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洛克希德·马丁的Lighter-Than-Air (LTA) Systems

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这个就是要挂预警雷达的气球?看着不算大高空承载能力有限,不算预警雷达发射天线的重量,就是信号处理、通讯、散热、发电及电源管理、燃料这些模块的重量就不小,难道是在不影响性能的条件下实现了轻量化?

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本帖最后由 幻客 于 2010-9-16 00:08 编辑

如果载重不足,就没有研制必要了。传感器将来只会越来越小轻便,飞艇还是有很大前途的。高空区域侦察预警,飞艇要比低轨卫星便宜多了,这样一来可以大量部署,即使损失点问题也不大。这也算美军针对PLA发展反卫星武器的一种回应吧。
下图是洛马公司的空中码头(Airdock)氢气艇,作为高空持航验证平台(HALE-D)
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这玩意取代地基雷达或者海基X波段雷达的可能性有多大?

按照DARPA的构想,作战型ISIS飞艇应具有如下战术技术指标:长300米,艇体最大直径50米,体积不小于30万米3,结构重量 5500千克;能量由太阳能电池阵列加燃料电池提供,耗电量为3000千瓦时/日;艇体表面集成总面积6000米2级的超大孔径双波段AESA雷达,具有搜索、跟踪与火控(可能为其他武器提供制导)功能,可通过将阵列划分为子阵的方式实现同时多功能,两个波段的天线阵列可分别在同一时间划分为4个子阵,实现4种不同的功能;雷达同时具有空中/地面动目标跟踪(AMTI/GMTI)能力,能同时与超过100个空中和地面目标交战;具有超过100条宽带保密通信链路,能够与其他任何节点(包括地面士兵)通信;工作高度为6.5~7万英尺(20~21千米),即处于临近空间的底层;巡逻速度为60海里/时(111千米/时),冲刺速度可达100海里/时(185千米/时),可在10天内重新定位部署到全球任何地区上空;设计使用寿命超过10年,可在工作高度上工作超过1年时间,在此期间任务可用率应达到99%;部署期间不需要地面为其提供任何支援保障。

有源相控阵雷达

与艇体表面集成的超大孔径、超高频(UHF)/X波段AESA雷达是ISIS飞艇的核心组成部分。其中,UHF波段主要用来对地探测,特别有利于穿透植被;X波段主要用来探测巡航导弹等航空器。实际上,UHF波段阵列还能够在更远的距离上探测到隐身航空器,它与超大孔径X波段阵列的结合,还有可能显著地提高美军作战体系对抗隐身航空器的能力。

该雷达采用低成本低功率收/发模块(其技术主要源自蜂窝电话),天线阵列以柔性面板的形式直接黏结到艇体上,取消了传统雷达必需的支撑和连接结构、高功率电子单元和冷却措施。DARPA希望该艇的任务传感器重量能占总重的30%~40%,而当前最先进的水平不超过3%。例如,美国国防部导弹防御局的另外一个临近空间ISR飞艇项目——“高空飞艇”(HAA)就只能达到1.7%。

按照DARPA的构想,该雷达将使用UHF波段进行搜索,使用X波段进行跟踪和火控。它主要是通过增大孔径而非功率来提高探测威力。因为在波长一定时,雷达搜索距离与功率孔径积正相关,跟踪距离则与功率孔径平方积正相关;所以与提高功率相比,增大孔径能够更显著地提高跟踪性能。同时,大孔径天线还能获得更高的增益,并因波束可更窄而能够获得更高的分辨力。DARPA的研究表明,随着孔径的增大,雷达的分辨率和低速目标探测能力都呈指数级提高,区域搜索效率和同时跟踪多个目标的能力也能显著提高。

DARPA曾将ISIS飞艇雷达的功率孔径积、功率孔径平方积与波长平方比值与美国空军现役的一些ISR平台进行过比较。若把RQ-4“全球鹰”无人机所载雷达的这两项值设定为1.0,则E-8对地监视与侦察飞机的雷达分别为140和1800;E-3预警指挥机的雷达分别为1500和3000;ISIS飞艇的雷达则分别达到16万和3亿3千万。该雷达的最大探测距离可达600千米,对地面极低速目标的探测距离超过300千米,同样距离上的分辨率将比美军现有雷达提高10倍。

技术和项目进展

按照DARPA的计划,ISIS项目分为三个阶段进行。第1阶段是2004~2005财年,主要开展了系统研究工作;第2阶段是2006~2008财年,主要进行技术开发工作,目标是使该飞艇的技术准备度达到第5级(TRL=5)、制造成熟度达到第2级(MRL=2);第3阶段是2009~2013财年,将开展缩比原型艇的制造、系统集成和试飞验证工作,目标是使技术准备度达到第7级(TRL=7)、制造成熟度达到第6级(MRL=6)。此后,DARPA 将把技术转移给美国空军或美国国防部其他机构,由后者决定是否立项开展型号研制工作。

为实现ISIS飞艇的研制目标,DARPA分解的关键技术条目及其指标如下:

低面密度先进艇体材料。要求面密度不超过0.1千克/米2(相当于现有的先进飞艇材料的1/4),基质玻璃化的温度不高于-90℃,纤维比强度大于 1000千牛·米/千克,纤维在5年内足以保持85%以上的强度。

轻质、低功率密度AESA雷达天线。要求其面密度不超过2千克/米2(相当于现有AESA雷达的1/10);在接收状态下功耗不超过5.0瓦/米2,能够粘接到艇体材料上。

极低功率收/发模块。要求演示验证相当于第5级技术准备度(TRL=5)的可靠性,即平均故障间隔时间(MTTF)超过100万小时。

创新的能源系统。要求演示验证比能量(单位质量或单位体积所能输出的电能)达400瓦时/千克的可再生能源系统。

在该项目第2阶段工作中,美国空军研究实验室于2006年向工业界授出了4个主要的关键技术开发合同,全部研究工作已在2008年5月底之前完成。其中,雷神公司和诺斯罗普·格鲁门公司以各自的解决方案分别开发了轻质、双波段、低功率密度并可与飞艇柔性表面黏结的AESA雷达;洛克希德·马丁公司研制了先进艇体材料和高效直流电源,完成了艇体与雷达天线阵列和太阳能电池面板的综合设计,并按合同要求向雷神公司和诺斯罗普·格鲁门公司分别提供了30个艇体材料样本。

根据DARPA在2009年3月初发布的项目简报,第2阶段的技术开发工作取得了巨大突破:

低面密度先进艇体材料。面密度为0.0906千克/米2,基质玻璃化的温度为-101℃,纤维比强度达到1274千牛·米/千克,纤维可在22年内保持 85%以上的强度。全部超过预期要求。

轻质、低功率密度有源相控阵雷达天线。面密度为1.8千克/米2,在接收状态下功耗为4.7瓦/米2,已证实能够黏结到艇体材料上。全部达到或超过预期要求。

极低功率收/发模块。平均故障间隔时间超过198万小时。均超过预期要求。

创新的能源系统。演示验证了比能量达779瓦时/千克的可再生能源系统,显著超过了预期要求。

根据最新授出的第3阶段工作合同,雷神公司将为洛克希德·马丁公司研制的缩比样艇提供雷达,诺斯罗普·格鲁门公司的方案已落选。按DARPA公布的数据,样艇的尺寸约为作战型艇的三分之一,艇体表面集成尺寸约600米2的UHF波段天线阵列和约100米2的X波段天线阵列。其中,X波段阵列将有10万个收 /发模块(作战型艇将有700万个)。该样艇计划在2013财年进行飞行演示验证,DARPA要求它能够在临近空间高度自主工作90天。

发展前景

美国国防部长盖茨在4月曾表示,美军今后将重点研发和采办能同时满足全球反恐战和传统局部战争需要的装备,其主要方向之一就是增加对ISR平台的投资。

而DARPA在进行ISIS飞艇的预研时,已经考虑过伊拉克、中国台湾海峡和伊朗的作战环境。据DARPA分析,1艘定点在伊拉克中部上空的ISIS飞艇,探测范围覆盖伊拉克全境绰绰有余;1艘定点在菲律宾北部吕宋海峡上空(避免飞入中国领海)的ISIS飞艇,探测范围足以覆盖整个台湾海峡、台湾岛和台湾以东海域。所以从这个角度看,ISIS飞艇很符合美军的转型战略需求,预计将具有良好的发展前景。实际上,DARPA已将其视为取代E-8和E-3等现役特种飞机的选择(前述“传感器飞机”的预研目标则是取代“全球鹰”)。DARPA认为,除了在态势感知能力、多功能性和战场环境适应性方面有着明显优势之外,ISIS飞艇的使用成本也比E-8和E-3低很多。按该局提供的数据,E-8每飞行小时的使用成本为每小时5.2万美元,E-3为2.4万美元,而 ISIS飞艇只需要0.3万美元。

尽管ISIS飞艇所需要的单项关键技术均已突破,但是该艇在系统集成和功能验证方面仍面临巨大挑战。如何保证其大面积柔性雷达天线阵列的制造精度、如何对其进行校准和补偿、如何进行供电等,都将是ISIS飞艇实现工程化所必须解决的重大难题。

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如果像上面说的那样作战型艇X波段阵列将有700万个收/发模块的话,似乎比海基X波段雷达的阵列模块要多的多(后者才7万个)

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3# 幻客
用氢气如何解决抗暴问题?貌似不少飞艇充的是氦气

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笔误。用的是helium,不是hydrogen。
空中传感器有先天优势,不受地球曲线约束,解决over the horizon问题。

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