从日本鹿儿岛到中国的高空气球越洋飞行

从日本鹿儿岛到中国东部地区的高空气球航线,是不经过第三国的北半球中纬度地区不可多得的越洋飞行航线.其距离相当于从意大利的西西里岛,越过地中海到西班牙的航程.     

高空气球热力学模型与上升过程仿真分析

基于对高空气球热力学环境的分析,建立了热力学与动力学耦合的高空气球动力学模型;并采用该模型对某高空气球的上升与驻留过程进行仿真分析.结果表明:高空气球上升过程中内部氦气存在\"超冷\"现象,其中平流层区域\"超冷\"明显,氦气平均温差为-19 K;由于\"超冷\",其上升速度曲线呈双\"V\"形变化;强太阳辐射与弱对流环境使驻留过程中氦气呈现\"超热\"现象,平衡时氦气平均温度比环境温度高39 K,球内氦气超压648.8 Pa.数值仿真的速度、平均温度变化规律与相关飞行试验数据相吻合,说明该仿真模型是有效的.      

双层乳胶气球的高空平漂机理及垂直轨迹模拟

双层乳胶气球克服了单层乳胶气球的缺点,可以在高空平漂以实现持续气象观测,但是其高空平漂受多因素影响比较复杂,特别是气球充气量主要依赖工程经验,施放成功率不高,亟需提供理论指导。通过试验数据证明了浮重平衡是双层乳胶气球实现高空平漂的必要条件,推导得出内、外球氢气充气量和昼夜温度变化对其运动的影响;建立了双层乳胶气球的几何模型和动力学模型,结合实地施放试验,对其升空和平漂过程轨迹进行模拟,由此探究了内、外球充气量对平漂高度的影响。研究结果表明:内球充气量是决定平漂高度的主要因素,并受昼夜温度变化影响,当内、外球规格分别为750g、500g,负载约1kg时,内球拉力每增大或减小0.04kg,最终平漂高度将对应升高或降低约5km,而外球充气量对其平漂高度无影响。      

高空气球综合/开放式设计系统

开发了一种新架构的高空气球设计系统,引入了综合性、开放式的设计理念,采用面向对象的整合方法,包含了自定义开发、多Agent基线比选等开放性设计功能,通过实例证明了该系统不仅可以进行模型建立、性能分析、费用评估等分析结果综合评价,还使方案设计与数字加工、飞行仿真等实际应用结合在一起.     

高空系留气球建模与稳定性分析

平流层高空系留气球是典型的无控制欠阻尼自治系统,因此平台本身应当具有较好的稳定性,然而该系统的线性化模型含有零特征根,导致经典的Lyapunov第一方法难以从理论上获得其稳定性结论.从一般刚体的Newton-Euler方程出发,根据刚体对任一点的平动和转动方程,建立基于广义坐标的高空系留气球二阶非线性动力学模型,并针对Lyapunov方法证明稳定性的局限性,从能量的角度运用拉格朗日定理证明了高空系留气球的稳定性,数值仿真结果与理论结果一致.     

同温层气球平台反向定位系统的研究

反向定位系统是针对驻留型同温层气球平台的一种新型定位系统 ,该系统的基本原理是由接收站的位置计算得出发射机的位置。文章采用卡尔曼滤波的方法 ,建立了反向定位系统的模型 ,给出其滤波算法 ;鉴于地面接收站的位置选择对该系统的定位精度有较大的影响 ,给出地面站选址依据 ,并通过计算、仿真获得一组较为理想的布站方式。此外 ,钟差是系统的一个主要误差源 ,文中对其引起的定位误差进行了分析 ,并给出估算的方法 ;对系统中的传播误差、设备误差也进行了分析。最后 ,对系统建立了仿真模型进行仿真。结果表明 ,该定位系统具有较好的定位精度     

高空科学气球的应力分析与球形设计

本文分析了迴转对称高空科学气球球膜的应力状态,指出按实际情况给定有关纬向应力σ_t的约束条件后就可解得正确的球形.σ_t的选择原则有三:下半球σ_t尽可能为零;上半球的σ_t自腰至顶逐渐增加;在球顶处则维持经向应力σ≈σ_t.按此原则设计的附加强带或不附加强带的气球,其最大应力和应力总潜能均较纬向应力恒为零的自然型气球有明显的改善,将用于大型气球的设计中.     

临近空间天文台发展现状与展望

临近空间天文台是一种特殊的天文台, 其选址于临近空间, 主要依托于高空科学气球浮空器平台. 中美等国家在20世纪大力推动高空科学气球技术发展, 形成了完整和成熟的科学气球系统, 进而促进了临近空间天文台的发展. 目前基于高空科学气球的临近空间天文台发展已经进入实用阶段, 在具体技术的研究上, 已从基础性应用技术向多用途、多功能的平台结构, 高可靠性、高稳定性和高精度控制等方面发展. 制约临近空间天文台发展的关键技术正在不断取得进展: 长航时飞行技术通过超压气球的实现得到突破, 高精度稳定指向技术由通过WASP系统的实现得到突破. 基于高空科学气球的临近空间天文台能够作为空间科学天文观测先进仪器的前期验证平台, 有效提升天基天文台任务的成功率.     

球载高能天文望远镜的超视距自动跟踪

本文在HAPI-4原有系统的基础上,利用80C196超16位单片机,首次实现了球载姿态指向控制系统的数字化;借助于全球卫星定位系统GPS,实现了气球位置的高精度定位和时间的绝对定标;采用小型高密度磁带机作为球载数据流存储器,利用海事卫星实现超视距测控,形成了新一代的球载高能望远镜控制系统．     

Interplanetary medium – A dusty plasma

The average mass of dust per volume in space equals that of the solar wind so that the interplanetary medium should provide an obvious region to study dust plasma interactions. While dust collective behavior is typically not observed in the interplanetary medium, the dust component rather consists of isolated grains screened by and interacting with the plasma. Space measurements have revealed several phenomena possibly resulting from dust plasma interactions, but most of the dust plasma interactions are at present not quantified. Examples are the production of neutrals and pick-up ions from the dust, dust impact generated field variations at spacecraft and magnetic field variations possibly caused by solar wind interacting with dust trails. Since dust particles carry a surface charge, they are exposed to the Lorentz force in the interplanetary magnetic field and for grains of sub-micrometer sizes acceleration can be substantial.     

Some additional results in the regular balloon monitoring of cosmic rays in the Earth’s atmosphere

The different types of the data recorded in the experiment of the regular balloon monitoring of cosmic rays (carried out since 1957 by Lebedev Physical Institute, Moscow, Russia, in several locations) are described. So called detailed information (the form of each pulse detected by the ground-based receiver) recorded during the last 12 years is discussed in more details. The use of these data both for getting and correcting the standard results of the experiment and for obtaining some additional information on the cosmic rays in the Earth’s atmosphere is considered.     

Characteristics of piezoelectric lead zirconate titanate multilayered detector bombarded with hypervelocity iron particles

A cosmic dust detector is currently being developed using a piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) element. The characteristics of the multilayered detector (MD), which was composed of one hundred PZT disks, were investigated by bombarding it with hypervelocity iron particles supplied by a Van de Graaff accelerator. It was confirmed that there was a linear relationship between the signal amplitude observed from MD and the momentum of the particles. As compared with the single-layered detector (SD) that was composed of one PZT disk, it was found that the sensitivity of MD was ∼3 times higher than that of SD within the limits of the experimental conditions.