[發明專利]一種高空氣球飛行方向控制系統和方法

在審

• 申請號: 202010486187.6
• 申請日: 2020-06-01
• 公開（公告）號: CN111746775A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 蔡榕;張泰華;王帆;張冬輝;張強輝;郝勇;栗穎思
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創新研究院
• 主分類號: B64B1/40
• 分類號: B64B1/40
• 代理公司: 北京鍾維聯合知識產權代理有限公司 11579
• 代理人: 原春香

1.一種高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，包括氣球裝置，所述氣球裝置包括依次連接的高空氣球、降落傘和吊艙，

所述系統還包括凈輕裝置、凈重裝置和控制模塊，其中，

所述凈輕裝置與所述高空氣球頂部相連接，始終處于凈輕狀態，并實時獲取其位置信息和對應的風速風向，發送給所述控制模塊；

所述凈重裝置與所述吊艙底部相連接，始終處于凈重狀態，并實時獲取其位置信息和對應的風速風向，發送給所述控制模塊；

所述控制模塊用于基于所述凈輕裝置的位置信息和對應的風速風向，以及所述凈重裝置的位置信息和對應的風速風向控制所述高空氣球的飛行方向。

2.根據權利要求1所述的高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，

所述控制模塊基于所述凈輕裝置的位置信息和對應的風速風向，以及所述凈重裝置的位置信息和對應的風速風向控制所述高空氣球的飛行方向，確定所述高空氣球的目標飛行風層，將所述高空氣球的調整至所述目標飛行風層，進而控制所述高空氣球的飛行方向和飛行速度。

3.根據權利要求1所述的高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，

所述系統還包括安裝在所述高空氣球底部的第一定位部和第一風速測量部，其中，

所述第一定位部用于實時獲取所述高空氣球的位置信息，并發送給所述控制模塊；

所述第一風速測量部用于實時獲取所述高空氣球的風速風向，并發送給所述控制模塊。

4.根據權利要求3所述的高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，

所述凈輕裝置包括一個或多個串接的凈輕部，每一所述凈輕部包括凈輕球和安裝在所述凈輕球底部的第二定位部和第二風速測量部，其中，

相鄰的兩個凈輕球之間均采用繩索連接，凈輕部的數量以及每一繩索的長短根據高空氣球的飛行需求設定；

所述第二定位部用于實時測量所述凈輕球的位置，所述第二風速測量部用于實時測量所述凈輕球的風速和風向。

5.根據權利要求4所述的高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，

所述凈重裝置包括一個或多個串接的凈重部，每一所述凈重部包括凈重球和安裝在所述凈重球底部的第三定位部和第三風速測量部，其中，

相鄰的兩個凈重球之間均采用繩索連接，凈重部的數量以及每一繩索的長短根據高空氣球的飛行需求設定；

所述第三定位部用于實時測量其所對應的凈重球的位置，所述第三風速測量部用于實時測量其所對應的凈重球的風速和風向。

6.根據權利要求5所述的高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，

當所述目標飛行層位于任一凈重球所對應的當前位置時，所述控制模塊控制降低所述高空氣球的飛行高度至目標飛行層，具體包括：

根據所需降低的高度從所述高空氣球中排出對應量的浮升氣體，所述高空氣球緩慢加速下降，當所述高空氣球距離目標飛行層為預設距離時，對所述高空氣球采取制動措施，直至所述高空氣球達到目標飛行層，所述制動措施包括控制從所述吊艙中拋出總重與所排出的浮升氣體浮力相等的配重砂；

若高空氣球實際達到的高度仍高于目標飛行層，則重復上述過程進行微調，直至所述高空氣球達到目標飛行層。

7.根據權利要求5所述的高空氣球飛行方向控制系統，其特征在于，

當所述目標飛行層位于任一凈輕球所對應的當前位置時，所述控制模塊控制升高所述高空氣球的飛行高度至目標飛行層，具體包括：

根據所述高空氣球所需升高的高度減輕氣球裝置的重量，包括從所述吊艙中拋出對應重量的配重砂，所述高空氣球上升，隨著系統高度增加，空氣密度減小，大氣壓強減小，高空氣球內部浮升氣體體積膨脹，脹滿整個高空氣球的球體后，繼續膨脹的浮升氣體從所述高空氣球中排出，系統凈浮力持續減小，直至達到浮重平衡狀態，所述高空氣球的飛行高度達到目標飛行層；

若高空氣球實際達到的高度仍低于目標飛行層，則重復上述過程進行微調，直至所述高空氣球達到目標飛行層。