临近空间飞行器细分领域详解及市场发展潜力.doc

一、临近空间的概念临近空间是指介于普通航空飞行器最高飞行高度和天基卫星最低轨道高度之间的空域。天基卫星的最低轨道约为200km，航空飞机的最大飞行高度约为20km，但从应用上讲，由于100km以下为临近空间飞行器的主要活动区域，故在国内一般定义临近空间为离地球表面约20-120km的空域，美军定义为20-100km的空域。过去所称的“近空间”、“亚轨道”、“空天过渡区”、“亚太空”、“超高空”或“高高空”等区域，都是指临近空间。图表临近空间区域划分资料来源：产研智库二、临近空间飞行器综述所谓临近空间飞行器，顾名思义是指能够飞行在临近空间执行特定任务的一种飞行器，既能比卫星提供更多更精确的信息（相对于某一特定区域），并节省使用卫星的费用，又能比通常的航空器减少遭地面敌人攻击的机会。临近空间飞行器能快速飞行在敌方战区上空而不易被敌方防空监视系统发现，从而为作战指挥官提供不间断的监视情报，以增强其对战场情况的了解能力。部署这种高空飞行器， 成本低、时间快，适合现代战争的需求。图表临近空间飞行器的设计思想、特点与关键技术资料来源：产研智库三、临近空间飞行器发展优势民用领域以通信监测领域为例，与卫星相比，临近空间飞行器造价明显低于卫星，载荷能力超过卫星的2倍，延迟时间、衰减更小，且可以多次回收、重复利用。图表临近空间飞行器与通信卫星的比较优势资料来源：产研智库除此之外，临近空间飞行器还具有一下优势：（一）持续工作时间长。传统飞机的留空时间以小时为单位，临近空间飞行器的留空时间则以天为单位，目前正在研制的临近空间平台预定留空时间长达6个月，规划中的后续平台预定留空时间可达1年以上，易于长期、不间断地获得情报和数据，可对紧急事件迅速做出响应，而且人员保障少、后勤负担轻。（二）覆盖范围广。临近空间飞行器的飞行高度在传统飞机之上，其侦察覆盖范围比传统飞机要广得多。（三）生存能力强。气球或软式飞艇的囊体采用非金属材料而且低速运行，雷达和热反射截面很小，传统的跟踪和瞄准办法不易发现。与传统飞机相比，气球或软式飞艇的缺点是：充灌氦气的时间较长，在充气时需要保持稳固，有时还需要占用机库；在放飞、通过平流层上升、下降、回收和放气的过程中，由于其庞大的体积，容易受到风和湍流的影响。四、临近空间飞行器军事用途当前，临近空间日益成为世界大国关注和争夺的焦点，各国已在临近空间展开博弈。美国已装备部分低速（如“战斗天星”高空气球）和高速临近空间装备（如SR-71高空高速战略侦察机），并获益匪浅，力图主导临近空间的开发利用。（一）远程打击高速临近空间飞行器飞行速度快，具有很强的穿透力，可以从防区外对敌纵深目标实施“外科手术”式打击，大为缩短作战时间，大幅提高武器攻击的突然性和有效性，是一种新型的战略威慑和实战运用武器平台，是获得慑止战争、介入战争、控制战争、打赢战争主动权的可靠依托。高速飞行的临近空间飞行器，可装载核战斗部或常规弹头，能够在10分钟之内打击近千米远的目标，留给防御系统反应时间很短，能有效遏制敌方地基、机载、舰载预警及防空武器系统整体功能的发挥，既可攻击敌方战略要地等固定目标，也可有效攻击航空母舰等活动目标。特别是超燃冲压发动机技术一旦成功用于高超声速导弹，就可能在2h内打击全球任何目标，且迄今没有任何手段可对其实施拦截或防御。（二）侦察监视现有的卫星系统和航空平台还不能满足战场大范围实时侦察和长时间连续监视的需求，临近空间飞行器可有效弥补这一不足。临近空间飞行器的视场比一般飞机要大很多，一架在24km高度巡航的临近空间飞行器的视场要比一架在12km高度巡航的飞机的视场大4倍。与离地高度为400km的侦察卫星相比，临近空间飞行器上搭载相同的设备，其光学设备空间分辨率将提高一个数量级，雷达设备的信号强度可以提高10000多倍，电子侦察设备可以检测到更微弱的电子信号。低速临近空间飞行器可以在战区上空长时间驻留（3个月以上），对战区进行“凝视”侦察监视；可以对多目标、移动目标的连续侦察、标识、特征描述和定位；可以实时获取打击前后的目标图像，快速完成打击效果评估。高速临近空间飞行器可作为战略侦察平台，能快速远程突破敌方防空体系，快速机动进入敌方纵深进行侦察，准确把握整个战场态势的变化，实时引导武器弹药对敌目标实施精确打击。（三）通信中继临近空间飞行器作为通信中继平台可以广泛应用于军事和民用通信。在军用方面，可用于地面、海上、空中和太空的通信中继。在民用方面，可用于都市、郊区、乡村和边远地区数字电话、传真、电子邮件、视频视听等通信中继。与卫星通信中继相比，临近空间通信中继平台的优势是容量大、传播损耗小（比同步轨道衰减少65dB）、时延短，发射功率低，易于实现通信终端的小型化、移动化，建设周期短，管理、维护和升级容易。与地面无线通信相比，临近空间通信中继平台的覆盖范围大、发射功率低，建设周期短、易于升级，可以全天候工作。一个部署在30km高的临近空间飞行器通信中继平台，可以覆盖1200万km2的地域，我国人口众多、人口密集的城市很多，使用这种系统的潜在市场很大。（四）导航定位现今的许多武器系统使用的是GPS等卫星导航系统提供的导航和定位数据，但由于导航卫星高度很高，其信号路径损耗比临近空间飞行器播发的信号损耗大100倍，因此抗干扰能力较弱。临近空间飞行器在某一特定区域长时间驻留，可以播发增强的卫星导航信号，与卫星导航系统配合，可有效提高卫星导航系统的抗干扰能力和定位精度；也可以单独使用多个临近空间飞行器构成专用的战区导航定位系统，以便在卫星导航系统受到干扰后，直接为武器系统提供导航和导引数据。（五）综合预警近年来，隐身、综合电子干扰、低空/超低空突防和反辐射导弹等技术发展迅猛。要对隐身飞机和各类导弹的来袭及早进行预警，发现高速入侵的低空、超低空飞行器，解决远程探测低空、超低空目标及地形遮挡的问题，就必须拥有相应的预警能力。临近空间飞行器具有覆盖区域广、搭载能力强等特点，将成为综合预警体系中的重要平台。相对于预警飞机和地面预警系统，临近空间预警系统留空时间长，少则几个月，多则几年，可以全天候连续工作；飞行高度高，视场很大，对地面目标的探测半径可达550km以上，对空中目标的探测半径达1000km以上，可提前发现敌方目标，用于低空目标识别、导弹防御。在国土上部署这样的系统，可以组成全天候导弹防御网络，确保国土安全。相对于卫星预警系统和预警飞机，临近空间预警系统使用灵活性强，经济性好，综合效能高，并可与卫星和飞机预警系统协同，构成天空地一体化立体预警探测系统，实现多重覆盖、无缝探测，满足一体化联合作战对预警系统的需求。（六）电子对抗电子对抗是现代战争中重要的作战样式，电子战的攻击重点是敌C4ISR系统，大规模电子战将贯穿于现代高科技战争的始终。临近空间飞行器由于生产和使用成本相对较低、活动区域广、没有人员危险等特点，有着其他空域部署的电子对抗设备无法比拟的优越性。特别是低速临近空间飞行器能够在目标上空长期驻留，可对敌方地面和海上警戒、搜索引导、目标指示雷达等进行长时间、不间断的干扰，减少敌雷达发现目标和预警的时间，为作战飞机和导弹突防、提高作战效能和生存概率提供支援；可播发高强度的卫星导航干扰信号，使敌方的作战飞机、巡航导弹、精确制导弹药等无法进行正常的导航，降低敌方的作战效能；也可播发增强的卫星导航信号，压制敌方对我卫星导航信号的干扰等。五、临近空间飞行器民事用途（一）气象预测随着航天事业的发展，临近空间的开发与探索势在必行。这需要气象部门提供大量临近空间的气象数据和气象服务。迄今为止，除了发射航天器的火箭会偶尔穿越之外，这片寂静的空域仍然是人类飞行的一个禁区。所有的火箭发射都与气象条件有关系。在各种不利气象条件中，风、温度、雷电等对于火箭发射影响较大。在每次火箭发射前，都要进行气象会商，详细了解全球气象图、国内气象图、发射场气象图的情况，制订火箭发射预案。待万事俱备时，气象条件就是“东风”。气象条件不是参考，而是“裁判员”。气象条件具备了就可以发射火箭，不具备就不可以发射。这些年来，气象预报预测能力越来越强，气象部门不仅可以提供半个月的天气趋势情况，还可以精确预报窗口时段。气象预报水平的提升为火箭发射提供了极为有利的条件。临近空间气象状况不如航空空间复杂，没有雷暴闪电，也没有云、雨和大气湍流现象，但横向的切变风对经过这里的火箭构成了很大威胁。虽然臭氧和紫外线的腐蚀性会对平台材料提出了很高的要求，但火箭在这一高度停留时间较短，对运载平台的影响轻微。在中国气象局推进的监测预警工程中就有瞄准航天工程对临近空间保障的需求的建设内容。目前，中国气象局空间天气监测预警中心已建成中频雷达和光学干涉仪，能够观测到30公里至120公里区间内的大气成分、大气密度、温度、风等要素。设备仪器已处于试运行阶段，同时也在为航天发射任务提供保障。这些仪器对于2013年成功保障“风云三号”气象卫星发射做出了重要的贡献。（二）灾后救援2015年12月21日，深圳光明发生山体滑坡事，当天下午，深圳科技企业光启科学紧急调用公司自主研发的“云端”号飞艇，搭载航天级多功能高分辨率对地观测设备，配合应急版“云端”号Cloud mini，赴光明参与搜救工作。与以往地震灾害救援采用的无人机救援手段不同的是，按照此次采集图像的飞行器的飞行高度判断，本次投入救灾的“云端”号应该划分为飞艇，低速低空，相比无人机停留时间久，救援成本也相对较低，在特定环境下的救援具备优势。业内专家称这种空间领域为“临近空间”，也就是介于低空领域与地表之间的空间范围。此次共投入两台“云端”号Cloud mini设备参与救援，分别是光学检测设备和航天对地检测设备。其中，航天级多功能高分辨率对地观测设备，具备可见光和红外线高分辨率视频成像能力，利用热成像技术重建了整个区域的原始地理信息。在临近空间，利用飞艇搭载图像采集设备，采用热成像技术，可以对整片灾害区域进行长时间值守，不受光线环境限制，而且可以进行热源探测，有助于及时发现生还者。根据热源来成像，监控范围大，持续时间长，在1公里半径范围内的分辨率是6厘米。截止到2015年12月22日，救援队已经对掩埋地区绘制出一张“泥下地图”，并确定16个掩埋点，即30多栋被滑坡掩埋的建筑的具体位置。临近空间领域目前也成为国内外巨头布局重点。目前，波音公司正在研制“太阳鹰”太阳能飞机，用于执行情报任务，谷歌、Facebook等巨头也相继巨资收购相关公司，用于广域天基互联网覆盖。相对低空领域，临近空间目前是各国争夺开发的焦点，现在还处于初期阶段。（三）近太空旅行截止至2014年年底，全球只有400多人到过外太空。很快人们将可以实现到月球上度蜜月的梦想。目前深圳光启正在开发临近空间计划，将于2016年推出“旅行者”计划，把人送进近太空旅行。深圳光启已经在深圳打造了一个重要的基地，被命名为“阿波罗计划”，将开放成一个临近空间的项目。该项目包括超材料、太阳能、电能、其他的电能装置、智能技术的研发等等。目前，光启研发的临近空间飞行平台，可以把不同的传感器放在这个平台上进行大数据的收集和服务的整合。该平台还可以进行人和物料的输送，能够更好地在空间失重状态之下进行更好的物料配送。这个被称为云平台的飞行平台里面，加载了许多的云技术、大数据还有互联网的服务，可以进行更好的空间数据传送。在数据传送的同时，也可以把一些光纤的物料输送到地球上。我们可以使用无线技术去覆盖超过100公里距离的数据传送，同时我们也会把第一个云的产品，在下一个月能够在深圳面世，这将会覆盖深圳、香港，以及一些近太空的地区，并且可以超越原来的WiFi，甚至是超越WiFi。另一个项目叫做“旅行者”。宇宙飞船可以行驶5小时往返地面与太空，其中1小时是在地面，2个小时是在太空，再一个2小时回到地面。光启透露这项技术近一两年可以面世。目前，光启与中国飞行公司和中国一些受过训练的飞行员进行合作，他们将把更多的人带到这个20到40公里的高空里。此外，光启正在进行一个相关的200公里的近太空旅行。六、临近空间的用途应用（一）、临近空间飞行器民事用途应用气象预测随着航天事业的发展，临近空间的开发与探索势在必行。这需要气象部门提供大量临近空间的气象数据和气象服务。迄今为止，除了发射航天器的火箭会偶尔穿越之外，这片寂静的空域仍然是人类飞行的一个禁区。所有的火箭发射都与气象条件有关系。在各种不利气象条件中，风、温度、雷电等对于火箭发射影响较大。在每次火箭发射前，都要进行气象会商，详细了解全球气象图、国内气象图、发射场气象图的情况，制订火箭发射预案。待万事俱备时，气象条件就是“东风”。气象条件不是参考，而是“裁判员”。气象条件具备了就可以发射火箭，不具备就不可以发射。这些年来，气象预报预测能力越来越强，气象部门不仅可以提供半个月的天气趋势情况，还可以精确预报窗口时段。气象预报水平的提升为火箭发射提供了极为有利的条件。临近空间气象状况不如航空空间复杂，没有雷暴闪电，也没有云、雨和大气湍流现象，但横向的切变风对经过这里的火箭构成了很大威胁。虽然臭氧和紫外线的腐蚀性会对平台材料提出了很高的要求，但火箭在这一高度停留时间较短，对运载平台的影响轻微。在中国气象局推进的监测预警工程中就有瞄准航天工程对临近空间保障的需求的建设内容。目前，中国气象局空间天气监测预警中心已建成中频雷达和光学干涉仪，能够观测到30公里至120公里区间内的大气成分、大气密度、温度、风等要素。设备仪器已处于试运行阶段，同时也在为航天发射任务提供保障。这些仪器对于2013年成功保障“风云三号”气象卫星发射做出了重要的贡献。灾后救援2015年12月21日，深圳光明发生山体滑坡事，当天下午，深圳科技企业光启科学紧急调用公司自主研发的“云端”号飞艇，搭载航天级多功能高分辨率对地观测设备，配合应急版“云端”号Cloud mini，赴光明参与搜救工作。与以往地震灾害救援采用的无人机救援手段不同的是，按照此次采集图像的飞行器的飞行高度判断，本次投入救灾的“云端”号应该划分为飞艇，低速低空，相比无人机停留时间久，救援成本也相对较低，在特定环境下的救援具备优势。业内专家称这种空间领域为“临近空间”，也就是介于低空领域与地表之间的空间范围。此次共投入两台“云端”号Cloud mini设备参与救援，分别是光学检测设备和航天对地检测设备。其中，航天级多功能高分辨率对地观测设备，具备可见光和红外线高分辨率视频成像能力，利用热成像技术重建了整个区域的原始地理信息。在临近空间，利用飞艇搭载图像采集设备，采用热成像技术，可以对整片灾害区域进行长时间值守，不受光线环境限制，而且可以进行热源探测，有助于及时发现生还者。根据热源来成像，监控范围大，持续时间长，在1公里半径范围内的分辨率是6厘米。截止到2015年12月22日，救援队已经对掩埋地区绘制出一张“泥下地图”，并确定16个掩埋点，即30多栋被滑坡掩埋的建筑的具体位置。临近空间领域目前也成为国内外巨头布局重点。目前，波音公司正在研制“太阳鹰”太阳能飞机，用于执行情报任务，谷歌、Facebook等巨头也相继巨资收购相关公司，用于广域天基互联网覆盖。相对低空领域，临近空间目前是各国争夺开发的焦点，现在还处于初期阶段。近太空旅行截止至2014年年底，全球只有400多人到过外太空。很快人们将可以实现到月球上度蜜月的梦想。目前深圳光启正在开发临近空间计划，将于2016年推出“旅行者”计划，把人送进近太空旅行。深圳光启已经在深圳打造了一个重要的基地，被命名为“阿波罗计划”，将开放成一个临近空间的项目。该项目包括超材料、太阳能、电能、其他的电能装置、智能技术的研发等等。目前，光启研发的临近空间飞行平台，可以把不同的传感器放在这个平台上进行大数据的收集和服务的整合。该平台还可以进行人和物料的输送，能够更好地在空间失重状态之下进行更好的物料配送。这个被称为云平台的飞行平台里面，加载了许多的云技术、大数据还有互联网的服务，可以进行更好的空间数据传送。在数据传送的同时，也可以把一些光纤的物料输送到地球上。我们可以使用无线技术去覆盖超过100公里距离的数据传送，同时我们也会把第一个云的产品，在下一个月能够在深圳面世，这将会覆盖深圳、香港，以及一些近太空的地区，并且可以超越原来的WiFi，甚至是超越WiFi。另一个项目叫做“旅行者”。宇宙飞船可以行驶5小时往返地面与太空，其中1小时是在地面，2个小时是在太空，再一个2小时回到地面。光启透露这项技术近一两年可以面世。目前，光启与中国飞行公司和中国一些受过训练的飞行员进行合作，他们将把更多的人带到这个20到40公里的高空里。此外，光启正在进行一个相关的200公里的近太空旅行。（二）、临近空间飞行器军事用途应用当前，临近空间日益成为世界大国关注和争夺的焦点，各国已在临近空间展开博弈。美国已装备部分低速（如“战斗天星”高空气球）和高速临近空间装备（如SR-71高空高速战略侦察机），并获益匪浅，力图主导临近空间的开发利用。远程打击高速临近空间飞行器飞行速度快，具有很强的穿透力，可以从防区外对敌纵深目标实施“外科手术”式打击，大为缩短作战时间，大幅提高武器攻击的突然性和有效性，是一种新型的战略威慑和实战运用武器平台，是获得慑止战争、介入战争、控制战争、打赢战争主动权的可靠依托。高速飞行的临近空间飞行器，可装载核战斗部或常规弹头，能够在10分钟之内打击近千米远的目标，留给防御系统反应时间很短，能有效遏制敌方地基、机载、舰载预警及防空武器系统整体功能的发挥，既可攻击敌方战略要地等固定目标，也可有效攻击航空母舰等活动目标。特别是超燃冲压发动机技术一旦成功用于高超声速导弹，就可能在2h内打击全球任何目标，且迄今没有任何手段可对其实施拦截或防御。侦察监视现有的卫星系统和航空平台还不能满足战场大范围实时侦察和长时间连续监视的需求，临近空间飞行器可有效弥补这一不足。临近空间飞行器的视场比一般飞机要大很多，一架在24km高度巡航的临近空间飞行器的视场要比一架在12km高度巡航的飞机的视场大4倍。与离地高度为400km的侦察卫星相比，临近空间飞行器上搭载相同的设备，其光学设备空间分辨率将提高一个数量级，雷达设备的信号强度可以提高10000多倍，电子侦察设备可以检测到更微弱的电子信号。低速临近空间飞行器可以在战区上空长时间驻留（3个月以上），对战区进行“凝视”侦察监视；可以对多目标、移动目标的连续侦察、标识、特征描述和定位；可以实时获取打击前后的目标图像，快速完成打击效果评估。高速临近空间飞行器可作为战略侦察平台，能快速远程突破敌方防空体系，快速机动进入敌方纵深进行侦察，准确把握整个战场态势的变化，实时引导武器弹药对敌目标实施精确打击。通信中继临近空间飞行器作为通信中继平台可以广泛应用于军事和民用通信。在军用方面，可用于地面、海上、空中和太空的通信中继。在民用方面，可用于都市、郊区、乡村和边远地区数字电话、传真、电子邮件、视频视听等通信中继。与卫星通信中继相比，临近空间通信中继平台的优势是容量大、传播损耗小（比同步轨道衰减少65dB）、时延短，发射功率低，易于实现通信终端的小型化、移动化，建设周期短，管理、维护和升级容易。与地面无线通信相比，临近空间通信中继平台的覆盖范围大、发射功率低，建设周期短、易于升级，可以全天候工作。一个部署在30km高的临近空间飞行器通信中继平台，可以覆盖1200万km2的地域，我国人口众多、人口密集的城市很多，使用这种系统的潜在市场很大。导航定位现今的许多武器系统使用的是GPS等卫星导航系统提供的导航和定位数据，但由于导航卫星高度很高，其信号路径损耗比临近空间飞行器播发的信号损耗大100倍，因此抗干扰能力较弱。临近空间飞行器在某一特定区域长时间驻留，可以播发增强的卫星导航信号，与卫星导航系统配合，可有效提高卫星导航系统的抗干扰能力和定位精度；也可以单独使用多个临近空间飞行器构成专用的战区导航定位系统，以便在卫星导航系统受到干扰后，直接为武器系统提供导航和导引数据。综合预警近年来，隐身、综合电子干扰、低空/超低空突防和反辐射导弹等技术发展迅猛。要对隐身飞机和各类导弹的来袭及早进行预警，发现高速入侵的低空、超低空飞行器，解决远程探测低空、超低空目标及地形遮挡的问题，就必须拥有相应的预警能力。临近空间飞行器具有覆盖区域广、搭载能力强等特点，将成为综合预警体系中的重要平台。相对于预警飞机和地面预警系统，临近空间预警系统留空时间长，少则几个月，多则几年，可以全天候连续工作；飞行高度高，视场很大，对地面目标的探测半径可达550km以上，对空中目标的探测半径达1000km以上，可提前发现敌方目标，用于低空目标识别、导弹防御。在国土上部署这样的系统，可以组成全天候导弹防御网络，确保国土安全。相对于卫星预警系统和预警飞机，临近空间预警系统使用灵活性强，经济性好，综合效能高，并可与卫星和飞机预警系统协同，构成天空地一体化立体预警探测系统，实现多重覆盖、无缝探测，满足一体化联合作战对预警系统的需求。电子对抗电子对抗是现代战争中重要的作战样式，电子战的攻击重点是敌C4ISR系统，大规模电子战将贯穿于现代高科技战争的始终。临近空间飞行器由于生产和使用成本相对较低、活动区域广、没有人员危险等特点，有着其他空域部署的电子对抗设备无法比拟的优越性。特别是低速临近空间飞行器能够在目标上空长期驻留，可对敌方地面和海上警戒、搜索引导、目标指示雷达等进行长时间、不间断的干扰，减少敌雷达发现目标和预警的时间，为作战飞机和导弹突防、提高作战效能和生存概率提供支援；可播发高强度的卫星导航干扰信号，使敌方的作战飞机、巡航导弹、精确制导弹药等无法进行正常的导航，降低敌方的作战效能；也可播发增强的卫星导航信号，压制敌方对我卫星导航信号的干扰等。七、临近空间飞行器发展潜力临近空间飞行器未来市场空间和潜力巨大。临近空间飞行器是一种在地球大气临近空间、采用动力飞行、可长时间持久驻留的新型航空航天器。鉴于临近空间飞行器的特殊优势，其将会替代并补充航空系统、卫星系统的部分应用，具有显著的产业价值。2014年全球航空工业年产值已达到4000亿美元以上，全球卫星工业总收益达2030亿美元。临近空间飞行器对航空系统、卫星具有补充和替代作用，在航空航天等领域具广阔应用空间，发展潜力巨大。