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上海交通大学低速临近空间飞行器:2015年9月下旬,在新疆马兰成功进行代号“4Q00I-1”的飞行试验。

[上海观察]首次完美往返“临近空间”处女地,浮空器平流层试验成功

2016年03月30日

摘要  

      在新疆马兰成功进行代号“4Q00I-1”的飞行试验,圆满完成某型新概念浮空器临近空间往返飞行,并且全程处于受控状态,在国内首次实现安全回收且设备完好。 

新概念浮空器放飞准备。

       在地面到太空之间,有一个被称为处女地的寂静空域,那里飞机上不去、卫星下不来——这就是离地20至100公里尚待开发的“临近空间”。在中国航天事业创建60周年之际,本月国务院批复今年起每年4月24日设为“中国航天日”。以此为主题的“思源飞天 逐梦苍穹”特展今天在钱学森图书馆先期预展,首次对外展示了上海交大临近空间浮空器研制的最新进展。   

新概念浮空器示意图。

       临近空间(Near space)基本没有飞机也没有卫星,只有火箭偶尔直穿而过,其开发应用价值在国际上引起广泛的战略重视。目前,美欧日等已出台多个型号的临近空间飞行器研制计划,并进行了多次试验,但尚未取得完满成功。理想的临近空间飞行器,可在接近空间的空域作长期、持续飞行,或者是亚轨道飞行、高超音速巡航飞行等,具有传统航空、航天飞行器不具有的特殊优势,特别是在通信保障、情报收集、电子压制、空中预警等方面极具发展潜力。除了成为不眨眼睛、不知疲倦的高分辨率“高空哨兵”,还能作为空中通信基站覆盖上万或更大范围的平方公里,多种用途充满了想象空间。  

       经过十年左右对持久留空飞行器的研制,来自交大航空航天学院的周平方研究团队,已在新疆马兰成功进行代号“4Q00I-1”的飞行试验,圆满完成某型新概念浮空器临近空间的往返飞行,并且飞行器全程处于受控状态,在国内首次实现安全回收且设备完好。此次飞行高度达19.3公里,也就是2万米左右,基本抵达临近空间的底部,也就是大气层的平流层。  

新概念浮空器试验外场。

       他们在以往飞艇式的浮空器基础上,创新采用了形如飞碟的“欧拉体”构型,浮空器最大直径在数十米尺度范围上。放飞后,可利用气球原理的浮力做到指定区域驻留,并利用自带太阳能动力做到抗风悬停。周平方透露,目前最好的飞行器留空时间也在30小时左右,而平流层浮空器的留空能力可以达到数日,甚至数周、数月。在完美往返临近空间的试验之后,他们将进一步延长浮空器的这种空中驻留能力,首要目标是达到一周左右。 

       这次特展还披露了我国航空航天史及空天教育史的其他珍贵轨迹。比如首次对外展出的时任美国麻省理工学院教授钱学森就母校航空系采购风洞设备的回信原件。作为中国最早的航空工程系,交大航空系抗战时因战乱未建风洞,在重庆分校期间常借用中央大学的风洞为学生开出实验。搬回上海后,于1947年筹得款项,准备在美订购一套风洞建设试验台。系主任曹鹤荪为此给在美校友钱学森写信,请熟悉此事的钱学森协助,钱学森也积极为母校奔走接洽。回信中,附有风洞实验设备图纸及英文简介。据了解,特展3月31日起面向公众免费开放。  


上海交通大学低速临近空间飞行器飞行试验获成功[图]

[发布时间]: 2015年10月10日  [责任编辑]: 赵沐阳 思源

       上海交通大学航空航天学院临近空间研究中心承研的国家重大专项任务“某浮空平台”,于2015年9月下旬在新疆马兰试验,达到了设计要求和试验目的,取得圆满成功!国防科大临近空间系统技术研究中心参与了本次试验,并提供了人员与技术支持。  

       本次试验是一次完整的飞行器试验,其中,结构、艇务、飞控、浮力控制、温控、能源、推进、状态监测及数传测控等分系统齐全。试验飞行时间2小时,驻空高度19.3km(设计高度19.2km)。本次试验验证了一条新型技术路线的可行性:飞行器构型、结构形式,以及非常规形态升空/返回方式的可实现性;硬质太阳电池与锂电池循环工作正常;返回飞行器基本完好,囊体、吊舱内单机部件,以及推进器等完好。试验过程中,各分系统工作正常,落点预测准确,落点人员直接奔赴预测落点找到返回飞行器。  

图为着陆返回的飞行器状态

       通过本次试验,标志着上海交通大学作为总体单位,走在了低速临近空间飞行器研制的前列,突破了该类飞行器关键技术,为下一步顺利开展工程实施奠定了坚实基础。


       上海交通大学航空航天学院临近空间研究团队临近空间区域对于人类而言,仍是一片处女地,充满了机遇和挑战。临近空间浮空器研制是没有任何成功经验可以借鉴的全新领域,且越来越受到欧美发达国家的战略重视。

       2015年9月,上海交大航空航天学院临近空间研究团队在新疆马兰进行代号“4Q00I-1”飞行试验,圆满完成某XX新概念浮空器临近空间往返飞行试验。首飞试验的圆满成功,使我校成为国内首屈一指的既具有深厚学术研究基础,又具备大型工程组织实施能力的临近空间飞行器总体单位,体现了交大人浓郁的空天情怀。

      临近空间研究团队始终坚持理论与实践相结合,努力将学术研究成果转化为工程实践。从2011年以来,临近空间研究团队每年冒着酷暑,遍及苏州、伊犁、成都、阿拉善、马兰等地,不断进行飞行试验。

      2011年,团队为第二炮兵和国家安全局在苏州进行了低空演示试验,在气温42℃野外条件下,成功地完成了对地侦察和频谱监测等搭载应用试验。

      2012年,团队又为国家安全局在新疆边境地区开展了低空对地观测技术的演示验证试验。验证了飞艇在载荷应用方面的独特优势,团队成员在艰苦试验条件下得到了锻炼,培养了组织实施大型工程试验的能力。

      2014年,团队作为技术抓总单位,承研了国内最大的(长95米、体积30,000立方米)中空飞艇。该飞艇方案从构型布局、矢量推进方式、电系统设计等多方面有诸多突破,团队负责总体方案设计、电系统设计,以及整个工程的组织实施,得到了同行的广泛认可。

      2015年,团队对承研的新概念浮空器开展了临近空间往返飞行试验,圆满成功。相比于一般的气球飞行,本次试验为一次完整的飞行器系统试验,各个分系统齐全;从地面操作、放飞、升空、驻留,到下降、返回的全过程处于良好受控状态。更为重要的是,通过飞行试验验证了某XX新概念方案一系列技术创新的可行性和工程实用性。

       经过多年潜心研究,团队在临近空间浮空器总体设计、气动、飞控、轻质结构等领域取得了丰硕的成果,形成了多项具有自主知识产权的软硬件系统,如:飞艇六自由度非线性动力学模型与飞行仿真系统、流固耦合计算分析模块、平流层飞艇总体设计软件、无人飞行器自动驾驶仪等。

       航空航天学院临近空间研究团队自2005年成立以来,克服种种条件限制,从关键技术攻关、新概念方案探索等,十年磨一剑,终于取得了阶段性重要成果。某XX新概念浮空器的成功首飞,得到了主管单位与国内同行的高度认可,以实际行动挤入了临近空间浮空器研制队伍的前列,我们感到无比自豪。

       回顾十年,一是得益于我们的空天情怀,这份情怀让我们在最困难的时候也不言放弃;二是得益于团队成员的奉献精神,大家不计得失,再热的高温也浇灭不了心中的热情;三是得益于服务国家战略的坚定信念,一定要成功研制出临近空间浮空器,为国防安全作出独特的不可替代的贡献!

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