性能有限大多民用 價格低廉可供科研
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本報特約記者 梁佳媛 本報記者 劉 揚
氣球這種歷史很悠久的浮空器，最近受到廣泛關注。現代高空氣球有怎樣的特征，又有什么民用用途？民用無人氣球因不可抗力失去控制，追蹤以及處置有哪些難點？
有一次性，也有可回收
氣球是一種古老的浮空器，但目前仍在很多領域應用。和人們印象中的氣球不同，目前用于專業領域的高空氣球并非一定是圓形的。有些氣球呈紡錘狀，更像大家印象中的飛艇。中國專家張學峰告訴《環球時報》記者，飛艇和氣球都屬于浮空器，目前以充氦氣為主，飛艇外形以紡錘和雪茄形狀為主。通常而言，飛艇帶有動力裝置，而氣球沒有動力裝置，所以飛艇的機動性能更高。大氣層中不同高度的氣流流動方向和速度不同，氣球通過調整自身的飄浮高度，進入不同氣流內，就可隨風飄蕩。
氣球的一個常見用途是探空作業，它相對廉價，性能又足夠滿足要求。很多國家都使用氣象氣球進行天氣預報以及大氣研究。這些氣球通常攜帶探空用的儀器設備，通過太陽能電池提供電力。有些氣球是一次性使用的，隨著氣球的高度不斷升高，氣球球體膨脹破裂，相關設備可通過降落傘回收。此外，有些氣球通過攜帶角反射體、曳光管，還能作為防空演習的靶標。
近年來，有一些系留氣球用于軍事領域。這些系留氣球通過線纜與地面連接，防止氣球逃逸，也就是說這些氣球是固定在某些特定位置，并不隨著大氣進行運動。這種氣球可攜帶雷達、紅外光電傳感器，用于探測低空目標和地面目標，保護基地、城市等重點目標免遭襲擊。
2021年美軍從阿富汗撤離時，就遺留了一個大型系留氣球。這個氣球呈流線型，像傳統印象中的飛艇，但沒有動力系統。實際上，這是美國的所謂“持久威脅檢測系統”（PTDS），氣球上裝備的紅外系統以及AN/ZPY-1小型合成孔徑雷達，可以探測地面車輛和人員，并通過傳輸設備將信息傳輸給地面指揮人員，然后由地面人員進行處置。更大型的系留氣球可攜帶較大型的雷達，構成氣球載雷達，用于在重要城市附近協助探測超低空目標，比如巡航導彈、無人機等，執行防空任務。
不適合對萬里外目標過境偵察
在大型氣球誕生早期，飛機尚未發明之前，確實有軍方使用氣球進行偵察。但隨著飛機的誕生和廣泛應用，氣球、飛艇隨之淡出偵察領域。不過第二次世界大戰后的一段時間，氣球又因為其獨特的特性，重新被用于偵察。據路透社報道，二戰后不久，美國軍方開始探索使用高空間諜氣球。根據美方資料，上世紀50年代該項目在蘇聯領土上放飛高空氣球，進行偵察拍攝活動。
據報道，氣球的優勢之一是飄浮高度高，通常在2.4萬-3.7萬米的高度運行，遠高于民航客機飛行高度，通常民航客機的飛行高度在1.2萬米以下。絕大多數戰斗機飛行高度在2萬米以下，有些高空偵察機、截擊機的飛行高度達到2.5萬米或更高。
2009年向美國空軍指揮和參謀學院提交的一份報告表示，氣球相對于衛星的優勢包括能夠從更近的地方掃描大片領土，并且能夠在目標區域停留更多時間。與需要耗巨資發射的衛星不同，氣球可以廉價發射。
張學峰表示，雖然之前有使用高空氣球進行偵察的案例，但氣球的可控性較差，搭載的設備量少，并不適合對萬里之外的目標進行過境偵察行動。對于擁有完善衛星偵察網絡的大國，氣球深入別國境內進行偵察不是最優選項。
處置失控氣球并不容易
由于氣球本身不易進行有效操控，雖然它們可以通過改變高度來進入不同方向的氣流，粗略引導到想要到達的區域，但其自身的不易操控以及氣候、天氣等不可抗力的變化有可能導致一些民用的氣球意外“流浪”。一旦出現類似情況，應該如何追蹤與應對呢？
英國廣播公司（BBC）的文章稱，人們沒法像掌握商業航空器的飛行軌跡數據那樣掌握氣球的飛行軌跡，因此需要參考其他信息來源。在相關技術的基礎上，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）掌握了一種對1.4萬米以上的氣流進行分析的模型。“它的主要用途是掌握污染物和有害物質在大氣中的運行和擴散。”BBC氣象預報主播、氣象學家西蒙·金說。
據報道，美國氣象學家沙特菲德曾用這種被稱為“軌跡模式”的模型計算監視氣球可能的飛行線路，并把他的發現在網上進行分享。但必須注意，這一模型并非監視氣球的實際飛行軌跡，而是根據美方機構的模型進行分析得出的結果。
張學峰表示，氣球的飄浮速度比較慢，現在很多采用脈沖多普勒體制的雷達較難發現和穩定跟蹤慢速飛行的氣球。“目前多數戰斗機、防空系統使用的脈沖多普勒雷達，為了濾除地物雜波，通常有一個目標速度門限值，目標速度低于這個門限值，雷達會把這個目標當成雜波濾除掉，就不會顯示目標。”當然，沒有使用脈沖多普勒體制的雷達可以發現相關目標。有的雷達使用脈沖壓縮加動目標顯示技術，沒使用脈沖多普勒技術，哪怕靜止的目標也能跟蹤。另外，有些采用數字列陣技術的脈沖多普勒體制有源相控陣雷達通過設定參數，也能夠跟蹤氣球等目標。比如，人為降低這個門限值，就能夠讓慢速目標顯形。“目前對大多數戰斗機的脈沖多普勒機載雷達來說，穩定跟蹤慢速飄浮的氣球包括它的懸掛物，是需要些技巧的”。
除了追蹤和預測氣球的軌跡，如何處置失控的高空氣球也是一個難度不小的問題。張學峰表示，擊落高空氣球是一種選項，難易程度首先取決于氣球的飄浮高度。如果氣球飄浮高度達到3萬米以上，目前多數空空導彈、防空導彈是很難對其進行有效攻擊的。多數防空導彈的殺傷區高界在2.7萬米左右，多數空空導彈更低，很多導彈特別是空空導彈面臨“夠不著”的問題。
張學峰進一步解釋說，至少有兩個因素限制了導彈的射高，一是動力不足，比如近程低空防空導彈，動力系統就工作幾秒，甚至一兩秒，無法把導彈推到那么高的高度。另一個是高度太高之后，空氣稀薄，導彈的翼面升力和舵面控制力大幅度下降，無法提供足夠的升力和控制力保持穩定飛行和機動。有些反導系統雖然能打大氣層外的目標，但攔截低界比較高。這些反導系統通常采用紅外成像導引頭，飛行速度快，在大氣層內飛行會導致嚴重的氣動加熱，致使紅外導引頭熱噪聲較多，難以捕獲目標。比如美國“薩德”反導系統，美國雖然說它是世界上第一種兼具大氣層內外攔截能力的反導系統，但目前多數信息來源顯示，其攔截低界是4萬米，可能對3萬米左右高度的氣球無可奈何。此外，目前的多數激光武器作用距離也較近，攔截3萬米高空的氣球也頗為吃力。
張學峰表示，擊落氣球還要考慮對地面的影響，特別是氣球的殘骸、用于攻擊的導彈的殘骸是否會對地面人員構成傷害，所以需要選擇一個適當的攔截窗口。▲
責任編輯：Rex_06
