九游体育(NineGameSports)官方网站-九游引领体育潮流

新闻中心

Service support

气象站行业新闻

巴西高空气球发展历史

本期对巴西高空气球的发展历史做点简单信息搜集。巴西主要运营高空气球的官方机构是国家空间研究所（INPE，Instituto National de Pesquisas Espaciais）。巴西的高空气球技术主要向法国的CNES学习的。共搜集到三篇论文，包括两篇对巴西高空气球发展的论文，和一篇叙述巴西-俄罗斯共同开展高空气球活动的文章，如下：

（1）Martin, I M, Turtelli (Jr), A, Parada, etc. Scientific ballooning activities in Brazil. Indian Journal of Radio & Space Physics. 20. 1991. Pp.197-200.( NISCAIR-CSIR, India).

（2）Corrêa, R., Rinke, E., Fernandes, J. O., & Villela, T. (2002). Scientific ballooning in Brazil. Advances in Space Research, 30(5), 1111–1115. doi:10.1016/s0273-1177(02)00521-5 .

（3）Bui Vun, N. A., Lapshin, V. I., Lazutin, L. L., Martin, I. M., Nikolsky, S. I., Stozkhov, Y. I., Fradkin, M. I. (1994). The joint Russian-Brasil research on balloons. Advances in Space Research, 14(2), 175. doi:10.1016/0273-1177(94)90086-8

论文一

巴西的科学气球活动

Martin, I M, Turtelli (Jr), A, Parada, N de J, Varella, R C, Rincke, E, Calheiros, R V

坎皮纳斯州立大学，UNICAMP IFGW/DRCC和NUCATE CP 6165，13081 Campinas，SP，巴西。

巴西空间研究所，INPEINPE/NLB CP 515 , 12201 Sao Jose Dos Campos, SP, 巴西。

圣保罗州立大学，UNESPIPMET , Campus Universitsrio , 17100 Bauru, SP, 巴西

摘要：自1940年Arthur Compton, ,Cesar M Lattes和他们的合作者开始测量Bauru地区的宇宙射线以来，巴西的气球活动一直在增长。1968年在巴西INPE进行了第一次使用平流层气球的重要科学活动，研究巴西磁异常地区高层大气中带电粒子和X射线的沉淀。从那时起，通过国际合作进行了大量的科学气球飞行。使用巴西制造的聚乙烯薄膜的平流层气球的开发和建造始于1989年。在参与机构UNICAMP、INPE和UNESP的理解和合作下，一个用于发射大型气球（150万m3）的永久场地项目正在Bauru地区进行。这个Bauru平流层气球中心将包括一个遥测站、实验室和测试设备、一个带有天气雷达的气象站和一个自动跟踪天线接收器RD-67。

1 引言

早在1940年，巴西的圣保罗大学就开始了平流层宇宙射线研究和核监测领域的工作，使用氯丁橡胶和其他类型的气球，这些气球从纳塔尔市和鲍鲁发放。从六十年代末开始。巴西空间研究所，INPE，对使用平流层气球研究空间地球物理学，天体物理学和大气化学产生了浓厚的兴趣。从1984年到1990年，坎皮纳斯大学，UNICAMP，气象研究所，IPMet，圣保罗州立大学的理论物理研究所IFT，UNESP加入了国家空间研究所，利用聚乙烯气球进行宇宙射线研究、天体物理学和天文学、空气质量测量和气象学研究。

巴西的地理环境如图1所示，从赤道延伸到南纬30度，有利于使用气球在平流层进行实验，主要是在南纬22度附近进行长期飞行，如 "环绕世界 "的飞行。1988年，巴西的零压聚乙烯气球开发计划在UNICAMP启动。这些气球的开发、建造和飞行测试成为UNICAMP、UNESP和INPE的主要活动之一。主要目标是制造一系列聚乙烯气球，体积从10,000到30000m3不等，用于监测亚马逊和巴西南部和中部地区低层大气和平流层中的臭氧和空气质量状况。

巴西高空气球发展历史

图1 1968年至1990年在巴西使用的平流层气球的发放地点和巴西的磁异常区域，（以等高线图显示）

2 重要的高空气球活动

从1940年到1968年，一系列体积达5000m3的聚乙烯和氯丁橡胶气球被飞到平流层高度，以研究巴西的宇宙辐射和核碎片。这些气球从Bauru SP和Natal RN附近发射。这些实验是由圣保罗大学的研究小组进行的。自从1968年在INPE , Sao Jose dos Campos , SP工作的研究人员和技术人员从事科学气球活动。工程师和技术人员被派往法国Aire-sur-I'Adour-CNES，学习法国的遥测技术和气球发放设施。

INPE和CNES气球小组的第一次国际合作发生在1968年6月，在Sao Jose dos Campos, SP。三个54000m3的四面体气球被发放出去，带有X射线和伽马射线探测器，以研究南大西洋磁异常地区的粒子降水。1969-1972年期间，从Bauru（SP）机场发射了一系列12个54000m3的气球，以研究巴西磁异常地区的宇宙射线相互作用产生的带电粒子和X射线及伽马射线。

自1973年3月以来，INPE和UNICAMP从巴西境内发射了一系列气球飞行，气球体积从1万m3到100万m3不等。与外国团体合作，用这些气球进行实验，研究低能量宇宙射线电子、质子和中子，以及臭氧强度。根据设想，从1990年到1995年，我们的飞行计划将包括努力实现从巴西到澳大利亚再回到巴西的长期气球飞行，沿着南回归线。图2显示了这些飞行的时间长度，可以看出最好的时期是每年的一月和七月。

巴西高空气球发展历史

图2 1月和7月在南半球的长时间平流层气球飞行路线

3 巴西的高空气球设施和发放地点

科学仪器的建造和遥测、遥信、机载和地面电子设备的开发是在各个实验室进行的。它们包括INPE，位于圣何塞-杜斯坎普斯，SP，和卡乔伊拉-保利斯塔，SP以及UNICAMP的其他实验室，包括NUCATE中心和物理研究所的宇宙射线部。一个新的高空气球中心正在建设中，位于Bauru的UNESP和IPMet设施内。该站将拥有所有设施，包括在1660-1680兆赫频率范围内运行的自动跟踪接收器、气象雷达和射频实验室。

机场正被用作发射场地。它们位于巴西的几个地区，如图1所示。发放车和氢气供应拖车可以在巴西南部的任何地方租用。使用的遥测技术是PCM/FM系统（用于固定和移动站），频率范围为220-240 MHZ的所有IRIG B频道，以及频率范围为440-460 MHZ的带有RF-link的数字微机遥测指令。对于气球跟踪，使用了频率范围为1660-1680 MHZ的自动跟踪接收器RD-67和OMEGA系统。

4 总结

自1940年以来，巴西的科学气球活动一直在增长。从1968年到1990年，总共发放了132个体积大于1万m3的气球。此外，使用巴西薄膜的聚乙烯零压气球的开发、建造和测试也在进行。所有参与的巴西机构正在合作开发一个新的中心，位于圣保罗州立大学，UNESP，在鲍鲁地区。这个设施将包括在巴西从事科学气球工作的所有设备和工作人员。他们决定继续在巴西亚马逊和南部地区的高层大气空气质量监测领域开展国际科技合作，包括臭氧强度测量。未来将启动X射线和伽马射线天文学项目，研究巴西磁异常地区附近大气中带电粒子的沉淀，以及在南半球进行带有科学实验的气球环球飞行计划。

致谢

这项工作得到了"圣保罗州科学技术和经济发展秘书处"的支持，项目代号为SCTDE No. 0547/89和圣保罗的VITAE基金。

论文二

巴西的高空科学气球发展历程

R. Correa, E. Rinke, J. O. Fernandes, T. Villela

lnstituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE, C.P. 515, CEP 12201-970-Sao Jose dos Campos, SP, 巴西

摘要：我们概述了过去30年（1972~2002年）在巴西开展的高空科学气球活动，以及目前在该领域正在进行的项目。我们还简要介绍了国家空间研究所（INPE，Instituto National de Pesquisas Espaciais）的气球发放设施。到目前为止，超过100个与天体物理学、天文学和地球物理学有关的科学气球从巴西发放，充分利用巴西的大陆位置尺寸、分明的雨季和低人口密度的特点，为科学气球活动提供了良好的条件。容量高达50万m3的气球可以从INPE的气球发放基地（南纬22°4′2″；西经044°58′41″）发放。巴西有良好的道路和几个内陆机场，为安全回收有效载荷和迅速返回气球基地提供了必要的条件。巴西各地有几个机场也可以作为气球发放基地，主要是在该国的东部地区。气球飞越1000多km是可能的，也是很容易达到的。从几小时到长时间的气球飞行都可以得到安全验证。可以通过使用INPE收到的气象卫星信息进行持续的气候监测，为确定长时间飞行的必要条件提供了必要的数据。INPE的天气预报中心和气候研究中心（CPTEC）为发放和有效载荷的回收提供了必要的天气预报信息支持。

简介

自1969年以来，巴西的科学气球活动一直由国家空间研究所（INPE）组织。南方的纬度，加上巴西大陆面积大，可以进行长时间的飞行观测，以研究重要的天体物理目标，如银河系中心区域，以及一些地球物理现象。INPE的高能天体物理学小组在过去三十年中一直在进行气球实验，以观测宇宙伽马和X射线源。地球物理学的研究集中在两个领域：（I）大气电学，主要兴趣是利用电场和电导率传感器研究气球漂浮高度的雷暴和闪电特征的电结构；（II）内辐射带的粒子降水，主要课题是利用X射线传感器研究南大西洋磁层波和闪电诱导波区域的电子降水。在这些课题中，国家空间研究所与国际机构进行了几次科学合作，尽管有些飞行是在国家空间研究所气球组的后勤支持下由国际机构单独进行的。过去，国际机构曾进行过几次跨洋的巴西-澳大利亚长期飞行。我们简要介绍一下INPE在过去三十年中开展的气球活动。

发放设施

巴西发放中心位于Sao Paulo州东部的Cachoeira Paulista（南纬22°4'2"；西经044°58'41"），它包括以下设施：一个机库大楼、一个遥测大楼和一个用于发放中等尺寸气球的发放台，体积小于30万m3（dos Santos，1993）。Cachoeira Paulista的跑道有400米长，允许夜间发放。在春夏季节，从11月到3月，可以从这个气球地点开展气球飞行活动。在秋冬季节，可以从几个内陆城市的机场和良好的交通道路进行发放。几个内陆机场有必要的设施，为转场飞行提供支持，允许持续数天的飞行。由于其大陆性的尺寸和温和的冬季，巴西可以在广泛的纬度范围内提供全年的气球活动，范围从24度到南纬7度。表1显示了巴西几个城市的机场名单，这些机场适合气球活动，并且已经被用于气球发放。该表还显示了机场跑道的长度和在这些地点进行夜间发放的可能性。地图一栏显示了在图1的地图中的位置。

巴西高空气球发展历史

表1 巴西的一些内陆机场发放地点

巴西高空气球发展历史

图1. 巴西的内陆机场地图

通过使用INPE收到的气象卫星信息进行持续的气候监测，为确定长期飞行的安全条件提供了必要的数据。INPE的天气预报和气候研究中心（CPTEC）拥有超级计算机能力，为安全发放和有效载荷的回收提供了必要的天气预报支持。特别是，根据CPTEC提供的分层风矢量信息和过去的飞行轨迹，已经开发并成功测试了一个预测有效载荷轨迹的工具，这有助于保证在人口密集地区上空的飞行安全，并可以预测清晰的着陆区域。图2显示了2001年1月CPTEC提供的INPE气球发放设施所在地区的20hPa的风向图。

巴西高空气球发展历史

图2. INPE气球发放点所在纬度地区11月至3月的平均风向（左；南纬22°4' 2"；西经044°58' 41"），数据由CPTEC提供。

飞行

在过去的三十年里，巴西已经进行了100多次气球飞行。这些飞行中有相当数量是通过国际合作进行的。图3显示了使用体积从10万到150万m3的气球的飞行次数。

巴西高空气球发展历史

图3. 气球体积与飞行次数

图4显示了在巴西通过INPE发放的实验数量，其有效载荷重量高达1,050kg。

巴西高空气球发展历史

图4. 有效载荷重量与飞行次数

图5显示了一些要求漂浮高度超过15km的气球飞行实验。最高飞行高度到达40km。

巴西高空气球发展历史

图5. 漂浮高度与飞行次数

图6显示了气球在漂浮高度超过4.5h的驻空时间统计。

巴西高空气球发展历史

图6. 驻空时间与飞行次数的关系

结论

在过去的三十年里，巴西的气球活动并不是定期进行的。从七十年代到八十年代中期，有一段时间这些活动非常密集，也有一些时期活动最少。最近，INPE正在努力使这些活动恢复到过去的水平。例如，几个新的飞行系统正在升级，如高速遥测系统和地面发放设备，一些现有的气候产品正在被使用。特别是，已经开发了一个工具，根据INPE天气预报设施提供的分层风矢量信息和过去的气球轨迹来预测有效载荷的轨迹，这有助于确保在人口密集地区的飞行安全，并允许预测着陆区。还在进行一项努力，旨在从巴西发放大体积气球，并在澳大利亚回收有效载荷，反之亦然，这将允许飞行时间超过10天。

致谢

T.V.得到了CNPq资助302266/88-7/FA的项目支持。

参考文献

Dos Santos, E. INPE的科学气球设施，Transtec编辑部，Sao Jose dos Campos，（1993）。

论文三

俄罗斯-巴西联合开展的气球研究

N.A. Bui Vun ∗, V.I. Lapshin ∗∗, L.L. Lazutin ∗∗, I.M. Martin ∗∗∗, S.I. Nikolsky ∗∗, Yu.I. Stozkhov ∗∗, A. Turtelly Jr ∗∗∗, M.I. Fradkin ∗∗

∗ 计量学研究所，巴西

∗∗气球研究委员会，俄罗斯，莫斯科

∗∗巴西坎皮纳斯大学

简要报告了俄罗斯和巴西对巴西磁异常地区的气球的联合研究。也讨论了其科学计划。

俄罗斯和巴西对气球的联合研究始于1988年。从那时起，进行了两次气球活动（分别在1989年和1991年），包括几次发放大型气球（18万m3体积）和小型气球（1.8万m3体积），并在气球上安装科学仪器。这些发放是在巴西的磁异常地区进行的。从1988年到1991年，对坎皮纳斯地区大气中的电离辐射进行了定期测量。

有几个组织参与了这项工作：

俄罗斯方面

俄罗斯科学院的P.N.Lebedev植物学研究所和极地地球物理研究所;

莫斯科大学和莫斯科工程和物理研究所；

巴西方面

坎皮纳斯大学和鲍鲁气象研究所；

在巴西磁异常地区的气球研究计划

众所周知，巴西的磁异常地区对许多科学任务具有极大的兴趣。磁场的异常结构允许被困的带电粒子在低空下降。在磁扰动期间，这些粒子有可能预先进入大气层。一些实验的目的是检测高空（30-35公里）大气中带电粒子和中性粒子流量的时间变化。其中一次飞行，在1991年11月8日，是在磁暴期间进行的，H值为5-7。在气球飞行的上限（H~32-34公里）没有观察到带电粒子和中性粒子通量的任何增加。现在我们有了对总电离成分（能量R>0.2 Mev的电子和E>5 Mev的质子）的高精度测量。大气层电子（E > 5 Mev）。γ-射线（H > 0.02 Mev）和热大气中子作为从地面到30-35公里的大气压力的函数。因此，任何偏离这些吸收曲线的情况，可能是由于磁干扰、太阳中子进入大气层而引起的。这些都可以很容易地被检测到。获得了关于大气中臭氧浓度的时间变化的新的有趣数据。这些实验是用小型气球（18000m3）进行的。在未来，我们计划在巴西的磁异常地区继续这项研究。

巴西高空气球发放场汇总

巴西高空气球发展历史

1969年，巴西国家空间研究所（称为Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais或INPE）建立了一个名为 "Setor de Lançamento de Baloes"（SLB）的平流层气球发射部门，通过一个全国性的科学气球计划满足巴西科学家的需求，该计划至今在该地区仍是独一无二的。此外，该基础设施可供外国科学家使用，或通过与世界其他机构和大学的合作活动使用。

最初，在1973年和1982年之间，发放是在圣何塞-多斯坎普斯进行的，那里有INPE的技术和行政总部。那里有用于科学有效载荷的组装、集成和测试的实验室，以及用于测试电路在各种压力和温度下的功能的环模室。

1968年6月，巴西科学家首次发射平流层气球，携带30公斤的有效载荷，研究平流层的X射线。气球在穿越大西洋后，在南非完成了飞行。在这第一次成功的实验之后，在70年代的前半期和同年的后半期出现了一个活动的高峰。最后，在1982年1月的最后两次飞行后，气球开始从位于卡乔伊拉-保利斯塔的新设施以及位于全国各地的众多机场的替代地点发射。

除了从60年代末开始由国家空间研究所（INPE）实施的巴西气球计划在卡乔伊拉-保利斯塔（Cachoeira Paulista）有一个成熟的永久性发射基地外，该国的一个内在特点是，由于其领土的延伸，它在几个州提供了一个巨大的小型机场网络，这些机场被定期或零星地用来进行气球发射，既为当地研究计划服务，也作为国际运动的一部分。

巴西用于该活动的几十个机场和其他地点如下：

（1）气球发射部门设施，卡乔伊拉-保利斯塔，圣保罗

永久性气球发射设施，仍然活跃。自1982年以来是巴西的主要操作基地

估计完成的发射次数：50

巴西高空气球发展历史