一种平流层气球下投探空系统，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，控制气球飘到目标区域，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，本系统还采取了卫星中继通信技术，可以探测海洋或大漠深处无人地区上空的大气状况。
1.一种平流层下投探空系统，由高空气球、主缆切割器、降落伞、仪器舱及下投控制装置、探空仪和气球地面站组成，其特征在于：
下投探空系统采用零压式高空气球，按照事前设定的高度在大气平流层平飞，采用抛砂排气手段，控制气球到达目标区域后下投探空仪，探测该区域大气基本参数的垂直廓线；
下投控制装置由下投舱(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)组成；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地面站；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，控制下投切割器动作，切断系绳，将探空仪投下。
2.如权利要求书1所述的平流层下投探空系统，其特征在于：采用卫星中继通信技术，可以探测海洋或大漠深处无人地区上空的大气状况。
平流层气球下投探空系统
技术领域
[0001] 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
[0002] 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
[0003] 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
[0004] 图1是平流层下投探空系统气球及球载设备示意图。
[0005] 图2是下投控制装置示意图。
具体实施方式
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 下投探空仪由气象参数传感器、数据采集微控制器、GPS模块和天线、无线数传模块和天线以及电池等组成。其外部包有泡沫保温材料，外形为长方体，上部连接有小降落伞。下投后，温度和湿度传感器在下投后暴露在大气中，小降落伞张开，带着探空仪按照设计速度下降。GPS模块实时测量探空仪的位置，通过对位置差分可以得到风向风速。传感器实时探测大气温压湿等物理参数，通过微处理器处理得到相关数据。探空仪内的无线数传模块把探测数据发回仪器舱，由仪器舱内的卫星通信模块将数据通过卫星中继传回到卫星地面站，再通过互联网传送到用户。
[0012] 除了上述卫星中继通信链路外，本系统还备有无线通信链路，可通过无线数传模块直接对气球进行遥测遥控。
[0013] 待探空仪全部下投后，发出切割仪器舱指令，主缆切割器动作，切断主缆，降落伞与气球分离，带着仪器舱降落到地面。其落点由GPS模块定位后通过卫星中继发送给地面站，指导回收车辆回收仪器舱。
[0014] 本实施例已经实践多次验证，证明其性能先进、设计合理、工作可靠，为大气探测提供了一种新型的技术手段。
