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我听说高空科学气球有很多种类,比如零压气球、超压气球、超压气球、重载气球、超高空气球、红外线气球,作为一个非浮空器专业人士,说得一头雾水!!
高空科学气球是一种无动力飞行器,不需要考虑平飞时的空气动力学问题。因此,它可以采用表面积比更大的类球形结构和安装应力更均匀的垂直轴对称旋转结构。虽然没有动力,但是其他方面的性能有了很大的提升和优化。
高空科学气球具有不同飞行高度高,成本低,准备周期短,易于学生灵活有效实施等其他飞行器所不具备的特点。世界上存在一些经济发达地区国家从六、七十年代起相继出现开始通过大规模的发展以及高空气球技术, 使气球成为我们一种与火箭、人造卫星等飞行器并驾齐驱的进行分析大气和空间信息科学管理研究的运载工具。
根据气球本身的封闭性和内部压力的不同,高空科学气球可分为零压气球和超压气球两大类。根据飞行高度的特点,零压气球是从超高空气球(高度在50公里以上)衍生而来的。传统的零压气球技术目前已经非常成熟,一个主要的发展方向是使用重型气球(3吨以上)进行近距离空间发射、降落和降落试验。超压气球是科学气球研究的热点,根据气球本体的数量可分为一维和二维两大类,一维超压气球的目标是中低纬度的长期耐力飞行(ULDB) ,一维超压气球的目标是中低纬度的长期耐力飞行(ULDB) ,二元超压气球的目标是长期耐力区居住和网络覆盖(Project Loon)。
从水平飞行高度的外观上我们很容易区分零压气球和过压气球。如上图所示,零压气球自然承受水滴,过压气球明显像个南瓜。另外,零压气球下部明显有几个排气管与大气相通,而过压气球是封闭的。
1.零压气球
零压气球,顾名思义,其最大的特点就是球体与大气相通,球体内气体压力与大气压力差几乎为零。常规的零压高空科学气球载重可超过1吨,发放过载小、准备周期短、运行安全稳定。
1.1重载气球
关于重载气球,科学界并没有明确的规定,这里暂且简单地划分3吨以上载荷重量的科学气球都划为重载气球。
高空科学气球飞行高度一般在35~40千米,大气密度跟火星大气密度相当,是进行火星探测器着陆减速试验的理想高度。
1.2超高空气球:
超高空气球升限在50km以上(最高纪录为JAXA创造的53.7km),成为零压气球中一支另类的分支。目前常规高空气球使用的材料基本是厚度20微米左右的低密度聚乙烯薄膜,而要到达50km以上的高度,可能需要将材料厚度降低至仅有几微米。能制作出如此薄而又能具有足够强度的材料,并能将其制成的气球成功发放,这就是超高空气球的核心技术。
2.红外热气球(MIR)
高空科学气球家族里面有一支独具特色的分支,那就是法国人特有的红外热气球。因为它白天可能超压,夜晚零压,所以介于零压与超压气球之间,单独成为一类。
法国CNES研制的红外热气球(MIR),球体用两种不同材料制成,利用地面红外辐射加热球体内气体温度,平均飞行时间3个星期,最长记录69天,成为独特的长时间飞行气球平台,但载荷小(60kg),飞行高度低(18~28km)。
3.超压气球:
超压气球是一种高空气球,它依靠浮力起飞,无动力,借助风力吹动。南瓜形状或其他配置比传统的高空气球更好。
超压气球的主要特点包括:特殊构型,能承受较高的超压;球体是封闭的,体积不随温度变化而变化,能保持稳定的飞行高度;弱化压载,最大程度避免昼夜影响,可实现长航时持续飞行。