一种平流层气象探测火箭及应用方法技术

本发明专利技术涉及一种新型平流层气象探测火箭及应用方法。包括箭体结构单元、发动机单元、控制系统单元、载荷释放单元及探测载荷单元，载荷舱装载两套以上载荷释放单元。典型飞行程序如下：发动机点火后，探测火箭达到弹道顶点，载荷舱开舱，释放第一组探空仪，延时开伞；前一组探空仪释放后经延时后，释放下一组探空仪，释放后延时开伞；循环前步骤，直至全部探空仪释放完毕。本发明专利技术技术方案如下有益效果：探测火箭可装载多枚不同探测能力的探空仪，综合探测载荷装载能力较强；可以根据需要，在不同的飞行高度释放单枚或分组释放多枚探空仪，覆盖不同探测高度及区域，有效提升探空效能；可以应用于恶劣环境条件下提供参数支撑。

A stratospheric meteorological sounding rocket and its application method

【技术实现步骤摘要】
一种平流层气象探测火箭及应用方法
本专利技术属于气象探测装备
，具体涉及一种新型平流层气象探测火箭及应用方法。
技术介绍
平流层气象参数的获取对研究高层大气环流状况、天气分析预报、重大自然灾害监测预警及军事应用等方面都具有十分重要的意义，国内外气象学界加强对平流层气象探测研究。平流层非接触式探测主要采用气象卫星、雷达等手段，其中常规大气探测卫星携带星载雷达、微波/红外辐射计等，也可利用地基雷达、空基雷达，获取平流层及中间层大气的动力、热力、成分与辐射特征；卫星遥感探测还包括掩星探测，利用低地球轨道卫星掩星方法测量GPS信号相对于直线传播时的弯折角，反演平流层大气温度和密度廓线。气象卫星、雷达遥感探测获取了全球尺度丰富的高分辨率资料，对了解全球尺度平流层动力-物理-化学过程特征具有重要的研究价值。平流层接触式探测主要包括平流层探测气球、飞机探测平台及火箭探测平台。现有平流层气球探测方式主要通过气球携带常规探空仪器或下投式探空仪，气球探测高度可达到35km～38km，广泛获取平流层中下层的大气探测项目除温、压、湿外、风场结构，也可以观测平流层中下层臭氧、水汽和气溶胶等垂直结构物质痕量分布。飞机探测平台(有人驾驶及无人机等)可对多种云系、天气系统和台风的穿越探测或下投探空仪进行探测，飞机探测高度基本在25km高度范围以内，可获取平流层底层区域及平流层与对流层交接区域内大气参数。现有的气象探测火箭以下投式探空仪为载荷，通常在箭头部位携带单枚探空仪，一般在飞行弹道顶点处将探空仪从火箭箭头部位沿着轴向抛出，利用探空仪温、压、湿传感器和GPS接收器自上而下探测目标区域气象要素廓线，可覆盖20km～60km高度范围，可在一定作战区域内投放多个探空仪以获取该区域内不同高度、多个层面上的要素分布。通过卫星、地基雷达等探测方式，获取了大量的平流层遥感观测资料，但是资料的正确性需要接触式探测资料进行校正；平流层探测气球、探测飞机仅能够获取平流层底层气象参数；现有的平流层探测火箭一般携带单枚探空仪，获取探测数据样本有限，基本不涉及到平流层整层臭氧参数的观测。因此，开发一种可以携带多枚探空仪，在平流层顶不同位置可以多次分组释放，实现平流层顶至海平面风温湿压及臭氧参数的综合观测，并且可以在台风登陆前后条件下进行发射应用，具有重要的应用价值。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种平流层探测火箭，本专利技术提供箭体结构单元、发动机单元、控制系统单元、载荷释放单元及探测载荷单元等，以及本专利技术所述火箭的应用方法和工作流程。火箭从导轨发射后无控或有控飞行，经过弹道定点后火箭载荷舱壳片分离，为探空仪释放提供通道，在火箭下降段依次分组多次释放探空仪，探空仪释放后减速下降并进行探测。本专利技术提供的探测火箭具备搭载质量、接口等满足要求的下投式探空仪，实现对多种类气象参数的探测。为实现上述目的，本专利技术提供了一种平流层气象探测火箭，其包括箭体结构单元、发动机单元、控制系统单元、载荷释放单元及探测载荷单元，其中：所述箭体结构单元包括头锥舱、载荷舱、分离壳片、仪器舱、尾翼安装座、尾翼、护罩、前支撑滑块、后支撑滑块组成。所述头锥舱在火箭头部，与载荷舱壳体一端进行连接，头锥舱设计成低阻力气动外形，降低飞行过程中阻力，并采取相应热防护措施承受飞行过程中气动热环境；所述载荷舱主要用于装载两套以上载荷释放单元，一端与头锥舱连接，一端与仪器舱连接；所述分离壳片主要用于火箭维形，在探空仪释放前分离为探空仪释放提供通道；所述仪器舱一端与载荷舱连接，一端与发动机单元连接，主要用于安装火箭飞行控制相关仪器；所述尾翼安装座与所述尾翼连接，安装在发动机单元尾部壳体上，火箭具有三片以上尾翼；所述护罩与发动机单元尾部进行连接，将发动机尾部喷管罩住，起到维形作用；所述前支撑滑块安装在与仪器舱腹部，所述后支撑滑块固定在发动机尾端腹部，与火箭在发射导轨槽型相匹配，为火箭发射提供导向与支撑。所述发动机单元选用通用固体火箭发动机，满足探测火箭飞行弹道所需能量，为火箭在轨滑行及后续飞行提供动力。所述控制系统单元主要包括卫星定位信号天线(GNSS天线)、卫星定位信号处理机(GNSS主机)、电池、综合控制器、遥测天线，遥测主机组成。所述GNSS天线安装在头锥舱后端，呈左右对称布局安装，接收卫星定位信号；所述GNSS主机接收GNSS天线接收卫星信号并定位，将火箭飞行位置、速度信息传递给综合控制器；所述电池为火箭控制单机供电；所述综合控制器与电池、GNSS主机进行连接，综合处理火箭采集输入信息，并发送火箭工作时序指令，控制火箭将分离壳片分离及探测载荷单元释放；所述遥测主机接收综合控制器信息，并通过遥测发射天线将信号传输；所述遥测天线安装在仪器舱外壁，呈左右对称布局安装，实现遥测信号发射。所述载荷释放单元主要由探空仪安装舱、探空仪锁紧机构、探空仪释放作动器及壳片分离作动器组成。所述探空仪安装舱嵌入安装至载荷舱内，探测载荷单元装载于安装舱内；所述探空仪锁紧机构实现探测载荷单元在探空仪安装舱内的锁定，防止火箭飞行过程中探测载荷单元位置发生变化，同时在探空仪释放过程中可有效解锁；所述探空仪释放作动器为探空仪释放提供动力，在接收火箭控制系统解锁指令后，可将探测载荷单元从探空仪安装舱中推出分离。所述壳片分离作动器在探测载荷单元释放前，将其对应的分离壳片推出，为探测载荷单元释放提供通道。所述探测载荷单元主要由下投式探空仪及探空仪减速系统组成，所述下投式探空仪与所述探空仪减速系统轴向对接后，安装在载荷释放单元内，下投式探空仪主要用于平流层顶以下大气相关参数探测，所述探空仪减速系统主要实现探空仪在飞行过程中减速，为下投式探空仪探测提供满足要求的飞行速度及姿态条件。按照本专利技术所述的一种平流层气象探测火箭，采用如上所述探测火箭工作流程，探测火箭采用倾斜发射方式，发动机点火后探测火箭沿导轨滑行，离轨后沿抛物线弹道飞行，发动机耗尽关机后火箭继续沿抛物线弹道飞行，直至全部下投式探空仪完成释放。典型飞行程序如下：a)0s时刻发动机点火，探测火箭沿发射架滑行；b)t1时刻离轨，探测火箭沿抛物线弹道无控飞行；c)t2时刻，探测火箭发动机耗尽关机；d)t3时刻，探测火箭达到弹道顶点，载荷舱开舱，为后续下投式探空仪释放提供通道；e)探测火箭继续飞行一定时间，至t4时刻(探空仪第一次释放点)释放第一组探空仪，探空仪释放后延时1～4s开伞(第一次探空仪减速系统开伞点)；f)火箭继续飞行，第一组探空仪释放后延时5.0～15.0s后t5时刻(探空仪第二次释放点)释放第二组探空仪，探空仪释放后延时1～4s开伞(第二次探空仪减速系统开伞点)。g)火箭继续飞行，前一组探空仪释放后延时5～15s后t6时刻，释放下一组探空仪，探空仪释放后延时1～4s开伞；h)循环前序步骤g)，直至全部探空仪释放完毕。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：(1)探测火箭装载2枚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平流层气象探测火箭，包括箭体结构单元、发动机单元、控制系统单元、载荷释放单元及探测载荷单元，其中：箭体结构单元包括头锥舱、载荷舱、分离壳片、仪器舱、尾翼安装座、尾翼、护罩、前支撑滑块、后支撑滑块组成，其特征在于，所述头锥舱在火箭头部，与载荷舱壳体一端连接；所述载荷舱装载两套以上载荷释放单元，一端与头锥舱连接，一端与仪器舱连接；所述仪器舱一端与载荷舱连接，一端与发动机单元连接；所述尾翼安装座与所述尾翼连接，安置在发动机单元尾部壳体上，火箭具有三片以上尾翼；所述护罩与发动机单元尾部进行连接，将发动机尾部喷管罩住。/n

【技术特征摘要】
1.一种平流层气象探测火箭，包括箭体结构单元、发动机单元、控制系统单元、载荷释放单元及探测载荷单元，其中：箭体结构单元包括头锥舱、载荷舱、分离壳片、仪器舱、尾翼安装座、尾翼、护罩、前支撑滑块、后支撑滑块组成，其特征在于，所述头锥舱在火箭头部，与载荷舱壳体一端连接；所述载荷舱装载两套以上载荷释放单元，一端与头锥舱连接，一端与仪器舱连接；所述仪器舱一端与载荷舱连接，一端与发动机单元连接；所述尾翼安装座与所述尾翼连接，安置在发动机单元尾部壳体上，火箭具有三片以上尾翼；所述护罩与发动机单元尾部进行连接，将发动机尾部喷管罩住。


2.按照权利要求1所述的一种平流层气象探测火箭，其特征在于，所述的探测载荷单元是指锁定在探空仪安装舱内的下投式探空仪和探空仪减速系统。


3.按照权利要求1或2所述的一种平流层气象探测火箭，其特征在于，所述载荷舱沿轴向具有2层，每层沿轴向120°分布3个载荷释放单元，每一载荷释放单元安装位置两端安置有壳片分离作动器。


4.按照权利要求3所述的一种平流层气象探测火箭，其特征在于，所述载荷舱中安置有探测载荷单元、探测载荷单元安置在探空仪安装舱中；探空仪锁紧机构、探空仪释放作动器及壳片分离作动器设置在探空仪安装舱上。


5.按照权利要求1所述的一种平流层气象探测火箭，其特征在于，所述控制系统单元包括卫星定位信号天线、卫星定位信号处理机、电池、综合控制器、遥测天线，遥测主机组成；所述卫星定位信号天线，呈左右对称布局安置在头锥舱后端。


6.按照权利要求5所述的一种平流层气象探测火箭，其特征在于，所述综合控制器、电池、遥测主机安置在仪器舱内；遥测天线呈左右对称布局以及分离脱插安置在仪器舱外壁。


7.按照权利要求5或6所述的一种平流层气象探测火箭，其特征在于，综合控制器与电池、卫星定位信号处理机进行连接。


8.按照权利要求1所述的一种平流层气象探测火箭，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷明，叶雷，李执山，刘卓，李刘强，罗珊，马振琨，曾树荣，
申请(专利权)人：湖北航天飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42