低空经济 --飞艇将重返未来航空?

发布于 2025-03-19 07:14:20

飞艇作为一种轻于空气的航空器,具有自主空中推进能力,其与依靠大型气囊产生浮力的浮空器(Aerostats)存在本质区别。从历史应用来看,飞艇在需要长时间定点悬停的作战场景中具有独特价值,这种优势弥补了其速度和机动性方面的不足。
飞艇可分为三类
非刚性:即软式飞艇,依靠内部气压维持外形、
半刚性:通过固定龙骨等支撑结构辅助维持外形,但依然依赖内部气压;
刚性:具备外部承力框架,由金属或复合材料构成的骨架独立承担结构载荷,内部通过多个独立气囊储存浮升气体。
尽管在飞行速度方面无法与传统飞机相媲美,但飞艇展现出四大核心优势:
浮力经济性:气囊结构持续提供升力,无需消耗燃料维持飞行状态;
机动灵活性:对基础设施需求极低,无需专用跑道(混合动力型号仅需短距起降场地);
高载荷潜力:巨型飞艇设计理论载重可达500吨以上,与现役最大货运飞机处于同量级;
大货舱容积:重型飞艇的庞大体量自然形成与之匹配的超大型货舱空间。
这些特性使飞艇在广告投放、旅游观光、空中摄影平台、地质勘探及广域监测等领域具有独特应用价值。飞艇的燃油经济性极佳,不仅环保,运营成本也大幅降低。其宽敞的内部空间可打造配备餐饮区与观景步道的豪华客舱,而低速飞行特性在观光场景中反而成为优势。
随着安全技术的升级,飞艇正迎来复兴。现代飞艇凭借天然浮力与特殊结构设计,几乎不存在灾难性故障风险。目前全球有超过50艘飞艇投入使用,广泛应用于商业与军事领域。

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中加创新中心
中加创新中心 认证专家 2025-03-19
sci-c.org加拿大联邦政府批准的非盈利机构 依托在智慧能源城市(氢能),微电网,环保,AI人工智能,医疗医药等行业领域进行北美与中国的全面双向技术交流与合作

商业应用

2011-2015年,欧盟资助377万欧元开展了多体先进运输飞艇(MAAT)项目,该项目计划开发沿固定航线环球飞行的超长航时飞艇,配套设计垂直起降的地面接驳子飞船以及可建于城市外围或物流中心的新型“垂直枢纽”机场。这些子飞船能在母舰持续飞行过程中完成空中对接,实现物资与人员的无缝转运。

英国Hybrid Air Vehicles公司研发的Airlander 10飞艇可以用于运输、空中监视、通信中继、灾难救援、休闲飞行等各类商业和军事服务,预计于2028年交付使用。该飞艇最大载重能力10吨,升限约6000米,最高飞行速度可达每小时130公里,持续滞空时间达两周。Airlander融合了常规固定翼飞机、直升机以及飞艇的技术特点,是英国工程创新的典范。2025年2月,Arctic Airships订购了两艘LMH-1混合动力飞艇。2025年3月,Straightline Aviation签署了5000万美元的飞艇订单。
欧洲Euro Airship是一家专门设计、建造和销售刚性飞艇的公司,其太阳能飞艇Solar Airship One Project,将作为低成本、高能效且环保的大规模客货运载方案。Solar Airship One Project预计于2026年进行首次不使用化石燃料的不间断环球飞行,将在20天内飞行超过40000公里,沿着接近赤道的轨迹飞行,平均高度为6000米,实现二氧化碳零排放。
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Solar Airship One

2016年,洛克希德·马丁公司获得价值4.8亿美元的订单,为Straightline Aviation提供12架混合动力LMH-1飞艇,采购方计划利用其20吨货运能力为北极油气企业提供租赁服务。在气候变暖导致冻土融化的北极地区,租赁飞艇的成本比修建新道路更具经济性,每吨运输成本仅为重型直升机的七分之一。随着全球各国向更偏远地区拓展原材料勘探,飞艇正在成为战略物流链的关键环节。
当然,飞艇也并不完美,由于空气阻力与速度平方成正比,阻力导致其航速低于飞机和直升机,即便以常规公路车速行驶,由于阻力导致动力消耗会快速抵消浮力带来的能效优势。其庞大体积也使其比传统飞机更易受强风和恶劣天气影响;新一代飞艇普遍采用安全性远高于氢气的氦气,但氦气高昂成本构成商业推广的障碍。
法国HyLight公司与H3 Dynamics开始联手开发氢电混合动力无人飞艇。传统飞艇依赖内燃机推进,而H3 Dynamics研发的新型氢动力系统将为HyLight飞艇带来零排放长航时飞行能力,开创航空业脱碳新路径。两公司致力于通过氢燃料电池技术实现每小时2.3吨的二氧化碳减排,其推进系统能量密度达锂电池的30倍,可使飞艇续航提升5倍,同时将噪音控制在55分贝以下,适用于城市夜间作业。HyLight飞艇能够连续飞行10小时,航程350公里,时速为35公里,并配备高清摄像头、激光雷达和热成像等传感器,提供高精度数据收集。2024年4月,HyLight成功筹集了370万欧元。
该项目计划2025年在欧洲实现进一步国际部署,2026年在全球范围内实现进一步国际部署,建立“绿色空中走廊”运输网络。
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HyLight飞艇

在技术创新方面,2022年,H3 Dynamics与HyLight建立战略合作,共同开发具备长航程、可持续性与静音特性的新型氢电混合动力无人飞艇,旨在通过清洁能源技术推动航空业脱碳进程,拓展商业应用场景。传统飞艇依赖内燃机推进系统,而H3 Dynamics研发的氢燃料电池技术使HyLight新一代飞艇实现零排放长航时飞行。
HyLight无人飞艇虽飞行速度较慢,但凭借浮力维持高度时无需消耗动力。相比传统无人机,该飞艇可持续作业数日并承载更大载荷,适用于输电线、能源管道等关键基础设施的长距离巡检,或执行大范围工业设施扫描任务。其独特滞空能力可在特定区域持续盘旋,为大型工业基地提供广域通信中继,或在自然灾害后搭建应急通信网络。
HyLight公司通过无人飞艇系统提供长航程空中数据采集与分析服务,专注于电力线、管道及铁路巡检领域,力图实现航空数据产业的碳中和目标。其飞艇搭载的氢电推进系统兼具环保、静音、高效与长航程优势,可覆盖超大面积监测区域。HyLight已完成氢电平台飞行测试,验证了该技术在复杂气象条件下的稳定运行能力。

军事应用

自蒙戈尔费兄弟于18世纪发明热气球以来,轻于空气飞行器在军事领域的应用便拉开序幕。现代军用飞艇凭借其独特优势,可承担指挥控制与通信中枢、广域战场感知平台、实时目标定位系统等多重战术角色,通过跨军种安全数据链实现战场态势透明化,在最小化暴露风险下完成敌我识别与电磁频谱监控。这种能力在1930年代已现端倪,美国海军建造的两艘阿克伦级飞艇,全长239米,航速133公里/小时,载员89人,曾试图构建“舰队天眼”体系,搭配4架侦察机与7挺机枪执行海上侦察任务。尽管取得有限成功,但1933年阿克伦号坠毁(73人遇难,含航空局局长莫菲特少将)与1935年姊妹舰梅肯号坠毁(机上2人丧生),加之同期欧洲多起重大空难(1930年法国R101飞艇坠毁致48人遇难、1937年德国兴登堡号火灾致36人死亡),最终导致该技术路线被历史尘封。

美国海军研究所期刊《海军学报》研究指出,现代技术正重新激活飞艇的军事潜力。若突破经费限制,现代飞艇可搭载数十架配备雷达、光电等多型传感器的无人机群,通过组网协同将水面舰队的传感器覆盖范围延伸至母舰自身探测距离的数倍;同时集成反舰导弹、反潜鱼雷等武器系统,形成对水面/水下/低空/陆基目标的立体打击能力。虽然航母仍是核心力量,但未来舰队必将与这类创新平台形成协同作战体系。

诺斯罗普·格鲁曼公司LEMV长航时多情报飞艇
2009年,诺斯罗普·格鲁曼公司获得美国陆军一份价值5亿美元的合同,开发长航时多情报飞艇(LEMV),一款具备情报、监视与侦察(ISR)支援能力的混合式飞艇。该项目联合混合空中载具公司(HAV)、沃里克米尔斯公司、ILC Dover公司、AAI公司和SAIC公司共同开发,其中HAV提供基础平台,诺斯罗普负责系统集成与飞行/地面控制系统。

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诺·格和HAV公司LEMV

2012年,项目研发制造了HAV 304飞艇,在新泽西州莱克赫斯特成功进行了90分钟的试飞。但LEMV项目于2013年2月取消,飞艇后续衍生为Airlander混合动力飞艇。

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长航时多情报飞艇LEMV任务构想

LEMV设计技术参数与性能
项目 参数
尺寸 长91米×宽34米×高26米

气囊容积 38000立方米(采用多层复合织物制造)

载荷承载能力 1134公斤

载荷供电能力 16千瓦

多任务载荷 地面移动目标指示雷达,全动态视频系统,信号情报采集装置,通信中继系统

飞行高度 7500-20000英尺(2286-6096米)

续航时间 21天(耗油3,500加仑/13249升)

最大航程 2400海里(4445公里,重载配置6804公斤)

飞行速度 巡航20节(37公里/小时),冲刺80节(148公里/小时)

气动性能 流线型艇体提供40%升力

动力系统 4台350马力4升V8直喷柴油发动机(2前2后布局),集成增压进气系统与涵道叶片推力矢量控制,实现精确飞行操控

混合动力航空飞行器公司Airlander
由混合动力航空飞行器公司(HAV)研发的Airlander 10混合式飞艇,规划了三大任务模块:客运、货运及军用监视平台,初期聚焦观光飞行市场。西班牙地区航空运营商Air Nostrum已预订10架该型飞艇,计划将其改造为百座级商用飞艇。后续开发的Airlander 50重型货运型号(载重50吨),将与法国Flying Whales公司的同类型产品形成市场竞争。
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该飞艇采用氦气浮升与空气动力混合设计,2016年8月17日完成首飞时曾被誉为全球最大航空器(全长92米),但在第二次测试中因着陆俯冲导致驾驶舱受损。当前开发序列中,Airlander 10作为先导型号具备10吨有效载荷能力,其模块化设计吸引英国多家传感器厂商竞相集成,正推动政府加大投资力度。
Airlander 10创新着陆系统采用气囊底部滑橇装置,相较传统飞艇的系泊塔对接方式,显著提升客货装卸效率。该型号现搭载四台内燃机,碳排放量较同级飞机降低75%,计划分阶段替换为电动机组以实现零排放目标。
技术参数显示,Airlander 10融合氦气囊体与辅助机翼气动布局,四台涵道螺旋桨推进系统由柴油发动机驱动,兼具浮力与升力复合优势。2019年,HAV与美国Vertex Aerospace公司签署战略协议,将向美国国防部提供定制化军用型号,双方联合开发满足作战需求的传感器集成方案与武器挂载系统。
飞艇的设计使其具有相当好的隐身性,适合军事用途。流线型机身有效降低可视轮廓,同时因发动机低功耗运行产生的低红外信号可降低热追踪导弹威胁。复合材料主体结构大幅缩减雷达反射截面积,加之低速静音飞行特性,在视觉和听觉上都具有隐身性。

洛克希德·马丁公司LMH-1混合动力飞艇
洛克希德·马丁公司与Hybrid Enterprises联合开发的商用混合动力飞艇LMH-1,曾参与LEMV项目,但在与诺·格公司的竞争中落败,LMH-1具备19座客运/20吨货运能力,可实现水面起降。LMH-1在灾害救援领域具有巨大潜力,其大规模物资投送能力特别适用于发展中国家偏远灾区的紧急救援任务。但是由于浮力不稳定等原因,该飞艇始终未实现首飞。2023年,洛克希德·马丁公司将LMH-1转让给初创公司AT 2 Aerospace,接手LMH-1后续研发和商业推广工作。

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洛·马LMH-1混合动力飞艇
俄罗斯Atlant重型飞艇
俄罗Augur RosAeroSystems公司曾研发130米长的军用硬式飞艇“Atlant”。该飞艇无需跑道即可起降,可搭载200名士兵或60吨货物,最高时速达86英里(约138公里/小时),并能承受俄罗斯冬季零下40摄氏度的极端低温。
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Atlant融合飞机、气垫船与传统飞艇技术,采用创新的飞行控制原理与精密平衡系统,配备高精度计算机导航设备。其刚性复合材质外壳突破传统软式结构限制,独特配重控制系统可在卸货时自动调节重量,避免传统飞艇卸货后因浮力失衡导致的失控升空问题。制造商强调其运营成本较俄罗斯Mi-26重型运输直升机低30%。Atlant更具经济性,且载货量更大,能深入偏远地区执行任务。
2018年,以色列Atlas LTA先进技术公司(Atlas LTA Advanced Technology, Ltd)收购了RosAeroSystems及其产品线和知识产权,并将公司总部迁至以色列罗什艾因,同时在俄罗斯与美国保留子公司。该公司在研的产品系列覆盖了0-20公里海拔高度。
Atlas LTA在研产品系列
产品 飞行高度 航程

推进辅助高空平台(PAHAP) 20公里 560公里

系留高空平台(THAP)(构想) 5-11公里 480公里

系留气球-大体积 3-5公里 250公里

系留气球-中体积 1-3公里 200公里

系留气球-小体积 0-1公里 150公里

无人飞艇 0-3公里 200公里
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泰雷兹阿莱尼亚宇航公司Stratobus飞艇
泰雷兹阿莱尼亚宇航公司(Thales Alenia Space)自2016年4月启动的“Stratobus”飞艇项目,采用全太阳能驱动,艇体长100米(约328英尺)、直径33米(约108英尺),无需发射载具即可自主升空至平流层。其定位系统配备4台全天候运行的电动推进器,通过GPS定位与地面基准点实时校准,可抵抗90公里/小时风速并保持悬停精度。能源系统通过太阳能电解水生成氢气与氧气分储于吊舱储罐,夜间经燃料电池重组为水与电力,实现能源循环闭环。
2020年,法国国防装备总局(DGA)与泰雷兹阿莱尼亚宇航公司及泰雷兹集团签署协议,启动对Stratobus平流层飞艇搭载情报、监视与侦察(ISR)传感器的可行性研究。该项目旨在验证20公里高空飞艇的战略价值——该高度层兼具低风速与适宜空气密度,可支撑飞艇长期驻留执行广域监视任务。研究内容包括ISR任务概念设计、作战场景模拟,并将建造全尺寸验证机,在平流层实测任务效能。2023年3月,泰雷兹阿莱尼亚宇航公司签署了一份价值4300万欧元的欧洲高空平台系统(HAPS)演示项目合同,但首飞时间尚未明确。
Stratobus凭借500公里(约310英里)的地平线覆盖半径,单平台监控范围远超传统航空器。作为无人机与卫星的融合体,其可在目标区域连续驻留长达1年,单艇设计寿命达5年。该技术将显著增强法国在战略侦察、边境监控及通信中继等领域的持久态势感知能力,标志着平流层平台正式进入国防应用验证阶段。

总结

未来,随着飞艇技术在氢电混合动力、太阳能循环能源及浮力控制的突破,将在商业与国防领域开启双重变革。商业层面,北极物流、赤道环球货运与城市低空交通将颠覆传统运输模式,凭借500吨级载重与零排放优势构建“绿色洲际走廊”;军事层面,平流层飞艇与20千米高空驻留技术将赋能全域监视网络,协同无人机群与卫星构建“跨域感知链”,而模块化武器平台和极地投送能力或催生新型作战域。尽管仍需攻克航速限制与气象适应性难题,但随着技术的成熟,飞艇有望成为连接近地空间与海洋极地的战略枢纽,重塑全球航空产业生态。

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