[发明专利]超压气球平流层区域驻留装置及方法

说明书

本公开提供了一种超压气球平流层区域驻留装置，包括：主超压气球，为具有载荷承载能力的浮力体，具备调节自身高度进入不同的风层能力；至少两个辅助气球，通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别漂浮于主超压气球的上方和下方。利用超压气球区域驻留装置，依靠单个主超压球即可完成区域驻留飞行，并且通过采用单个主超压气球与多个辅助气球的组合，大大降低了对风场预报的精度要求。

技术领域

本公开涉及浮空器领域，尤其涉及一种超压气球平流层区域驻留装置及方法。

背景技术

近年来，在区域大气环境监测、防灾减灾、高分辨率实时监视、区域通信等需求的驱动下，以平流层飞艇、超压气球为代表的高空驻空型飞行器引起了各国的普遍重视，包括中国在内的世界主要国家陆续启动了相关的研究计划，开始了较深入的研究开发工作。

平流层底部有一段区域处于东风和西风的交界处，风速较小。这一特征在夏季尤为明显，被称为“准零风层”。对准零风层的运用也是包括平流层飞艇、超压气球等浮空器实现区域驻留的核心问题之一。

超压气球通过几十年的发展，通过球体的特殊设计，具备了持久驻空的固有优点。但对于区域驻留来说，即便进入了“准零风层”，由于准零风层内风场变化的复杂性，对航迹的预测与主动控制仍是一个至关重要的研究领域，是持久驻空的重要保障。

准零风层通常在夏季存在，但在准零风层内部风速和风向变化明显。对于长时区域驻空来说，这些变化会起到至关重要的作用。实际探空数据表明，在仅仅相差几百米的高度层，风速和风向都会变化较大。这种细节的变化在包括ECWMF、GRAPS-GFS、NCEP-GFS等在内的各大全球风场预报模型中均难以精确预测。请参阅图1，为中国北方某地2018年8月10日的气象预报数据和实际探空数据的对比图(以东西风为例)。其中右上角为17-22公里风速细节图。从中可以看出，尽管气象预报数据能够给出准零风层的大致高度和厚度，但是在准零风层区域内，风速和风向变化依然较为显著。这些风速风向变化细节依靠气象预报数据难以刻画，而这些细节正是保障长时驻空所要关注的重点。

利用单超压气球进行长时驻空试验时，往往无法准确获知其驻空高度上下的风场变化情况。若利用多个单独的超压气球进行区域组网，不同超压气球的位置差异往往也意味着局部风场的差异，对某个需要单独调节高度的超压气球能给出的参考信息有限。同时多个超压气球区域组网无疑增加了系统复杂度，带来使用上的不便。因此亟需一种超压气球在平流层准零风层区域驻留或者有效机动的方法及装置，降低对平流层区域风场预测和探测技术精度的要求，从而满足超压气球飞行控制需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种超压气球平流层区域驻留装置及方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种超压气球平流层区域驻留装置，包括：主超压气球，作为具有载荷承载能力的浮力体，具备调节自身高度进入不同的风层能力；至少两个辅助气球，通过系缆与主超压气球连接，通过浮力分配分别漂浮于主超压气球的上方和下方。

在一些实施例中，所述主超压气球上设置有：高度调节单元，用于调节主超压气球的高度使其进入根据上下风层的风场信息确定的风层，所述上下风层的风场信息通过测量主超压气球和至少两个辅助气球的相对位置获得；系缆长度调节单元，用于通过对系缆的操纵控制各辅助气球的相对距离。

在一些实施例中，主超压气球和每个辅助气球均安装位置测量传感器和通信单元，用于获取相对位置；各气球的位置传感器单元连接到各自的通信单元，各通信单元连接至主超压气球的主控计算机或地面控制终端，所述主超压气球的主控计算机或地面控制终端连接到所述高度调节单元。

在一些实施例中，所述通信单元连接各测量传感器与主超压气球的主控计算机，其中所述通信单元为近场无线通信或有线连接。