临近空间竞争格局与应对策略

临近空间是空气空间和外层空间之间的过渡区域,其独特的战略价值和广阔的应用前景引起各国竞相发展。本文阐述了临近空间的特点及国际社会对临近空间划分界定的主张,重点分析了美国、欧盟、俄罗斯等主要国家和地区临近空间领域的发展态势及其竞争力,剖析了我国临近空间发展面临的风险和挑战,包括国家安全风险、飞行安全风险、技术迟滞风险、技术突袭风险,飞行器技术挑战、经济可持续挑战、政策法规挑战等,并提出了我国在临近空间领域应对国际竞争、全面发展的对策建议。研究建议,加强临近空间防御技术研究、加快制定飞行安全标准规定、破解飞行器研发应用卡滞点、加大颠覆性创新技术攻关应用等,力争我国在全球临近空间发展中处于有利地位。

全球空间安全治理视域下临近空间飞行监管研究

临近空间作为全球一体化的重要连接点,是实现长期驻空侦察、全球精准打击的军事战略高点。受空天划界论争的影响,临近空间飞行的监管规则仍依附于国内立法,在国际层面尚未实现有效规制和协调。在临近空间法律地位不清、监管主体不明、监管客体不定、监管内容复杂、飞行活动存有争议的情况下,现有国际航空航天法律制度已无法满足调整此类新型利益关系的实践需要。构建针对性的监管制度不仅是行业有序发展的基础,也是确保地面国国防安全和临近空间资源有序开发利用的重要保障。在国内立法层面,中国可参鉴《临近空间管制公约(草案)》的相关条款,积极推进临近空间融入航空法或航天法的制度设计,或制定单行的临近空间法,以国内立法引领国际立法;在国际立法层面,应以国际民用航空组织为主导,通过修订《国际民用航空公约》(又称《芝加哥公约》)相关附件或增设临近空间飞行的新附件标准,推进国际统一规则的构建。

临近空间发展现状、问题及对策研究

临近空间是维护国家安全的战略高地,是新域新质作战力量的重要载体,是国际合作与竞争的新空域。本文通过系统分析临近空间的突出地位与重要意义,研判了全球临近空间发展的新形势,总结了我国临近空间发展的现状和存在的问题,提出了加快推进我国临近空间发展的措施建议。研究认为,目前全球临近空间技术发展迅速,世界各国临近空间管理探索不断创新,全球临近空间治理加速推进;我国在临近空间发展水平从技术实力、应用实力和保障实力等方面都居于世界领先地位,但还面临一些风险挑战。研究建议,从临近空间发展战略、临近空间关键技术发展与管理、临近空间应用技术与工程创新、临近空间法治保障、临近空间风险应对、临近空间国际治理、临近空间实验室体系建设与人才培养等多方面协同发力,全面提升我国临近空间的综合竞争力和影响力。

气体引射对临近空间升力体飞行器气动力热影响

针对临近空间高速飞行器的降热减阻需求,采用三维数值模拟手段研究了临近空间典型升力体飞行器气动力/热特性,分析了壁面气体质量引射对气动力/热特性的影响规律和作用机理。结果表明:壁面质量引射会略微增大激波脱体距离,对激波层和速度边界层有增厚作用,降低了边界层内的速度梯度,使得表面剪切力减小,从而具有较好的减阻效果。对于典型的升力体构型,在高度为60~70 km时,壁面质量引射减阻效率均不低于47.5%;在高度为80 km时,壁面质量引射减阻效率不低于10.2%;且壁面质量引射减阻效果随攻角增大而增强,随飞行高度升高而减弱。同时,壁面引射排出的低温气体对飞行器具有隔热保护作用,因此壁面质量引射能显著降低迎风面的热流,具有较好的降热效果。

临近空间星敏感器观星能力研究

临近空间飞行器对星敏感器需求日益增加,与空间应用环境相比,临近空间包含大气消光、天空背景光、高速、高温和高动态等影响星敏感器观星能力的新环境.对影响临近空间星敏感器观星能力的因素进行逐级分解,得出视场、灵敏度、星点信噪比和图像处理算法等因素对观星能力的影响机理,并针对信噪比与环境因素和设计因素的关系进行量化分析,在此基础上提出临近空间星敏感器整机参数设计方法.针对特定需求开展原理样机的设计与试验验证,试验数据验证了原理样机能够满足应用需求.

临近空间太阳能飞行器着陆状态阵风响应

对临近空间太阳能飞行器着陆状态时的阵风响应问题开展了数值模拟研究。针对该类飞行器质量轻、柔性大、降落时速度低的特点,基于CFD/CSD松耦合分析法,利用网格速度法引入阵风载荷。以1-cos阵风模型为基础,探讨了飞行器着陆状态遭遇二维阵风载荷时,其翼尖位移、扭转角、翼根所受结构整体弯矩以及升力系数的变化特性;并将二维阵风响应结果与一维阵风响应结果进行对比;获得了临近空间太阳能飞行器着陆时,二维阵风沿飞行器翼展方向的变化对其结构和气动性能的影响规律。

临近空间紫外辐射环境及影响因素研究

临近空间的紫外辐射对天体生物学、飞行器材料等产生重要影响,为加深对其的认知,基于OH与O3的光化学关系改变紫外辐射强度的原理,利用戈达德地球观测系统—化学模型对中国区域临近空间OH与O3浓度的时空变化特性进行分析。根据OH和O3浓度的变化,利用对流层紫外和可见光辐射传输模型对紫外B波段辐射进行模拟计算,揭示了高度在22~42 km之间的辐照度在3.43~16.15 W·m^(-2)之间;华北区域、华中和华南区域以及南海区域等的辐照度呈现出双峰和振荡相结合的特征,辐照度极值出现的月份在各区域并不一致;受O3吸收作用影响,辐照度的年较差最大值2.29 W·m^(-2)出现在华北区域的32 km高度处,最小值0.53 W·m^(-2)为南海区域的42 km高度处;辐照度变化最为剧烈的情况均出现在22 km高度处,可达2.42%~32.79%。结果表明在不同条件下紫外辐射对天体生物、飞行器材料等的影响与作用程度存在很大差异,在开展相关的研究时须具有针对性。

临近空间大气风场温度场卫星遥感技术研究综述

研究临近空间的风场和温度场对大气圈层之间的动量及能量传输、大气成分的输运以及大气环流的非线性突变有重要的科学意义,然而此区域的大气风温数据稀缺是国际亟待解决的难题之一。卫星遥感技术是获取大气风温信息的重要手段,然而受工程难度的限制,目前国际上针对临近空间风温遥感的卫星载荷十分有限。首先,概述了国际上具有代表性的大气风温卫星遥感载荷的发展现状。然后,系统性地综述了针对临近空间区域的近红外、长波红外和中波红外三类典型的风温遥感技术的研究进展;包括各观测目标源的光谱特性、载荷仪器的研制进展、以及风温探测能力;并讨论了各技术方案的优劣性。最后,对多种技术方案进行了对比汇总,为后续临近空间探测技术提供了参考和启示。展望未来临近空间星载风温遥感技术的发展趋势,着眼于风温遥感载荷的空间覆盖能力、时间连续性及探测精度、同时讨论载荷研制的工程难度,为临近空间风温遥感卫星研发和应用提供有效思路。

临近空间无人机液氢供能系统技术分析

对于临近空间无人机而言,高效的能源动力形式是支撑其实现长航时飞行的关键。经对比,本文认为“机载液氢+氢燃料电池”的供能方案符合无人机长航时和大载荷的发展趋势。针对该方案,综述了供氢工艺流程、机载液氢储罐、氢燃料电池的空气供应流程及水/热管理的技术现状,对供氢子系统中的氢输送方式、液氢储罐结构及材料,以及氢燃料电池子系统中空压机吸气性能、电池散热性能受到高空低压环境的影响开展了技术分析和总结,并对相关技术的发展方向进行了展望,可为后续研究提供一定参考。

临近空间电子设备低温启动与加热方案设计

从临近空间电子设备低温启动的实际需要出发,基于半导体低温物理学基础理论,分析了常见半导体器件在-80℃低温下的物理特性和电学特性,设计了一种-80℃低温启动与加热方案,讨论了保证-80℃低温启动设计裕量的方法,以及采用尽可能少的元件构成完整温度闭环控制系统的设计方法。

临近空间飞艇囊体材料性能研究

简述了临近空间飞艇囊体研究概况,提出了临近空间飞艇囊体技术要求。对临近空间高空飞艇囊体材料进行了综合测试和试验分析。最后针对临近空间飞艇囊体研制目前存在的问题,结合囊体测试数据分析,提出了一些建议。

临近空间网络零信任架构设计与应用前瞻

临近空间位置特殊,临近空间网络以各类临近空间飞行器为核心节点,是“空天地”一体化网络的关键组成部分;临近空间网络进行大量高价值、高敏感数据的传输、处理、存储,其安全防护至关重要。本文阐述了临近空间网络构成、关联的其他节点、可开展的网络应用情况,在梳理临近空间网络薄弱环节的基础上,辨识出身份认证、数据安全、网络可用性、飞行器控制等方面的临近空间网络安全需求。零信任架构已成为网络安全领域的重要应用趋势,拓展应用至临近空间网络安全防护具有科学合理性,据此提出了临近空间网络零信任架构,详细讨论了总体架构、评估模型、访问控制模型、策略定义框架等层面的构成要素与应用特征。进一步探讨了临近空间网络零信任架构面临的初期信息汇集处理工作量大、策略制定与维护复杂度高、网络架构不明确加大部署难度等应用挑战,进而展望了临近空间网络零信任架构部署过程中的新技术应用价值、发展理念与实施要点等。

攻角对临近空间飞行器侧喷射流红外辐射特性影响数值模拟

临近空间飞行器侧喷射流干扰效应对目标红外辐射特性规律影响受到广泛关注。文中以典型锥柱裙飞行器为研究对象,预测飞行器典型飞行工况(20 km@5 Ma)不同攻角下的绕流场、侧喷流和壁面温度,结合窄谱带模型处理高温气体辐射物性参数,采用视在光线法求解辐射传输方程,分析攻角对侧喷流的复燃及目标在不同谱带和不同观测角度下红外辐射特性的影响。结果表明:随着攻角由负转正射流复燃程度降低,α=10°较α=-10°偏低176%;侧喷流在2.7μm和4.3μm两个特征峰值波段辐射显著,其他波段内目标辐射主要来源于本体;目标辐射强度在俯视观测角度下随攻角由负转正而减小,在侧视观测角度下攻角出现引起辐射强度降低,α=±10°较α=0°偏低6.8%。该研究可为临近空间飞行器侧喷射流相关的目标特性识别提供理论参考。

基于O_(2)分子1.27μm气辉反演临近空间温度廓线的新方法

1.27μm波段O_(2)(a^(1)Δg)气辉的辐射强度高、自吸收效应弱,是反演临近空间大气温度的理想目标源。基于O_(2)分子气辉光谱理论以及“剥洋葱”算法,利用扫描成像大气吸收光谱仪(SCIAMACHY)的近红外临边观测数据,成功反演50~100 km区域的大气温度廓线。与SABER、ACE-FTS及激光雷达的观测结果对比表明,在55~85 km的切线高度范围内温度测量误差优于±10 K,而在55 km以下与85 km以上空间区域,由于受到自吸收效应、大气散射以及OH气辉的光谱污染等干扰,温度反演结果出现显著偏差。

船舶导航雷达临近空间低动态目标跟踪方法

为了保障海域船舶航行安全,提出船舶导航雷达临近空间低动态目标跟踪方法。利用船舶导航雷达探测临近空间低动态目标,获取量测点迹数据,分析低动态飞行器运动对其量测值的影响,根据最小二乘滤波原理,设计基于衰减记忆的最小二乘滤波器,将量测点迹数据转换到雷达直角坐标系上,根据衰减记忆选择量测点迹数据,将其作为基于衰减记忆的最小二乘滤波器的输入数据,确定低动态目标跟踪轨迹坐标,再将其转换到雷达极坐标系上,实现临近空间低动态目标跟踪。实验结果表明,该方法可实现匀速、匀加速运动下临近空间低动态目标跟踪,跟踪轨迹与实际航迹基本重合,其在X、Y、Z方向上的距离均方根误差远低于量测数据均方根误差。

临近空间太阳能无人机综合保障系统可靠性评估方法研究

随着航空技术的迅猛发展,临近空间太阳能无人机由于飞行持续时间长等特点,能够在临近空间执行气象观测、边境监控及通信中继等长期飞行任务。在极端的临近空间环境下,无人机系统的可靠性,直接关系着任务的成功率和安全性。因此,本文针对临近空间太阳能无人机综合保障系统的可靠性评估方法展开研究,以期为航空航天领域的研究提供理论参考。

基于Dueling DQN的临近空间飞行器再入轨迹规划

针对临近空间飞行器再入段禁飞区规避制导问题,构建了临近空间飞行器再入过程横侧向制导的马尔可夫决策过程(Markov decision process,MDP)模型。基于竞争深度Q网络(dueling deep Q network,Dueling DQN),设计了横侧向制导律及满足射程需求与禁飞区规避需求的再入过程奖励函数。经仿真验证,该横侧向制导律能够通过改变倾侧角符号实现禁飞区规避,并导引飞行器到达目标区域,具备较高精度,验证了方法的有效性。

一种临近空间高动态飞行器等离子鞘套自动判别方法

临近空间高动态飞行器在高速飞行过程中与大气强烈作用,形成十分复杂的高温等离子鞘套,改变了目标的散射回波特性,给目标探测带来不确定性,需要及时判别当前目标是否处于等离子鞘套状态。本文提出一种基于波形熵判别和变带宽确认的等离子鞘套自动判别方法,首先提取目标回波波形熵、包络长度等特征信息,利用模糊分类器进行基于波形熵的群目标判别,其次根据鞘套与目标和目标之间的距离与信号带宽的关系差异,通过检测不同带宽回波的包络长度变化,对鞘套和目标进行判别。仿真结果验证了本文所提方法的有效性。

临近空间高超声速目标拦截方法设计与分析

针对临近空间高超声速目标拦截困难的问题,结合目标在不同飞行阶段的运动特点,将飞行全过程分为助推爬升段、巡航段高层、巡航段低层、攻击段高层和攻击段低层进行拦截,给出了三段五层拦截的作战流程,并进行可行性分析.仿真结果表明,三段五层拦截方法拦截次数增加、拦截成功概率增大,采用多杀伤器(MKV)能实现对临近空间高超声速目标的有效拦截,具有一定现实意义.

临近空间商业飞行乘客损害责任的法律适用:二元共管抑或破旧立新?

当前因欠缺临近空间商业飞行乘客损害责任的国际公约,理论界对临近空间商业飞行活动的法律性质认定不统一,法律适用标准也不明确,导致二元共管理论的产生。对临近空间商业飞行乘客损害责任的法律适用,纯粹照搬现有的国际航空法及外层空间法等相关法律规范是龃龉不合的,二元共管理论必然导致法律适用效果的极端迥异。有鉴于此,构建合理可行的临近空间商业飞行乘客损害责任制度规范,正面回应全球新兴法律问题势在必行。制定临近空间商业飞行乘客损害责任制度应以超前立法为立法模式,以独立创新为立法路径,以综合样态为立法目标,严格法律适用标准,规范法律适用主体,明确损害责任制度,引入相关辅助制度,实现国际法规范构建与国内权益保障治理的协调共进。