專利名稱：平流層氣球下投探空系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種平流層氣球下投探空系統(tǒng)，涉及到大氣探測技術(shù)、GPS應(yīng)用技術(shù)、 衛(wèi)星通信技術(shù)和無線電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大氣探測通常采用在地面施放探測氣球，用雷達(dá)跟蹤并接收氣球攜帶的探空儀發(fā) 出的無線電信號、從而獲得某處大氣基本參數(shù)垂直分布的方法。由于此方法所用氣球隨風(fēng) 飄行，要探測高空某點(diǎn)大氣參數(shù)不易實(shí)現(xiàn)。再有雷達(dá)的作用距離有限，不能探測海洋或大漠 深處無人地區(qū)上空的大氣狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的下投探空系統(tǒng)，采用零壓式高空氣球，可以按照事前設(shè)定的高度 在大氣平流層平飛，并可利用不同高度風(fēng)向不同的實(shí)際情況，采用拋砂排氣等手段，控制氣 球飄到預(yù)定區(qū)域，再下投探空儀，探測該區(qū)域大氣溫度、濕度、壓力和風(fēng)向風(fēng)速等基本參數(shù) 的垂直廓線；此外，本發(fā)明還采取了衛(wèi)星中繼通信技術(shù)，理論上可以探測地球上任何區(qū)域的 大氣狀況。


圖1是平流層下投探空系統(tǒng)氣球及球載設(shè)備示意圖。
圖2是下投控制裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例采用的平流層下投探空系統(tǒng)參見圖1，由高空氣球l，主纜切割器2，降落傘 3，儀器艙及下投控制器4，下投探空儀5以及氣球地面站等組成。 高空氣球采用體積為1000立方米的零壓式氣球，其球體采用抗低溫高強(qiáng)度聚乙 烯塑料薄膜經(jīng)熱壓焊接制成。球體上部連接充氣管，下部連接排氣管。充氣管在氣球充完 浮升氣(氫氣或氦氣)后用繩索捆扎，使其不漏氣，排氣管則與大氣相通。氣球升空后，隨 著高度不斷增加，浮升氣逐漸膨脹，直至達(dá)到設(shè)計(jì)體積脹飽氣球后，多余的氣體從排氣管排 出，保持氣球內(nèi)外氣壓基本相等，壓差為零，所以稱為零壓式氣球。由于氣球升空高度和其 體積、總重量(包括自重與載重)、浮升氣體種類有著固定關(guān)系，所以通過控制這些參數(shù)， 就可以控制氣球達(dá)到預(yù)定高度。采用引導(dǎo)球事先測出氣球軌跡，通過選擇合適的氣球發(fā)放 位置，并利用拋砂排氣等手段控制氣球高度，就可以使氣球到達(dá)預(yù)先設(shè)定的區(qū)域，下投探空 儀。 儀器艙采用保溫性能好、有一定強(qiáng)度、自重輕便的聚苯乙烯發(fā)泡材料切割制成。艙 內(nèi)裝有GPS下投探空儀、下投及氣球飛行控制器、艙載無線數(shù)傳模塊、衛(wèi)星通信模塊及天 線、砂艙及控制閥等。
下投及氣球飛行控制器由下投控制裝置、遙測遙控箱和電池等組成。下投控制裝 置請參見圖2，由下投艙8、彈出橡筋9、下投切割器6、艙門蓋板13、艙門控制切割器15等組 成。下投艙是一個(gè)長方體空艙，其大小形狀和下投探空儀匹配，用來裝載下投探空儀等。彈 出橡筋共有兩根，通過螺釘將其端部固定在儀器艙底部的木板12上，使其形成十字交叉的 形態(tài)。裝配前，先將小降落傘11頂端通過系繩7穿過下投切割器后，拴在下投艙內(nèi)橡筋的 十字交叉點(diǎn)上，再將小降落傘的另一端經(jīng)傘繩連接在探空儀頂部。裝配時(shí)，先將小降落傘疊 好，放在探空儀底下，再用橡筋的十字交叉點(diǎn)頂住探空儀的頂端中點(diǎn)，使橡筋將探空儀底部 兜住，再將探空儀壓入下投艙。在壓下過程中，橡筋被逐漸拉長，獲得彈出能量。直到探空 儀及與其連接的小降落傘全部壓入艙內(nèi)，再蓋上艙門蓋板，用繩索14穿過艙門切割器15將 艙門固定在木板上。探空儀端部裝有一個(gè)電源控制行程開關(guān)10 ，在探空儀裝入下投艙后，由 艙門蓋板經(jīng)折疊好的小降落傘壓下行程開關(guān)，使探空儀保持在關(guān)閉狀態(tài)。
下投時(shí)，首先由氣球地面站經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)向衛(wèi)星地面站送出開艙門遙控指令，衛(wèi)星地 面站將指令代碼經(jīng)衛(wèi)星中繼后傳送到氣球儀器艙。艙內(nèi)的衛(wèi)星通信模塊收到代碼后，送遙 測遙控箱內(nèi)的微控制器，經(jīng)解碼后控制艙門切割器將固定艙門的繩索切斷，艙門被打開，探 空儀彈出，由系繩通過降落傘掛在儀器艙下。電源控制開關(guān)由于失去壓力而接通電源，探 空儀加電后開始工作，GPS模塊搜索衛(wèi)星，探空儀內(nèi)的數(shù)傳模塊每秒1次向空中發(fā)出探空數(shù) 據(jù)。儀器艙內(nèi)的數(shù)傳模塊接到數(shù)據(jù)后，通過衛(wèi)星中繼，將數(shù)據(jù)傳到衛(wèi)星地面站，再經(jīng)互聯(lián)網(wǎng) 將數(shù)據(jù)傳到氣球站或任何可以上網(wǎng)的地方。經(jīng)過1到3分鐘，待氣球地面站確認(rèn)GPS模塊 定位后，再發(fā)出下投控制指令，經(jīng)上述通信鏈路后，控制下投切割器動作，切斷系繩，將探空 儀投下。 下投探空儀由氣象參數(shù)傳感器、數(shù)據(jù)采集微控制器、GPS模塊和天線、無線數(shù)傳模 塊和天線以及電池等組成。其外部包有泡沫保溫材料，外形為長方體，上部連接有小降落 傘。下投后，溫度和濕度傳感器在下投后暴露在大氣中，小降落傘張開，帶著探空儀按照設(shè) 計(jì)速度下降。GPS模塊實(shí)時(shí)測量探空儀的位置，通過對位置差分可以得到風(fēng)向風(fēng)速。傳感器 實(shí)時(shí)探測大氣溫壓濕等物理參數(shù)，通過微處理器處理得到相關(guān)數(shù)據(jù)。探空儀內(nèi)的無線數(shù)傳 模塊把探測數(shù)據(jù)發(fā)回儀器艙，由儀器艙內(nèi)的衛(wèi)星通信模塊將數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星中繼傳回到衛(wèi)星 地面站，再通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到用戶。 除了上述衛(wèi)星中繼通信鏈路外，本系統(tǒng)還備有無線通信鏈路，可通過無線數(shù)傳模 塊直接對氣球進(jìn)行遙測遙控。 待探空儀全部下投后，發(fā)出切割儀器艙指令，主纜切割器動作，切斷主纜，降落傘 與氣球分離，帶著儀器艙降落到地面。其落點(diǎn)由GPS模塊定位后通過衛(wèi)星中繼發(fā)送給地面 站，指導(dǎo)回收車輛回收儀器艙。 本實(shí)施例已經(jīng)實(shí)踐多次驗(yàn)證 證明其性能先進(jìn)、設(shè)計(jì)合理、工作可靠，為大氣探測 提供了一種新型的技術(shù)手段。
權(quán)利要求
一種平流層下投探空系統(tǒng)，由高空氣球、主纜切割器、降落傘、儀器艙及下投控制裝置、探空儀和氣球地面站組成，其特征在于系統(tǒng)采用零壓式高空氣球，按照事前設(shè)定的高度在大氣平流層平飛，采用拋砂排氣等手段，控制氣球到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后下投探空儀，探測該區(qū)域大氣基本參數(shù)的垂直廓線。
2. 如權(quán)利要求書l所述的平流層下投探空系統(tǒng)，其特征在于采用衛(wèi)星中繼通信技術(shù)， 可以探測海洋或大漠深處無人地區(qū)上空的大氣狀況。
3. 如權(quán)利要求書l所述的平流層下投探空系統(tǒng)，其特征在于下投控制裝置由下投艙、 下投切割器、彈出橡筋、艙門蓋板、艙門控制切割器組成。
全文摘要
一種平流層氣球下投探空系統(tǒng)，采用零壓式高空氣球，可以按照事前設(shè)定的高度在大氣平流層平飛，并可利用不同高度風(fēng)向不同的實(shí)際情況，采用拋砂排氣等手段，控制氣球飄到目標(biāo)區(qū)域，再下投探空儀，探測該區(qū)域大氣溫度、濕度、壓力和風(fēng)向風(fēng)速等基本參數(shù)的垂直廓線。此外，本系統(tǒng)還采取了衛(wèi)星中繼通信技術(shù)，可以探測海洋或大漠深處無人地區(qū)上空的大氣狀況。
文檔編號G01W1/08GK101710189SQ200910260998
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者萬小偉, 孫寶來, 朱彥良, 李立群, 王勇, 陳洪濱 申請人:中國科學(xué)院大氣物理研究所