行監視。此外美國海岸警衛隊也在墨西哥灣沿岸投入使用了類似系統。為能更有效操作“系留氣球雷達系統”，美國國會還在1992年授權國防部統一管理相關系統，美國國防部將美國空軍作為前述三個機構相關系統的行政管理機構。“系留氣球雷達系統”除執行邊界監視，其獲得的情報也同時與美軍北方司令部、南方司令部與北美防空司令部等單位共享。目前美國政府正計劃將此系統移交國土安全部使用。

在美軍出兵阿富汗和伊拉克后，為了對固定地域進行長期監控，并為部隊提供必要的保護，系留氣球再度受到美國軍方重視，國防先進技術研究計劃署與美國各軍種也進行了一系列系留氣球研發與部署計劃。在這兩個戰區，美軍部署的系留氣球雷達系統有近60套之多，累積使用時數已超過60萬小時。雖然美國陸軍裝備使用的“系留氣球雷達系統”先后有RAID、REAP、PTDS、MARTS、PGSS等等諸多型號，但將這些英文名稱譯成中文后，其名稱、性能及用途上的差異并不明顯，都屬于系留氣球與不同任務載荷的組合，或搭載雷達，或搭載光學紅外設備，或搭載GPS、通信中繼等設備。戰場部署時可配置在前進基地、高價值目標周圍系留升空，為部隊提供戰場監視、情報搜集、通信中繼，早期預警防止火箭炮、迫擊炮襲擊等。

除了上述幾型“系留氣球雷達系統”外，特別值得一說的還有由雷錫恩公司制造的聯合對地攻擊巡航導彈防御高空網絡傳感器系統（Joint Land Attack Cruise Missile Defense Elevated Netted Sensor，JLENS）。該系統使用兩個系留氣球作為任務載荷的搭載平臺，分別攜帶遠程預警雷達和火控雷達。預警雷達可對重點區域內的不同威脅進行24小時連續監視，包括巡航導彈、無人機、大型火箭、戰術彈道導彈，以及地面與水面移動目標等。火控雷達則用來為地面防空導彈提供火控數據的解算。JLENS系統可機動部署，并可連續作業一個月。美國軍方計劃購買12套JLENS系統，其中一套已于2014年部署在了華盛頓特區。JLENS系統的監視預警涵蓋范圍約等于4-5架E-2C、E-3等預警機的全天候飛行，而且使用成本只相當于預警機的十分之一，操作人力更不及后者的一半。

系留氣球——資源小國的“人造衛星”

除美國軍方與國土安全部門的裝備使用外，法國、約旦、以色列、印度、科威特與阿聯酋等國也裝備著數量不等的系留氣球系統。這些國家將不同類型任務載荷裝于系留氣球上，執行防空預警、通信、邊境監視、部隊保護、基地安全、空中預警以及情報、監視與偵察等任務。系留氣球也被政府各部門運用于環境監控、國土防御、災害救援與反恐安全等新領域。在可預見的未來，由于系留氣球在運用上具有巨大彈性，將在國防、國安、環保與救災等領域扮演更為重要角色。

尤為重要的一點是，較于其它偵察預警平臺，系留氣球系統的造價相對更低，操作成本低廉，是資源有限的小國進行長期偵察監視的最佳選項。就實際操作而言，偵察衛星也無法持續數日或是數周的針對特定目標或區域長時間監控。大部分低軌衛星每次通過目標的時間不到十分鐘，而且衛星的過境時間規律往往可預測，提前采取若干反制措施即可降低衛星的偵察效果。無人機由于載荷有限，也無法長時間在特定區域進行持續監視，而且載荷能力必須在任務載荷、燃油與留空時間等因素間進行平衡，也無法攜帶結構復雜、體積稍大的先進偵察監視裝備。對比看，系留氣球構造簡單，運載能力強，不需跑道即可升空。同時，系留氣球由于作業高度較低，偵察影像的分辨率以及對電子信號的截獲偵聽能力都相對較強。再加上在滯空時間、載荷彈性、成本與作戰效能上的天然優勢，系留氣球無疑是資源有限的國家遂行長時間監控的最佳選項，是資源小國的“人造衛星”。

[編輯 仙水]