[发明专利]平流层气球下投探空系统

说明书

技术领域

本发明提供一种平流层气球下投探空系统，涉及到大气探测技术、GPS应用技术、卫星 通信技术和无线电技术领域。

背景技术

大气探测通常采用在地面施放探测气球，用雷达跟踪并接收气球携带的探空仪发出的无 线电信号、从而获得某处大气基本参数垂直分布的方法。由于此方法所用气球随风飘行，要 探测高空某点大气参数不易实现。再有雷达的作用距离有限，不能探测海洋或大漠深处无人 地区上空的大气状况。

发明内容

本发明所提供的下投探空系统，采用零压式高空气球，可以按照事前设定的高度在大气 平流层平飞，并可利用不同高度风向不同的实际情况，采用抛砂排气等手段，控制气球飘到 预定区域，再下投探空仪，探测该区域大气温度、湿度、压力和风向风速等基本参数的垂直 廓线；此外，本发明还采取了卫星中继通信技术，理论上可以探测地球上任何区域的大气状 况。

附图说明

图1是平流层下投探空系统气球及球载设备示意图。

图2是下投控制装置示意图。

具体实施方式

实施例采用的平流层下投探空系统参见图1，由高空气球1，主缆切割器2，降落伞3， 仪器舱及下投控制器4，下投探空仪5以及气球地面站等组成。

高空气球采用体积为1000立方米的零压式气球，其球体采用抗低温高强度聚乙烯塑料薄 膜经热压焊接制成。球体上部连接充气管，下部连接排气管。充气管在气球充完浮升气(氢 气或氦气)后用绳索捆扎，使其不漏气，排气管则与大气相通。气球升空后，随着高度不断 增加，浮升气逐渐膨胀，直至达到设计体积胀饱气球后，多余的气体从排气管排出，保持气 球内外气压基本相等，压差为零，所以称为零压式气球。由于气球升空高度和其体积、总重 量(包括自重与载重)、浮升气体种类有着固定关系，所以通过控制这些参数，就可以控制气 球达到预定高度。采用引导球事先测出气球轨迹，通过选择合适的气球发放位置，并利用抛 砂排气等手段控制气球高度，就可以使气球到达预先设定的区域，下投探空仪。

仪器舱采用保温性能好、有一定强度、自重轻便的聚苯乙烯发泡材料切割制成。舱内装 有GPS下投探空仪、下投及气球飞行控制器、舱载无线数传模块、卫星通信模块及天线、砂 舱及控制阀等。

下投及气球飞行控制器由下投控制装置、遥测遥控箱和电池等组成。下投控制装置请参 见图2，由下投舱8、弹出橡筋9、下投切割器6、舱门盖板13、舱门控制切割器15等组成。 下投舱是一个长方体空舱，其大小形状和下投探空仪匹配，用来装载下投探空仪等。弹出橡 筋共有两根，通过螺钉将其端部固定在仪器舱底部的木板12上，使其形成十字交叉的形态。 装配前，先将小降落伞11顶端通过系绳7穿过下投切割器后，拴在下投舱内橡筋的十字交叉 点上，再将小降落伞的另一端经伞绳连接在探空仪顶部。装配时，先将小降落伞叠好，放在 探空仪底下，再用橡筋的十字交叉点顶住探空仪的顶端中点，使橡筋将探空仪底部兜住，再 将探空仪压入下投舱。在压下过程中，橡筋被逐渐拉长，获得弹出能量。直到探空仪及与其 连接的小降落伞全部压入舱内，再盖上舱门盖板，用绳索14穿过舱门切割器15将舱门固定 在木板上。探空仪端部装有一个电源控制行程开关10，在探空仪装入下投舱后，由舱门盖板 经折叠好的小降落伞压下行程开关，使探空仪保持在关闭状态。

下投时，首先由气球地面站经互联网向卫星地面站送出开舱门遥控指令，卫星地面站将 指令代码经卫星中继后传送到气球仪器舱。舱内的卫星通信模块收到代码后，送遥测遥控箱 内的微控制器，经解码后控制舱门切割器将固定舱门的绳索切断，舱门被打开，探空仪弹出， 由系绳通过降落伞挂在仪器舱下。电源控制开关由于失去压力而接通电源，探空仪加电后开 始工作，GPS模块搜索卫星，探空仪内的数传模块每秒1次向空中发出探空数据。仪器舱内 的数传模块接到数据后，通过卫星中继，将数据传到卫星地面站，再经互联网将数据传到气 球站或任何可以上网的地方。经过1到3分钟，待气球地面站确认GPS模块定位后，再发出 下投控制指令，经上述通信链路后，控制下投切割器动作，切断系绳，将探空仪投下。