一种充气系统、膨胀落球及环境参量探测装置

本申请属于临近空间大气环境探测领域，具体涉及一种充气系统、膨胀落球及环境参量探测装置。

背景技术：

1、膨胀落球作为原位探测临近空间30～100km大气环境参量的重要探测技术，其主要工作过程就是通过将折叠后的球膜放置到火箭内，在指定高度通过分离装置分离出来，落球出来后通过充气装置进行自动充气形成超压刚性球体，下落过程中原位测量并反演大气环境参量。

2、其工作过程中的重要一环就是落球从火箭分离后充气装置对折叠状态的球膜进行自动充气，使其形成超压刚性球体。

3、传统充气装置是通过在落球内部安装一个装有液化的充气液体的储液罐，储液罐头部安装有一空心顶针，在落球与火箭分离的过程时，采用火工作动的大冲击，使储液罐通过惯性与空心顶针相撞使空心顶针刺破储液罐，通过空心顶针的针孔将异戊烷释放到球膜内，异戊烷在低气压下迅速气化，充盈落球球膜。

4、此传统充气装置的弊端在于首先必须使用能够产生较大冲击的火工作动方式进行充气装置激活，对火箭载荷舱段和分离装置的结构设计、落球内部电子学力学环境适应性都有着较为苛刻的要求；其次，空心针刺破储液罐的工作方式，其可靠性需要反复进行地面低气压环境真实点火试验进行验证，其地面测试试验成本较高，且发射后仍存在一定概率的工作失效问题；第三，异戊烷属于易燃、易挥发液体，对储液罐的密封性具有较高要求，并且产生大冲击的火工品属于一类危险品，危险性高，需要专业技术人员在防爆间操作，所以通常在火箭发射前才进行落球的储液罐装配和分离机构的火工品起爆器装配，按照技安要求往往需要提供防爆间进行操作，对操作环境提出较高要求。

5、综上所述，传统膨胀落球充气装置存在诸多使用限制，制约了落球分离系统和落球电子学的设计，且验证成本较高，可靠性不高，罐装条件要求苛刻等诸多缺点。急需发展一种新型膨胀落球的充气系统解决上述问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于解决传统膨胀落球的充气系统存在诸多使用限制，降低充气系统对落球分离方式及落球电子学部分对力学适应性的要求，降低验证充气系统验证成本，提高可靠性，降低充气系统装配对操作场所的要求，实现膨胀落球自动充气环节对分离装置及落球电子学等的低限制，实现高可靠，低成本的新型膨胀落球充气系统。

2、为了实现上述目的，本申请提出了一种充气系统，用于膨胀落球，所述系统包括残余气体和多个升华剂存储袋；

3、所述残余气体和多个升华剂存储袋设置在膨胀落球的球膜内；

4、所述升华剂存储袋中容纳升华剂。

5、作为上述系统的一种改进，所述升华剂存储袋为有透气孔的薄膜材料袋。

6、作为上述系统的一种改进，所述多个升华剂存储袋位置均匀的固定在膨胀落球的球膜内壁四周。

7、作为上述系统的一种改进，所述升华剂为芳香酸类化合物。

8、作为上述系统的一种改进，所述残余气体在地面的体积，根据膨胀落球的体积和设定高度的大气密度计算，保证膨胀落球在设定高度时完全膨胀。

9、本申请还提供一种膨胀落球，包括球膜，所述膨胀落球还包括上述的充气系统。

10、本申请还提供一种环境参量探测装置，包括上述的膨胀落球，所述装置还包括落球分离系统；

11、所述落球分离系统包括柱状空心的筒，筒内部具有横截面小于筒横截面的活塞，活塞与筒的底部之间安装助推弹簧。

12、作为上述装置的一种改进，所述装置的使用方法包括：

13、步骤1：将升华剂装入升华剂存储袋中；

14、步骤2：将数个装有升华剂的升华剂存储袋，按相对平衡位置固定到膨胀落球球膜内部四周；

15、步骤3：将膨胀落球的球膜封口；

16、步骤4：将部分膨胀落球球膜内的气体抽出，保留适量残余气体；

17、步骤5：将膨胀落球球膜折叠；

18、步骤6：将折叠后膨胀落球球膜安装到落球分离系统内；

19、步骤7：在火箭上升到设定高度后，落球分离系统将折叠后的膨胀落球球膜分离出来；被分离出来的膨胀落球球膜在低气压环境下通过内部残余气体和升华剂升华的气体将膨胀落球充盈。

20、与现有技术相比，本申请的优势在于：

21、1、解除了为激活膨胀落球充气系统，分离机构必须使用大冲击的火工作动分离方案的限制。

22、2、由于可以不使用火工作动分离，降低了对膨胀落球内部电子学部分抗冲击性能的要求。

23、3、由于不在使用易燃、易挥发的异戊烷作为充气试剂，所以对操作场，操作流程场所不再有苛刻的要求，简化了操作流程，降低了操作间要求。

24、4、提高充气的可靠性，降低了试验成本。

技术特征：

1.一种充气系统，用于膨胀落球，其特征在于，所述系统包括残余气体和多个升华剂存储袋；

2.根据权利要求1所述的充气系统，其特征在于，所述升华剂存储袋为有透气孔的薄膜材料袋。

3.根据权利要求1所述的充气系统，其特征在于，所述多个升华剂存储袋位置均匀的固定在膨胀落球的球膜内壁四周。

4.根据权利要求1所述的充气系统，其特征在于，所述升华剂为芳香酸类化合物。

5.根据权利要求1所述的充气系统，其特征在于，所述残余气体在地面的体积，根据膨胀落球的体积和设定高度的大气密度计算，保证膨胀落球在设定高度时完全膨胀。

6.一种膨胀落球，包括球膜，其特征在于，所述膨胀落球还包括如权利要求1-5任一所述的充气系统。

7.一种环境参量探测装置，包括如权利要求6所述的膨胀落球，其特征在于，所述装置还包括落球分离系统；

8.根据权利要求7所述的环境参量探测装置，其特征在于，所述装置的使用方法包括：

技术总结本申请提供了一种充气系统、膨胀落球及环境参量探测装置，所述充气系统包括残余气体和多个升华剂存储袋；所述残余气体和多个升华剂存储袋设置在膨胀落球的球膜内；所述升华剂存储袋中容纳升华剂。本申请的优势在于：解除了为激活膨胀落球充气系统，分离机构必须使用大冲击的火工作动分离方案的限制。由于可以不使用火工作动分离，降低了对膨胀落球内部电子学部分抗冲击性能的要求。由于不再使用用于产生大冲击力的火工品以及易燃、易挥发的异戊烷作为充气试剂，所以对操作场，操作流程场所不再有苛刻的要求，简化了操作流程，降低了操作间要求。提高充气的可靠性，降低了试验成本。技术研发人员：史东波,涂翠,王欣颖,韦峰,郝俊霞,胡雄受保护的技术使用者：中国科学院国家空间科学中心技术研发日：技术公布日：2024/9/9