浮空器低空应用场景与发展研究报告（2025）_145页_3mb

> **来源：[研报客](https://pc.yanbaoke.cn)** # 浮空器低空应用场景与发展研究报告 # (2025) 中国航空学会浮空器分会编著 二零二五年十月 # 《浮空器低空应用场景与发展研究报告（2025）》 # 编辑委员会 顾问：顾逸东 主任：黄诚 成員：張卫荣、蔡榕、万志强、倪勇、杜伟、韓忠华、杨希祥、耿军、王新筑 # 编写组: 主编：王新筑 耿军 成員：彭桂林 才晶晶 廖秋燕 谭惠丰 艾红新 翁翰轲 贾军 帅 史章磊 杨磊 杨宇明 邓小龙 张可 李源源 李昊文 # 前言 在全球科技革命与产业变革浪潮的推动下，低空经济作为新质生产力的重要代表，正迎来高速发展的历史性机遇。其融合了低空飞行器、卫星定位、5G通信与精密导航等前沿技术，广泛应用于物流运输、农业植保、城市治理、应急救援等多个领域，展现出强劲的经济带动能力与社会服务效能。 浮空器是指利用轻于空气的气体来提供升力的航空飞行，主要包括系留气球、高空气球和飞艇三类。已在低空旅游观光、通信中继、应急救援、广告宣传等领域得到了一定应用。和其它低空航空飞行器相比，浮空器具有大载荷、长航时、使用低成本、高安全性等突出优势，因此有望成为未来低空领域的热点研究和应用方向。 全书共分五章。第一章对低空经济、浮空器的总体概述、分类、特点及二者关联性进行了介绍，最后对浮空器国内外发展现状、特别是低空应用发展现状进行了阐述，由中国电子科技集团公司第三十八研究所编写；第二章对浮空器在低空领域的作用从重要性、必要性及可行性进行了分析，由哈尔滨工业大学编写；第三章对浮空器在低空领域的旅游观光、物流运输、空中信息管理、应急救援、区域安防、空中发电及广告宣传等典型应用进行了分类论述，由重庆大学、中国特种飞行器研究所及北京临一云川能源技术有限公司编写；第四章对重载浮空器、系留浮空器、临近空间浮空器关键技术及适航进行了研究和分析，由中国科学院空天信息创新研究院和中国特种飞行器研究所编写。第五章针对发展低空浮空器产业面临的重难点问题，提出了 一些应对建议，主要由重庆大学和空军研究院编写。全书统稿工作由重庆大学和空军研究院完成。 在本书编写过程中，引用和参考了大量研究报告和文献资料，选配了一些图片，特向这些文献资料和图片的作者表示深深的谢意。同时，由于涉及资料众多，本报告中未能全部列出被引用文献的名称和作用，对此表示歉意。对于浮空器领域的未来发展，必然见仁见智，即便行业内也难以完全趋同，因此报告中的观点建议也仅代表编者的认识。于时间、水平和视野所限，本报告难免有不足和疏漏，敬请读者批评指正。 《浮空器低空应用场景与发展研究报告（2025)》编委会 2025年10月 # 目录 # 第一章 概述 # 1.1浮空器与低空经济 1 1.1.1浮空器 1 1.1.2 低空经济 8 1.1.3浮空器与低空经济 9 # 1.2浮空器发展现状 10 1.2.1 系留气球 10 1.2.2自由气球 12 1.2.3 对流层飞艇 13 1.2.4 平流层飞艇 ..... 15 # 1.3浮空器低空应用发展现状 16 1.3.1浮空器在低空经济中的应用场景 16 1.3.2浮空器市场规模 17 1.3.3浮空器技术发展现状 18 # 第二章浮空器在低空领域中的作用 21 # 2.1重要性 21 2.1.1浮空器对低空经济的重要结构性补位 21 2.1.2浮空器对低空经济的成本效率革命 22 2.1.3浮空器对低空经济的战略场景赋能 22 # 2.2必要性 23 2.2.1浮空器低空应用的能力优势 24 2.2.2浮空器低空应用场景的基础设施作用 26 2.2.3浮空器低空应用的社会效益 27 # 2.3可行性 28 2.3.1浮空器用于低空经济的技术可行性 28 2.3.2浮空器用于低空经济的经济可行性 30 2.3.3浮空器用于低空经济的政策可行性 31 # 第三章浮空器低空应用场景 33 # 3.1旅游观光 33 3.1.1 需求定位 33 3.1.2 应用场景 35 3.1.3 挑战与建议 39 # 3.2 物流运输 42 3.2.1 需求定位 42 3.2.2 应用场景 44 3.2.3 挑战与建议 49 # 3.3 空中信息管理 52 3.3.1 需求定位 52 3.3.2浮空器通信中继应用场景 54 3.3.3挑战与建议 56 # 3.4应急救援 59 3.4.1需求定位 60 3.4.2浮空器应急救援应用场景 61 3.4.3 挑战与建议 63 # 3.5 区域安防 67 3.5.1 需求定位 67 3.5.2浮空器区域监视应用场景 68 3.5.3 挑战与建议 69 # 3.6 空中发电 73 3.6.1 需求定位 73 3.6.2浮空式风力发电应用场景 77 3.6.3 挑战与建议 81 # 3.7 其它 ..... 85 3.7.1广告宣传 85 3.7.2环境监测 87 # 第四章浮空器低空应用关键技术 89 # 4.1 重载浮空器平台技术 ..... 89 4.1.1结构设计技术 89 4.1.2升力与载荷管理 90 4.1.3动力推进与能源系统 92 4.1.4 操纵与稳定性控制 94 4.1.5材料与制造工艺 95 # 4.2智能无人化系留浮空器平台技术 97 4.2.1 架设部署设计技术 ..... 98 4.2.2分离式挂架智能提升与快速拆装设计技术 99 4.2.3 系留气球使用决策 100 # 4.3长航时临近空间浮空器平台技术 102 4.3.1自由气球平台技术 102 4.3.2 平流层飞艇平台技术 ..... 104 4.3.3 低成本轻质高强度囊体材料技术 ..... 107 # 4.4浮空器适航体系 110 4.4.1载人浮空器适航技术 112 4.4.2 无人浮空器适航技术 ..... 116 # 4.5专用载荷技术 119 4.5.1载荷高精度稳定控制技术 119 4.5.2 微波类探测载荷技术 ..... 119 4.5.3光学类载荷技术 120 4.5.4通信类载荷技术 120 4.5.5导航类载荷技术 121 # 4.6小尺度短临气象预报技术 121 4.6.1低空气象数据立体感知与智能同化技术 122 4.6.2 小尺度短临气象预报技术 ..... 123 4.6.3 飞行风险量化与智能决策支持技术 ..... 124 # 4.7智能管控技术 126 4.7.1智能飞控 126 4.7.2智能空管技术 127 # 第五章浮空器低空领域应用发展建议 130 # 5.1 完善政策法规 建立标准体系 130 5.1.1 优化空域管理，畅通飞行通道 130 5.1.2 完善标准规范，筑牢安全防线 130 # 5.2推动技术创新加速人才培育 131 5.2.1提高技术成熟度，促进产业发展 131 5.2.2推进多学科交叉，培育复合型人才 131 # 5.3夯实产业基础促进行业发展 131 5.3.1 完善基础设施，激发产业活力 131 5.3.2 完备产业生态链，提升产业竞争力 132 5.3.3创新商业模式，提高运营效能 132 # 参考文献 133 # 附录1国内标准 137 # 第一章 概述 # 1.1 浮空器与低空经济 # 1.1.1 浮空器 浮空器是一种主要通过内部充入轻于空气的气体产生浮力，克服全部或大部分自身重力的飞行器[3]。与依赖于旋翼/机翼与空气的相对运动产生升力的常规飞行器相比，浮空器的空中驻留是不需要消耗的，具有能源消耗少、留空时间长、效费比高等特点，被广泛的应用于军事和民用等诸多领域。自18世纪末人类发明热气球实现首次载人飞行以来，浮空器已经发展成为了一种用途广泛，结构形式多样的飞行器家族。目前浮空器按照有无动力分为气球和飞艇两大类。气球是自身无动力的浮空器，升空后在浮力和风力的作用下进行飞行，按照升空后有无缆绳约束可分为自由气球和系留气球。飞艇具有推进和飞行控制装置，根据飞行高度可分为飞行在中低空区域的对流层飞艇和飞行在高空的平流层飞艇。 图1-1浮空器分类 # (1) 系留气球 系留气球是一种依靠球体内部充入轻于空气的浮升气体（一般为氦气），产生浮力克服自重，并带有系留缆绳约束的浮空器，升空高度一般在5千米以下。一般由气球球体、系留缆绳组件、任务载荷、锚泊设施、地面控制系统等部分组成[3]。气球球体主要用于提供盈余浮力、挂载有效载荷和保持姿态稳定性，由囊体和球体硬结构组成。中大型系留气球一般采用带三片尾翼的流线型主气囊形状，小型系留气球通常采用简化的球形或椭球形囊体，尾翼采用帘布替代。系留缆绳主要功能是将气球拴系在地面锚泊设施上，同时还是球上与地面信号传输以及球上供电的主要通道。任务载荷是执行系留气球任务的主要载体，常见载荷主要包括雷达、光电、电子侦察、通信、广播等设备。锚泊设施主要用来操纵球体升降、控制和维护系留气球系统。地 面控制系统主要用于遥测遥控、监控球体通信设备、监测气球各项工作数据和环境参数等，还可作为中心站完成载荷信息的存储或转发。 系留气球有多种分类方法，按照部署方式可分为大型固定式、机动式和船载式系留气球；按球体外形可以分为常规系留气球和非常规系留气球，常规系留气球多为球形和流线形；按体积大小可以分为小型、中型、大型系留气球。 (a) 固定式系留气球 （b）机动式系留气球 （c）船载式系留气球 （d）小型系留气球 图1-2 常见系留气球类型 # (2) 自由气球 自由气球是本身无动力，升空后无缆绳约束，在浮力和风力作用下飞行的浮空器。自由气球一般由球体、拉索、吊舱、降落伞等部分组成。球体内充有浮升气体为整个系统提供浮力，并通过拉锁与吊舱相连，吊舱内搭载使用载荷，降落伞为自由气球载荷舱的回收降落提 供伞降保障。根据本身是否密闭及球体内部压力不同，自由气球又分为自由飘飞气球（又称为零压气球）和轨迹可控气球（又称为超压气球）。零压气球有与外部大气相连的管道，保证球体内气体压力与大气压力差几乎为零。超压气球球体封闭，构形上采用南瓜形或其它构形，依靠球体结构设计和材料承受较大内压，飞行过程中一般不排气或仅少量排气，超压气球可设计有充空气的副气囊，通过调节副气囊空气的质量实现气球工作高度调节。 不同类型的自由气球飞行有显著的差别，用于旅游观光领域的热气球一般升限在1千米以下，用于通信中继等服务的超压气球一般飞行高度在20千米左右，用于气象研究、高空探测的探空气球飞行高度最高可达50千米。 图1-3 自由气球 # (3) 对流层飞艇 对流层飞艇一般指飞行高度在6千米以下，依靠动力推进来实现空中航行的浮空器，其中飞行高度在3千米以下的称为低空飞艇。对流层飞艇主要包括艇体、推进系统、尾翼、吊舱和起落装置。艇体内 装有浮升气体为飞艇系统提供升力，并通过调节辅助气囊体积维持不同高度下的艇身形状；推进系统一般采用由发动机或电机驱动螺旋桨为飞艇提供飞行动力；尾翼用于保障飞行中的稳定性和操控性；飞艇吊舱通常位于艇体腹部，可承载驾驶室、客舱、货舱、动力装置、任务载荷及相关系统；起落装置用于在飞艇降落与地面接触时对产生的撞击提供必要的缓冲。 从结构上看对流层飞艇可分为硬式飞艇、半硬式飞艇和软式飞艇。硬式飞艇是由内部金属或碳纤维等材料制成的刚性骨架保持飞艇形状；半硬式飞艇通过主气囊飞艇底部硬式龙骨结构和增压主气囊共同维持飞艇形状。现代飞艇一般采用软式结构，仅通过囊体内的浮升气体的形状来保持外形，具有载荷能力强、飞行高度高等优点。除了按结构形式划分之外，按照是否载人可分为有人和无人飞艇；从布局形式可以分为常规飞艇和混合式（浮升一体）飞艇等。 图1-4 低空飞艇 # （4）平流层飞艇 平流层飞艇是一种在平流层工作，依靠动力推进实现飞行的浮空器。虽然平流层飞艇是一种高空飞行器，但是通过搭载功能载荷，可 实现通信中继、空域管理、气象监测等功能，作为重要的基础设施为低空经济活动开展提供服务支撑。平流层飞艇系统一般包括艇体、能源、推进等分系统。艇体分系统包括囊体、吊舱、尾翼等，艇体大多为流线型、艇身内充有浮升气体为飞艇提供升力，吊舱用于装载货物（包括仪器、载荷等设备），尾翼主要起稳定作用；推进分系统主要为飞艇移动和转动提供动力。对于长航时平流层飞艇，能源分系统一般包括太阳电池和储能电池。 图1-5 平流层飞艇 与常规飞行器相比，浮空器在低空应用方面具有以下突出优势： # 1）留空时间长 浮空器在空中停留主要依靠其在空气中所产生的浮力克服自身重量，能量消耗仅应用于机动和抗风飞行，因而能源消耗远低于其他种类的航空飞行器。目前非浮空器类航空飞行器，不进行空中加油一次飞行时间最长的目前也仅有40小时左右，飞艇可以实现数天的持续飞行，系留气球单次留空时间能够长达1个月，随着囊体材料与制造工艺的进步，浮空器的留空能力可以继续提升，在侦察、监视以及通信中继等需要持久工作的任务中的优势会进一步强化。 # 2）安全性能好 浮空器一般具有较大的柔性囊体，构成相对简单，因此在使用过程中故障率低。即使囊体出现局部破坏，整个飞行器浮力的损失也较为缓慢，能够以一个较为安全的速度逐渐降落到地面，基本不会发生像其它航空器那样的机毁人亡事故。尤其适合于城市、大型活动举办地等人口稠密区域执行任务。 # 3）载荷能力强 除了采用浮升一体设计的飞艇外，浮空器起降不需要依赖机场、铁路、公路等大型基础设施，仅需简单平整场地与锚泊设备即可部署，可以在山区、沙漠、海洋等各种地理环境条件下实现起降，比固定翼航空器具有更大的自由度。目前，重载飞艇可以轻松实现数十吨载荷搭载能力，对于超大重量/超大尺寸整体类货物，如大型天线、超高压输电塔、大型水电轮机、风力机叶片等，可以整体直接吊运到目的地，有效解决“跨地长途运输”和“最后一千米运输”等问题。系留气球除了具备大搭载重量优势外，还可利用系留缆绳从地面设备供电，消除载机供电能力对载荷性能的限制，通过搭载更大功率的载荷设备，实现更强的载荷覆盖范围。 表 1-1 国外典型浮空器载重表[3] 序号 类型 产品 载重（吨） 1 系留气球 美国 JLENS 71m 2.3 2 系留气球 美国 JLENS 74m 3.2 3 系留气球 俄罗斯 PUMA 系留气球 2.3 4 飞艇 德国 Zeppelin NT 1.9 5 飞艇 美国 LMH-1 飞艇 21 6 飞艇 美国 AeroscraftML866 66 7 飞艇 英国 Skyship600 2.3 8 飞艇 英国 Airlander 10 10 9 飞艇 英国 Skycat 20 20 10 飞艇 英国 Skycat 200 200 # 4）制造运行成本低 飞艇与系留气球已有长期的研制和应用历史，在飞行与操纵原理、总体设计、系统组成、制造工艺、材料成本、生产设备等方面相对于飞机来说简单不少，技术难度和制造成本较低。同时在升空和回收过程中不需使用机场设备，在留空或巡逻飞行中燃料消耗较少，留空任务执行时间长，使用维护也比较简单方便，在全寿命周期内使用维护费用具有优势。 # 1.1.2 低空经济 低空经济是前景广阔的战略性新兴产业，是新质生产力的典型代表，具体指在垂直高度1000米以下、根据实际需要延伸至不超过3000米的低空空域范围内，以民用有人驾驶和无人驾驶航空器为主要载体，以载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动为牵引，涵盖低空基础设施建设、低空航空器研发制造、低空运营服务、低空飞行综合保障等领域的综合性经济形态[1]。 低空基础设施是低空经济发展的前提和物理基础，主要包括通航机场及配套设施和无人机起降场、低空网络、低空数据、低空监管、能源供应等新型基础设施。其作用在于为各类低空飞行活动提供必要的起降场地、空域管理、通信导航支持以及能源补给等基础条件，满足不同场景的运行需求，保障低空飞行安全有序进行[2]。 低空航空器研发制造是低空经济发展的核心基础，包括各类有人/无人驾驶航空器的研发与制造，同时还涵盖了上游相关的核心材料与元器件、关键系统与零部件的研发与制造，如航空发动机/电机、动力电池、航空电子设备、飞控系统、传感器、复合材料等，决定着低空经济的技术水平和产业竞争力。 低空运营服务是低空经济发展的动力和应用价值体现，主要包括各类运营场景下开展的低空飞行活动和飞行服务。典型应用场景有交通出行、物流运输、农业植保、应急救援、城市安防、通信中继、环境监测、影视航拍、航空测绘等。通过将低空飞行器与实际应用需求相结合，为各行业提供了新的发展手段和解决方案。 低空飞行保障是低空经济安全健康发展的支撑和护航体系，主要包括地面保障、空中保障、适航审定和检测检验服务等方面。通过构建完善的安全监管和服务保障体系，确保低空飞行活动的安全性、可靠性和合规性，是促进低空经济健康持续发展不可或缺的环节。 # 1.1.3 浮空器与低空经济 # （1）浮空器是低空经济产业的重要组成部分 浮空器作为低空经济的重要装备载体，在低空经济产业链中占据重要位置。从产业链角度看，浮空器产业涵盖了原材料供应、核心零部件制造、整机组装集成、运营服务等多个环节，形成了完整的产业生态。在上游环节，浮空器产业涉及囊体材料、推进系统、航电系统等关键技术。在中游环节，以中国特种飞行器研究所、中国电子科技集团第三十八研究所、中国科学院空天信息创新研究院等为代表的国 内浮空器制造企业通过整合上下游资源，已形成了系留气球与飞艇等多种浮空器产品的系列化研制，可满足不同应用场景下的市场需求。同时，随着技术进步与市场需求扩大，浮空器制造企业也在从单一产品制造逐步向系统解决方案提供商转型。在下游环节，浮空器运营企业通过提供专业化的飞行服务、数据服务等，实现了浮空器价值的最大化。 # （2）浮空器是低空活动开展的重要手段 浮空器作为低空活动开展的重要手段，凭借其独特的留空能力、灵活的任务适应性和较低的经济成本，正日益成为空域应用中不可或缺的关键平台，在旅游观光、物流运输、空中信息管理、应急救援、区域安防、空中发电、环境监测等多个领域已得到应用验证。例如在通信中继方面，浮空器可作为空中通信基站，增强复杂地形或应急场景下的信号覆盖能力，提升区域通信保障水平。在区域监视方面，其优异的滞空性能可在边境巡逻、重大活动安保、灾害预警与监控等任务中构建低成本的广域空中安防体系。相比无人机、直升机等飞行平台，浮空器能耗低、噪声小、振动轻微、对环境影响较小，更适合于城市空域和生态敏感区域。随着浮空器综合性能的提升，浮空器的低空应用场景将进一步拓展，在构建“空天地一体化”的低空活动体系中发挥更为重要的作用。 # 1.2 浮空器发展现状 # 1.2.1 系留气球 系留气球的起源可追溯至热气球技术的诞生。法国大革命期间首次将系留气球用于高空侦查，开启了系留气球军事化的早期探索。自上世纪70年代以来，在空气动力学、高强度高分子纤维材料、现代计算机、氦气提纯等科学技术飞速发展的推动下，系留气球进入了批量使用和快速发展时期。一大批固定式、机动式、船载式等不同种类的系留气球相继投入使用，气球体积从几十立方米至最大5万余立方米，广泛用于预警监视与探测、军事通信等任务。 目前装备使用系留气球系统的有美国、俄罗斯、中国、英国、法国、以色列、沙特等20多个美欧亚国家和地区[4]。其中美国是系留气球系统技术研发和应用最多的国家，典型产品有用于巡航导弹防御的JLENS系统、用于边境监视和缉毒的TARS系留气球载雷达系统、用于阿富汗和伊拉克地区监视和部队保护的RAID快速系留气球等，在国土防卫和对外战争等实战环境下得到了广泛使用。俄罗斯研制了“GePard”车载移动式系留气球、“PUMA”和“JAGUAR”大型阵地式系留气球。以色列从美国TCOM公司购买系留气球平台，搭配自研的气球载雷达，用于国土防卫监视任务，其2021年研制的高可用性系留气球系统“HAAS”体积高达56000立方米，载荷重量8165公斤，是目前已公开的最大的系留气球装备，在以色列与周边地区的军事冲突中部署应用[5]。 中国的系留气球技术起步于20世纪60年代，研制出的最大系留气球平台体积12000立方米，载重1500千克，系留高度3千米，已初步形成体积从80立方米到12000立方米的系列化发展。2022年5 月“极目一号”系留气球在珠峰地区将系留气球的升空观测高度的世界纪录提升到海拔高度9050米[6]。我国主要系留气球研制单位有中国电子科技集团公司第三十八研究所、中国科学院空天信息创新研究院、中国特种飞行器研究所等单位，整体技术接近国外先进水平。 # 1.2.2 自由气球 在零压气球方面，美国、日本和法国是技术领先的主要国家，美国国家航空航天局哥伦比亚科学气球设施部专门从事于高空气球科学试验，每年实验数量大约10~20项。法国空间研究中心也拥有完整的气球飞行服务机构，是欧洲气球活动的中心，能制造120万立方米的大型零压气球。日本也是较早建立高空气球系统的国家之一，每年气球试验数量为10~15次，2013年创造了53.7千米的气球飞行高度记录[3]。在超压气球方面，2016年美国国家航空航天局在新西兰成功发放53万立方米超压气球，完成了46天的长航时环球飞行[7]。美国谷歌公司的Loon气球项目旨在为偏远地区提供互联网服务，2020年创造了飞行天数312天的超压球飞行记录[8]，并为肯尼亚提供了商用服务。 中国从20世纪六七十年代发展至今，先后研发了体积从几立方米至几十万立方米的高空气球，最大升空高度43千米，最大载重达2吨。目前中国在自由气球技术及其应用已比较成熟，在总体技术指标上仅次于美、法两国。国内主要研制单位有中国科学院空天信息创新研究院、北京航空航天大学、中国电子科技集团公司第三十八研究所等。 用于低空飞行的热气球从原理上属于零压球的一种。随着低空领域逐渐放开，热气球飞行从专业体育项目逐渐转型为商业活动和旅游观光项目。2024年重庆低空飞行消费周[9]，安阳航空运动文化旅游节[10]等活动推出热气球体验项目，云南腾冲、内蒙古草原等景区已形成规模化载客运营，旺季日均载客量可达数百人，成为拉动旅游经济的新亮点。 # 1.2.3 对流层飞艇 对流层飞艇是人类最早发明的动力飞行器。1900年，德国齐柏林爵士设计制造出第一架硬式低空飞艇，载重能力强，使飞艇实用性得到了极大提升，迎来了飞艇发展的黄金阶段。至二次世界大战前，齐柏林系列飞艇共建造了129艘。随着1937年“兴登堡”号在着陆时因静电火花引起氢气爆燃，后续英美也有多艘大型飞艇相继发生失事，导致飞艇发展进入了低潮。自上世纪70年代开始，由于惰性气体氦气的使用从根本上改变了飞艇的安全性，同时高强轻质囊体材料、碳纤维材料、飞行控制和计算机技术的应用，使飞艇迎来了市场复苏和技术发展。目前国际上主要的对流层飞艇厂家有美国AMS公司、US-LTA公司和Goodyear公司；德国齐柏林飞艇公司与WDL公司；英国飞艇工业公司；俄罗斯阿古利浮空器公司和Rosaerosystems S.R.A公司等。 进入21世纪后，新形势下军事斗争需求以及绿色能源、电力设备对大载重、低成本运输工具的需求，大型重载飞艇成为低空飞艇发展的重点方向。1998年，英国ATG公司采用半硬式结构的SkyCat 飞艇的研制拉开了重载飞艇研制的序幕，随后英国HAV公司的Airlander系列飞艇、洛克希德·马丁公司的P-791混合型低空飞艇、诺斯罗普-格鲁曼公司的长航时“多用途情报飞行器（LEMV）”等多个重载飞艇研制计划相继提出，设计商载为数十吨至上百吨。目前进展最为顺利的是英国HAV公司研制的Airlander10飞艇，该艇载重量10吨，2016年8月成功首飞，2018年7月份改进型在英国范堡罗航展上正式亮相，据报道，该飞艇已获得英国民航局的批准，飞艇生产已进入最后规划阶段[11]。 中国飞艇技术起步于上世纪70年代。在无人飞艇方面，中国电子科技集团公司第三十八研究所研发了体积4300立方米的低空飞艇天舟-02，成功完成多次带载荷飞行试验。中国科学院空天信息创新研究院KF31飞艇和KF47飞艇分别于2009年和2014年完成试验飞行，成为当时国际上最大的电动飞艇。中国航天科工集团068基地于2015年研制成功双椭球体无人飞艇并开展了航空物探飞行试验[12]。在有人飞艇方面，上海达天和北京华教等民营飞艇研发企业曾研制了小型载人飞艇，由于多种因素没有广泛投入应用。2023年，由中国特种飞行器研究所自主研制的“祥云”AS700民用载人飞艇在正式获得由中国民用航空局颁发的型号合格证，飞艇最大载人数10人，是国内首款按照适航规范自主研制、具有完全自主知识产权的载人飞艇。2025年2月，AS700D全电动载人飞艇也完成科研首飞。 目前中国在中小型飞艇上拥有较强的技术实力，具备体积6600立方米以下的有人与无人对流层飞艇的研发与制造能力。与国外先进 水平相比在大型重载飞艇方面研究较少，整体产业规模小，产业链成熟度偏低。 # 1.2.4 平流层飞艇 20世纪90年代，在平流层通信、对地观测、预警探测、科学试验等军民应用需求驱动下，世界多国纷纷开展平流层飞艇技术的研发。美国在2000之后相继启动了高空飞艇（HAA）计划、高空哨兵飞艇（HiSentinel）计划、传感器/结构一体化飞艇（ISIS）计划等多个研究计划。高空哨兵计划于2005年、2008年和2010分别开展了三次飞行试验，最大飞行高度20.21千米，飞行时间8小时。2024年8月15日，美国Sceye公司平流层飞艇搭载合成孔径雷达、立体光学相机和红外相机等有效载荷实现了29小时的驻空飞行。欧盟在2004年启动了为期3年的CAPANINA计划，研制基于平流层飞艇的宽带移动通信载荷技术；2005年欧盟又启动了另一个平流层平台研究计划HAPCOS。日本在1998年、韩国在2000年、以色列在2004年、俄罗斯在2008年等均相继提出各自的平流层飞艇发展计划。 我国在平流层飞艇方面的研究与国外几乎同步开展，从“十一五”期间就开始支持关键技术攻关和飞艇平台演示验证项目，“十三五”期间，进一步支持开展平流层飞艇技术攻关和试验飞艇的研制。2019年，在国家重大任务的支持下，北京航空航天大学、中国科学院空天信息创新研究院等单位开展了不同技术路线平流层飞艇的飞行试验，近年来又成功开展了多次试验，总体技术能力处于国际先进水平。 # 1.3 浮空器低空应用发展现状 # 1.3.1浮空器在低空经济中的应用场景 随着浮空器在民事应用的蓬勃发展，正为旅游观光、城市管理、应急救援等众多领域注入新动能，还在通信与互联网服务、物流运输、大气监测、绿色能源等多个领域展现出巨大潜力。目前国产AS700“祥云”载人飞艇在桂林阳朔、济南等多个景区提供“云端瞰景”服务，依靠舒缓的飞行特性，提供了沉浸式旅游体验。在上海世博会、海南博鳌亚洲论坛、北京冬奥会等大型活动中，中国电子科技集团公司第三十八研究所利用系留气球搭载侦查载荷和通信设备，提供了对活动及周边区域的广域安全监控与通信服务。2025年，济南市应急管理局联合中国科学院空天信息创新研究院等单位，使用KX16系留气球搭载先进的光学载荷和通信载荷，实现了30千米范围内林火态势检测和远端通信传输，为应急管理领域提供新质手段[13]。2025年3月，在山东泰安采用KX15系留气球搭载专业监控设备，开展了特高压工程基建设备验收巡检工作，单次驻空时间超过7天，在100米升空高度上管控范围可以覆盖半径36千米范围，发挥高精度、大范围、长续航的优势，构建起全方位、多层次的塔上塔下立体管控体系[14]。2021年，美国Sceye公司利用平流层飞艇搭载通信设备，实现了140千米距离的LTE信号连接，超过了LTE技术允许的100千米范围，可为27000平方英里的网络用户提供高速宽带，为偏远地区网络服务和应急通讯提供了新的技术手段[15]。2025年1月，北京临一云川公司研制的S1000型浮空风电系统实现1000米升空高度与100千瓦发电功率；2025年 6月完成升空高度1500米S1500型风电系统的总装、将为清洁能源提供了新的解决方案[16]。 总体而言，浮空器在低空经济领域的许多场景均已投入实际应用，但与其它各类低空飞行器相比，其技术成熟度、产业发展、市场认知度及投资吸引力等方面有待提升，因此需要在技术突破、产业协同及应用推广等方面持续发力，以充分发挥浮空器在低空经济领域中不可或缺的重要作用。 # 1.3.2浮空器市场规模 全球浮空器市场近年来呈现出强劲的增长态势。根据贝哲斯咨询调研数据，2023年全球浮空器系统市场规模达到552.57亿元人民币，中国浮空器系统市场规模达到125.27亿元人民币。2024年全球浮空器系统市场规模进一步扩大至约595亿元人民币，其中中国市场规模约为140亿元人民币[17]。从区域分布来看，亚太地区已成为全球浮空器市场增长最快的区域之一，占全球市场贡献的 $28\%$ 。中国作为亚太地区最大的市场，正逐步成为全球浮空器产业的重要力量。浮空器系统在军事、民用和科研等多个领域的广泛应用，推动了市场需求的持续增长。 预计从2025年到2030年，市场规模将以 $11.65\%$ 的年复合增长率持续扩张。具体来看，全球浮空器系统市场规模预计将从2025年的650亿元人民币增长至2030年的1098.66亿元人民币。 对于中国市场，预计未来5-10年将呈现更为强劲的增长态势。2025年至2030年期间，中国浮空器系统行业市场规模预计将从150 亿元人民币增长至300亿元人民币，年均复合增长率保持在 $15\%$ 左右。特别是飞艇行业，预计2025年市场规模将达到85亿元人民币，年均复合增长率维持在 $12\%$ 左右，到2030年有望突破150亿元人民币。以“祥云”AS700载人飞艇为例，目前该艇已获得187架正式与意向订单，具备广阔的市场前景。在应用领域方面，物流运输将继续成为行业的主要驱动力，预计到2030年市场规模将达到120亿元，占总市场的 $40\%$ 。旅游和广告领域分别占据 $30\%$ 和 $20\%$ 的市场份额，市场规模分别为90亿元和60亿元。 根据中国民航局预测，2025年我国低空经济市场规模将突破1.5万亿元，到2035年有望达到3.5万亿元。浮空器作为低空经济的重要组成部分，其在低空经济中的占比虽小但潜力巨大。根据2025年最新数据，中国浮空器系统市场规模约为150亿元人民币，在1.5万亿元的低空经济总体规模中占比约为 $1\%$ 。这一比例虽然不高，但考虑到浮空器在特定应用场景中的突出优势，其在低空经济中的战略价值远高于其市场占比。 # 1.3.3浮空器技术发展现状 浮空器涉及到的技术主要有平台总体设计、高性能囊体复合材料制备技术、高效能源与动力技术、智能飞行控制技术等。 浮空器平台总体设计技术主要包括浮空器的气动外形与结构设计、总体参数设计、主要部件的布局方式、系统集成设计等。浮空器总体设计需综合考虑低阻力、稳定性、结构轻量化等目标。对于系留气球和飞艇，一般采用流线型艇身和尾部后掠式尾翼构型，能够在保 持稳定性的同时减小阻力，具有较高的抗风能力。对于小型系留气球或观光系留气球一般采用简单的正球形外形。对大型重载飞艇，平衡囊体浮力与气动升力的混合布局是当前研究的重点方向。在结构设计方面，硬式飞艇多采用环形隔框加纵向桁条的骨架结构，这种设计能有效分散气动载荷；软式浮空器则依靠高强度蒙皮材料和内部张力来承载载荷重量。新型轻量化材料和智能结构将更多的应用在未来的结构设计中，以提高耐久性和环境适应性。随着计算机软硬件技术的发展，采用智能优化算法与高可靠计算力学相结合，能够有效的提升浮空器的总体性能。 浮空器的囊体材料直接影响浮空器的安全性、耐久性、经济性以及整体性能。在低空经济应用场景下，浮空器需要在复杂气象条件下长期稳定运行，因此对囊体材料提出了更高要求。在广告气球，小型无人飞艇等低成本浮空器一般采用聚乙烯、聚氨酯等制成的单层均质材料囊体。对于中大型系留气球和飞艇，采用由防护层、承力层、气密层和热合层组合成的多层复合结构囊体材料。美国TCOM、ILCDover和Uretek等公司拥有40多年囊体材料的生产历史。目前国产囊体材料快速进步，在系留气球、载人飞艇、平流层飞艇等多种浮空器中基本实现了关键材料的国产化替代，缓解了进口囊体材料的“卡脖子”危机。 能源与动力系统决定了浮空器的飞行性能和载荷能力，其性能优劣直接关系到整个飞行平台的功能实现和商业价值。目前，浮空器主要依赖以下两种动力技术，一是传统燃油发动机驱动螺旋桨推进，此 种方式技术成熟，现有的中大型低空飞艇一般采用此种形式。二是采用高效电机驱动螺旋桨，依赖太阳电池与储能电池供电，被飞行在高辐照低密度环境中的平流层飞艇广泛采用。三是混合电推进系统，这种系统通常由小型高效内燃机发电，电动机驱动螺旋桨，通过优化功率分配实现最佳效率。美国洛克希德·马丁公司的混合型低空飞艇采用了柴油-电动混合系统，相比传统配置燃油效率提升 $30\%$ ，续航时间延长至72小时。随着高能量密度的储能电池、氢燃料电池、智能能源管理等新型能源系统技术的发展，浮空器动力技术将向着更加绿色环保方向发展。离子风电推进、超导电机等前沿技术或将使浮空器推进技术迎来革命性突破。 智能飞控技术是保证浮空器在低空场景下安全可靠运行的关键技术之一。随着人工智能、边缘计算等技术的融合创新，智能飞控技术正推动浮空器向“高抗扰性”、“航迹规划”和“自主避障”跃迁。浮空器智能飞控技术利用多源环境感知、自主决策、先进控制理论和人工智能技术，实现浮空器在复杂低空环境中的稳定垂直起降、抗风抗扰、自主避障以及路径跟踪，提升了浮空器飞行性能。 当前浮空器在平台总体设计、高性能囊体复合材料、高效能源与动力、智能飞行控制等相关技术基本成熟，在平台超轻结构设计、智能化网络化能力提升、平台载荷一体化设计等技术方面已趋于成熟，相关技术标准满足适航体系要求。其良好的驻空稳定性、低能耗及高性价比特性，能够满足多种低空场景的应用需求，可为浮空器的规模化商业化应用提供了坚实的技术支撑。 # 第二章 浮空器在低空领域中的作用 # 2.1重要性 低空经济作为融合空域资源、新兴技术与多元场景的新型经济形态，正成为全球经济增长的新焦点。浮空器凭借独特的技术属性与场景适应性，在低空经济体系中展现出不可替代的战略价值。浮空器以"结构性补位"构建低空经济的立体化骨架，以成本效率革命释放规模化发展动能，以战略场景赋能筑牢国家发展的关键支点。在低空经济从概念迈向实践的关键期，浮空器不仅是装备创新的代表，更是推动经济结构优化、区域均衡发展、应急能力升级的战略基础设施，对低空经济发展具有核心重要性。 # 2.1.1 浮空器对低空经济的重要结构性补位 低空经济的稳健发展依赖于空-天-地协同的立体化基础设施体系，浮空器作为其中的重要一环，是唯一能够在中低空域实现长时间驻留的机动平台。与无人机（一般续航时间小于2小时）、eVTOL（多数载荷小于 $500\mathrm{kg}$ ）等新兴低空装备相比，浮空器以长滞空+大载荷+广覆盖的显著特性，有效填补了中间层能力的空白。 系留式浮空器可在100-500米的高度形成稳定的固定监测节点，能长时间滞空，为周边区域提供持续监测数据。自由飞浮空器则能够在1000-3000米高度执行长距离巡航任务，具备较大的载重能力，在长距离运输中优势明显。这种高低搭配、动静结合的布局模式，推动低空经济从单纯依赖地面基站的平面化模式，向以空基平台支撑的立 体化模式转变，成功解决了传统低空装备面临的续航短导致覆盖不足、载荷大使得成本过高的结构性难题。 # 2.1.2浮空器对低空经济的成本效率革命 浮空器在能源效率方面具有颠覆性的优势。其浮力系统主要依靠惰性气体（如氦气）提供超过 $90\%$ 的升力，仅需少量动力用于姿态调整，能耗极低。以常见规格的系留球为例，在仅维持基本设备运行与姿态调整的情况下，其日均能耗远低于相同载荷的直升机。 在维护成本上，浮空器同样具备显著优势。由于其机械结构相对简单，主要由气囊、系缆及少量动力、控制部件构成，机械部件数量相对较少，年均维护费用低于直升机。这种在能源与维护方面的双重成本节约，使得浮空器在长期运行任务中展现出成本优势。 # 2.1.3 浮空器对低空经济的战略场景赋能 浮空器凭借其长航时、低成本、低噪音、高载荷和低能耗等优势，正在成为低空经济发展的关键赋能平台，为旅游观光、物流运输、通信中继、应急救援、区域监视和特殊场景（如风力发电、设施巡检、气象探测等）提供创新解决方案，推动经济新业态的形成和发展。 浮空器可作为空中观景平台，提供稳定、静谧的全景体验，尤其适用于自然景区、城市地标和大型活动的空中游览，相比传统直升机更具经济性和舒适性。在物流运输方面，浮空器可承担偏远地区、山区或海岛等交通不便区域的物资运输任务，尤其适用于重型大件货物（如风电叶片、电力设备）的中短途运输，降低运输成本并提升效率。 在通信中继领域，浮空器可作为高空基站或5G/6G信号中继平台，补充地面网络覆盖的盲区，满足应急通信、偏远地区宽带接入和物联网部署需求，提升通信网络韧性。在应急救援场景中，浮空器可快速部署于灾害现场（如地震、洪水、森林火灾），提供临时通信、灾情监测和物资投送支持，增强灾害响应能力。区域监视方面，浮空器凭借长航时优势可执行边境巡逻、海洋监测、森林防火等任务，结合AI识别技术，提高大范围动态目标的监测效率。此外，在特殊场景中，浮空器还可用于高空风力发电、输电线路巡检、大气环境监测和气象数据采集，推动绿色能源与智慧管理技术的发展。 浮空器在低空经济中的多场景应用不仅能优化传统行业的运营模式，还能催生新兴产业，强化社会公共服务能力。其战略价值不仅体现在经济效益上，更在于其独特的技术适应性，可在复杂环境中提供稳定、可持续的服务，助力国家低空经济生态的建设与升级。 # 2.2必要性 浮空器助力低空经济发展的根本原因在于其超长航时、重载、超低运营成本特性能够系统性填补现有低空运输体系的能力断层。相较无人机、eVTOL等敏捷型航空器存在的“载重-续航跷跷板效应”（即载重提升必然牺牲续航），现代浮空器依托可变浮重比气动设计和分布式电推进系统，在高量级有效载荷下仍可实现月级的持续驻空作业和低廉的运维成本。这种长时驻空能力和低边际成本特性使其成为解决低空经济痛点的优选方案。从战略角度看，浮空器更是解锁临近空间经济带的关键载体——通过柔性太阳能蒙皮与推进系统耦合，可构建 平流层持久驻留平台，实现卫星观测精度的亚米级持续凝视和5G通信的零基础设施覆盖。国际航空运输协会（IATA）预测，至2030年浮空器将承接全球 $15\%$ 的偏远地区货运量，其零碳足迹+超低边际成本的运营模式，将重构低空经济成本曲线。特别是当低空经济向海上风电运输、空间科学实验等“超尺度场景”拓展时，浮空器凭借静态升力优势和全向垂直起降能力，将成为唯一兼具经济性和工程可行性的解决方案。这决定了浮空器不是低空经济的可选项，而是支撑其规模化落地的战略基建设。 # 2.2.1浮空器低空应用的能力优势 低空飞行器按技术路线可划分为电动垂直起降飞行器(eVTOL)、固定翼无人机、旋翼无人机、浮空器（LTA）四大类，形成低空立体交通网络的“四维运力矩阵”。 图2-1 低空飞行器图 现有低空经济载体（如多旋翼无人机、eVTOL飞行器、直升机）各有局限。续航时间方面，无人机通常续航仅1-2小时，而浮空器可滞空数天甚至数月，适合长期监控、通信中继等场景。载重能力方面，小型无人机载重多在几十公斤，而大型浮空器可承载数百公斤至数百 吨，适用于重型物资运输（如偏远地区基建材料）。无人机在高速飞行时能耗剧增，而浮空器依靠浮力飞行，低速（30-100km/h）下的能耗极低，适合低速、长航时任务。浮空器在长航时、大载荷、低能耗任务上具备不可替代性。 相比于直升机、固定翼、eVTOL、多旋翼等其他离地空间平台，系留飞艇浮空器具有长期驻空、超大载重、大功率供电、大数据传输、安全性和低碳环保等显著优势和特长。在低空经济活动中，可提供通讯保障、空中管制调度、监视、气象数据采集、空中电磁环境监测等，同时，可延伸应用于警务安防、交通治理、环保监测、城市管理、城市规划、农业等应用场景。 表 2-1 低空飞行器能力优劣分析 类别 代表机型 核心技术 载重/航程 优势 主要瓶颈 应用场景 eVTOL(电动垂直起降) 亿航H216、Joby S4 分布式电推、高能量密度电池 载重 快速响应、低噪音、城市适用性强 适航认证难\电池能量密度限制 城市空中出行UAM、医疗急救 固定翼无人机 纵横CW-15、顺丰FH-98 混合动力、长航时气动设计 载重 航效比高、中程运输经济性好 起降场地要求高\载重受限 中长途物流\边境巡检 多旋翼无人机 大疆T40、美团无人机 高精度飞控、集群协同 载重 灵活部署、超低空作业精准 续航短\抗风能力弱 末端配送\农业植保 直升机 松鼠AS350、米-171 燃油动力、机械旋翼 载重1-4t航程 重载吊运、复杂环境适应 运营成本高(3-5美元/吨 应急救援\特种运输 性强 千米) 浮空器(LTA) Airlander 10、中国圆梦号 轻质复合蒙皮、氢/电混合推进 载重10-50t航时>30天 超长航时\低运维成本 技术难度高 偏远地区货运\通信中继 # 2.2.2 浮空器低空应用场景的基础设施作用 浮空器作为一种低速、长航时、低能耗的航空器，其发展对低空经济（指在低空空域开展的商业活动，如物流运输、旅游观光、通信中继、环境监测等）的推动具有天然契合性。作为低空经济的重要组成部分，浮空器不仅是一种新型航空载体，更具有显著的低空基础设施属性，其独特优势使其成为构建低空经济生态的关键支撑要素。 在通信领域，浮空器可作为空中基站，可为应急通信的关键基础设施，保障信息传递畅通。在监测方面，浮空器具有长时间滞空、视野开阔的优势，可安装各类传感器，对生态环境、交通状况、城市安全等进行持续监测。在物流运输上，大型飞艇等浮空器能够突破地形限制，将物资高效运输到偏远地区，作为空中货运通道，完善区域物流基础设施体系。在气象观测领域，浮空器携带专业气象设备，可深入不同高度的大气层，获取精准气象数据，为气象预报提供有力支持。 随着低空经济的发展，浮空器的基础设施属性将不断强化，在更多领域发挥关键作用，正在发展成为低空经济中的基础性支撑平台。其在通信、物流、监测等领域的应用，不仅填补了传统基础设施的功能空白，更通过创新的服务模式拓展了低空经济的价值边界。随着技 术进步和政策不断完善，浮空器将作为关键基础设施融入国家低空经济体系。 # 2.2.3 浮空器低空应用的社会效益 浮空器用于低空经济具有高度的社会效益，从应急救援到偏远地区建设，从生态监测到产业带动，其在多个领域的应用能够切实解决社会痛点，为社会发展带来显著效益，展现出高度的社会效益。 在面对自然灾害（如地震、洪水、火灾）和突发事件时，浮空器以其独特优势，可迅速投入应急救援行动。2023年京津冀洪灾期间，中国移动的系留式无人机系统（原理与系留气球类似）升空后，实现超3平方千米的有效信号覆盖，确保受灾区域通信畅通，为救援指挥与协调提供关键支持。精准定位受困人员，极大提高救援效率，减少人员伤亡和财产损失，切实保障人民群众的生命财产安全。 浮空器产业的发展，从研发、制造、运营到维护，涉及多个环节，能够创造大量就业岗位。以共青城市为例，当地围绕低空经济（包括浮空器产业）发展，吸引了众多企业入驻，设立50亿元的低空经济产业引导基金，带动了上下游产业链发展，创造了大量就业机会。随着浮空器在低空经济各领域应用的拓展，相关配套服务产业（如培训服务、金融服务、技术咨询服务等）也将随之兴起，进一步推动区域经济繁荣，为社会发展注入活力。 在旅游观光领域，载人飞艇、热气球等浮空器为游客带来独特的空中旅游体验。其飞行平稳、噪音低，游客可在舒适环境中欣赏自然风光和城市景观，且飞行高度和路线可灵活规划，提供多样化观赏视 角。在一些旅游资源丰富但地形复杂的地区，如张家界、桂林等，浮空器低空旅游项目可以成为特色旅游产品，吸引大量游客，促进当地旅游业发展。 # 2.3 可行性 浮空器在低空经济发展中展现出显著潜力，并已具备一定基础条件，技术成熟度方面，其长航时、低能耗和广域覆盖能力为低空监测、通信中继等任务提供了可靠解决方案；经济方面，相比传统航空器，运行成本更低，尤其适合偏远地区或长时间部署，具备良好的经济效益；政策方面优势突出，中国政策积极支持低空经济，为浮空器应用提供了明确的发展方向和政策保障。 # 2.3.1浮空器用于低空经济的技术可行性 浮空器凭借现有技术实现的工程化应用成果，以及在低空应用中展现的独特优势，在技术层面已能较好地满足低空经济发展要求，有望在低空经济各领域发挥更大作用，成为推动低空经济繁荣发展的重要力量。 # （1）平台技术能力 从研发成果来看，我国浮空器平台技术已取得显著进展。2024年10月，由北京临一云川能源技术有限公司联合清华大学、中国科学院空天院等科研机构自主研制的中国首台S500型涵道式浮空风力发电系统成功升空至500米高度并发电，创造两项世界纪录，已达到可工程化实践的阶段。同年9月，拥有完全自主知识产权的国产“祥 云”AS700载人飞艇正式交付。其具备独特设计，气囊采用国产轻质、高强度、高分子层压复合材料，配备推力矢量系统实现短距、垂直起降，最大航程达700千米，最大航时10小时等。这些技术参数表明，AS700载人飞艇在设计与制造技术上已成熟，可投入商业运营，为低空旅游等产业服务，充分体现了浮空器在工程化应用的可行性。 # (2) 专业技术 当前，浮空器材料科学和设计制造的进步已为浮空器的规模化应用提供了坚实基础。在高强度的囊体材料方面，采用多层复合结构，抗拉强度可达 $1000\mathrm{N / cm}$ 以上，且具有优异的耐候性和抗紫外线能力。与此同时，高性能阻氦/氢气薄膜材料的研发进一步降低气体渗透率，使浮空器可维持长时间滞空。 现代浮空器的制造工艺已向模块化、智能化方向发展。囊体采用自动化裁剪与高精度焊接技术（如热合、射频焊接），保证接缝强度达到主体材料的 $90\%$ 以上。此外，AI辅助设计与数字孪生技术优化了浮空器的气动外形与结构强度，减少试验周期和成本。充放气机构、推进系统和能源管理模块的集成化设计，使浮空器具备快速部署和可维修性，适用于物流运输、通信中继等商业场景。 # （3）载荷及作业设备 浮空器在低空经济中的应用很大程度上取决于其载荷能力的技术成熟度。现代浮空器已具备可靠的载荷适配性，能够满足不同场景需求。 成熟的雷达、光电吊舱和通信中继设备已广泛应用于浮空器平台。 例如，气象探测浮空器可搭载多普勒雷达和高光谱相机，实现精准气象监测；通信浮空器可安装5G基站或卫星中继设备，提供稳定的大范围网络覆盖。其稳定的悬停能力确保了长时间连续观测与通信，显著优于无人机等短航时平台。此外，浮空器还可集成风力发电机、高压线巡检机器人等特种设备，满足多样化需求。浮空器的载荷技术成熟且灵活，能够支撑低空经济的多场景应用。 # 2.3.2浮空器用于低空经济的经济可行性 低空经济的规模化依赖低成本、可持续的硬件解决方案，而浮空器在该方面具有天然优势。运营成本优势方面，传统直升机吨千米成本约3-5美元，而浮空器（如Airlander10）可降至0.2-0.5美元，主要得益于轻量级结构设计、低能耗推进系统（氢燃料/电力）以及近乎零地面基础设施依赖。任务经济性方面，浮空器可长期连续滞空，大幅降低重复起降带来的能源损耗和人力成本。在通信中继场景中，系留气球可替代部分卫星功能，部署成本仅为同覆盖面积地面基站的 $20\%$ ，且无需频繁维护。在场景适配性方面，对起降场地无要求，适合荒漠、海岛等基础设施薄弱区域。例如，亚马逊雨林物资运输中，浮空器比固定翼飞机节省 $40\%$ 的物流成本，且能实现点对点直达，避免中转损耗。 表 2-2 浮空器成本优势分析 成本优势 具体表现 对比对象 数据指标 典型应用案例 能源消耗成本 使用氢燃料/混合电力系统 直升机/固定翼飞机 0.2-0.5美元/吨千米 Airlander 10货运飞艇（英国） 依靠浮力抵消部分重力 (直升机3-5美元) 人力运维成本 自动起降+远程监控单次任务无需中途加油/检修 有人驾驶航空器 运维人员减少60% 洛克希德·马丁LMH-1(美国) 基础设施成本 无需跑道/机场系留锚泊点建设成本 传统航空运输 节省机场建设费用85% 中国“圆梦号”偏远地区运输 任务持续性成本 长时持续滞空能力免去多次起降的能源损耗 多旋翼/固定翼无人机 单位时间作业成本降低70% Google Loon平流层通信气球 特殊场景节约成本 点对点直达避免中转适应极地/海岛等特殊地形 陆地交通+航空中转 亚马逊雨林运输成本降40% 俄罗斯ATLANT货运飞艇 隐性环保成本 零碳排放(氢能版本)噪音污染 燃油动力航空器 碳税节省$120/吨 法国 FlyingWhales 环保物流 # 2.3.3 浮空器用于低空经济的政策可行性 在政策支持方面，浮空器作为低空飞行器的重要类型，其在低空经济领域的应用得到了政策层面的有力支持，展现出显著的政策可行性。从国家到地方，在适航管理、空域管理、产业扶持等多方面政策均对浮空器用于低空经济展现出积极支持态度，通过简化审批流程、优化空域使用、提供资金补贴与技术研发支持等方式，为浮空器在低空经济领域的广泛应用与产业发展提供了坚实政策保障，其政策可行 性强，未来有望在政策推动下，实现浮空器产业与低空经济的深度融合与协同发展。 浮空器用于低空经济在政策支撑方面同样面临挑战，尽管我国低空空域管理改革持续推进，但目前低空使用仍受军方和民航局的严格管控，浮空器的航线审批、飞行高度、空域使用均面临复杂程序，仍需时间探索更高效的监管模式。相较于无人机和传统航空器，浮空器的适航认证体系仍在建设中。企业需要与民航局逐案协商，增加了研发成本和商业化时间。目前浮空器产业的政府补贴和专项基金相对eVTOL较少。此外，浮空器在城市低空运行涉及安全保障、噪音影响及隐私问题，可能面临地方政府的限制政策。 总体来看，浮空器在低空经济的应用具备政策优势，尤其是军事、应急和绿色航空领域。但空域管理、适航认证和产业扶持等挑战仍需突破。未来若能推动低空开放试点、加快标准制定、完善安全监管，浮空器有望成为低空经济的重要载体。 # 第三章 浮空器低空应用场景 # 3.1 旅游观光 # 3.1.1 需求定位 在全球旅游业从“量增”向“质升”转型的背景下，浮空器（包括热气球、系留气球、飞艇）正成为颠覆传统旅游体验的创新载体。据文旅部统计，2024年国内出游达56.14亿人次，旅游总花费5.75万亿元，庞大的市场对新型业态的融合提出了更高需求。《2025中国低空旅游市场需求调查报告》显示， $60\%$ 消费者明确表达参与低空旅游的意愿，其核心吸引力在于“视角独特性”与“体验新颖性”，当代游客已从静态观景转向追求多维感官刺激与社交分享价值。 在低空旅游观光中，浮空器核心优势在于低空长航时悬停与全景无遮挡视野，通过提供独特的空中观景视角和沉浸式体验特性，不仅改变了传统观光模式，更推动了旅游空间从“二维地面”向“三维空域”的拓展。 与其他平台相比，浮空器为旅游观光产业长期存在的结构性难题提供了全新解决方案，具有以下核心优势： (1) 突破空间承载瓶颈：热门景区长期面临“超载”困境。数据显示，2024年，八达岭长城通过低空旅游项目接待1.6万人次，有效分流地面客流。浮空器飞行速度较慢，高度适中，能让游客在空中从容欣赏风景，获得沉浸式全景体验。并且，载人飞艇一次性可载客人数远超过直升机，不仅可提升飞艇旅游的经济性和运营效率，也为游客 提供了更丰富的社交与观光体验。 （2）缓解资源开发矛盾：偏远景区因交通不便开发受限。飞艇的垂直起降特性避免修建公路对生态的破坏。在黄河大峡谷项目中，载人飞艇可低速巡航、悬停观景，避开云层遮挡，清晰俯瞰地貌细节，使“黄河如带、长城如龙”的奇观从画卷走进现实，激活偏远地貌的旅游价值。 （3）解决淡季引流困境：浮空器通过“低空+夜游”模式可激活夜间经济。2024年10月，云南告庄西双景上空载人观光系留气球升空至150米，提供360度全方位观景体验，丰富了夜间文旅体验，累计接待旅客超3万人次，打响了“云南之夜”夜间经济品牌。 （4）满足多元化市场需求：随着旅游消费升级，游客对旅游体验的需求日益多样化。浮空器观光项目可满足不同游客群体的需求，如城市观光游客、情侣及家庭游客、商务游客、摄影爱好者等。对于追求高端体验的游客，浮空器还可提供各类定制服务。 （5）助力景区营销推广：浮空器本身具有较强的视觉冲击力，可成为景区独特地标和吸引点。此外，浮空器还可结合广告宣传功能，为景区进行品牌推广和营销，提升景区的知名度和美誉度。 浮空器在旅游场景的核心价值在于重构了“空间-体验-经济”三维关系。在空间维度，浮空器可突破地形限制，激活偏远景区资源，对非传统旅游资源的价值起到了释放作用；在体验维度，实现了从“看风景”到“融于天空”的体验跃迁，推动旅游体验向沉浸化、交互化演进；在经济维度，浮空器年游客量预计超百万人次，年收入近亿元， 可带动周边餐饮收入增长，对区域经济有乘数效应。 # 3.1.2 应用场景 基于不同目标客群需求呈现出的多元化和分层化特征，浮空器在低空旅游观光中可以细分为多个场景，主要包括航空运动、观光游览、娱乐体验、全景漫游和主题旅游。 # 3.1.2.1 航空运动 热气球作为历史最悠久的航空运动之一，以其特有的休闲体验和对自然气流的依赖，兼具观赏性与参与性，在旅游观光领域中扮演着独特的角色，通过航空运动类大型赛事和节庆活动能瞬间引爆当地旅游市场。区别于飞机、滑翔机等“重于空气”的航空器运动，热气球依赖热空气产生的浮力升空，通过调整高度借助不同风向实现航行。在形式上，主要分为休闲飞行（体验式飞行）、竞赛飞行（如精确定点着陆、多站点飞行竞速）和表演飞行（如热气球嘉年华、夜间灯光秀）三类。 # 3.1.2.2 观光游览 近年来，气球类空中游览项目凭借独特的观景体验成为旅游市场新宠，吸引了大量游客。 特飞所研发制造的云中漫步@观光系留气球是一类无动力类A级大型游乐设施。目前，已发展形成多种型号类别，除SZ300A、SZ200观光系留气球外，还包括TF300系留气球（载客2人）和TF200空中单车（载客1人）。 图3-2杭州西溪湿地公园上空的SZ300A（左图）和荆门爱飞客小镇上空的SZ200（右图） SZ300A云中漫步观光系留气球可搭载游客升空至150米，在空中进行观光游览；SZ200可移动版观光系留气球，可搭载游客升空至100米，该产品将所有地面设备集成为一体，省去了固有的场地基础建设，也为运营商转场提供了便利。 # 3.1.2.3 娱乐飞行 图3-3（1）横店影视城上空的TF300（2）三亚大东海区上空的TF200 不同于SZ300A和SZ200观光系留气球，TF300系留气球和TF200空中单车通过不同气球设计和创新操作模式，注重引导达成游客的低空互动参与度。TF300系留气球将原有吊篮框架改为安全座椅式，增加了变频功能，可搭载2名游客升空至60米，游客体验感、参与感更强；TF200空中单车则提供了无动力的骑行体验，可使游客在不高于25米的大跨度升限范围内独自进行空中骑行，可室内也可室外， 经济环保，可靠性好，安全性高。 # 3.1.2.4 全景漫游 载人飞艇主要用于载人空中旅游观光，包括空中游览（A-A）和异地短途观光（A-B）两种任务模式。 图3-4AS700低空旅游应用场景演示飞行 飞艇全景低空漫游结合了低空飞行与全景视角技术，通过氦气飞艇缓慢平稳移动，为乘客提供 $360^{\circ}$ 无死角的沉浸式观景体验。2024年8月，AS700飞艇途经荆门漳河湖心岛、极客公园、荆门园博园等旅游景点，完成首次低空旅游应用场景演示飞行；11月珠海航展期间，AS700飞艇途径湖北石首、湖南邵阳、广西贺州等四省区到达广东珠海，围绕洪鹤大桥沿线开展演示飞行；12月，AS700飞艇转场绍兴越城，饱览镜湖湿地公园、黄酒小镇、浙东运河博物馆等越城美景，共搭载数百名游客；2025年五一期间，AS700飞艇惊现济南，串联千佛山、大明湖、CBD、华山等地，为泉城市民与游客带来了一场震撼的“云端盛宴”……。 # 3.1.2.5 主题旅游 飞艇在旅游观光中具有“低空视野开阔、飞行平稳、场景沉浸感强”的特点，结合其硬件特性（无需大规模改造），侧重“内容策划+ 轻量服务”，可打造差异化空中旅游观光体验。 “时空切片”时段主题：利用日出/日落/黄昏/夜间等特殊时段，搭配“限定景观+仪式感服务”，避开常规白天航线的同质化。其优势在于仅需调整飞行时间，无需改造飞艇，靠自然景观和轻服务溢价，操作性强。 “地域文化漫游”主题：将飞艇航线与当地文化、民俗、地标深度绑定，让观光成为“空中文化体验”，而非单纯看风景。优势在于深度挖掘地域资源，内容可复用，服务成本低。 “轻量社交场景”主题：利用飞艇封闭空间的“小而美”特性，聚焦闺蜜、情侣、家庭等小群体，设计低成本互动场景。优势在于无需改造飞艇，靠道具和互动设计提升体验，客群明确，易标准化复制。 “轻量级仪式感”主题：捕捉用户“特殊时刻纪念”需求（生日、求婚、毕业等），用飞艇的“高空独特性”承载仪式感，服务轻量化。优势在于服务模块化，可选择加购项目，灵活适配不同预算，提高用户付费意愿。 “摄影发烧友专线”。针对摄影爱好者，提供“无遮挡拍摄+专业角度规划”，解决地面拍摄的视野局限，优势在于精准对接小众刚需，服务成本低，客单价高。 城市功能主题融合。为拓展夜间经济与智慧服务，飞艇夜间旅游可通过“光影重构空间”+“科技激活文化”+“低碳重塑体验”三重革新，将黑暗转化为沉浸式叙事画布。提升景区夜间客流量，成为低空经济新的增长极。 # 3.1.3 挑战与建议 浮空器在旅游观光场景中，在提供“慢速、低空、全景”体验的同时，也面临着一系列挑战。 # 3.1.3.1 挑战 # （1）空域与法规 空域管理复杂。低空空域需与民航、军航、无人机等多方共享，而许多城市民航、军航、无人机活动频繁，低空空域的协调管理难度大，飞艇观光航线的审批流程复杂，审批周期长、飞行窗口窄，可能影响项目的推进和运营效率。 同时，随着2025年6月21日民航局飞标司发布新修订的《空中游览和体验带飞》政策首次将飞艇纳入CCAR-135部长途空中游览飞行适用范围，飞艇的运营还需符合《空中游览和体验带飞》这一行业标准中对障碍物、飞行高度、应急程序等的硬性要求。 # （2）飞艇从业队伍紧缺 飞艇驾驶员人才短缺。我国飞艇商用驾驶员一直存在较大缺口。根据中国民航局发布的《中国民航驾驶员发展年度报告（2021年）》表1-3：2017-2021年我国驾驶员执照上运动类航空器登记签注数量统计：2021年“小型飞艇”栏为3人，且2019-2021年连续维持3人，无新增。2022-2024年民航局公开版本未再细分“小型飞艇”栏，故目前最新官方数据仍维持在2021年3人。尽管2025年7月中国特种飞行器研究所启动首批AS700载人飞艇商用驾驶员培训，首批在训学员3人，预计全年不超过10人。综合判断可知：全国持有任何类别 飞艇驾驶资质（运动类/载人飞艇商照）的在册驾驶员总数仍不足20人，缺口极大。 # (3) 基础设施缺口 基础设施不足。飞艇需要专门的起降场地、锚泊车、系留桩、停泊库棚及维护设施，而目前相关基础设施普遍不足，选址和建设也受到了城市规划、土地用途等多种因素制约。传统景区更是缺乏此类配套设施的建立。 # (4) 市场与运营 市场竞争激烈。随着旅游业的发展，新型旅游项目不断涌现，飞艇旅游需要与直升机观光等产品竞争，若不能突出特色，则难以吸引游客。 运营成本较高。飞艇和大型系留气球的购置成本高，且氦气等浮升气体费用昂贵，日常维护，人员培训等也需要大量资金投入，导致票价可能较高，高票价可能影响游客的消费意愿，限制客群规模，低票价又难以回本，需精确测算客单价与上座率的平衡点。 # 3.1.3.2 发展建议 # (1) 政府牵头，多方协同 由地方文旅部门统筹空管、应急、气象、交通等单位，建立“低空观光协调小组”。统一受理飞行计划、气象预警、应急救援，减少企业多头沟通成本。政府相关部门应牵头建立专门的低空旅游空域管理协调机制，优化空域协调，简化审批流程，明确审批标准和时限，为飞艇观光项目提供便利；制定严格的飞艇观光运营安全标准和规范，强 化安全保障，加强对飞艇定期检查和维护，对操作人员进行专业培训和考核，建立完善的应急救援体系，定期开展应急演练；与气象部门合作，加强气象监测，建立精确的气象监测与预警系统，实时为飞艇运营提供气象信息，提前做好应对恶劣天气的准备，制定应急预案；也可多方鼓励飞艇运营相关方选择气象相对稳定、空域冲突少的景区开展1-2条短线试点，积累运营数据与游客反馈。 # (2) 完善体系，扩大人才供给规模 解决飞艇驾驶员短缺，核心是完善培训体系，扩大人才储备。可依托航空院校、通航企业、行业协会，建立“院校基础教育+企业实操培训”的合作模式，将飞艇驾驶纳入通用航空人才培养范畴，而非仅依赖于小众专项培训，扩大招生基数。同时可优化培训资源配置，如增加“祥云”AS700系列飞艇教练艇和专业教官数量，缩短培训周期，同时开发线上理论课程（如法规、基础原理），灵活适配学员时间，降低学习成本，吸引更多跨行业人才加入。 # (3) 模块化、轻量化基建 各地应根据旅游发展规划，完善基础设施，合理布局飞艇起降场地，配套建设相关设施，鼓励企业与景区合作，利用景区现有场地和资源降低建设成本。起降场地可采用可移动式系留塔、折叠机库，减少对景区土地和风貌的破坏。配套充电桩、氦气罐集装箱化，淡季可整体撤场。 # (4) 体验分级，票价多元化 结合当地旅游资源和文化特色，设计独特的飞艇观光航线和体验 项目，如飞艇夜间灯光秀观光等主题活动，同时加强宣传推广，利用社交媒体、旅游展会等渠道，提高飞艇旅游的知名度和吸引力。同时，可设置“10分钟俯瞰”、“30分钟日落航线”、“空中下午茶”等差异化产品，采用动态定价（平日/节假日、早鸟/现场），并绑定酒店、演艺等景区二次消费，提升客单价与复购率。 探索更经济的浮升气体替代方案控制运营成本，或提高氦气回收利用率，同时优化运营管理流程，提高设备利用率，通过规模化经营等方式降低成本，制定合理票价。 通过以上“先试点、再推广”的策略，以及法规、人才、基建、商业模式的同步优化，浮空器旅游观光有望从“概念打卡”走向可持续运营，为目的地创造新的低空经济增量。 # 3.2 物流运输 # 3.2.1 需求定位 当前，全球物流运输行业呈现出快速发展态势，但也面临着日益增长的压力和挑战。传统的物流运输方式，如公路、铁路、海运和航空运输在满足不断增长的运输需求方面逐渐显露出局限性。公路运输受限于交通拥堵、运输距离和载重量；铁路运输灵活性不足，线路铺设覆盖范围有限；海运速度较慢，运输周期长；航空运输成本高昂，且对货物尺寸和重量有严格限制。 整体看来，传统物流运输网络受限于二维地面路径依赖与基础设施刚性约束，在时效性、可达性、可持续性方面，尤其是在偏远地区 可达性、超大货物运输经济性及环境可持续性等方面面临严峻挑战。同时，随着全球贸易的深入发展，特别是“一带一路”倡议的推进，对跨区域、长距离、大运量的物流运输需求不断增加，现有传统物流运输方式难以完全满足这些市场需求。 重载飞艇在物流运输中具有以下优势： （1）解决偏远地区最后一公里运输难题：在一些偏远山区、海岛或交通不便，公路、铁路等传统运输方式难以到达地区，重载飞艇可凭借其对起降场地要求低的特点，将货物直接送达目的地，实现“门到门”运输服务，有效解决“最后一公里”物流瓶颈。 (2) 满足特殊货物的运输需求: 对于超大尺寸、超重货物, 如风力发电设备、大型建筑模块、桥梁构建等, 传统运输工具往往无法承载或运输难度大, 重载飞艇的大载荷能力使其成为这类货物运输的理想选择。如, 重载飞艇可将大型风力发电涡轮运输至山区安装地点。 (3) 实现跨区域长距离的大运量运输: 在长距离大运量物流运输中, 海运虽然成本较低但其速度较慢; 航空运输速度快但成本高昂。重载飞艇既具备较大的载重量又能以相对较快的速度（与海运相比）完成长距离运输, 且运输成本相对航空运输较低。 （4）拓展物流运输网络：重载飞艇能够到达传统运输方式难以触及的地区，拓展了物流运输网络的覆盖范围，促进了区域间的经济交流与合作，为一些原本经济相对落后、交通不便的地区带来了发展机遇。 （5）促进多式联运模式的完善：重载飞艇可与公里、铁路、海 运、航空等传统运输方式结合，形成多式联运的创新模式。例如，重载飞艇可将货物从内陆地区运输到港口，再通过海运运往世界各地；或者先通过海运将货物运至沿海地区，再利用重载飞艇将货物转运至内陆偏远地区，实现各种运输方式的优势互补，提高物流运输的整体效率和效益。 重载飞艇通过开辟低空空域资源，正在引发物流系统的范式变革。在空间维度：突破地形限制，实现点对点直线运输，航线距离比陆路大大缩短（如山区物资接送）；在时间维度，重载飞艇点对点的直达能力、超大载重减少运输频次、垂直起降消除基础设施依赖，尤其在偏远地区、紧急救援和特殊场景物流需求下占据相对优势。 # 3.2.2 应用场景 重载飞艇由可装载不同形式货物的飞艇，以及支持运营的地面设施组成。重载飞艇可采用无人设计方案，在执行各种任务的过程中，由地面测控车上的一名飞行员和一名载荷操纵员共同完成。 # 3.2.3.1 大型异构件运输 图3-5大型异构件运输示意图 针对传统运输方式无法解决大型异构件（风电叶片、铁塔、航天器舱段等超限设备）运输中结构性痛点，重载飞艇以三维空间自由通行破解物理限制，用毫米级精准吊装取代高成本地面改造，凭借恒稳环境保障终结精密设备运输风险。 重载飞艇使“工程整体预制、现场直接安装”成为可能，推动制造业模块化革命；为能源、航天、国防等战略领域构建抗中断供应链；以绿色运输支撑全球工业脱碳进程。 # 3.2.3.2 高原运输 图3-6 高原运输示意图 针对传统运输方式在高原运输场景中效率低、成本高、环境影响大、可达性差等问题，重载飞艇通过浮空技术突破地形限制、混合动力解决高原能效、垂直起降实现无基础设施运营，成为了高原运输变革性方案。其意义远超物流范畴，是高原地区经济融合、民生保障、国防安全、生态保护的战略支撑工具。 未来10年，重载飞艇有望成为高原运输主力载体，重塑欧亚大陆高海拔地区交通格局。 # 3.2.3.3 集装箱运输 吊装前准备 吊装集装箱 飞艇撤离 图3-7 集装箱运输示意图 针对港口拥堵、多式联运效率低、高碳排放、偏远地区覆盖难等全球物流体系痛点，重载飞艇通过垂直立体化物流网络替代传统平面联运模式，以无设施依赖、新能源驱动、智能调度三大突破，直击全球供应链时效、成本与环保痛点。 重载飞艇集装箱运输不仅是物流技术的革新，更是重构全球供应链、破解地缘困局的战略支点：为高附加值货物提供海运成本+空运时效的第三选择；构建韧性物流体系，助力国家能源安全与海外利益保护；推动航运业实现IMO2050零碳目标。 # 3.2.3.4 岛礁开发与运输 运输前准备 运输中 安全降落 图3-8岛礁开发与运输示意图 针对传统海运效率低下、生态环境脆弱、战略补给困难三大核心痛点，重载飞艇可以“空运规模+海运成本”破解地理绝境，用零接触作业守护脆弱生态；为海洋国土提供及时开发能力，将“主权存在”转化为“有效治理”；使海岛开发从“环境掠夺”转向“生态共荣”。 随着《全国生态岛礁工程“十三五”规划》的持续推进，重载飞艇正成为蓝色国土开发的核心基础设施，重塑人类利用海洋的技术边界。 # 3.2.3.5 应急救援 人员、物资运输 运输前准备 安全降落 图3-9应急救援示意图 针对传统救援体系反应慢、运力弱、环境适应差三大致命痛点，重载飞艇以“大运力投送、无设施起降、多灾种适配”为核心突破，重塑极端条件下的生命救援规则。 重载飞艇在应急救援中不仅是运输工具，更是移动的生命方舟、空中重建基地和人道主义旗帜，重构灾害响应逻辑，成为守护生命的“终极救援堡垒”。 # 3.2.3 挑战与建议 重载飞艇在物流运输领域展现出显著潜力，尤其是在偏远地区、跨境运输及特种运输场景中，然而，其规模化应用仍面临多重挑战。 # 3.2.3.1 核心挑战 # (1) 技术层面 重载飞艇在装卸货物时，在载重与平衡控制方面，随着载重量的 增加，如何确保飞艇在飞行过程中载重平衡，以及在装卸货物时避免因重量变化导致的飞行不稳定，是需要解决的关键技术问题之一；在动力与推进系统方面，目前重载飞艇的动力和推进系统还不够完善，存在能源效率低、推力不足等问题，影响飞艇的飞行速度和续航能力，需要进一步研发高效、可靠的动力技术，如新型混合动力系统、先进的推进器等；在飞行稳定性与操控性上，由于飞艇体积庞大、受风等外界因素影响较大，在飞行过程中保持稳定性和精确操控具有一定难度，需要不断优化飞行控制系统和导航技术，提高飞艇在复杂气象条件下的飞行安全性和操控精度。 # (2) 成本层面 在研发与制造成本方面，重载飞艇的研发和制造需要大量的资金和技术投入，涉及到先进的材料、复杂的设计和高精度的制造工艺，导致其前期成本居高不下，限制了其大规模推广应用。 在运营成本方面，尽管重载飞艇在能耗和基础设施建设方面，具有一定成本优势，但在运营过程中，仍面临高昂的维护费、氦气补充成本以及人力资源成本等问题，需要进一步优化运营管理，降低运营成本。同时，缺乏专门为其设计的停靠、维护设施，限制了重载飞艇的大规模应用。 # (3) 运营管理层面 多艘重载飞艇协同运输时，对无线传输技术要求高，需沿途动态信号管制，难度较大。此外，目前针对重载飞艇物流运输的相关法规和标准不完善，包括适航认证、运营许可、安全监管等，缺乏明确统 一的规范和指导，这给重载飞艇商业化运营带来了一定的法律风险和不确定性，制约了其在物流运输市场上的发展。 # (4) 市场认知与接受度 由于重载飞艇是一种相对新型的运输工具，市场对其性能、安全性和可靠性的认知还不够充分，许多企业和客户对使用重载飞艇进行物流运输持观望态度，需要加强市场推广和宣传，提高市场对重载飞艇的认知度和接受度。 # 3.2.3.2 发展建议 # （1）加强技术研发投入 政府和企业应加大对重载飞艇技术研发的资金支持，鼓励科研机构和高效开展相关技术研究，重点攻克动力系统、飞行控制、载重平衡等关键技术难题，提高重载飞艇的性能和可靠性。研发高性能压缩机，实现快速压缩轻质气体以控制浮力。提升飞行控制系统的抗干扰能力和自适应能力，安装气象监测设备，实施调整飞行路线和高度。此外，可探索新型动力源，提供飞行速度和续航能力。 # (2) 优化成本控制 通过技术创新和规模化生产降低研发与制造成本；优化运营管理流程，提高运营效率，降低运营成本；同时，加大对氦气替代气体或新型浮力技术的研发投入，探索寻找氦气替代气体或降低氦气使用成本的方法，以减轻成本压力；通过规模化生产和优化运营流程，降低飞艇的建造成本和运营成本，提高经济效益。 # (3) 完善运营管理 政府相关部门应尽快完善和制定重载飞艇的法规和标准，明确适航认证、运营许可、安全监管等方面的要求，为其商业化运营提供法律保障和规范指导。建立统一的空中交通管理系统，利用卫星通信等技术，实现对重载飞艇的实时监控和精准管制。 同时，应规划建设大型重载飞艇制造基地和专用起降场地，配备专业的维护设施和设备。加强与现有物流基础设施的对接，提高货物装卸和转运效率。 # (4) 加强市场推广与合作 加强对重载飞艇在物流运输领域优势和应用案例的宣传推广，提高市场认知度和接受度；同时，加强企业间合作与交流，推动重载飞艇产业链的协同发展，挖掘重载飞艇在物流运输市场的应用潜力。 # 3.3 空中信息管理 # 3.3.1 需求定位 浮空器凭借其长航时、广覆盖、部署灵活、相对低成本等特点，在通信中继领域扮演着越来越重要的角色。浮空器通信中继是指利用轻于空气的航空器，搭载通信载荷（如无线电中继设备、基站、天线），悬停在低空或临近空间，作为空中通信节点，为地面、海上或空中的用户提供信号转发、覆盖扩展和网络连接服务。其本质是在地面基站/卫星与用户终端之间，增加一个稳定的空中“跳板”。 浮空器作为空中通信中继节点具有自身的独特优势，可以用来弥补卫星、有人/无人飞机通信中继能力的不足。各国都在不断开展对浮 空器作为通信中继节点方面的研究，且一些新的应用正逐渐兴起。 与其他平台相比，浮空器在通信中继上具有以下核心优势： # (1) 超长航时 这是浮空器最突出的优势。系留气球或飞艇可以在指定空域持续驻留数天、数周甚至数月（取决于设计、能源和维护），远超过固定翼无人机或旋翼无人机（通常数小时）。这对于需要持久存在的通信任务至关重要。 # (2) 广域覆盖 部署在几百米到几千米高度，单个浮空器就能覆盖半径数十甚至上百千米的区域（受地形、载荷功率和频率影响），有效克服地面障碍物（如山脉、高楼、森林）造成的信号遮挡。 # (3) 部署灵活与快速响应 相对卫星，部署周期短、成本低；相对建设地面铁塔，不受地理限制（如海洋、山区、灾区），可快速机动部署到需要覆盖的区域。系留气球尤其适合快速部署。 # (4) 相对低成本 相比卫星的制造和发射成本，浮空器的制造、运行和维护成本显著降低。运行成本也远低于需要频繁起降和加油的有人/无人机。 # (5) 稳定性 设计良好的系留气球或飞艇在合适的气象条件下，位置相对稳定，提供稳定的通信链路。 # (6) 有效载荷能力 能搭载较大型、功率较高的通信设备，提供更强的信号和更大的带宽。 # (7) 低延迟 相对于地球同步轨道卫星（延迟高达数百毫秒），低空浮空器的信号延迟非常低（通常在毫秒级），更接近地面基站的体验，适合实时性要求高的应用（如视频通话、实时控制）。 # 3.3.2浮空器通信中继应用场景 浮空器通信中继的核心价值在于解决覆盖盲区、应急通信、临时覆盖和网络增强问题，具体应用包括： （1）应急通信与灾害救援：在地震、洪水、飓风、山火等灾害发生后，地面通信基础设施（基站、光缆）往往遭到严重破坏，灾区通信中断。此时浮空器可快速部署到灾区上空，迅速恢复受灾区域的基本语音、短信和窄带数据通信，保障救援指挥调度、灾情信息上报、受灾群众联络等生命线通信。其长航时特性确保在基础设施修复期间持续提供服务。 （2）偏远地区与特殊区域覆盖：在广阔的农村、山区、沙漠、海洋、边境、岛屿等地区，人口分散或地理环境恶劣，铺设光纤和建设地面基站成本极高、周期长、维护困难。浮空器提供一种经济高效的覆盖方案。一个或几个浮空器即可覆盖大片区域，为当地居民、边防哨所、海上作业平台、科考队等提供基本的移动通信（2G/3G/4G/5G）、宽带互联网接入服务，弥合数字鸿沟。 （3）军事通信与战场网络：战场上环境瞬息万变，地形复杂， 固定通信设施易受攻击，部队机动性强，需要灵活、可靠、抗毁的通信网络。而浮空器有以下应用： a)战场通信枢纽：作为可移动的通信中继站，连接前线部队、指挥中心、侦察单元、无人机等，扩展通信距离，保障指挥链路畅通。 b)网络增强与抗毁：在地面网络节点被摧毁或信号受阻时，提供备份通信链路，增强战场网络的韧性和生存能力。 c) 超视距通信: 在复杂地形（山地、城市）中, 为地面部队和车辆提供超视距通信能力。 d) 情报、监视与侦察数据回传：作为侦察无人机、地面传感器等ISR平台的数据回传中继节点。 （4）大型活动与临时需求：一些体育赛事（奥运会、世界杯）、大型展会、音乐会、节日庆典、临时工地、野外勘探等，人口瞬时高度密集或出现在基础设施薄弱的区域，现有网络容量不足。此时可以快速部署浮空器，提供额外的高容量、高密度的移动通信覆盖（4G/5G）和Wi-Fi热点，满足大量用户同时接入、高清直播、数据传输等需求，保障活动顺利进行，结束后可快速撤收。 （5）物联网广域连接：对于农业物联网（大田监测）、环境监测（森林、湖泊、大气）、基础设施监控（管道、电网）、物流追踪等，需要在广阔区域内部署大量低功耗传感器。浮空器作为覆盖范围广、部署灵活的低功耗广域网络基站，高效地收集和回传海量物联网终端的数据，解决地面基站覆盖不足的问题。 (6) 海上通信与监视: 近海作业平台、渔船、海上执法巡逻、搜 救行动等，离岸后地面基站信号覆盖有限，卫星通信成本高、带宽有限。部署在海岸或大型船只上的系留气球或飞艇，可显著扩展对近海区域（几十至上百、千米）的通信覆盖，为船只、平台提供经济高效的宽带通信、视频监控回传和搜救协调支持。 （7）网络备份与补充：为关键设施（如核电站、政府机构、金融中心）或重要通信干线提供额外的、冗余的通信链路。在极端情况（如自然灾害、人为破坏）导致地面网络中断时，浮空器可作为应急备份通信节点启用，保障关键通信不中断。 浮空器通信中继可以成为解决广域、持久、灵活、低成本通信覆盖需求的有效手段。它在应急救灾、偏远覆盖、军事通信、大型活动保障、物联网连接等领域展现出独特的优势。随着材料科学、能源技术、自主控制技术和通信载荷的不断进步，浮空器在通信中继领域的应用潜力将进一步释放，性能和可靠性将持续提升，成为未来空天地海一体化信息网络的重要组成部分。 # 3.3.3 挑战与建议 # 3.3.3.1 面临的挑战 浮空器通信中继可以成为解决广域、持久、灵活、低成本通信覆盖需求的有效手段。它在应急救灾、偏远覆盖、军事通信、大型活动保障、物联网连接等领域展现出独特的优势。浮空器通信中继在研发和应用中面临多方面挑战，主要包括以下几点： # (1) 材料技术瓶颈 浮空器的气囊、骨架等结构需兼顾轻量化与高强度，以承受高空低气压、大温差等极端环境。目前与欧美、日本的高性能材料相比，国内在材料研发、性能评估及氦气密封技术上仍存在一定差距，这影响着浮空器的可靠性和寿命。 # (2) 能源与动力系统限制 先进浮空器采用太阳能供电，但现有太阳能电池效率有限，难以满足长时间高功率需求（如搭载大型雷达或通信设备）。此外，高空低气压环境对动力系统效率影响显著，传统推进方式需适应特殊工况，地面测试与实际高空性能存在差异。 # (3) 气动与飞行控制难 浮空器体积庞大，易受风力影响产生偏航、翻滚等问题。现有气动模型和飞行控制技术难以精准预测和应对复杂气流，需开发专用的动力学模型和复合控制策略。 # (4) 系统集成与可靠性 浮空器通信中继需整合通信设备、能源管理、导航等子系统，各系统耦合性强，协同工作难度大。长期驻空运行对系统可靠性要求极高，任何部件故障都可能影响任务执行。 # (5) 生存与抗干扰能力 在军事或复杂环境中，浮空器易受电磁干扰、敌方攻击等威胁。尽管部分飞艇具备一定抗风能力，但针对定向攻击或电子干扰的防护技术仍需完善。 综上，目前通信中继浮空器的技术成熟度仍处于发展阶段，随着材料科学、能源技术、自主控制技术和通信载荷等不断进步，浮空器在通信中继领域的应用潜力将进一步释放，性能和可靠性将持续提升，成为未来空天地海一体化信息网络的重要组成部分。 # 3.3.3.2 发展建议 浮空器通信中继的发展建议如下： # （1）技术研发方面 A、提升续航能力：研发更高效的能源系统，如太阳能电池、氢氧燃料电池等，以延长浮空器的留空时间，满足长时间通信中继任务需求。 B、增强载荷能力：优化浮空器结构设计，采用轻质高强度材料，提高浮空器的载荷能力，以便搭载更多、更先进的通信设备。 C、提高通信性能：研发高性能的通信设备和天线，提升通信带宽、信号强度和抗干扰能力，确保通信的稳定性和可靠性。 D、优化控制系统：开发先进的飞行控制系统和导航系统，提高浮空器的飞行精度和稳定性，实现精确的定点驻留和机动飞行。 # (2) 应用场景拓展方面 A、军事领域：与卫星通信、地面通信等系统协同工作，构建多层次、多维度的通信网络，提高军事通信的覆盖范围和抗毁能力。在战时或紧急情况下，为作战部队提供可靠的通信保障。 B、民用领域：为偏远地区、山区、海洋等通信覆盖困难的区域提供通信服务，解决通信盲区问题。在灾害救援、应急通信等场景中发挥重要作用，保障救援工作的顺利进行。 C、科研领域：搭载科研设备，开展大气探测、气象监测、环境监测等科研任务，为科学研究提供数据支持。 # (3) 产业发展方面 A、加强产学研合作：促进高校、科研机构和企业之间的合作，共同开展技术研发和项目示范，加速技术成果转化和产业化进程。 B、培养专业人才：建立人才培养体系，培养通信中继飞艇领域的专业技术人才，包括飞艇设计、制造、通信技术、飞行控制等方面的人才。 C、完善产业链：推动上下游产业链的发展，包括浮空器制造、通信设备研发、能源供应、地面保障等环节，形成完整的产业生态。 # (4) 政策支持方面 A、制定发展规划：政府应制定通信中继浮空器的发展规划，明确发展目标、任务和政策措施，引导产业健康发展。 B、提供资金支持：设立专项基金，支持通信中继浮空器的研发、示范和应用项目，降低企业研发成本和风险。 C、加强国际合作：积极参与国际交流与合作，引进国外先进技术和经验，推动通信中继浮空器技术的国际化发展。 # 3.4应急救援 # 3.4.1 需求定位 我国是世界上因自然灾害损失较为严重的国家之一。而我国有近 $70\%$ 的大城市， $50\%$ 以上的人口， $75\%$ 以上的工农业产值分布在气象，海洋，洪水、地震等灾害严重的地区。近年来，灾害事件呈现出日益加重的趋势，已成为影响经济社会持续发展的主要障碍之一。 长期以来，我国航空应急救援发展缓慢，救援飞行力量捉襟见肘，救援载体主要以直升机为主。然而国内专业的救援直升机也仅仅只有几十架，远远不能满足大规模的救援需求，特别是大中型直升机主要还是依靠少量国外进口。同时，航空应急救援工作除了需要相当数量的航空器外，还需要地面保障设施和各类专业人员队伍的共同发展作为基础。而由于管理理念，体制机制、经济水平等各方面的影响，导致应急救援基础不牢，持续发展后劲不足。在汶川大地震中，由于交通和通信全部中断，数以万计的灾民望眼欲穿，并受气象、地形、设备、机场等因素的限制，虽调集大量直升机，但其使用频率极低，极大影响救援速度和效果。 浮空器在应急救援中具有以下优势： # (1) 高效低耗，经济效益显著 首先，现代各类飞艇均采用氦气囊和新型吊舱形式，克服了以往氢气易燃易爆的问题，并在结构设计上采用高强度轻型合金材料与复合蒙皮材料，其强度得到进一步加强，气囊渗氦率得到显著的降低。一艘飞艇的造价仅为同型飞机的1/10，且使用费用低。系统开设时，其运行费用一般比飞机低 $75\% \sim 80\%$ 。其次，由于飞艇表面积较大， 可在飞艇表面积上安装太阳能电池组，配合可靠的蓄电池组成供电系统，用于飞艇的设备用电，可大量节约燃料的消耗，减少对空气的污染和飞艇使用成本，并可在夜间作为灾区上空的大型照明设备，对重点区域的抢救工作起到非常好的效果。 # (2) 安全性高，生存能力强 飞艇设计的压力调节系统，其主要根据艇载控制系统内的压力控制率对飞艇副气囊进行充放气控制，使囊体保持一定的外形刚度。当飞艇处于常压状态时，气囊内外压差很小，并且飞艇飞行速度较慢，即使出现氦气泄漏，其他完好的隔舱中的气囊所产生的静升力可继续维持飞艇的飞行，使地面人员或飞行人员有充分的救援时间，甚至有些损坏可以在飞行中进行修复，不会造成灾难性的后果。 # （3）低空飞行性能优越 飞艇可在离地面50米左右的低空中长时间安全飞行，并可以在空中长时间悬停。其低空性能是任何类型的飞机都不能比拟的。飞艇在进行飞行时，可在许多野外环境下垂直起降。 # 3.4.2浮空器应急救援应用场景 相对其他应急救援系统空中平台，飞艇可长时间驻空、准静止、可承载一定规模有效载荷等特点，其拥有显著的性能、价格及机动灵活等优势。 # （1）遥感遥测指挥中心 一旦灾情发生，灾区随时可能发生泥石流和塌方等一系列等情况，加上不良的气候环境，飞机不能超低空飞行、无法获取清晰的遥感图 像，救援人员不能正确判断灾区的实际情况，给救援带了不便。而飞艇可以在低空长时间巡航，如果给飞艇装上高分辨率的照相机和遥感设备，可以全天候24小时巡视监控受灾地区，并快速得出遥感图像，同时将所监测到的图像直接传到救援指挥部，为救灾提供连续的、系统全面的第一手灾区监控资料，为救灾决策服务。同时，飞艇所采集到的清晰照片可快速形成电子地图，为灾区重建提供精确的国土资源数据。 # （2）环境气象监控与保障 飞艇飞抵灾区上空，利用自身配置的气象雷达与气象监测设备，实现对灾区数万平方千米气象环境条件进行应急机动监测，随时为救援时采取的空运、空投和空降提供及时的气象保障信息，大幅度提高了救灾空运、空投和空降的快捷性，保证了救灾人员和设备的安全。 # （3）空中救援平台 汶川大地震中，我国出动了100多架直升机进行灾区救援，但由于直升机的运送能力较小，受气象条件的影响较大，对装载、着陆点的条件要求高，油料消耗也很大，只能运送轻型的救援设备和重伤病员。相比直升机来说，飞艇的有效载荷很大，一艘大型飞艇的运载能力直接可以取代将近百架的直升机，并且其飞行稳定，效率高，不受地理条件的约束，只要在允许飞行的风力范围内，飞艇可以直接到达灾区上空的任何地域，并能够悬停在离地面很近的地方。因此，飞艇可以绕开被毁的道路和机场，及时向各个受灾点运送救援人员、医疗药品以及救援所需的工程机械等大型救灾设备。及时撤出受灾群众， 从而减少更多的伤亡和损失。 # 3.4.3 挑战与建议 # 3.4.3.1 面临的挑战 浮空器在应急救援应用中面临以下主要挑战： # (1) 环境适应性不足 A、极端气象条件：在强风、暴雨、低温等恶劣天气下，浮空器的稳定性可能受影响，导致定位精度下降或设备故障。例如，高原地区空气稀薄可能降低浮力，影响其续航和作业能力。 B、复杂地形：山区、水域等复杂地形可能限制浮空器的起降和飞行范围，增加操作难度。 # (2) 技术可靠性问题 A、通信与导航：在“三断”（断路、断电、断网）场景下，浮空器需具备独立的通信和导航能力，但现有技术在复杂电磁环境中的抗干扰能力有待提升。 B、载荷能力：搭载高清摄像头、通信设备等载荷时，可能影响浮空器的飞行性能和续航时间，需优化设计以平衡载荷与稳定性。 # (3) 协同与标准化缺失 A、多平台协同：浮空器与无人机、直升机等其他救援装备的协同作业缺乏统一标准，通信协议不兼容可能导致信息传输延迟或冲突。 B、数据共享：不同救援团队之间缺乏统一的数据格式和共享平台，影响救援决策的及时性和准确性。 # (4) 人员与培训短板 A、操作资质：基层救援人员的浮空器操作资质参差不齐，部分人员缺乏专业培训，影响应急响应效率。 B、复合型人才短缺：既懂浮空器技术又熟悉救援流程的复合型人才不足，限制了新技术的应用和创新。 # (5) 政策与法规限制 A、空域管理：浮空器的飞行需遵守严格的空域管制规定，申请流程复杂，可能延误救援时机。 B、适航认证：缺乏统一的浮空器适航标准，影响其在不同地区的推广和应用。 综上，应急救援浮空器的发展需在技术优化、协同机制完善、人才培养和政策支持等方面协同推进，以充分发挥其在复杂救援场景中的优势。 # 3.4.3.2 发展建议 # （1）技术研发与创新 A、提升飞行性能：研发更高效的推进系统，提高浮空器的飞行速度、航程和机动性，使其能更快地抵达救援现场。优化气囊材料和结构设计，增强浮空器的抗风能力和稳定性，确保在复杂气象条件下安全飞行。 B、智能化与自动化：加强浮空器的智能化水平，配备先进的导航系统、自动避障系统和远程控制系统，提高救援效率和安全性。利 用人工智能技术，实现对救援现场的实时监测和分析，为救援决策提供支持。 C、能源系统优化：探索更高效的能源解决方案，如太阳能、氢能等，降低飞艇的运营成本和对传统能源的依赖。同时，提高能源系统的可靠性和安全性，确保浮空器在长时间飞行中能源供应稳定。 # (2) 应用场景拓展 A、多灾种救援：除了常见的地震、洪水等灾害救援，进一步拓展飞艇在森林火灾、泥石流、雪灾等其他灾种中的应用。针对不同灾种的特点，开发相应的救援设备和作业模式，提高飞艇的通用性和适应性。 B、城市应急救援：在城市中，飞艇可用于高层建筑救援、城市内涝排水、交通疏导等场景。例如，利用飞艇搭载救援设备和人员，快速到达被困人员所在位置，实施救援；或者利用飞艇进行城市空中巡逻，及时发现和处理突发事件。 C、海上救援：加强飞艇在海上救援领域的应用，如对遇险船只、海上作业平台等进行救援。飞艇可以在海上长时间停留，为救援人员提供稳定的作业平台，同时搭载更多的救援设备和物资。 # （3）产业合作与协同发展 A、产学研合作：加强高校、科研机构和企业之间的合作，共同开展应急救援飞艇的研发和应用研究。高校和科研机构可以提供技术支持和人才储备，企业则负责产品的生产和市场推广，形成产学研协同创新的格局。 B、产业链整合：整合应急救援飞艇产业链上下游资源，包括气囊材料供应商、动力系统制造商、导航设备供应商等，形成完整的产业链。通过产业链的整合，提高飞艇的生产效率和质量，降低成本，促进产业的健康发展。 C、国际合作：积极参与国际应急救援飞艇领域的合作与交流，学习和借鉴国外先进的技术和经验。同时，推动中国应急救援飞艇技术的国际化，将中国的飞艇产品和技术推向国际市场，提升中国在国际应急救援领域的影响力。 # （4）人才培养与培训 A、专业人才培养：加强应急救援飞艇专业人才的培养，包括飞艇驾驶员、维修人员、救援人员等。高校和职业院校可以开设相关专业课程，培养学生的理论知识和实践技能，为产业发展提供人才支持。 B、培训体系建设：建立完善的应急救援飞艇培训体系，包括飞艇操作培训、救援技能培训、应急处置培训等。培训内容应结合实际救援场景，提高培训的实用性和针对性，确保救援人员能够熟练掌握飞艇的操作和救援技能。 # (5) 政策支持与法规完善 A、政策扶持：政府应出台相关政策，支持应急救援飞艇产业发展，如提供财政补贴、税收优惠、科研经费支持等。同时，加大对应急救援飞艇基础设施建设的投入，如建设飞艇起降场、维护基地等。 B、法规制定：完善应急救援飞艇的法规和标准体系，规范飞艇的设计、制造、运营和管理。制定飞艇的适航标准、安全标准、救援 标准等，确保飞艇的安全性和可靠性。同时，加强对飞艇运营的监管，保障公众的生命财产安全。 # 3.5 区域安防 # 3.5.1 需求定位 动向侦测指对地面、海面或低空目标的移动状态、行为模式、轨迹变化进行实时或持续的感知、识别与追踪，涵盖车辆、人员、船舶、无人机等动态目标。浮空器平台通过搭载雷达、光电/红外传感器、电子侦察设备、通信侦听系统等载荷，悬停在数百米至数千米高度，形成稳定的“空中瞭望塔”。 其工作原理为：利用高度优势突破地形遮挡，扩大监视范围。通过传感器融合技术（如雷达+光学）实现对目标的探测、识别、跟踪与行为分析。数据通过高速链路实时回传至地面指挥中心。 浮空器在动向侦测领域凭借其长航时驻空、广域覆盖、低振动平台、灵活部署等特性，可以成为重要的低空监视平台。 浮空器能成为重要低空监视平台具有以下核心优势： (1) 超长航时持续监视: 系留气球/飞艇可连续驻空数天至数周 (远超无人机), 实现对重点区域的不间断监控, 避免监视盲区。 (2) 广域覆盖能力: 单平台可覆盖半径数十至上百、千米区域 (取决于高度与传感器性能), 大幅减少监控盲区。 (3) 稳定的低振动平台: 浮空器运动平缓, 为高精度传感器（如合成孔径雷达 SAR、高分辨率光学设备）提供稳定基座, 提升成像与 跟踪质量。 （4）部署灵活与快速响应：可在边境、海岸、战区、城市等区域快速部署，不受地面基础设施限制。 （5）隐蔽性与生存性：低噪音、无热辐射特征，不易被察觉；系留缆绳可提供防雷击和物理加固保护。 （6）多载荷集成能力：可同时搭载雷达、光电、信号侦察等多种传感器，实现多维度情报融合。 （7）相对低成本：运营成本显著低于同覆盖范围的有人侦察机或卫星。 # 3.5.2浮空器区域监视应用场景 浮空器区域监视的核心任务是提供持续、广域、高精度的动态目标感知能力，主要应用于以下领域： （1）边境与国土安全监控：在漫长陆地/海岸线存在非法越境、走私、渗透等威胁，地形复杂（山脉、沙漠、丛林）。因此可以全天候监视，雷达穿透云雾/黑夜，光电系统白天高清成像；还能对目标自动追踪，对车辆、人员、小船进行自动检测、分类与轨迹绘制；对异常移动模式（如徘徊、快速越境）实时报警；还可以引导地面巡逻队或无人机精准拦截目标。 （2）军事战场态势感知：战场环境动态变化，需实时掌握敌军部队调动、装备部署、后勤补给动向。因此可以利用浮空器监控敌后方梯队集结与机动路线；监视公路、铁路、桥梁的运输活动；侦测打击后目标区域的二次移动与修复行为；探测发射点位并追踪弹道轨迹。 （3）反恐与城市安防：大型活动、敏感区域需防范恐怖袭击、群体事件及犯罪活动。浮空器可以对人群进行动态分析，监测人流密度、移动方向与异常聚集；锁定嫌疑车辆或人员，预判其行动路径；为警方提供实时全景态势，协调地面警力。 （4）海上安全与监管：领海、专属经济区存在非法捕捞、走私、海盗、偷渡等威胁。浮空器能对广域海域进行巡逻，大范围扫描船舶动态，识别无AIS信号的“暗船”；对船只航迹进行模式识别；探测海面遇险目标（救生筏、落水人员）。 （5）灾害应急态势评估：地震、洪水后交通瘫痪，需掌握灾民转移、救援力量分布、次生灾害动向。利用浮空器对灾民迁移进行监测，分析大规模人员流动方向，引导物资投放；对道路通行评估，追踪救援车辆进展，识别拥堵点；监测山体滑坡、溃坝等动态风险（结合SAR变化检测）。 （6）生态环境保护与执法：自然保护区盗猎、非法砍伐、盗采等活动隐蔽性强。浮空器可以进行盗猎行为监控，在偏远区域追踪车辆和人员异常活动；通过SAR识别森林覆盖变化与运输车辆轨迹；记录水上渔船进入禁捕区的轨迹与作业行为。 # 3.5.3 挑战与建议 # 3.5.3.1 面临的挑战 浮空器在区域监视应用中面临多方面的挑战，主要包括以下几点： (1) 气象条件影响 A、风力与气流：平流层气流复杂，风速和方向变化可能导致浮空器偏离预定区域，影响监视的连续性和准确性。例如，Project Loon项目中气球需依赖算法调整高度以适应风向，但仍面临漂移风险。 B、极端温度：临近空间温度极低（如-90°C），对电子设备、电池性能及材料强度构成挑战，可能导致设备故障或寿命缩短。 # (2) 技术可靠性与维护 A、材料耐久性：长期暴露在高空环境中，浮空器的艇体材料需承受紫外线、湿度等侵蚀，易出现老化、破损。如聚氨酯材料虽具优势，但仍需解决低温稳定性等问题。 B、能源供应：浮空器需长时间续航，能源系统（如电池）在低温下性能下降，且能源补给困难，限制了任务时长。 # (3) 目标探测与识别 A、复杂地形干扰：在森林、山区等复杂地形中，传统传感器（如雷达）难以穿透植被，需依赖新型传感器（如叶穿透雷达）提升探测能力。 B、低空小目标检测：无人机等“低慢小”目标因尺寸小、飞行速度慢，易被雷达漏检，需结合光电、红外等多种传感器融合技术。 # (4) 生存与防护能力 A、对抗威胁：在军事冲突中，浮空器易成为攻击目标，尽管部分型号具备一定抗打击能力，但仍需提升隐身性和快速响应能力。 B、电磁干扰：现代战争中，电子战环境复杂，浮空器的通信和传感器易受干扰，需增强抗干扰技术。 # (5) 系统集成与协同 A、多平台协同：需与卫星、无人机、地面传感器等形成一体化监视网络，实现数据融合和任务协同，但不同平台间存在通信标准、数据格式差异，集成难度大。 B、自主控制与决策：随着任务复杂性增加，浮空器需具备更高自主性，如自主避障、目标跟踪等，对人工智能和算法要求较高。 # (6) 成本与效益平衡 A、研发与部署成本：平流层浮空器技术门槛高，研发周期长，成本高昂。例如，美国 HALE-D 项目因技术难题导致多次延期，投入巨大。 B、任务效能评估：需权衡监视范围、精度与成本，确保在复杂任务中发挥最大效益，避免资源浪费。 综上，浮空器进行区域监视需在技术、材料、系统集成等多领域持续创新，以应对复杂环境和任务需求。 # 3.5.3.2 发展建议 # （1）技术研发方面 A、提升囊体材料性能：研发更轻、强度更高、密封性更好且抗老化的囊体材料，以提高浮空器的浮力、安全性和使用寿命。例如，可探索新型复合材料或纳米材料的应用，降低囊体面密度，增加有效载荷能力。 B、优化能源系统：提高太阳能电池的转换效率，降低成本，实现大规模应用。同时，研究更高效的储能电池技术，如锂硫电池、固 态电池等，以延长浮空器的续航时间。此外，可探索其他能源获取方式，如风能、氢能等，为浮空器提供更可靠的能源支持。 C、改进推进技术：研发更高效率、更轻便的推进系统，如等离子体推进、喷气动力等，以提高浮空器的机动性和航程。同时，优化螺旋桨设计和推进电机性能，提高推进效率和可靠性。 D、增强飞行控制能力：开发更先进的飞行控制算法和系统，提高浮空器的飞行稳定性和可控性。例如，采用人工智能、机器学习等技术，实现自主飞行和智能避障功能。此外，研究冗余控制系统和故障诊断技术，提高系统的可靠性和容错能力。 # (2) 应用拓展方面 A、军事领域：加强浮空器在战场侦察、预警、通信中继、电子对抗等领域的应用。例如，研发具备隐身性能的浮空器，提高其战场生存能力；利用浮空器搭载高分辨率雷达、光电传感器等设备，实现对敌方目标的实时监测和跟踪。 B、民用领域：拓展浮空器在环境监测、气象预报、城市安防、应急通信等领域的应用。例如，利用浮空器对大气污染物、温室气体等进行实时监测，为环境保护提供数据支持；在灾害发生时，利用浮空器作为通信中继平台，保障灾区的通信畅通。 C、国际合作：加强与其他国家在浮空器领域的合作与交流，共同开展技术研发、应用示范等项目。例如，参与国际浮空器标准制定，推动浮空器的国际化应用。 # （3）产业生态方面 A、建立产业链：培育和发展浮空器产业链，包括囊体材料制造、能源系统研发、推进系统生产、飞行控制系统开发、任务载荷集成等环节。通过产业链的协同发展，提高浮空器的生产效率和质量，降低成本。 B、人才培养：加强浮空器相关专业人才的培养，建立产学研合作机制，培养一批既懂浮空器技术又懂应用需求的复合型人才。同时，鼓励高校和科研机构开展浮空器领域的科研项目，为产业发展提供人才支持。 C、政策支持：政府应出台相关政策，支持浮空器产业的发展。例如，设立专项基金，资助浮空器技术研发和应用示范项目；制定浮空器的行业标准和规范，规范产业发展；加强知识产权保护，鼓励企业创新。 # 3.6 空中发电 # 3.6.1 需求定位 传统光伏发电主要痛点：发电时段固定、受天气影响大，各月、各季度出力情况较为一致，受气象影响大。 传统风力发电主要痛点：各月、各季度出力波动较大、随机性和间歇性明显，需配置储能或并入电网调峰。 图3-10典型风电/光伏出力曲线 火力发电痛点：化石能源消耗极大，燃煤等污染物及温室气体，碳排放较高，不符合可持续发展的原则和国家能源低碳发展政策方针，火力发电具有较强的调节能力，可根据用电需求灵活调整发电量，在新能源装机量大幅增加的情况下，作为基荷电源进行电力调节。 储能主要痛点：新能源装机容量不断增长，风电、太阳能发电等不可调节能源占比日益提高，风电、光伏等新能源发电依赖于自然条件，发电量难以人为调节和预测，依赖大规模储能削峰填谷。 图3-11 风电、光伏发电情况 新型电力系统需求，具备经济性的稳定零碳主力式电源。 表 3-1 电力系统主要技术经济要求 序 指标 要求 1 发电时长 6000小时 2 发电功率 20MW 3 发电量 120000kwh 4 碳排放 全生命周期0碳排放 5 设备寿命 整体设备寿命超25年 6 成本/价格 度电成本0.05元/kwh 高空风力资源的能量密度和稳定性高，相对于传统的地面风电，在 $10000\mathrm{m}$ 高空，其可利用风能密度可提高100倍以上、年发电小时数可提升2-3倍。 图3-13 高空风能密度增长与理论发电时长提升图 [1]ZillmannU，BechtleP.Emergenceandeconomic dimensionofairborne wind energy[J].Airborne wind energy:Advancesin technology development and research,2018:1-25. [2]电力规划设计总院中国电力发展报告2023[R].北京，2023. 根据发电机在空中和地面的位置不同，高空风力发电可以分为空基和陆基两种技术路线。相对于陆基方案，空基系统飞行高度高；其线缆不需要频繁收放，使用寿命长；此外，陆基方案在每一个发电周期中，线缆收回需要耗电，导致发电存在间歇性，也显著影响其发电效率。 图3-14空基方案与陆基方案的关键指标对比 [1] Guinnessworldrecords.Highest altitude by a single kite. https://www.guinnessworldrecords.cn/world-records/highest-altitude-by-a-single-kite 空基方案具备发电利用小时数高、发电稳定性好的系统优势。 表 3-2 基方案与空基方案对比 项目 陆基方案 空基方案 发电稳定性 一般,具有间歇性 较好,连续稳定 飞行组件质量 较轻 一般 线缆磨损率 大 小 飞行可控性 一般 好 可用风能密度 (飞行高度) 一般 高 系统集成难度 较易 较难 环境友好性 一般 好 图3-15 飞行高度与输电功率的关系 随着浮空器式风力发电逐步的规模化和成熟度提高，对应用的用电成本也会出现等比下降，如图3-16。 图3-16 发电成本对比 浮空式风力发电机组设备可以提供电力成本与稳定性优于现有能源体系的颠覆性解决方案，实现绿色、经济、稳定可再生能源变革。 # 绿色/经济/稳定 图3-24浮空式风力发电机组设备优势 # 3.6.2 浮空式风力发电应用场景 目前，在空基方案方面，北京临一云川能源技术有限公司已形成了SAWES-S500（应急抢险型）与SAWES-S1000（电力孤岛型）两大 产品型号，创下浮空风电系统升空高度最高（1000米）和单台浮空器发电功率最大（100kW）两项世界纪录。其中，SAWES-S500 升空高度达 500 米，发电超过 50kW，为应急救援、智能测绘、城市安保等低空经济应用场景提供解决方案。 图3-17 SAWES-S500浮空式风力发电机 # (1) 典型应用场景 分布式离网-微网低碳主力电源：受地理因素影响，全球约 $12\%$ 人口（8.4亿）生活在无电网覆盖的“电力孤岛”，进行集中式电网组网成本，显然不具备经济性，传统的燃油发电形势，依然存在燃料补给成本高昂，同时不符合绿色能源时代背景。 可机动式部署的高空风力发电系统，在经济性和绿色低碳能源利用中取得平衡。 图3-18电力孤岛型产品部署示意图 # (2) 典型应用场景 2 低空应急救援：SAWES部署快速灵活，实现24小时不间断稳定发电，可以给各种救援设备以及其它救灾现场提供持续供电。 图3-19SAWES为应急救援供电 SAWES（平流层浮空风力发电系统）可以通过浮空气球实现无支撑高空系留照明。 图3-20SAWES高空系留照明 SAWES（平流层浮空风力发电系统）可以在高空实现救灾现场画面的实时数据传输，为救援决策赋能。 图3-21SAWES实时传输高空视频 SAWES（平流层浮空风力发电系统）可以做为移动基站的中继器，提供网络通信服务。 图3-22SAWES提供网络通信服务 # (3) 典型应用场景 3 中低空经济卫士：传统探测手段对低小慢目标探测能力有限，易受地形遮蔽和杂波干扰，存在探测盲区，需提升探测装置真高。浮空器发电平台，具备自持电源能力，可提供搭载空中任务载荷模块，集成能源，通讯，算力，监控及反制模块，多位一体战术节点。 图3-23 传统探测手段有局限性 图3-24中低空经济卫士示意图 # 3.6.3 挑战与建议 # 3.6.3.1 面临的挑战 涵道式浮空风力发电的风能捕获-机械能-电能量转化技术挑战：研究先进的风力涡轮发电机技术，能够在高空风速快、风向稳的环境下，将风能高效地转化为电能。其转子设计、叶片材料以及传动系统经过精心优化，以适应高空特殊气象条件，提高风能捕获效率。 图3-25 风力涡轮发电机技术 经济性关键技术-浮空器超长航时可控驻空技术挑战：大尺度充气结构气体泄漏机理分析及长时驻空气密性提升技术以及浮空囊体高效氦气循环回收利用技术，使驻空时长具备经济性应用价值。 图3-26浮空囊体高效氦气循环 多体多组件多物理场耦合分析技术挑战：探索大尺度大承载涵道式浮空平台流固-刚柔多体多组件动力学特性与耦合机理，实现超大型飞行组件，浮力与高升阻比双重设计需求，发电-飞行-牵引-地面等多组件耦合关系复杂：万米级浮空平台，需求多组件协同条件设计，通过模拟复杂工况下多体动力学模型，实现气动稳定性的最优构型设 # 计、满足支撑结构超轻化设计要求。 构型优化 图3-27 涵道式浮空平台流固-刚柔多体多组件动力学特性与耦合机理示意图 高效空-地能量传输技术：需要开发基于碳化硅 SiC 器件和全自主可控 IGBT、紧凑拓扑和轻质结构的轻量化变流器技术复杂工况下多功能、系留与输电耦合、超轻量化电缆设计与优化技术，攻克变流器轻量化和多机组控制算法等难题，实现高空风能稳定变换输出，完成轻量化和高强度电缆设计。 图3-28 轻量化和高强度电缆设计图 标准缺失：目前全球范围内缺乏关于高空风力发电的设计、制造、运营、安全等方面的统一标准和法规。 审批流程复杂：由于其特殊性，项目获得航空、能源、土地、环 保等多部门审批的流程极其复杂且漫长，甚至无法可依。 公众接受度：相对于传统的风力发电系统虽然巨大，但它们是静止的、接地的，其运行原理相对直观。而高空风电，尤其是空基系统是动态的、这种“陌生感”和“不可控感”可能会触发公众本能复杂的、由心理、社会、情感和认知因素交织而成的天然反应。 # 3.6.3.2 发展建议 推动高空风力发电新型产业发展，形成产学研用一体化的创新联合体，打造经济增长新引擎。 通过对涵道式系留浮空器载具平台和高空风力发电设备载荷系统的研究与开发，将推动微渗漏薄膜材料、轻量化高强度复合材料、高功率密度发电机、耐候性变流器、输电通信系留电缆等高端装备全产业链的发展；通过新型高空风力发电设备的研究开发和示范运行，促进高空风力发电规模化、产业化发展，预计可带动上千亿年产值，经济效益巨大。 建立跨部门协调机制：由能源部门、航空管理部门、空域管理部门等共同牵头，提前规划并划定专门的隔离空域或低空空域供其测试和运行。 加快制定行业标准：政府应引导科研机构和企业共同参与，尽快出台关于设计安全、运营管理、电力接入等方面的技术标准和规范，为行业提供明确指引。 提供资金与政策支持：通过国家科研基金、绿色信贷、税收优惠等方式，支持前沿技术研发和示范项目建设，帮助产业度过初期的发 展瓶颈。 总而言之，高空风力发电是一项具有变革潜力但挑战巨大的技术。它绝非简单地“把风机送上天”，而是一个复杂的系统工程。 其未来发展高度依赖于自主控制技术和空域管理政策的突破，而非简单的材料或机械进步。建议采取“技术研发、政策先行、场景试点、安全至上”的策略，稳步推动其从实验室走向特定市场，最终在未来能源结构中扮演补充性的重要角色。 # 3.7 其它 # 3.7.1 广告宣传 （1）气球广告是空中广告的一种最常见的形式，主要用于展览馆、体育场、广场或集会、集市的上空，它通过一个或数个大气球把印有企业或产品信息的大幅广告标语或广告画幅升入天空，然后在一定的高度用地上的绳索固定。气球色彩明艳，随风飘舞，最适合制造热烈的气氛。投入资金少，制作简单，影响面大，传播效果好。常常被广告商和广告客户所采用。 图3-29 气球广告案例 （2）飞艇是一种新型可移动媒体。其适航性强，可一年四季在大城市上空飞行；机动性也好，不受地面障碍的限制，广告投送地域广。当它出现城市上空，对观众产生强大冲击力，造成轰动效应。它可以追逐人群低空巡飞，广告效果倍增。可配合企业的重大活动进行飞行宣传，有其他媒体无以比拟的优势，创造祥和喜庆的氛围，它是现代化城市的一道靓丽的风景线。是提高品牌知名度，增加消费者记忆度的重要载体。 图3-30 飞艇广告案例 # 3.7.2 环境监测 低空气球或飞艇可搭载有大气污染物观测设备和气象观测仪器，以获取温度、光谱特性和气象参数以及多种污染物等综合信息。其还可搭载多参数水质仪、高分辨率摄像头等设备，实现对生态环境、水体污染及地质灾害的全方位监测。低空气球或飞艇的高空视角和灵活机动性，可为环保部门提供精准的数据支持，助力环境保护工作的深入开展。 图3-31“极目一号”浮空器 # 第四章 浮空器低空应用关键技术 # 4.1 重载浮空器平台技术 重载飞艇在大型货物运输、偏远地区补给和特种任务中潜力巨大，但面临多项技术瓶颈，主要技术难点可以分为结构设计技术、升力与载荷管理、动力推进与能源系统、操纵稳定性控制、材料与制造工艺。 图4-1 重载浮空平台发展路线图 # 4.1.1 结构设计技术 结构设计面临的技术挑战主要为大型骨架结构强度与轻量化矛盾。 重载飞艇需采用硬式或半硬式结构（如复合材料骨架）承载百吨级货物，但大跨度空间结构易受气动载荷和货物分布不均影响，导致 局部应力集中。 现有方案（如三角桁架梁参数化建模）虽能通过刚度等效原理优化设计，但材料强度与重量平衡仍是挑战。例如，碳纤维/凯芙拉纤维虽轻质高强，成本却极高（如谷歌“探路者1号”采用此类材料）。 结构设计技术的发展方向： # （1）仿生结构优化 仿生结构是近年发展起来的热门技术，是未来重载飞艇的结构设计的趋势之一。可用于重载飞艇的仿生结构设计技术如下： 1）仿生多囊体设计：借鉴僧帽水母的多气囊结构（国防科大专利），通过分布式气囊热调节降低局部应力，实测减少环境温差导致的压强波动达 $9.6\%$ 。 2）主动变形骨架：采用形状记忆合金（SMA）或碳纤维智能蒙皮，实现翼面/气囊的实时形变控制（如欧盟“MAAT”项目），提升抗风能力。 # (2) 数字孪生与 AI 优化 近年来，基于大数据和人工智能技术突飞猛进，重载飞艇可采用该技术用于结构设计。 基于机器学习的参数化设计（如Python+ANSYS耦合仿真），可以将结构仿真时间缩短 $70\%$ ，实现百万级变量优化，从而极大提高重载飞艇结构设计的效率，缩短研制周期。 # 4.1.2 升力与载荷管理 升力与载荷管理技术是重载飞艇的核心技术，是实现货物装卸及 空中稳定飞行的关键。但目前这一技术还未得到实际突破，重载飞艇升力与载荷管理面临的技术挑战包括： # (1) 浮力精准调控 传统飞艇依赖压舱物（水/沙）或排放氦气调节浮力。前者将会增加飞艇的死重，使得飞艇自重太大，降低载荷重量；后者因氦气昂贵不可持续。 # 新型方案包括： 1）氦气压缩技术：通过在飞艇内部加装氦气压缩回收装置，实现氦气的回收和释放，从而控制飞艇的重浮力。Aeroscraft飞艇通过压缩机将氦气存入高压罐，但设备重量过重，抵消部分浮力。航空工业特飞所在其研制的平流层飞艇验证艇上采用了高压氦气囊，对压缩氦气控制浮力的应用进行了验证。 2）动态空气囊系统：三峡新能源专利提出氦气抽放结合空气囊注入，实现快速下降（如关闭单向阀后空气囊体积增大，抵消浮力）。 # (2) 装卸载过程稳定性 重载飞艇在悬停装卸时货物移动导致重心偏移，将会导致飞艇姿态稳定性。西北工业大学采用水箱补水/排水动态配平，并结合模拟退火算法优化推力矢量分配，但控制延迟仍影响安全。航空工业特飞所在其浮升一体化飞艇技术验证艇上采用了多矢量控制，通过优化控制算法来保持飞艇在在悬停装卸时货物的姿态稳定性。 升力与载荷管理的技术发展路线主要有： # (1) 仿生浮力调节系统 1）乌贼仿生结构：通过可变形碳纤维骨架改变气囊的体积，结合氦气压缩技术实现浮力无损耗调节。 2）相变材料（PCM）控温：在气囊夹层填充石蜡类 PCM，可有效平抑昼夜温差导致的浮力波动，中科院相关实验研究已验证了该技术具有显著的控温效果。 # (2) 空气动力学增升技术 1）浮升一体化气动外形设计：通过将重载飞艇外形设计成浮升一体化外形，可显著提升升力并降低阻力。航空工业特飞所在其浮升一体化飞艇技术验证艇上采用了浮升一体化气动外形，飞艇升力大幅增加，提高了飞艇的载重能力。 2）涡流控制技术：通过在艇首生成可控涡环，能够有效延缓气流分离。达索公司的CFD模拟研究表明，该技术能显著提升飞行器的升阻比。 # 4.1.3动力推进与能源系统 动力推进与能源系统为重载飞艇提供运行所需要的能源和动力，相较于传统飞艇，其所需要的能源更多，且对动力的控制精准度要求更高。 动力推进与能源系统主要面临的技术挑战主要包括： # （1）高功率高效推进技术 重载飞艇需兆瓦级动力支持垂直起降和悬停，这需要大功率高效能源系统，但是大功率高效能源系统重量普遍偏重，这会抵消重载飞艇的载重能力。同时，矢量推进虽提升飞艇机动性，但双轴矢量机构 （±100°转向）增加结构复杂度。例如