小破球有大讲究

晨枫

这几天，中国热议流浪地球，美国热议流浪气球。现在美国空军出动3架F-22，用AIM-9X“响尾蛇”空空导弹，总算把气球打下来了，但还是费了牛劲。“响尾蛇”具有一定的上射能力，但毕竟是为空战格斗设计的，上射能力有限。为了尽量缩小高度差，F-22采用了在浅俯冲中加速盘旋然后突然跃升的办法，获得最大的高度。这是老办法了，当年中国歼-6打高空无人机和气球的时候，用的也是这个办法。必须说，F-22飞行员还有很有勇气的，在这样的升限极限上机动和发射导弹，很容易进入失速和螺旋。


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7 l9 C: r9 n  Z1 Y1 o; u/ ~( H; p气球是2月1日蒙大拿的比林斯地方报纸《比林斯公报》摄影记者拉瑞·迈耶首先拍下的，据说更早的时候有民航客机上的旅客首先目击。当时迈耶不清楚这到底是什么，只是估计在6万英尺（约18200米）高空。第二天，迈耶的照片上了全世界的头条。事后，美国空军宣布，气球在1月28日进入阿拉斯加的阿留申群岛，1月30进进入加拿大西北，1月31日进入美国北方爱达荷。必须说，这即可能是美国空军北美防空司令部（NORAD）保持全程跟踪，更可能是事后根据美国国家海洋和大气管理局的高空尘埃漂移模型推断的。否则在阿拉斯加和加拿大北方无人地带就应该击落，布林肯也不应该等到气球图片登满全世界的头条后才宣布推迟访华。

2月2日，目击者发现气球已经到了密苏里圣路易斯。2月4日，F-22在南卡罗莱纳州外海在58000英尺（约17700米）高度发射导弹，而气球正在从60000-65000英尺（18200-19800米）飘飞。

! w, \( O- z9 T" P美国的公开说法是等到气球飘飞到海上，确保残骸不会对地面的人员和财物造成伤害才射击，但这是牵强的。如果真是侦察气球，不应该等气球斜穿美国、看了个够后再击落，而应该尽早无害化。到飘飞出美国大陆再击落，只是挣回面子，不至于显得无可奈何。
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& s8 _0 x& ?/ X! ]! c/ V* a3 I  C美国宣称在委内瑞拉、哥伦比亚一带发现又一个“中国间谍气球”，依然是根据当地目击者的报告。

* T6 I+ d$ l4 R- i# N+ _有意思的是，外媒一直用“气球”的说法，中国外交部用“飞艇”的说法，“只有有限的机动能力”。外交部的用词当然是严谨的，现在看来，这个气球确实可能用太阳能电池板提供动力，驱动电动螺旋桨。不过这与传统意义的飞艇依然是有差别的。
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飞艇一般采用雪茄形气动外形，这是为了减小阻力，因为飞艇用浮空能力提供升力，但前进的动力完全来自动力推进。这个气球的电动螺旋桨主要不是用于推进，而是动力定位，在空中无系留状态下，补偿高空风的作用，保持位置。深海钻井平台也用这个技术，在精确的卫星导航控制下，用细微的动力推进保持位置。太阳能电池板的电力有限，推进力也只有这么多了。长途飘飞主要靠西风带。推测起来，有可能这次动力定位故障，所以气球就随风逐流、一路向东了。

气球侦察的军事意义坊间已经说得很多了，当然是有用的，但也是低效的。时效太差，定位太差，意义不大。气象气球就有意义了，精确实测高空西风带的风速、密度、湿度、日照等等，说起来这可能是比拍几张地面照片更有意义的战略情报，也是卫星做不到的。
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但高空气球的军事意义很大，主要在于通信和预警。通信卫星解决了通信距离问题，但36000公里高的卫星与地球表面有信号往返的本质滞后问题，也有带宽的本质限制。高空气球只有20-30公里的高度，信号滞后可以忽略不计，采用极高频的话，带宽也不是问题。在战场上空有几个5G基站，对陆海空三军信息化作战的意义不言而喻。
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预警也一样，在20-30公里高度，高空气球比预警机的高度还高，地平线距离自然更远。对较劲的目标则是俯视，有地面杂波问题，但有数字信号处理可以解决，还因为投影面积更大，更加有利于探测细长目标和隐身目标。
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. p$ C- b9 V; j# y* n# X% U气球最大的好处是具有几乎无限的留空时间。说是“几乎”，是因为实际上总有漏气，会损失高度。用太阳能电动驱动能解决动力定位的问题，但还是解决不了通信基站、雷达的电老虎问题。自带燃料和发电机是不现实的，额外重量意味着大得不可思议的气球容积，不断消耗的燃料重量也给气球的配重控制带来额外的麻烦。
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0 u0 v4 g. l4 [4 F气球的生存力其实没有想象的那么地。军用气球一般不是单气室，多个密封的气室使得某一气室被击中漏气时，气球还有相当大的浮力，可以保持缓慢下降。如果地面上有准备的话，经常可以安全回收。在美国南卡罗莱纳州外海击落的中国气球在被击中时发生爆炸，据说地面上感到震动，有可能意味着这不是氦气气球，而是更加简单、廉价的氢气气球，而且是单气室的。

大型太阳能电池板不仅有重量太大的问题，还有夜间不能发电的问题。通信气球和预警气球在夜间也需要工作的。大型蓄电池的重量比同等能量密度的燃料-内燃发电机系统还要大。

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) E5 M  k$ _! {. U最接近实用的预警气球是美国陆军JLENS，意为联合陆攻巡航导弹高空网络化传感器系统。这个3.2吨中的庞然大物（17000立方米氦气）只有1600公斤的携带重量，升限3000米。设计留空时间30天，可提供24、7和360度覆盖，探测距离550公里。
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; M, J4 f0 z! o6 S- HJLENS根本没有动力定位，是系留定位，在部署中需要在地面锚定，才能不飘走。锚定系统说起来可机动，实际上只是可移动而已，一般是固定部署的。在试验期间，系留索竟然断了，一个JLENS飘飞了近200公里，垂下的重型系留索和挂钩一路拉拉扯扯，损坏屋顶，挂断电线，造成2万多户停电。

JLENS一共造了4个，有的装VHF监视雷达，用于全向监视；有的装X波段火控雷达，用于引导防空导弹。由于系留索同时是通信光缆和动力电缆，JLENS没有电力供应问题。
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$ ?+ X5 j  N7 z4 }# Y- b都以为气球便宜，JLENS可是一点都不便宜，单价1.75亿美元。不过与固定翼预警机相比，一个JLENS系统可代替4-5架预警机，运作费用只有预警机的10-15%。但技术困难和投资重点转移使得JLENS计划发展迟缓，在挣扎了20年后，计划于2017年下马。

但在20-30公里高空，系留就不现实了。可巧，《南华早报》1月8日报导，西工大李学龙（音译）教授团队在西工大官微上发表消息，成功研制了用激光为无人机充电的技术。
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说起来，基本思路就是用高能激光照射无人机上的光伏模块产生电力，驱动机上的动力和其他设备。这当然也能用于高空气球的充电，而且不受昼夜影响。编码的激光束不仅是动力光束，也是信号光束，同时充当激光数据链的作用。
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2 r8 g* t) h4 N8 M. J西工大团队的技术用于无人机，速度、机动性、姿态的要求高得多。高空气球懒洋洋的，跟踪就简单得多了。而且可以是空中与地面的协调工作，空中发射“引导波束”，帮助地面对准，而不是依赖地面光束的单方面瞄准。对于不同的气象条件，激光束还需要自动调整，这些都是现有技术就能做到的。
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这只是实验室规模的试验，只是用于低空和相对较近的无人机，但在原理上，没有道理不可以用于高空气球。一旦成功，这就解决了高空气球最大的电力问题。
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这依然只能用于离己方激光充电基地不远的地方，但在前线几十上百公里正是高空预警和通信气球最派用场的地方。
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$ l2 i$ n) Q- t& p; d从美国空军费那么多事才打下气球来看，高空气球的击落远非轻而易举。F-22可以卯足了劲跃升，但在对抗性的战场环境下，F-22未必有这个窗口，必须提放对方的战斗机和防空导弹的侧袭。F-15一级的战斗机可能高空性能不足，F-16、F-18就免谈了。从F-22使用AIM-9X来看，雷达制导的防空导弹也不大管用，否则用AIM-120更加合理，上射能力更强。考虑到各国都缺红外制导高空防空导弹（THAAD和ERINT用红外，但那是用于外大气层的，两回事），高空气球的拦截对谁都是难题。换句话说，还只有用战斗机来打。
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: j* g$ I2 X: ~( P" l在这次击落中，F-22跃升到与气球相差无几的高度上才发射导弹。要是气球实在30公里高空，同样的战术就不一定能成功。F-22也是有过几次练习才最后成功的，在蒙大拿，F-22已经出动过了，只是最后没有开火而已。
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另一方面，在台海，几个20-30公里高空的预警和通信气球可以有奇效，台军还一点反制的办法都没有。在南海，西沙和南沙是理想的放飞高空预警气球的地方，大半个南海一览无余。要是东沙也拿下了，巴士海峡就看死了。东海这边距离远了一点，但对冲绳保持监视还是做得到的。
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9 K; \3 O' C6 _; G4 R在中印边境上，飘几个高空气球保持监视，更是事半功倍。印军喜欢往冰山上扎堆挨冻，请便。要敢犯事，在高空预警气球的监视和高空无人机的抵近查证、引导下，中国远程炮兵一个覆盖就可以帮他们超生，来多少人都不管用。高原气流条件复杂，但到了20-30公里的高空，气流条件又不那么复杂了。
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: W. N- e+ c; O* }8 d7 e: j小破球飘洋过海到美国或许不是主要目的，但在中国周边，还是非常有用的。小破球有大讲究。

李根

有道理，只要把动力定位搞好，这东西很好使
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testjhy

记得中科院空天信息研究院的飞艇上过青藏高原做试验，不知是否有军用背景。另外，国内已经能生产薄膜太阳能电池，气球顶上铺设这种电池应该最合理，不过成本可能就上去了。

indy

有个这样的图片有人分析可能用了四五枚导弹才打下来

晨枫

indy 发表于 2023-2-5 15:27
# b: h8 x7 N) q. @, W; ?: t- S" v有个这样的图片有人分析可能用了四五枚导弹才打下来

3 m( L7 E: \3 k$ ?$ c很有可能。

晨枫

testjhy 发表于 2023-2-5 14:41
) O1 K  O) ?% |* o: z: L( J记得中科院空天信息研究院的飞艇上过青藏高原做试验，不知是否有军用背景。另外，国内已经能生产薄膜太阳能 ...

- b' J2 ?2 _  H" r0 y- Z发电量还是受到覆盖面积的限制。

白玉老虎

晨枫 发表于 2023-2-6 06:20
* U' O# ?6 g* w发电量还是受到覆盖面积的限制。

7 G: z8 z$ C2 r0 @也有可能整个气球表面几乎都是太阳能薄膜，全表面发电

晨枫

白玉老虎 发表于 2023-2-5 17:39
$ ]- z: B! w  _# m/ o  v' W- X. O也有可能整个气球表面几乎都是太阳能薄膜，全表面发电

还是不够。而且气球薄膜的机械性质和光伏薄膜的要求完全不同。

豪哥豪哥

要是间谍气球必须放出多个，否则无法保证气球经过目标上空。

% R' B  S  A- q每年飞到美国的高空气球多了去了，气象气球又没有自毁装置。

水风

台海，日本，琉球，关岛，南海。。。
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2 I  j* D5 i. [  `如果我们量产的话，成本能压到一万美元一个么？氦气球就先别想了，氢气球？

飞艇其实还有一个玩法。海拔3万米的无人机空天母舰。。。空投，到万米高空打开降落伞，稳定后开始放无人机。这可是真正的鹰从天降。

晨枫

水风 发表于 2023-2-5 20:26
, J8 _' ~/ K: f9 i+ K台海，日本，琉球，关岛，南海。。。

. Z+ \+ ^- s& A9 g7 U3 F$ r如果我们量产的话，成本能压到一万美元一个么？氦气球就先别想了，氢 ...

8 d6 d# _) i  ]5 S气球的载重量可能有限？

鳕鱼邪恶

indy 发表于 2023-2-6 05:27
& `& Q4 z# ?! d7 @9 y2 D) T$ k$ B有个这样的图片有人分析可能用了四五枚导弹才打下来

/ n5 m& D) z! h  R部分可能是飞机尾迹？

尤其是3、4，导弹攻击气球，不需要这么大G的转弯，基本是直线。

宁娜

小破球这两天是美国的大新闻。昨天早晨，我们小区的菲律宾邻居用手机拍了气球和跟踪飞机的照片视频，特地给我看了。好多美国人目睹气球拍了视频放在社交媒体上。从气球的飞行线路上看，完全是在美方的控制下按既定的路线在飞嘛，中国讲不可抗力失去控制了，为什么老美能控制它往南卡州的海岸飞，而不是任其乱飘。说的不好听，好像被老美抓了俘虏。该气球的水太深廖，老百姓知道得太少。

testjhy

晨枫 发表于 2023-2-6 06:20
发电量还是受到覆盖面积的限制。

圆柱型飞艇面积足够大，球形算40立米的粗略算下来表面积也有56-57平米，四分之一铺光伏也有14平米，我看到的薄膜光伏发电效率比常规的弱，只有160W/平米，每天充电8小时，14X0.16X8=18度电，不要做动力，拍照、通讯富富有裕，

* c0 ?1 k" {3 x另外薄膜电池不是作气球材料的，是在气球上铺一层薄膜，就是不知薄膜电池重量和锂电池(要温控了)的重量满足气球的载荷要求否，直觉应该可以。

晨枫

testjhy 发表于 2023-2-6 04:17
& r( g) Y% B( F4 n圆柱型飞艇面积足够大，球形算40立米的粗略算下来表面积也有56-57平米，四分之一铺光伏也有14平米，我看 ...

还要算入电池啊，否则晚上既不能拍照也不能通信了。

testjhy

晨枫 发表于 2023-2-6 22:27
# d/ w$ ?" G7 m" H0 K$ U还要算入电池啊，否则晚上既不能拍照也不能通信了。

  N4 P1 h% v. W里面说了，锂电池及温控，估计也得有几十公斤。

晨枫

testjhy 发表于 2023-2-6 17:57
8 b: b5 d  q4 R6 w- h里面说了，锂电池及温控，估计也得有几十公斤。

哦，我错过了。还需要加上有效载荷的重量，那也挺重的。

老财迷

https://mp.weixin.qq.com/s/_t9IsqLoJdHoj1_uN5eRpQ 浮空飞行器 2023-02-06 09:37
$ r8 ~8 o* b0 w) t/ W5 I9 U8 ~这位是专业的，但实在不方便写东西。只好侧面说了一点：
/ q) v6 F7 B- t"当然，这里没有统计我国高空气球发放基地及次数。小编觉得有必要提一下。根据已公开的资料，目前我们在全国各地都有发放场地，发放次数数以百计。特别是近些年，我们每年都至少有20次高空科学气球飞行试验。翻开历史，从1979年正式开展“中国科学院高空气球第一期工程”开始，就进行了101次高空气球飞行试验。从那时开始，就建立了较为完善的高空气球系统，填补了我国在高空气球技术和气球科学观测方面的空白。目前我们可以制造60万立方米的气球，载荷携带能力达到2吨，最高飞行高度到达过40km。在1990年，我们就完成了从中国北部到苏联西南地区72小时长距离飞行，飞行距离超过4000km。国际合作方面，我们与日本，巴西，瑞典等气球机构开展过多次合作。”
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只有超压气球，能灵活控制高度，可以选择平流层不同高度来大体上控制飞行方向。
其它的高空气球，基本上都会失踪。按这一段说的，中国每年至少“失踪”20个高空气球。也就偶尔会飘到美国，没有路人发现，根本不会上媒体，就啥事都没有了。
  I5 f9 c& E$ t; c/ E4 m: P
https://weibo.com/1820201245/MrSgE8cxD  
奥卡姆剃刀  平流层氦气球的科普
( E% T' d/ j- u“跟卫星不同，平流层氦气球并没有测控系统，气象气球通常只有卫星定位模块和对地面的超短波通信设备，飘走后丧失了通视条件，超短波通信就失效了。
也就是说，气球的实时位置就传不回来了，气球的主人也不知道飞哪了，但大概率是无危害地掉进海里，因此不需要满世界嚷嚷。
5 _" P: Y; P2 P例如谷歌近年来就废弃了上百个平流层氦气球，并没有向全世界汇报位置，也根本没有这个必要。”