臨近空間飛艇系統(tǒng)由飛艇平臺(tái)系統(tǒng)、任務(wù)載荷、試驗(yàn)場(chǎng)支持系統(tǒng)和空域監(jiān)控系統(tǒng)組成。飛艇平臺(tái)系統(tǒng)包括平臺(tái)體、視距測(cè)控地面站和衛(wèi)星通信測(cè)控系統(tǒng)。平臺(tái)體一般包括浮力氣囊子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)(太陽能電池陣列、儲(chǔ)能和供電子系統(tǒng))、推進(jìn)子系統(tǒng)、航電子系統(tǒng)、飛控子系統(tǒng)和吊艙子系統(tǒng)。

本質(zhì)上，臨近空間飛艇總體設(shè)計(jì)需要解決浮力重力平衡、推力阻力平衡和晝夜能量平衡三個(gè)平衡問題，此外還需要考慮長(zhǎng)期空白帶來的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性和安全性設(shè)計(jì)。考慮到飛艇的成本和工程實(shí)現(xiàn)，飛艇在臨近空間的總體尺寸和起飛重量應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)。因此，集空氣動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、控制、能源等學(xué)科于一體的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)(MDO)是在滿足既定總體技術(shù)指標(biāo)的條件下，實(shí)現(xiàn)飛艇臨近空間總體方案設(shè)計(jì)的重要技術(shù)途徑。在設(shè)計(jì)過程中，建立能妥善處理多學(xué)科耦合信息的模型，以及選用適合的MDO方法是重要的研究?jī)?nèi)容。目前北京航空航天大學(xué)在綜合氣動(dòng)、推進(jìn)、結(jié)構(gòu)和能源學(xué)科分析與設(shè)計(jì)，以起飛重量最小化為目標(biāo)的飛艇MDO研究，已經(jīng)取得了一定成果，可為飛艇總體設(shè)計(jì)提供重要工具。

輕強(qiáng)囊體材料技術(shù)

臨近城市空間發(fā)展環(huán)境進(jìn)行大氣密度低、對(duì)流換熱小、太陽輻射強(qiáng)、臭氧濃度高，臨近空間飛艇囊體工作生活環(huán)境問題十分苛刻，因此囊體材料是臨近空間飛艇的關(guān)鍵信息技術(shù)企業(yè)之一。囊體材料須具備極高的比強(qiáng)度，只有面密度沒有足夠小，同樣容積的囊體才可產(chǎn)生影響更大的有效利用浮力，而控制艇囊體積是保證學(xué)生臨近空間飛艇工程項(xiàng)目可行性和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性的基本能力要求。囊體材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面還需要足夠大，以抵抗飛艇運(yùn)行管理過程中存在晝夜溫差引起的囊體內(nèi)外壓差載荷，保證飛艇在運(yùn)行使用過程中的安全性。現(xiàn)代飛艇已普遍認(rèn)為采用氦氣，所以囊體材料須具備一種良好的密封系統(tǒng)性能，必須在有限面密度的囊體材料中集成學(xué)習(xí)具有自己良好生態(tài)環(huán)境以及適應(yīng)性的氦氣密封層，保證飛艇在長(zhǎng)時(shí)間飛行訓(xùn)練過程中不漏氣，浮力不下降。囊體材料須包含產(chǎn)品性能更加優(yōu)良的抗老化層，抵抗臨近空間的紫外線和臭氧能夠帶來的綜合知識(shí)老化作用，同時(shí)我們需要研究采用隔光層，防止太陽輻射對(duì)內(nèi)層材料的損傷。囊體材料過程中所出現(xiàn)有的教育功能層需要在-80℃以下的低溫保護(hù)環(huán)境下工作，并可抵抗接近100℃的晝夜溫度不斷變化，這極大程度限制了高分子復(fù)合材料的可選范圍。由于囊體表面積非常巨大，加工工藝難度不是很高，對(duì)囊體材料的可加工性、耐損傷相關(guān)特性、可維修性等提出了很高要求。因此，只有得到充分了解認(rèn)識(shí)到了臨近空間飛艇囊體材料的需求，通過一些精細(xì)分析設(shè)計(jì)、深入全面優(yōu)化，開發(fā)模式應(yīng)用最前沿的材料科學(xué)技術(shù)，將材料的性能發(fā)揮到極致，方可突破囊體材料也是關(guān)鍵數(shù)據(jù)技術(shù)。