浮空器低空应用场景与发展研究报告2025

浮空器低空应用场景与发展研究报告编辑委员会编写组：器、卫星定位、5G通信与精密导航等前沿技术，广泛应用于物流运括系留气球、高空气球和飞艇三类。已在低空旅游全书共分五章。第一章对低空经济、浮空器的总领域的旅游观光、物流运输、空中信息管理、应急 1 11.1.1浮空器 11.1.2低空经济 81.1.3浮空器与低空经济 9 1.2.1系留气球 1.2.2自由气球 1.2.3对流层飞艇 1.2.4平流层飞艇 1.3.1浮空器在低空经济中的应用场景 1.3.2浮空器市场规模 1.3.3浮空器技术发展现状 2.1.1浮空器对低空经济的重要结构性补位 2.1.2浮空器对低空经济的成本效率革命 2.1.3浮空器对低空经济的战略场景赋能 2.2.1浮空器低空应用的能力优势 2.2.2浮空器低空应用场景的基础设施作用 2.2.3浮空器低空应用的社会效益 2.3.1浮空器用于低空经济的技术可行性 2.3.2浮空器用于低空经济的经济可行性 2.3.3浮空器用于低空经济的政策可行性 33 3.1.1需求定位 3.1.2应用场景 3.1.3挑战与建议 3.2.1需求定位 423.2.2应用场景 443.2.3挑战与建议 49 3.3.1需求定位 3.3.2浮空器通信中继应用场景 3.3.3挑战与建议 3.4.1需求定位 3.4.2浮空器应急救援应用场景 3.4.3挑战与建议 3.5.1需求定位 3.5.2浮空器区域监视应用场景 3.5.3挑战与建议 3.6.1需求定位 3.6.2浮空式风力发电应用场景 3.6.3挑战与建议 81 853.7.1广告宣传 853.7.2环境监测 87 4.1.1结构设计技术 894.1.2升力与载荷管理 904.1.3动力推进与能源系统 924.1.4操纵与稳定性控制 944.1.5材料与制造工艺 95 4.2.1架设部署设计技术 984.2.2分离式挂架智能提升与快速拆装设计技术 994.2.3系留气球使用决策 4.3.1自由气球平台技术 4.3.2平流层飞艇平台技术 4.3.3低成本轻质高强度囊体材料技术 4.4.1载人浮空器适航技术 4.4.2无人浮空器适航技术 1194.5.1载荷高精度稳定控制技术 4.5.2微波类探测载荷技术 4.5.3光学类载荷技术 4.5.4通信类载荷技术 4.5.5导航类载荷技术 4.6.1低空气象数据立体感知与智能同化技术 4.6.2小尺度短临气象预报技术 4.6.3飞行风险量化与智能决策支持技术 4.7.1智能飞控 4.7.2智能空管技术 5.1.1优化空域管理，畅通飞行通道 5.1.2完善标准规范，筑牢安全防线 5.2.1提高技术成熟度，促进产业发展 5.2.2推进多学科交叉，培育复合型人才 5.3.1完善基础设施，激发产业活力 5.3.2完备产业生态链，提升产业竞争力 5.3.3创新商业模式，提高运营效能 1第一章概述1.1浮空器与低空经济2氦气产生浮力克服自重，并带有系留缆绳约束的浮空器，升空高浮力、挂载有效载荷和保持姿态稳定性，由囊体和球3（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4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5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6（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71234568789机场及配套设施和无人机起降场、低空网络、低空数9/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空经济的技术水平和产业竞争力。多种浮空器产品的系列化研制，可满足不同应用场景浮空器作为低空活动开展的重要手段，凭借缺的关键平台，在旅游观光、物流运输、空中信息管1.2浮空器发展现状上世纪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中部署应用[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”号在着陆时因国飞艇工业公司；俄罗斯阿古利浮空器公司和RosaerosystemsS.R.A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公司的为顺利的是英国HAV公司研制的Airlander10飞艇，该艇载重吨，2016年8月成功首飞，2018年7月份改进型在中国飞艇技术起步于上世纪70年代。在无人飞艇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2月，AS700D全电动载人飞艇也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美国在2000之后相继启动了高空飞艇（H计划。高空哨兵计划于2005年、2008年和2010分别开展了三次飞了为期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1.3浮空器低空应用发展现状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6月完成升空高度1500米S1500型风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1亿元人民币增长至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。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密层和热合层组合成的多层复合结构囊体材料。美国TCOM、ILC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第二章浮空器在低空领域中的作用2.1重要性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信中继、应急救援、区域监视和特殊场景（如风力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2.2必要性无人机、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通池救计机准弱号/电混合\低运维高继施属性，其独特优势使其成为构建低空经济多领域发挥关键作用，正在发展成为低空经济中浮空器产业）发展，吸引了众多企业入驻，设立50亿元的低空经济2.3可行性通信中继等任务提供了可靠解决方案；经济方面，相程化实践的阶段。同年9月，拥有完全自主知识产权的国产“祥空旅游等产业服务，充分体现了浮空器在工程化应用的用提供了坚实基础。在高强度的囊体材料方面，采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本约3-5美元，而浮空器（如Airland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能源消耗成机人力运维成基础设施成元任务持续性球特殊场景节转隐性环保成贝流均对浮空器用于低空经济展现出积极支持态度，通过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突破。未来若能推动低空开放试点、加快标准制定第三章浮空器低空应用场景3.1旅游观光旅部统计，2024年国内出游达56.14亿人次，旅游总花费5.75万亿（2）缓解资源开发矛盾：偏远景区因交通不（5）助力景区营销推广：浮空器本身具有较强的视觉冲击力，依赖热空气产生的浮力升空，通过调整高度借助不同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观光系留气球外，还包括TF300系留气球（载客2人）和TF200空加了变频功能，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，搭配“限定景观+仪式感服务”，避开常规白天航线的同质化。其优势造飞艇，靠道具和互动设计提升体验，客群度规划”，解决地面拍摄的视野局限，优势在于精准对接小众刚需，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，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。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：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，3.2物流运输可达性、超大货物运输经济性及环境可持续性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）（4）拓展物流运输网络：重载飞艇能够到达（5）促进多式联运模式的完善：重载飞艇可大大缩短（如山区物资投送在时间维度，重载飞艇点对点的直达 吊装前准备S"起飞起飞 吊装铁塔 吊装前准备吊装前准备吊装物资并起飞降落目的地飞艇撤离革性方案。其意义远超物流范畴，是高原地区经未来10年，重载飞艇有望成为高原运输主力载体，重 吊装前准备吊装集装箱飞艇撤离链、破解地缘困局的战略支点：为高附加值货物提供海运成本+空运运输前准备运输前准备运输中安全降落安全降落痛点，重载飞艇可以“空运规模+海运成本”破解地理绝境，用零接触 运输前准备人员、物资运输安全降落安全降落重载飞艇在应急救援中不仅是运输工具，更是“终极救援堡垒”。重载飞艇在物流运输领域展现出显著潜力，尤跨境运输及特种运输场景中，然而，其规模能力和自适应能力，安装气象监测设备，实施调整飞艇产业链的协同发展，挖掘重载飞艇在物流3.3空中信息管理/卫星与用户终端之间，增加一个稳定的空中“跳板”。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，适合实本语音、短信和窄带数据通信，保障救援指挥调度（3）军事通信与战场网络：战场上环境瞬息万变，地形复杂，需要在广阔区域内部署大量低功耗传感器。在军事或复杂环境中，浮空器易受电磁干扰、敌方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3.4应急救援合蒙皮材料，其强度得到进一步加强，气囊渗氦率其运行费用一般比飞机低75%～80%。其次，由于飞艇表面积较大，飞艇可在离地面50米左右的低空中长时间安全飞行，并可以在相对其他应急救援系统空中平台，飞艇可长时间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，3.5区域安防过传感器融合技术（如雷达+光学）实现对目标的探测、识别、跟踪（2）广域覆盖能力：单平台可覆盖半径数十至上百、千米区域（6）多载荷集成能力：可同时搭载雷达、光电、信号侦察等多（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（1）边境与国土安全监控：在漫长陆地/海岸线存在非法越境、（2）军事战场态势感知：战场环境动态变化，需实时掌握敌军（3）反恐与城市安防：大型活动、敏感区域需防范恐怖袭击、（5）灾害应急态势评估：地震、洪水后交通瘫痪，需掌握灾民辆和人员异常活动；通过SAR识别森林覆盖变化与运输车辆轨迹；监视网络，实现数据融合和任务协同，但不同平3.6空中发电传统光伏发电主要痛点：发电时段固定、受天气影响火力发电痛点：化石能源消耗极大，燃煤等污染物及温室气体，123456大小好高好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：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、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、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、轻量化产业链的发展；通过新型高空风力发电设备的研究促进高空风力发电规模化、产业化发展，预计可带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3.7其它（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（2）飞艇是一种新型可移动媒体。其适航性强，可一年四季在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2）主动变形骨架：采用形状记忆合金（SMA）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1MW霍尼韦尔涡轮发电机加32台高功率密度电动机组成的混合推太阳能电池（如达天CA-T24R飞艇宽艇体铺设）受天气和昼夜油力2）分布式电推进（DEP在艇体周向布置12单艘超大型重载飞艇（100米级以上）在使用上具有很多限制，可通过3-5艘小型重载飞艇通过强化学习算法同步吊运超大型货物借助当前先进的计算技术，深度Q网络（DQN）算法可实时解200米级艇体（如LCA60T）需分段制造再拼接，热焊接/胶接工非传统外形（如三囊宽体）虽提升气动效率（达天CA-T24R升实现拼接精度±4mm（在船舶领域，有项目通过该技术实现尺寸综上所述，重载浮空器平台技术未来5-10年将遵循“轻量化×智浮力动态管理TRL64.2智能无人化系留浮空器平台技术用上，存在着架设部署、分离式挂架智能提升与快速荷快速切换的分离式挂架结构设计和引导式定位及拆装结构设计技4.2.2分离式挂架智能提升与快速拆统分离式挂架任务载荷吊装方式一方面严重影响有效载荷的部署与根据系留浮空器操作使用步骤及案例分析，采用LLM（语言大第三方库是AI智能体交互的主要信息来源，包含了辅助决体通过LLM对用户语义的理解，整合辅助决策所需要的全部综上所述，系留气球平台技术未来5-10年将朝向经济化、智能（1）经济化：减少系留气球平台在使用时所需的人力成本，提策，加快危险境况下的响应速度。同时可利用AI工具对球体健康状4.3长航时临近空间浮空器平台技术临长航时临近空间浮空器平台主要包括自由气球和平流层飞艇“对抗风场”转向“利用风场”，发展可重复、低能耗的高度调节技术，而实现目标区域的飞行控制。平流层飞艇的能源系统目前主要采用“太阳电池-储能系统-能源管理器”的组合架构，其技术难点主要集中在三个方面：一是环境复能系统”的能源系统能量平衡分析与方案设计，研发适用于平流层飞推进系统的主要技术突破方向包括：一是开展螺低雷诺数流动条件下的特性与效率研究，结合桨梢小型复杂等技术难点。该系统需协调多种控制手段，包弱的艇体结构有效集成，并同时解决其散热与能源供囊体材料是浮空器的关键技术之一，直接影响浮组成结构定制化设计以及性能/功能优化提供了可靠依据。囊体材料1）功能原材料的国产化仍面临专用牌号缺失、批量生产稳定性2）在以往囊体材料的研发过程中，由于对囊体材料提出的要求3）大型飞艇囊体气密性检测难度较大，且在囊体制作、包装、1）突破国产原材料的专用牌号定型与批产稳定性难题，建立材料-结构-性能一体化数据库，构建自主可控需统筹考虑新材料、新结构和新的集成工艺路线。力争2030年实现4.4浮空器适航体系适航是民用航空领域的核心安全概念，它描述了民用航空产品贯穿产品全生命周期的动态过程，其根本目的是三类证件形成了从批准设计到批准生产再到批准单架飞机运行的完定基础的每一项要求。第四阶段为符合性确认，这是最型载人浮空器的设计与制造企业带来了巨大的研发不确定性和合规和飞行安全的核心，其在各种飞行剖面和突发故障模设计与验证技术体系。其中，深入研究并应用SAEARP4754B中的正向设计理念以及基于系统工程(MBSE)的方法是实现这一目标的关键。通过该方法可以将复杂的适航条款与安全性要求符合性设计与验证的技术瓶颈。最终的目标是b）科学系统的适航符合性设计技术体系估与缓解措施，对适航审定提出了前所未有杂，必须证明其在多重故障叠加等极端情况下的鲁棒性。囊体结构、工程实现层面的核心挑战在于构建一个能够量化评估并系统验从而为无人浮空器在复杂环境下的高自动化运行提供坚实的适航符4.5专用载荷技术（1）载荷向模块化、轻量化、高效能发展，开展主被动载荷的（2）平台载荷一体化高效能源管理技术。探索平台新型供能方（3）发展智能稳定与运动补偿技术。结合更高精度的惯导、多（1）发展像移补偿技术。结合高带宽快速反射镜和稳定平台，（2）智能机载处理与边缘计算。部署FPGA、ASIC或AI加速系留气球搭载的导航类载荷主要技术难点在于动态扰动下的测4.6小尺度短临气象预报技术率（小时级）上均无法满足浮空器作业对气象条件精细高精度气象探测与智能同化是开展低空飞行气象保障的数据基数据相结合，采用人工智能技术动态生成时空连续的百米级/十米级小尺度短临气象预报技术是实现浮空器低空安全运行与精细管控的核心支撑，其核心目标是对未来0-12小时、百米至公里级的突术，将物理方程嵌入模型训练与推理过程，增强算法推动“预报-观测”一体化迭代优化，建设支持实时更新的区域气象大飞行风险量化与智能决策支持技术是实现低空气象预报价值转气象-飞行耦合的风险量化规则引擎，实现基于安全阈值的自动化告4.7智能管控技术能空管”）两大技术体系。智能飞控重点解决浮空器在复杂环境下的智能路径规划：通过智能路径规划技术（如Q-learning[43]、DQN[44]、智能空管系统作为浮空器新兴发展领域，具有广阔的发展前景。（1）智能空域动态管理：通过实时监测、气象预测与智能算法航电ARINC等常用协议，实现飞行计划报送、监视数据共享与空域（2）高可靠通信保障：发展多模态、多链路融合通信技术，构建了集成空地、空空与卫星链路的异构多模通信系统，结合自组网（Ad-hoc）以及传统V/UHF数据链等多种方式，并通过多链（3）智能协同与自主决策：依托人工智能与群体控制理论，结提升自主性、安全性和系统智能决策水平；5G与卫星通信将提供高体系向自动化与集成化方向演进。智能空管向“自主决策”方向发展，确保浮空器的高效第五章浮空器低空领域应用发展建议5.1完善政策法规建立标准体系按照“建-管-用”不同阶段，由政府通过政策与法规进行管理，构器智能化网络化安全管理系统，通过对浮空器设备5.2推动技术创新加速人才培育5.3夯实产业基础促进行业发展服务、企业负责设备、人员和数据全托管。通过“浮空器+数据服务”[3]中国航空学会.中国浮空器发展路线图[M].北京：中国科学技术出版[5]以空军发射探空气球可侦测无人机与巡航导弹.央视新闻客户端,[8]312天！Alphabet联网气球创造最长平流层飞行记录.腾讯新闻网,[9]重庆举行2024首届重庆低空飞行消费周新闻发布会.重庆市人民政府新闻[10]李林,杨之甜.第十六届安阳航空运动文化旅游节开幕科技范儿拉满低空[12]闫峰,黄宛宁,杨燕初等.现代重载飞艇发展现状及趋势[J].科技导报,2017,35(9).[16]黄荣佳.岳麓山下创出全球第一,“追风”创客打造“天空发电站”.湘江早[20]平流层浮空器项目关键技术分析,邓小龙,杨希祥,朱炳杰等,飞航导弹,2021[21]中国科学院高空科学气球研究进展,蔡榕,杨燕初,姜鲁华等,遥感学报,1007-4619（2025