17 新概念航空航天飞行器.docx
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17新概念航空航天飞行器
1.7新概念航空航天飞行器
1.7.1空天飞机
空天飞机全称为航空航天飞机，它是指以吸气式发动机和火箭发动机组合推进系统作动力装置、能像飞机那样在跑道上起降、在大气层内高超声速飞行，又能单级入轨运行的可载人飞行器。
空天飞机集飞机、运载器、航天器等多重功能于一身，既能在大气层内作高超声速飞行，又能进入轨道运行，将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。
与航天飞机相比，空天飞机多了一个在大气层中航空的功能，它起飞时也不使用火箭助推器，而且完全可重复使用，理想的空天飞机还能像飞机那样，每次飞行之后，经过简单检修和加注燃料，能很快作下一次飞行。
空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置。
这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合配置的动力装置。
空天飞机中安装有涡轮喷气发动机、冲压发动机和火箭发动机。
涡轮喷气发动机可以使空天飞机水平起飞，当速度超过2400km/h时，就使用冲压发动机，使空天飞机在离地面60km的大气层内以3万km/h的速度飞行；如果再用火箭发动机加速，空天飞机就会冲出大气层，像航天飞机一样，直接进入轨道。
返回大气层后，它又能像普通飞机一样在机场着陆，成为自由往返天地间的输送工具。
空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。
起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。
飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。
降落时，两种发动机的工作顺序同起飞时相反。
空天飞机飞行速度快。
在大气层内的飞行马赫数可为12~25，是现代高技术作战飞机飞行速度的6~12倍。
它可以在个把钟头内，把货物从欧洲运到澳洲。
空天飞机在跑道起落，出入太空自由，可以像普通飞机一样在地面机场水平起飞升空，返回大气层后像普通飞机一样自由选择机场水平降落，可以像普通飞机一样在大气层内飞行，也可进入外层空间自由飞行或按一定的轨道运行。
空天飞机的发射费用低。
航天飞机的运输费用十分昂贵，运送1kg有效载荷到轨道的费用高达一万美元。
而空天飞机的发射费用仅是航天飞机或一次性使用火箭的几十分之一。
其维护简便，一个星期后就可再次起飞。
空天飞机在军事上的应用包括：
确保快速廉价地进入太空空天飞机与目前使用的一次性使用运载火箭、飞船和部分重复使用航天飞机相比，在重复使用性、发射操作费用、可维修性和周转时间、灵活机动性等方面都有革命性的改变。
可作为空间武器发射平台在未来天战中，空天飞机可作为各种武器弹药，包括动能武器和高能激光武器、微波武器等的发射平台，对敌方陆、海、空、天重要目标进行攻击，对战争的胜负可起到至关重要的作用。
反卫星空天飞机能利用自身的探测设备，发现敌方卫星，对其进行跟踪和干扰，使其失灵或将其摧毁；或将它“俘虏”，窃取它已获得的情报，或将它送入错误轨道，或干脆将其带回地面。
可作为快速运输机空天飞机飞行速度极快，它从普通机场起飞，可在一小时之内快速达到全球任何地方，能对全球范围发生的地区冲突迅速作出反应，或对敌方发动突然袭击等。
可作为战时空间预备指挥所空天飞机能像载人空间站那样在轨道长期停留，又配备了先进的指挥控制系统，一旦战时需要，可以直接承担起作战指挥控制任务。
侦察监视与预警空天飞机可利用其携带的照相侦察、电子侦察等设备对陆、海、空、天目标进行侦察与监视，对导弹发射等进行预警。
与各种侦察卫星相比，空天飞机具有更大的灵活机动性，综合侦察能力更强，实时性更好。
实现空天飞机的技术难度比航天飞机更大，主要是三种动力装置的组合和切换，高强度、耐高温的材料（高速飞行时，其头锥温度可达2760℃、机翼前缘达1930℃、机身下也可达1260℃）和具有人工智能的控制系统等。
这些都需要进行大量的课题研究和技术攻关。
60年代初，就有人对空天飞机作过一些探索性试验，当时它被称为“跨大气层飞行器”。
由于当时的技术、经济条件相差太远，且应用需求不明确，因而中途夭折；80年代中期，在美国的“阿尔法”号永久性空间站计划的刺激下，一些国家对发展载人航天事业的热情普遍高涨，积极参加“阿尔法”号空间站的建造。
据估计，空间站建成后，为了开发和利用太空资源，向空间站运送人员、物资和器材等任务每年将达到数千次之多。
这些任务如果用一次性运载火箭、载人飞船或航天飞机来完成，那么一年的运输费用将达到上百亿美元。
为了寻求一种经济的天地往返运输系统，美、英、德、法、日等国纷纷推出了可重复使用的天地往返运输系统方案。
1986年，美国提出研制代号为X-30的完全重复使用的单级水平起飞的“国家航空航天飞机”，其特点是采用组合式超声速燃烧冲压喷气发动机。
英国提出了一种名叫“霍托尔”单级水平起降空天飞机，其特点是采用一种全新的空气液化循环发动机。
90年代，他们又提出了一个技术风险小，开发费用低的新方案。
德国则提出两级水平起降空天飞机“桑格尔”，第一级实际上相当于一架超声速运输机，第二级是以火箭发动机为动力的轨道飞行器。
两级都能分别水平着陆。
法国和日本也提出过自己的空天飞机设想。
80年代末，这股空天飞机热达到高潮，也激起了中国航空航天专家的很大兴趣。
发展空天飞机的主要目的是想降低空天之间的运输费用。
其途径归纳起来主要有三条：
一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞重量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，减少维修费用。
但是，经过几年的研究分析，科学家们发现，过去的估计过于乐观。
实际上，上述三条途径知易而行难。
需要解决的关键技术难度决非短时间内能突破，这些关键技术有：
新构思的吸气式发动机 因为空天飞机的飞行范围为从大气层内到大气层外，速度从0到Ma=25，如此大的跨度和工作环境变化是目前现有的所有单一类型的发动机都不可能胜任的，从而也就使为空天飞机研制全新的发动机成为整个项目的关键。
众所周知，喷气式发动机需要在大气层中吸入空气，无需携带氧化剂，但无法在大气层外工作，且实用速度较小；火箭发动机自带氧化剂，可以工作在大气层内外，使用速度范围较广，但携带的氧化剂较笨重，比冲小。
目前设想的空天飞机的动力一般为采用超声速燃烧冲压发动机+火箭发动机或涡轮喷气+冲压喷气+火箭发动机的组合动力方式。
但超燃冲压发动机的研制上存在相当多的技术问题，而多种发动机的组合方式又使结构变得过于复杂和不可靠。
计算空气动力学分析 航天飞机返回再入大气层的空气动力学问题，曾经耗费了科学家们多年的心血，做了约10万小时的风洞试验。
空天飞机的空气动力学问题比航天飞机复杂得多。
因为飞机速度变化大，马赫数从0变化到25；飞行高度变化大，从地面到几百公里高的外层空间；返回再入大气层时下行时间长，航天飞机只有十几分钟，空天飞机则为l～2小时。
解决空气动力学问题的基本手段是风洞。
目前，就连美国也不具备马赫数可以跨越这样大范围的试验风洞。
即使有了风洞还需要作上百万小时的试验，那意味着就是昼夜不停地试验，也需要花费100多年的时间。
于是，只能求助于计算机，用计算方法来解决，而对N-S方程的求解目前尚存在许多理论上和计算速度上的问题。
发动机和机身一体化设计 当空天飞机以6倍于声速以上的速度在大气层中飞行时，空气阻力将急剧上升，所以其外形必须高度流线化。
亚声速飞机常采用的翼吊式发动机已不能使用，需要将发动机与机身合并，以构成高度流线化的整体外形。
即让前机身容纳发动机吸入空气的进气道，让后机身容纳发动机排气的喷管，即“发动机与机身一体化”。
在一体化设计中，最复杂的是要使进气道与排气喷管的几何形状能随飞行速度的变化而变化，以便调节进气量，使发动机在低速时能产生额定推力，而在高速时又可降低耗油量，还要保证进气道有足够的刚度和耐高温性能，以使它在返回再入大气层的过程中，能经受住高速气流和气动力热的作用，这样才不致发生明显变形，才可多次重复使用。
防热结构与材料 空天飞机需要多次出入大气层，每次都会由于与空气的剧烈摩擦而产生大量气动加热，特别是以高超声速返回再入大气层时，气动加热会使其表面达到极高的温度。
因此，必须有一个重量轻、性能好、能重复使用的防热系统。
空天飞机在起飞上升阶段要经受发动机的冲击力、振动、空气动力等的作用，在返回再入阶段要经受颤振、抖振、起落架摆振等的作用。
在这种情况下，防热系统既要保持良好的气动外形，又要能长期重复使用，维护方便，所以其技术难度是相当大的。
目前的航天飞机，由于受气动加热的时间短，表面覆盖氧化硅防热瓦即可达到满意的防热效果，但对空天飞机则远远不够。
如果单靠增加防热层厚度来解决问题，则将使重量大大增加，而且防热层还不能被烧坏，否则会影响重复使用。
一个较简单的解决办法是在机头、机翼前缘等局部高温区，使用传热效率特别高的吸热管来吸热，以便把热量转移到温度较低的部位。
更好的办法是采用主动式冷却防热系统，也就是把机体结构与防热系统一体化，即把机体结构设计成夹层式或管道式，让推进剂在夹层内或管道内流动，使它吸走空气对结构外表面摩擦所生成的热量。
为了满足空天飞机的防热要求，目前正在研究用快速固化粉末冶金工艺制造纯度很高、质量很轻的耐高温合金。
美国已研制出高速固化钛硼合金，它在高温下的强度可达到目前使用的钛合金在室温下的强度，这种合金适宜用来制造机身内层结构骨架。
机头与机翼等温度最高的部位，要求采用碳复合材料，这种复合材料表面有碳化硅涂层，重量轻，耐高温性能好。
此外，还需要研究金属基复合材料，例如碳化硅纤维增强的钛复合材料等。
这种材料应该兼有碳化硅的耐高温性能，又具有钛合金的高强度特性。
空天飞机技术难度大，所需投资多，研制周期长，所以将来进入全尺寸样机研制，势必也会像空间站那样采取国际合作的方式。
1.7.2临近空间飞行器
临近空间一般指距海平面20～100km的区域。
在该空间中能完成一定任务的飞行平台称临近空间飞行器。
临近空间这一空域既不属于传统航天的范畴，也不属于传统航空的范畴。
通常航空器在20km以下高度飞行，而卫星等航天器则在100km以上空间的轨道上运行。
目前在20～100km临近空间的飞行器很少，主要是因为临近空间区域的大气密度很低，依靠空气动力飞行的飞行器需要有较高的飞行马赫数，而该空间中的氧气非常稀薄，传统的航空发动机很难使用，火箭发动机需要自带大量燃料；而对于卫星和飞船等太空飞行器来说，这一空间的空气密度又会产生很大阻力。
临近空间的环境决定了该空间的主要飞行器可能有以下几种：
浮空器、高速飞机（再入或者不再入）、新概念的临近空间飞行器（激光或者微波等动力）等。
浮空器的主要概念临近空间浮空器主要依靠空气的浮力克服重力，依靠动力克服风阻，能在20km以上的临近空间范围内长时间地定点悬停或低速机动飞行，以太阳能转化成电能为主要能源，再生式燃料电池/燃料电池/充电电池为辅助能源，采用螺旋桨或者新型电晕离子推进器推进的无人飞行器。
与天基和空基信息平台相比，这种浮空器能长时定点悬停的特点决定了该类信息平台的精度和时间持续性都有很大的优势。
由于在临近空间区域内大气密度很低（30km时空气密度是海平面空气密度的约1/70），为了产生足够的浮力，浮空器体积庞大，这就给材料、结构和制造工艺等提出了很高要求。
再入/不再入高速飞机的主要概念该类临近空间飞行器需要以较高的飞行马赫数飞行，这样才能产生足够的空气动力。
该类飞行器的优点是在较短的时间内可以形成较大的覆盖范围。
一般而言，该类飞行器主要用于空间的快速到达和武器投送，作为信息平台的意义还不是很大。
新概念的临近空间飞行器目前，在临近空间的范围内没有太多的飞行平台的原因是1）该空间内对于航空器而言空气过于稀薄，飞行器必须高速飞行才能获得足够的升力，但由于稀薄空气中的氧气更加稀薄，因此，实际上没有合适的航空动力系统。
使用自带氧化剂和燃料的航天发动机要付出很大的重量代价；2）对于轨道飞行器而言，临近空间内的大气又太稠密，必须有一定的动力推进系统克服飞行阻力。
因此，可以看出，制约临近空间飞行器的主要问题还是动力和能源问题。
太阳能的利用可以部分地解决这一问题，但是，目前的太阳能电池效率都不是很高（国内的刚性太阳能电池效率能达到17%左右，国外在23%-25%左右），因此，要产生足够的动力，也要付出很大的重量代价。
围绕这样的问题，国内外已有一些新的动力与能源的探索，其中包括激光动力和微波动力等。
激光动力和微波动力的原理是利用激光或者微波束将能源直接输送到临近空间飞行器上。
临近空间飞行器有重要的军、民用作用和用途，主要表现在以下几个方面：
可以有效地弥补临近空间区域的空白
从空间高度分层和安全战略来看，20km以下的中、低空有大量的飞机存在，而卫星等航天器主要占据200km以上外层空间，因此在20～80km的临近空间区域飞行器有重要的军事和民用价值。
经过论证分析，能在30km临近空间空域飞行的飞行器具有低、中空飞行器和太空飞行器所不具有的作用。
在战争中，目前以卫星、高空无人机和预警飞机、地面和海面信息系统为主组成的空、天、地、海信息网络系统有许多缺陷,而临近空间飞行器可以弥补这些缺陷。
卫星的运行高度很高，覆盖面积大，不易受到面对空武器的攻击，但其信号容易受到干扰，且由于没有必要的防护措施，目前正在研制的反卫武器将对卫星构成很大的威胁。
特别是，由于卫星本身的布置时间长（含发射和入轨），发射场固定，造成卫星的成本很高，所以，在战争中也较容易失去作用，且失去后不容易及时补充。
间歇式轨道侦察与预警卫星信息获取的主要手段是可见光/红外照相，美国最先进的侦察卫星是KS-12，其照相设备要求很高，采用自适应变焦技术，对地探测精度达0.1米，该侦察卫星造价达10亿美元。
即使如此，由于该卫星的探测宽度有限及探测时间的间歇性，只能用于战略情报收集和战略导弹防御系统。
计算分析表明，对一个战区每15分钟探测一次，需发射24颗卫星，每8分钟探测一次，需发射36颗卫星，同时还要几颗同步轨道卫星配合。
该系统还需建设庞大的地面测控系统。
因此将卫星用于战区监视与战略预警系统，经费投入将高达数百亿美元。
间歇式轨道卫星在几百公里的高空连续运行，由于距地面太高，运动速度很快，而且每隔几个小时才能重返一次，因此对地面及空中目标的探测精度和持续性受到很大影响。
地球同步轨道卫星虽然可以在固定区域长时间侦察和预警，但比普通卫星的轨道高度更高，所需的初速度也更大，其发射成本将更高。
并且一旦发射后将只能覆盖预定的区域，无法再次改变，因此更适合作为信息中继平台。
临近空间浮空器可以在某一固定空间长期定点停留执行探测任务，稳定精度很高，因此，它的探测精度和时间覆盖率要比卫星平台高很多。
另外经费投入不大，但所起的作用却非常明显。
另外，与卫星相比，临近空间飞行器的成本低、发射方便且迅速，因此，在实战中很容易得到补充。
现今的许多武器系统使用GPS、北斗导航星系统提供的导航和定位数据，但由于导航卫星高度很高（我国北斗导航星轨道在30000km以上），其信号路径损耗约为临近空间导航飞艇的106倍，因此抗干扰能力明显差很多。
据报到，美伊战争中美国靠GPS制导的巡航导弹在攻击目标时，由于受到GPS干扰器的干扰，有多枚竟然落到伊朗和叙利亚境内，可见导航卫星相当脆弱。
若用临近空间飞行器作为伪卫星空中基站，则可以显著提高导航系统的抗干扰能力，从而发挥我方武器系统的威力。
高空无人机和预警飞机在信息网中有突出的作用和地位，但也很容易被面对空武器打击而毁伤，高空无人机和预警飞机的成本都较高。
在信息获取和传输方面，临近空间飞行器的升空高度要比高高空无人机和预警飞机平台高得多，因此其覆盖范围更大，直径可以达到1200km以上。
临近空间飞行器能充分发挥太阳能优势，可以长时间（3个月以上）留空，并昼夜不间断地完成信息获取、信息中继、信息干扰等，这是预警飞机和高空无人机无法实现的。
预警飞机和无人机需要回地面补给或修理，临近空间飞行器留空时间很长，可以弥补它们作为信息获取和中继平台。
可控飞行的临近空间飞行器由于其隐身性能好，工作高度在目前常规的面对空武器的攻击范围之外，能对该高度目标进行攻击的特种临近空间导弹的成本远高于临近空间飞行器，因此，其作战生存力比高高空无人机和预警飞机高。
总之，临近空间飞行器可以与侦察卫星、预警飞机、无人侦察机、地面雷达等组成一个立体侦察体系，实现多重覆盖无缝探测，且可互为补充，有助于对目标的识别，可为作战指挥提供更为准确、完整的情报保障。
未来的大载重临近空间平台还可以搭载攻击武器，这种精确攻击武器可以攻击轨道运行卫星，也可以对低空或者地面目标实施打击。
临近空间飞行器除具有重要的军事用途外，还具有广阔的民用前景。
海上及偏远山区局部区域无线通讯相对困难，有可能处于通讯卫星的盲区，也不可能建造大量地面蜂窝基站，目前基本上依靠机动通讯车船。
很明显，这些通讯手段要么通讯效果差，稳定性欠佳，要么实现困难，容易遭到破坏，而临近空间飞行器在无线通讯方面独具优势。
由于高空通讯平台的信号路径损耗正比于路径的平方，所以临近空间飞行器作为通讯平台比低轨道通讯卫星的信号路径损耗小很多，因此其在局部区域可以弥补通讯卫星的不足，实现“无盲区”通讯。
此外，临近空间飞行器还有许多其它的民用用途。
在资源利用与环境保护方面，可以进行局部地区资源动态探测与管理、局部地区环境污染监测、局部地区气象探测和局部海洋环境监测等；在农林业方面，可以进行地区性农业资源规划和林区资源监测与管理等；在应急与减灾方面可以进行灾情监测、应急监测、灾后重建和事故搜救等；在区域规划方面可以进行城市规划、区域测绘、交通管理和大型工程监测等；在公共安全方面可以进行要地防护、反恐、防暴、犯罪追踪和突发事件处理等。
国外发展现状与趋势
临近空间机动飞行器是空天一体作战系统的重要组成，美国是最先提出临近空间飞行器的概念的。
华盛顿航天政策顾问詹姆士·蒙西称，“临近空间飞行器的研发是空中与太空军事作战之间区别变得模糊的标志，太空不一定是一个分割开来的、不同的领域，而应当视为空中作战的一个延伸”。
虽然以前对临近空间缺乏充分的认识，尚未对之系统性、战略性地挖掘和利用，但其特殊的战略价值正受到各国越来越多的重视。
如今，世界主要军事强国纷纷投入大量的人力、物力进行研究开发，争取尽早占据这一战略制高点，以期在未来的战争对抗中获取优势主导地位，其中美国和日本的研发工作走在最前列。
正在开展驻空高度20000米的临近空间飞艇研究2003年10月，五角大楼导弹防御局与洛克希德·马丁公司签署了价值4000万美元的“高空飞艇”（HighAltitudeAirship，HAA）研制合同。
“高空飞艇”（图1.7.1）长152
，宽50
，体积150000
，其有效载荷约2
，任务系统能源系统10
，先期平台计划在65000英尺（接近20公里）高空飞行一月。
计划2004年6月完成设计与风险分析，2004年7月～2006年8月完成原型机研制和演示验证，2006年9月～2008年8月完成试飞与用户评审。
洛克希德·马丁公司的高空飞艇平台主要用于军事，作为导弹防御系统的早期预警平台布置在国内海岸线周围，也可作为战场环境监控（图1.7.2）。
图1.7.1洛马公司的高空飞艇图
图1.7.2洛马公司的高空飞艇军事应用
日本在1998年4月通过了临近空间信息平台研究开发的国家立项，成立了由众多研究机构和大型企业组成的临近空间信息平台开发协会，计划发射20个以太阳能/燃料电池为动力的临近空间飞艇平台，驻空高度为20
（图1.7.3），覆盖整个日本群岛。
目前已对系统设计、构造样式、飞艇使用材料、燃料电池与太阳能电池、飞艇的发射和回收、飞艇的跟踪和控制等方面进行了比较全面的分析和计算，并就宽带无线通信、广播和地球遥感遥测等三个主要的临近空间信息平台应用以及平台有效载荷系统进行了研究和概念设计。
图1.7.3日本计划发展的临近空间飞艇平台
驻空高度30000米及以上高度的高空飞艇研究计划也在开展美国JPAEROSPACE公司与空军科罗拉多州施里弗基地空间战实验室和空间战中心目前正在共同研制“攀登者”V形临近空间机动飞行器（图1.7.4），实际上是一种高空飞艇，长53m，宽30m，飞艇内部充填氦气，采用螺旋桨推进系统，能在30-50km的高空长时间飞行。
“攀登者”军用飞艇造价仅为50万美元，远远低于任何一种有人驾驶侦察机的价格，还不到“全球鹰”高空长航时无人侦察机造价的40%，但却拥有较高的升空能力、货物运输能力、长时间飞行能力，集卫星和侦察机的功能于一身，由地面遥控设备操纵，能完成高空侦察、勘测任务，也可用作战场高空通信中继站，保障指挥员在山脉中或山的另一侧与部队通话，保障战场上各战斗小组间的联系，而且没有卫星和侦察机的缺点，基本上不受地面和空中任何武器系统的攻击，是美国空军重点建设的一个高空飞行器项目。
计划在2005年年底前，在30.5km的高空，执行为期5天的军事任务。
图1.7.4“攀登者”临近空间飞行器图
JP航空宇宙公司正在进行的另外两个项目是高空飞艇漂浮平台和高空轨道飞艇的研制。
公司计划为空军建造一个名为“黑暗空间站”（DarkSkyStation）的高空漂浮平台（图1.7.5），这种空间站只是字面意义上的空间站，并不在轨道空间，而是设在30.5公里的高空中，它将由许多飞艇构成，长约2英里，主要由一英里长的氦电池提供动力，同时利用燃料电池和表面涂敷的太阳能电池作为补充动力，建设成为一个永久性有人驾驶设备，用作太空船从地面到轨道间的高空中转站、第3方飞行设备补给站、远距离操纵的无线电通信中继站。
由气球构成的小型“黑暗空间站”试验工作已经开始，今后1年半中，计划先建设一个30米宽的空间站，派遣一个2人小组到上面执行3个小时左右的首次试验任务，之后，空间站的规模将进一步扩大，停留时间也将随之增加。
图1.7.6“黑暗空间站”图
临近空间飞行器的关键技术
临近空间飞艇目前国际上正处于概念研究阶段，其中长时定点悬停、能源与特种推进系统和特种轻质气密材料与结构成为制约该种飞行器发展的关键技术。
长时定点悬停技术长时定点悬停是飞艇与其它飞行器比较的优势所在，表现出探测精度具有较高的空间分辨率和时间分辨率。
这种优势在完成军事任务时，是其它飞行器很难简单替代的。
因此长时定点悬停技术是飞艇完成军事任务和发挥优势的必要保证。
临近空间存在随纬度和季节变换的长时风场，飞艇定点悬停实际上是一种顶风飞行状态，要实现定点悬停，飞艇需要推进系统提供动力，保证相对于地面准静止。
这样就需要相应的能源系统为推进动力系统提供足够的能量。
周围大气的随机变化，使得飞艇位置会发生漂移，若不加以控制，飞艇很难保证其位置不超出完成任务所要求的活动范围。
因此，飞艇的自主控制系统要控制飞艇的动力系统、浮力调节系统以及姿态控制系统等保证飞艇所受的力与力矩平衡。
另外，由于飞艇采用太阳能电池提供能源，其可利用的能量十分有限，若没有优化的自主控制能力，飞艇夜间会因为能量耗尽而被高空大气风吹出其预定的定点范围。
由此可见，定点悬停技术成为制约临近空间飞艇发展的核心关键技术，必须按照大系统理论，进行复杂的多系统综合与协调控制以及确定各系统需要控制的门槛值，以满足飞艇的漂移范围不超出完成任务所规定的定点范围。
要解决临近空间飞行器的长时定点悬停问题，需要研究临近空间环境下飞艇的气动布局与减阻，包括临近空间环境下附面层的形成、发展和转捩控制，外型的减阻机理和优化，表面工艺和精度对附面层的影响。
也需要研究自适应长时定点悬停综合控制，包括舵面与直接力复合控制技术，环境自适应与自主优化控制技术和影响飞艇平台精确定点控制的附加质量特性等。
能源与特种推进系统为了保证飞艇有很长的留空时间并顶风飞行保持定点，必须为飞艇提供足够的能量，采用其
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