[发明专利]一种组合式大载重高空浮空试验平台及其放飞方法

说明书

本发明公开了一种组合式大载重高空浮空试验平台及其放飞方法，试验平台包括一个主零压球、多个辅助零压球、一根主缆绳、多根辅助缆绳和荷载舱；主零压球充气后球柄处连接主缆绳，荷载舱连接于主缆绳的下端；多根辅助缆绳的一端按设计间距分别连接于主缆绳上；各辅助零压球充气后分别将其球柄与一根辅助缆绳的另一端连接；试验平台升空后，主零气球位于最上端，主零压球与辅助零压球之间、辅助零压球之间均不接触。零压球造价较低，试验成本大大降低。地面防风固定装置结构及配置简单，操作方便，试验场地要求不高，试验平台放飞时需要的工作人员少。试验平台到达任务高度后释放载荷，零压气球快速上升至最大高度爆破，无后续飞行空域问题。

技术领域

本发明属于高空浮空器技术领域，尤其为一种组合式大载重高空浮空试验平台及其放飞方法。

背景技术

在浮空器领域，若将重量较大的目标载荷(100公斤及以上)运送至海拔20Km及以上的临近空间且短时驻空，目前可供采用的有平流层飞艇，系留气球及自由气球三条技术途径，其中，系留气球由于升空高度越高，系留缆绳越长，导致可运送的有效载荷重量越小，因此这条技术途径很难实现，而对于平流层飞艇来说，迄今为止，国外已有包括“攀登者”高空飞艇、日本平流层飞艇、Hi Sentinel 20、Hi Sentinel 50、Hi Sentinel 80和“天腾”飞艇六艘平流层无人飞艇验证艇曾进入到平流层高空，但携带的有效载荷远远低于100公斤，所以只有自由气球中的超压气球和零压气球有可能实现上述任务目标。

关于大载重高空浮空器方面，目前，美国NASA近几年超长时超压气球的飞行试验情况是飞行编号为591NT、608NT、616NT、631NT、659NT、662NT和669的飞行试验，这些超长时超压气球的有效载荷达300公斤以上，飞行高度达30km以上，驻空时长最少有6小时，但均采用的是用一个巨型超压气球下挂载荷舱的形式，而这种超压气球研发费用极高，研发周期也很长。

法国CNES高空气球机构已成功试飞任务名称为CLIMAT、BANA、PLOT等6次超压气球试飞实验，载重均达200kg以上，飞行高度达30km以上，采用的是在主超压球下挂一个辅助气球的方式。

我国中科院光电院于2017年试飞成功升限25km，载重300kg的超压气球，采用的是一个巨型超压气球下挂载荷舱的形式。

以上这些机构均已成功完成将100公斤以上的载荷运至海拔20km以上的临近空间且短时驻空，但他们均采用了超压气球技术，而超压气球造价十分昂贵，研发费用极高，研发周期长，且发放设施复杂，对发放人员要求多。

关于高空气球发放方法方面，中科院高能物理研究所的王立祥等人公开了一种高空气球发放方法，采用操纵卷扬机结合在气球上安装释放器的方式来发放气球，在风速较大时，将气球上升一段距离，仪器舱不升空，这种避风方法能避免跟发放车平行方向的风，但很难避免风向垂直于发放车轴线的风，因为风速过大时，面积巨大的超压球会把发放车拉翻。

中科院空天信息创新研究院的张泰华等人公开了一种高空气球发放系统和方法，这种系统能够实现对高空气球的吊舱及载荷无冲击发放，但当风速较大、气球体积较大时，气球会被吹到第一约束装置上，约束装置与气球的摩擦会对气球蒙皮造成很大危害。

北京航空航天大学的马云鹏等人公开了一种新型大尺寸高空气球释放方式，它的防风方法是将高空气球四周连接多根能释放长度的防风绳索，在风比较大的时候用防风绳索来拉住气球，防止其摆幅过大，这种防风措施仍旧不能在风比较大的时候给气球充气并完成放飞。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种低成本、结构简单的组合式大载重高空浮空试验平台，以解决现有的高空浮空试验平台载荷能力低、造价昂贵的问题；目的之二在于提供这种试验平台在较大风力情形下快速放飞的方法。