美国载人航天高空探测系统先进性研究

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1、FPS-16雷达更换为GMD-4高空探测系统，随后(1982年)为启动航天飞机工程，采用异频雷达收发机MSS代替GMD--4高空探测系统，MSS代表了当时16．7km，可提供地球表面到最低16．7km几何高度上的水平风，有效垂直分辨率为121．9m或更高，采样频率为10Hz，测风间隔为30．5m；另一套是低分辨率来稿日期：2010-08—10；修回日期：20lo．1I-15。作者简介：张向荣(1968．10-)。女，硕士．高级工程师，主要从事航天通信电子计算机装备总体及可靠性丁程研究工作。58其他载人航天2010年第4期AMP

2、S，采用普通的8009标准橡胶气球携带低分辨探空仪(LRFE)升空，用于探测大气中的温度、湿度、气压和风，LRFE探空仪在90min内升高30km，可提供地球表面到最低30km几何高度上的水平风、气温、气压和相对湿度，有效垂直分辨率为365．8m或者更高，采样频率为1Hz，测风间隔为305m。AMPS由地面设备和两种探空仪构成，地面设备包括：设备盒、个人计算机和天线塔，设备盒用于放置气象处理设备，局域网集线器也放其中，个人计算机用于控制和显示数据；天线塔用于接收来自探空仪和GPS的射频信号。设备盒内，射频信号输入到称之为信号处

3、理子系统(SPS)的每个独立的跟踪单元，每个SPs包括：处理模块、GPS模块、403MHz接收模块及相应的电源供给。AMPS的工作流程如图l所示。AMPS最多可同时跟踪六个高、低分辨率的探空仪，六个相同的SPS指定跟踪某个探空仪，每个SPS通过局域网(IEEE803．3协议)与气象系统计算机进行通信，六个SPS作为工作站，气象系统计算机为服务器，最多可同时从六个探空仪接收风和刖数据包，并进行实时显示，数据输出到USAF数据收集系统，地面设备将数据传到气象系统计算机，经过人工质量控制，形成风廓线，一方面送到靶场天气和安全中心，另

4、一方面送到靶场用户，作为发射放行与不放行的决策依据，并据此对火箭进行最佳弹道修正，每个风廓线数据文件存档于气象系统计算机中，系统指挥控制的所有操控员接口均连接气象系统计算机，工作示意图，见图1。探空仪对GPS所测的风、温度、湿度等气象信息不进行加工，而是以403MHz下行链路直接发送到地面接收设备，气压由AMPS计算而得，窄带射频系统可调谐到任意16个离散频率，以允许同时跟踪401．406MHz频段范围内的多个探空仪；来自每个403MHz天线的射频信号连续地输人到403MHz接收模块，根据信号强度自动选择采用哪个信号，接收机基

5、带输出信号送到GPS模块，403MHz数据和本地GPS差分修正结果送人处理器模块，转换成风和聊数据，以操作者输入为基础，处理器模块也控制403MHz接收机里的频率选择，403MHz全向天线能够提供全方向跟踪，而不需要人为操作。4美国航天发射高空探测计划美国航天发射高空风探测计划是经过多次实践，不断更新改进，逐步完善的，本文主要讨论航天飞机发射倒计时期间的高空风探测计划，棘面气球配合高分辨率AMPS主要用于发射倒计时的测风，探测高度超过15．6kin；低分辨率AMPS用于测量高空中的温度、湿度、气压和风，探测高度到30．5km。

6、具体探测计划如下(L-：表示发射前，L+表示发射后)：L一9：00和L-6：20：采用AMPS，施放低分辨率探空仪；L一6：15：采用AMPS，施放棘面气球／高分辨率探空仪，用于转运(rollmaneuver)评估、初始载荷设计的备份，以及DOLILU(发射日初始载荷更新)的产生；L-5：35：施放棘面气球腐分辨率探空仪，用于转运评估和初始载荷设计的主用；L_4：35：施放棘面气球，高分辨率探空仪，用于DOULU的产生；L-3：25：施放棘面气球腐分辨率探空仪，用于转运评估、初始载荷设计的备份，以及DOLILU的产生；图1高空

7、自动气象探测系统(AMPS)工作示意图载人航天2010年第4期其他L-I：10：施放棘面气球厂高分辨率探空仪，用于转运评估的主用和飞行后的改进备份；L-l：05：采用AMPS，施放高分辨率探空仪，终止于2．29km，用于转运评估的备份；L-0：30：施放低分辨率探空仪，主要用于马歇尔航天中心(MSFC)的风评估；L+1：05施放棘面气球／高分辨率探空仪，用于飞行后改造的主用。高分辨率AMPS的探测结果始终在评估中，其中，L一3：25施放的棘面气球所生成的DOULU·在发射前3小时向上传输到火箭，最后的气球释放评估在发射前1．5

8、h进行111；到L-2：15时，L-3：25施放的棘面气球探测完成并准备处理；L一1：10的棘面气球经过转运高度范围，其探测结果被评估；L一1：10施放的棘面气球作为转运评估的主用，是最后的转运放行与否决策的主要气球，基于其重要性，L一1：10的棘面气球保持两套地面设备同时跟