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La présente invention concerne un aérostat pour altitudes extrê- mes, prévu pour s'élever au-delà de la région que l'on désigne sous le nom de stratosphère. Un but de la présente invention est de résoudre les pro- blèmes provenant des grandes variations de volume du gaz de remplissage qui fournit la force ascensionnelle, par exemple entre le niveau du sol et le plafond, ainsi que les problèmes secondaires posés par la résistance des matériaux, le contrôle au sol pendant le remplissage, la prévention des ef- fets dangereux ou nuisibles de l'ionisation et des charges statiques, et la protection de l'équipage et de l'appareillàge contre les faibles tempéra- tures et les faibles pressions ambiantes.
Un autre but de l'invention est de créer dans un aérostat des for- ces ascensionnelles autrement que par les rapports connus existant entre la densité et la pression d'un gaz plus léger que l'air.
Un autre but de l'invention, est encore de pouvoir remplir une en- veloppe d'emmagasinage de gaz au moyen d'un volume initial de gaz considéra- blement supérieur à celui qui est normalement admis ou qu'on estime utile au niveau du sol.
Un autre but de la présente invention est de fixer une nacelle à un aérostat sans avoir recours au dispositif connu de suspension qui forme généralement une partie de la surface extérieure d'une enveloppe de ballon.
Un autre but encore de la présente invention est d'établir une origine inhérente de référence sur un aérostat quand il flotte dans l'atmos- phère supérieure dans un libre état d'équilibre.
Un but supplémentaire de l'invention est de transmettre et d'en- registrer des informations par images qui peuvent être obtenus dans les hau- tes régions et les informations par images terrestres réfléchies qui peuvent être obtenues à partir desdites hautes régions.
Un autre but encore de l'invention est d'émettre des substances physiques choisies, à partir de l'intérieur de la nacelle d'un aérostat, pour procéder à l'analyse expérimentale de leurs réactions dans les condi- tions d'ambiance de la haute atmosphère.
Un autre but encore de l'intention est de produire un aérostat pour altitudes extrêmes qui comprend une enveloppe à gaz destinée à renfer- mer le gaz ascensionnel, plusieurs couches de matériau flexible espacées les unes des autres quand on les étire pour constituer une enveloppe exté- rieure de forme approximativement sphérique, une garniture au sommet pour tenir les bords supérieurs de l'enveloppe de gaz et de l'enveloppe extérieu- re, une garniture pour tenir les bords inférieurs desdits éléments, des moyens pour permettre le passage de gaz entre l'intérieur de l'enveloppe à gaz et les espaces multiples compris entre cette enveloppe et les couches successives de l'enveloppe extérieure pour produire des pressions progres- sivement décroissantes dans les dits espaces en partant de l'intérieur vers l'extérieur,
des cordes de suspension entre lesdites garnitures supérieures et inférieures, et une nacelle suspendue à la garniture inférieure.
De préférence, la nacelle est constituée par plusieurs couches de matériau rigide de forme approximativement sphérique, jointes les unes aux autres en haut et en bas, les couches étant munies de dispositifs pour per- mettre le passage de l'air, sucoessivement entre l'intérieur et les divers espaces compris entre les couches successives pour donner des pressions d'air allant en diminuant successivement dans lesdits espaces, de l'inté- rieur vers l'extérieur.
Dans la description, la conversion en forces ascensionnelles, lorsqu'il en est besoin, de la force électrostatique existant entre le gaz
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de remplissage et le champ terrestre est appelée "force ascensionnelle de champ", pour distinguer cette nouvelle composante ascensionnelle d'un aéro- stat selon la présente invention, au-dessus de certaines altitudes, des for- ces ascensionnelles initiales du gaz exercées par ledit aérostat par suite des. rapports connus densité pression résultant, entre la terre et les alti- tudes de plafond
Les dessins ci-joints représentent, à titre d'exemple, des détails d'une.forme d'exécution selon l'invention ainsi que certaines variantes que l'on peut à volonté adopter.
Dans ces dessins :
Figo 1 est une vue en élévation de l'aérostat dont l'enveloppe est dégonflée;
Figo 2 est une vue en élévation latérale du même aérostat ;
Figo 3 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de l'aé- rostat dont l'enveloppe est gonflée Figo3A est une vue schématique en plan et en coupe, correspondant à la figure 3, mais à échelle plus petite; Figo 4 est une vue en plan, partielle, correspondant à la figure 3;
Figo 5A est une vue en coupe verticale de la garniture d'envelop- pe supérieure;
Figo 5B est une vue en coupe verticale de la garniture d'envelop- pe inférieure;
Figo 6 est une vue partielle en plan et à plus grande échelle, de la garniture inférieure;
Fige 6A est une vue en coupe verticale de 1 une des soupapes de ladite garniture ;
Figo 7A est une vue en élévation, avec coupe partielle de la par- tie supérieure de la nacelle;
Figo 7B est une vue en élévation, avec coupe partielle de la na- celle et de son berceau-support;
Figo 8 représente une variante des pieds du berceau-support;
Figo 9 est une vue en élévation de la nacelle, avec coupe partiel- le montrant une partie de l'équipement interne;
Figo 10 est une vue en plan avec coupe suivant la ligne J-J de la figure 7B;
Figo 11 est un schéma des connexions de circuit associées avec les boucles de ruban de renforcement de l'enveloppe;
Figo 12 est un schéma qui représente, en élévation, des états de dilatation intermédiaires des couches de l'enveloppe;
Fige 13 est une vue en élévation de la nacelle et de son berceau de support flottant sur l'eau.
En outre, pour indiquer clairement la capacité cubique utile il doit être entendu que le diamètre intérieur de la nacelle est d'environ 3,5 à 4 mètres, et qu'elle est destinée à offrir une place suffisante à un équi- page de vol de quatre personnes, et à tous les instruments nécessaires au fonctionnement et aux expériences.
Si on se réfère tout d'abord aux figures 1, 2 et 3, l'aérostat
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comporte une enveloppe de pression interne PM enfermant une cavité primaire de gaz B pour le gaz ascensionnel. L'enveloppe peut être en nylon ou en tout autre feuille légère de matière plastique imperméable à l'hydrogène ou à l'hélium, et elle doit avoir une solidité suffisante pour résister à une pression interne de l'ordre de 7 atmosphères. L'enveloppe est contenue par un réseau de pression PH constitué par une feuille en matière plastique ou par des rubans PT tissés en nylon disposés autour d'elle circonférentielle- ment, à intervalles, et par des rubans longitudinaux de nature et de dispo- sition analogues et dont l'un est représenté en pointillés dans la figure 3.
Une enveloppe externe Bl se composant de plusieurs couches sépa- rées, entoure l'enveloppe interne PM. Dans la figure 3 six de ces couches sont représentées, désignées par ml à m6. Ces couches sont fixées, à leur extrémité supérieure, dans une garniture C qu'on appellera la coupole et à leur extrémité inférieure dans une garniture CA qu'on appellera la fermeture de suspension.
Des cordes de suspension SH relient les garnitures C et CA et des cordes SH1 fixées à la fermeture de suspension Ca supportent une nacelle G que l'on décrira plus¯loin. Les diverses couches ml à m6 sont restreintes en dilatation par des rubans circonférentiels T1 à T6 autour de leurs divers équateurs à espacements égaux K comme montré sur le gauche de la figure 3 ou bien encore à une position plus élevée avec des espace- ments graduels K à Kl comme indiqué sur la partie droite de cette même figu- re. Des rubans longitudinaux, t1 à t6 en forme de boucles méridiennes vont de la nacelle G à la fermeture'de suspension CA, à espacements angulaires appropriés, et sont' tenus par des rubans Tl à T6. Douze boucles méridien- nes sont représentées, à titre d'exemple, dans les figures 3A et 4.
Les espaces Ql à Q6 entre les couches ml à m6 sont destinées à recevoir du gaz à des pressions qui diminuent progressivement en allant de l'intérieur de l'espace B jusqu'à l'espace extérieur Ql. La variation gra- duelle de la pression est assurée par un écoulement de gaz comme indiqué par les lignes en pointillés munies de flèches à travers des orifices de commu- nication 02 à 06, disposés alternativement près des extrémités du haut et du bas des couches m2 à m6, avec un orifice final d'échappement EO vers l'ex- térieur, près de l'extrémité du bas de la couche ml.
Les dimensions des ori- fices sont de nature à produire la variation graduelle de pression grâce à l'écoulement de gaz, à partir de l'espace interne B, à travers un orifice U, puis à travers les orifices successifs jusqu'à l'orifice final d'échappe- ment EO. Tous lesdits orifices, en nombre suffisant, sont disposés radia- lement à intervalles sur les membranes respectives, de préférence à mi-che- min entre les boucles méridiennes de ruban comme le montre la figure 4.
Comme indiqué dans ladite figure 4, l'ensemble de rubans allant de haut en bas comprend des rubans à recouvrement paramagnétique M, indiqués par des lignes de hachure serrées, et des rubans électriquement conducteurs et à recouvrement diamagnétique E indiqués par des lignes de hachure espa- cées. Certains des rubans, de référence I, contiennent des brins de fils métalliques qui peuvent être reliés comme boucles inductives dont le rôle sera exposé, plus loin. Les rubans Tl à T5 peuvent également être munis de fils métalliques encastrés.
La fonction des rubans méridiens à recouvre- ment paramagnétique M se composant d'un jeu de boucles de rubans tl à t6 est de permettre à l'aérostat, quand il est dans un état de libre équilibre, de s'orienter dans une direction particulière dans le champ magnétique ter- restre, par rapport à la direction de la ligne d'exploration des appareils de prises de vues de zénith et de nadir TVI, TV2, TV3 qu'on mentionnera plus loin, de sorte qu'un système inhérent de référence est établi sur l'aé- rostat.
Le rôle des rubans méridiens électriquement conducteurs E est de
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neutraliser et de régler par des dispositifs de charge et de décharge, qui seront décrits plus loin, les effets des charges statiques s'accumulant soit sur le gaz, soit sur l'enveloppe membraneuse, de l'électricité stati- que produite par le frottement dû à l'écoulement de gaz ou de l'instabilité électrostatique due à l'ionisation du gaz ascensionnel lorsque l'aérostat flotte dans la haute atmosphère. Une autre fonction principale desdites bou- cles de ruban E consiste dans l'application à ces boucles de potentiels appropriés grâce à une commande exercée de l'intérieur de la nacelle comme il est exposé plus loin.
Les divers rubans qui composent une série quelconque de boucles individuelles tl à t6, y compris les boucles de ruban paramagnétiques M et les boucles de ruban conductrices E sont fixés aux couches de l'enveloppe par soudage plastique. Les couches elles-mêmes sont en feuille plastique très légère, comme du nylon ou de la cellulose régénérée, ayant de préféren- ce de bonnes propriétés diélectriques, car il est clair que la charge de travail nécessaire, et par suite l'épaisseur et le poids du matériau de chaque couche sont réparties selon le nombre de couches utilisées par rap- port au poids total qu'on se propose de soulever, qui doit être réparti uni- formément sur toutes les couches.
En pratique, les couches membraneuses ml à m6 peuvent être teintes de couleurs appropriées pour constituer un filtre spectral capable de protéger le gaz, dans.les espaces Q1 à Q6 contre les ef- fets directs d'une radiation ultra-violette.
La nacelle G est représentée en détail dans les figures 5A et 5B et elle est en alliage métallique léger ayant un rebord extérieur 1 de sec- tion en U et conformé de façon à recevoir un rebord moulé souple 2 dans le- quel les couches d'enveloppe ml à m6, la membrane à pression PM et le réseau d'attache PH ainsi que l'ensemble de rubans sont fixés par soudage plasti- que. Le rebord 2 a un renflement 3 sur son diamètre interne, sur lequel le rebord 1 est pressé, pendant l'assemblage et qui est fixé, finalement par des boulons et des écrous 4. La partie intérieure du rebord 1 comporte un flasque métallique 5 auquel est attachée une fermeture qui se compose d'un anneau métallique 6 fixé par des écrous et des boulons.
L'anneau 6 est conformé de façon à recevoir un ensemble de soupa- pe de dégagement de gaz VI communiquant avec l'espace B et contient une cellule moulée flexible 8 dans un bol métallique 9 fixé par des tenons 7 à l'anneau 6. La communication pour le gaz est établie à travers les ouver- tures 10 et une tige tubulaire 12 dans un bossage central 11, une transmis- sion pneumatique Pl étant fixée directement à la cellule 8 sans soupape in- termédiaire. La transmission pneumatique Pl est contrôlée de l'intérieur de la nacelle G le tube P1 traversant l'espace interne B
Sur le rebord supérieur de l'anneau 6 se trouve un cône métalli- que 13 pourvu de trois supports 14 pour limiter le dépassement de la cellu- le 8 dans l'anneau 6 lorsqu'elle est sous pression.
L'échappement de gaz a lieu sous la commande de la transmission pneumatique Pl à travers les ou- vertures 10 et les parois latérales affaissées de la cellule moulée 80 On comprendra que la cellule moulée 8 et le bol qui la contient, peuvent, à l'occasion, lorsqu on utilise de hautes pressions de magasinage, être placés en une position inversée par rapport à la position représentée. A cet effet, un rebord métallique d'étanchéité peut également être inclus à la base de la cellule 8.
Sur la surface supérieure du cône 13 est placé un appareil de pri- se de vues de télévision TV1 de petites dimensions visant vers le haut, pour éviter l'interception permanente du zénith par la structure du ballon.
Un câble d'alimentation 15 pour l'appareil de prise de vues est relié à une fiche 16 scellée à travers le flasque métallique 5 et connectée à son autre
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extrémité avec l'intérieur de la nacelle. Les extrémités de rubans tl à t6 sont reliées au moyen d'une fiche 17 à une fiche correspondante à contacts multiples 18 placée sur le rebord métallique 1 pour assurer des connexions et des liaisons.
La flexibilité du rebord 2 est indiquée par des lignes pointillés sur le côté droit des figures 5A et 5B et par ce moyen une compensation est faite pour divers stades de dilatation de l'enveloppe membraneuse B1 On remarquera que la somme des résistances mécaniques des couches membraneuses m1 à m6 est rendue unitaire dans les rebords 1 et 2 pour des fins de répar- tition. A la nacelle G sont fixées des cordes de suspension ou un harnais
SH comme indiqué dans la figure 5A par des pattes à anneau 19, 20.
La garniture CA est représentée en détail dans la figure 5B et elle comprend un anneau de suspension 21 en alliage de métaux légers, ayant un flasque externe 22 avec orifice de transfert U entre l'espace intérieur B et le premier espace Q6 Sur la face interne ou supérieure du flasque
22 se trouve une soupape annulaire de transfert V2 représentée à plus gran- de échelle dans la figure 6 Cette soupape est en forme de tube de substan- ce flexible et elle comporte une base moulée annulaire, renforcée, en prise avec les orifices de transfert U répartis radialement. Ladite soupape est représentée en coupe dans la figure 6Ao La soupape V2 est fixée par des chevilles ou des rivets 23 dans sa paroi supérieure, à une auge annulaire in- versée 24 en alliage métallique léger et de section semi-circulaire.
Les arrivées de gaz u établissent une communication avec l'espa- ce primaire de gaz B. Une transmission pneumatique P2 est prévue pour la soupape V2 sans aucune soupape intermédiaire. La soupape V2 peut être ouver- te par une pression exercée par la transmission pneumatique P2 qui soulè- ve la partie inférieure de la soupape et découvre ainsi les ouvertures u sous la commande assurée à partir de la nacelle G
Un prolongement supérieur latéral du flasque 22 porte, fixé sur lui, un anneau 25 de section en U tenu par des boulons.
Un rebord moulé 27, semblable au rebord 2 sert à fixer l'enveloppe de gaz PM et son harnais PH, un renflement 28 étant maintenu dans l'anneau 25 Une autre bague 29 en alliage métallique léger de section en U est prévue à une distance appro- priée en dessous de l'anneau 25 et est maintenue par les boulons 30 pour fixer les extrémités inférieures des couches ml à m6 et leurs rubans tl à t6 qui sont attachés à un rebord flexible 31, ce dernier étant tenu au moyen d'un bord élargi 32 et de boulons 33 d'une façon semblable aux parties cor- respondantes de la nacelle Go Les extrémités des rubans sont reliées à des fiches de prises de câble 34 sur l'anneau 29, et des câbles à âmes multiples EC EC1 sont passés à l'extérieur de la nacelle Go
La garniture C comprend également une soupape de gonflage IV,
mon- tée dans un logement de soupape 35 et qui est fixée par des boulons 36 sur un flasque intérieur de l'anneau 21. La soupape IV comporte un joint détan- chéité secondaire 38 en matière plastique moulée, et un joint d'étanchéité conique 39 métal contre métal. La soupape peut être chargée par du mercure dans la tige comme on l'a indiqué en hachures ou bien elle peut être char- gée par un ressort. Un couvercle 40 ferme l'extrémité inférieure de la sou- pape.
Sur le côté supérieur de l'anneau 21 sont prévues quatre pattes annulaires, ou davantage, 41, 42, 43 dont trois seulement sont représentéeso Le harnais de suspension SH est fixé à ces pattes. De même, des pattes 44, 45 46 sont prévues pour fixation au prolongement externe SH1 du harnais SH pour la suspension de la nacelle. En pratique, on préfère faire les pattes en substance diélectrique comme par exemple de la céramique renforcée. Ou
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bien encore, les pattes annulaires et les cordes de suspension peuvent être fixées les unes aux autres par des isolateurs de forme appropriée.
Cette caractéristique importante de l'invention permet la libre di- latation de l'enveloppe Bl à sa forme finale qui peut différer d'une forme sphérique, les forces ascensionnelles du gaz étant transmises par les diver- ses membranes à la nacelle G et de là à la garniture de fermeture CA et au berceau contenant la nacelle qui sera décrit plus loin. Il est clair, ainsi, que lorsque l'enveloppe Bl atteint son état de dilatation maximum une certai- ne proportion des forces ascensionnelles est également transmise par les di- verses membranes à l'endroit de leurs points de fixation à la garniture CA et de là au harnais de suspension SElo
Les tuyaux souples de transmission pneumatique et les câbles con- ducteurs qui traversent 1 espace principal de gaz B sont amenés vers le bas à travers la plaque 35, comme indiqué, pour aller à la nacelle.
Le trans- fert du courant de gaz à haute pression s'effectue à travers la soupape V2 et passe, à travers les orifices U dans l'espace compris entre les anneaux moulés 27 et 31 Une fiche de liaison 47 et un fil de mise à la terre 48 per- mettent la décharge de 1 électricité statique produite par le frottement du gaz qui s'écoule pendant les opérations de relâchement en vol qui seront décrites plus loin, le fil 48 étant connecté au berceau de suspension SC de la nacelle G mis à la terre.
La nacelle G et son berceau de suspension SC sont représentés dans les figures 7A, 7B 10 et 13 Le berceau SC est soutenu par le har- nais en cordes SR1 au moyen de crochets de suspension 49, 50 51 comportant des éléments articulés pivotants et à déclenchement rapide 52, 53 54 dont les extrémités de verrouillage sont indiquées de façon schématiqueo Ces éléments peuvent être actionnés à partir de l'intérieur de la nacelle au moyen d'une transmission pneumatique (non représenté).
Les crochets 49, 50, 51 peuvent être isolés, comme dans le cas des pattes 41 à 46
Le berceau de suspension comporte quatre pieds, dont 1 un d'eux est représenté en coupe sur le côté gauche des figures 7A et 7B Chaque pied comprend une membrure centrale 55 en alliage métallique léger, et il dépasse vers l'extérieur et vers le bas suivant une courbe, jusqu'à l'extré- mité 56.
L'extrémité 56 se raccorde aux patins transversaux de support 57, 58, pour la pose sur le solo Chacun des pieds comporte, près de l'extrémi- té, une cuve à mercure de ballast b et, en outre une cuve à eau de ballast b1 Les quatre pieds qui constituent le berceau SC sont espacés équiangu- lairement autour de la nacelle et sont fixés à une plaque circulaire RL par des pivots 60, 61 La plaque HL comporte une ouverture centrale 62 pour un but qui sera indiqué plus loin.
La cuve à mercure de ballast b est pourvue d'un orifice de remplis- sage 63 qui constamment reste librement ouverte et, au fond, d'une soupape à tiroir 64 commandée par une transmission pneumatique P30 La cuve à eau de ballast b1 comporte un orifice de remplissage 65 avec un capuchon étanche 66 et, à sa base, une entrée ou une sortie 67 avec couvercle à charnière 68 et un verrou libérable 69 commandé par une transmission pneumatique P4 L'eau de ballast n'est utilisée que comme ancrage au sol temporaire quand l'aéro- stat est posé sur le solo Avant que l'aérostat ne quitte le sol le verrou 69 est libéré sur les quatre pieds et le ballast d'eau est abandonné pour commencer l'ascension.
La cuve bl est munie également d'une sortie d'air 70 reliée à un tuyau souple de commande pneumatique P5 qui n'est nécessaire que quand on descend sur l'eau pour régler l'admission d'eau dans la cuve bl, par l'en- trée 67 dans le but de régler le niveau de flottaison et la stabilité de la
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nacelle. Les limites supérieure et inférieure du niveau de flottaison sont indiquées par les lignes ondulées WL1 et WL2 visibles dans la figure
13.
Les transmissions pneumatiques de fonctionnement et de régulation pour toutes les cuves à mercure b sont reliées en parallèle, de même que celles qui sont associées avec les cuves à eau bl. Elles sont conduites à un panneau de commandes représenté schématiquement dans la figure 7B, à l'intérieur de la nacelle G ainsi que les autres transmissions pneumatiques.
Les pieds articulés SC ont, sur leur côté interne, des dispositifs absorbeurs de chocs comportant un coussin d'air 71 et des coussins ou tam- pons de caoutchouc 72, 73, 74. Des dispositifs absorbeurs de chocs addi- tionnels peuvent être prévus, comme indiqué dans la figure 8, en articulant l'extrémité inférieure de chaque pied du berceau SC en 79 et en le reliant, par une patte 78, par un joint à pivot 77 au plongeur d'un dash-pot 75 pi- votant en 76 sur la partie principale du pied.
La nacelle est enserrée par les pieds du berceau SC et comprend dans le cas présent, trois feuilles 11 12 13 d'alliage métallique léger ou de matière plastique espacées au plus grand diamètre par un anneau de jonc- tion 80. Une fermeture de fond 81 est prévue avec des flasques en gradins pour espacer les feuilles les unes des autres, et une fermeture au sommet est effectuée par un collier 82 dans lequel les feuilles sont réunies. L'anneau 80 est pourvu de passages d'air à travers lesquels les parties supérieures et inférieures des passages d'air respectifs établis entre les feuilles sont en communication.
La fermeture inférieure 81 comprend un arbre creux 84 comportant une ouverture à l'extrémité inférieure, en libre communication avec l'espa- ce, et des conduites de transfert d'air 85 et des soupapes 86 entre les feuilles les plus intérieureso Une conduite analogue 87 avec soupape, est prévue pour l'espace entre les feuilles 12 et 13, cet espace communiquant avec l'extérieur par un ou plusieurs orifices E01 en dessous du collier mé- tallique supérieur 82.
A l'extrémité supérieure de l'arbre 84 est prévu un cylindre étan- che 88 muni d'un couvercle .89 prévu pour l'émission de vapeur ou de produit luminescent ou d'une autre substance à partir d'un récipient 90 dans le but d'analyser expérimentalement leurs réactions, comme par exemple les réac- tions de la vapeur de mercure, de la vapeur de sodium ou autres gaz dans les conditions ambiantes de la haute atmosphère. Ces buts étant envisagés, le récipient 90 peut comprendre quatre cavités indépendantes d'emmagasinage ou davantage dans sa construction, le mécanisme de déclenchement de chaque cavité étant situé à distance, dans la nacelle.
L'extrémité supérieure du cylindre 88 porte un dispositif de le- vage L actionné manuellement, dont la tige de plongeur peut être télescopi- que. Au haut de la tige, se trouve une plaque OP conformée de façon à résis- ter à la pression et à venir en prise avec un joint 92 fixé sur le collier métallique 82. L'entrée et la sortie du fluide hydraulique sont représentées en 93 et 94. L'arbre de fermeture 81, porteur de'la feuille intérieure 13, est supporté par un coussin d'air 71 tandis que l'extrémité de l'arbre creux de la fermeture 81 s'étend à travers la plaque HL.
Des regards d'observation sont prévus comme indiqué en W dans la figure 7B et ils peuvent être munis d'écrans amovibles S, ultra-violets ou autres. Un disque de verre ou de matière plastique est représenté en 96 dans la figure 9, avec les feuilles tenues ensemble en 95 Quatre ouvertures de base sont prévues comme indiqué dans la figure 10, et de ces ouvertures, A1 reçoit un appareil de prises de vues de télévision TV2 dirigé verticale- ment vers le bas.
Une seconde ouverture A2 reçoit un autre appareil de prises
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de vues semblable de télévision, TVE
Les lignes d'exploration de ces appareils de prises de vues indi- viduels TV2, TV3 sont orientées à angle droit par rapport à la ligne d'ex- ploration de l'appareil de prises de vue zénithal TV1 de sorte qu'en com- binaison avec le ruban à recouvrement paramagnétique M, représenté dans une position à 90 par rapport aux appareils de prises de vues de nadir TV2 et TV3 ils peuvent être utilisés comme référence d'orientation indiquée par un symbole de boussole dans la figure 10, pour des relevés de point terrestre ou céleste par rapport à la position ainsi orientée de l'aérostat par rap- port au champ magnétique terrestre.
Les renseignements ainsi obtenus peu- vent être enregistrés ou transmis au sol par radio.
Les deux autres ouvertures de base A3 et A4 reçoivent des appa- reils de photographie aérienne f1 f2, ou bien en enlevant les appareils photographiques, on peut obtenir une observation directe en direction vers le bas. on a également représenté, dans la figure 9 une installation d'emmagasinage d'air comprimé 97 fixée au cylindre de pression interne 88 pour actionner les divers systèmes de soupapes. Ces systèmes sont comman- dés à partir d'un panneau indiqué dans la figure 7B par les symboles Pl à P5 Les alimentations Pl et P2 pour les soupapes Vl et V2 et le câble d'a- limentation pour 1 organe de télévision TV1 ont des couplages extérieurs et une douille qui passe à travers le collier 82 de l'extérieur à l'intérieur de la nacelle.
Des dispositions analogues sont prises pour les connexions des circuits de câbles EC et EC1 de la figure 4 Le fil de mise à la terre 48, de la garniture CA est relié par un tenon 98 au berceau de suspension SC et un fil de liaison est également représenté attaché par des tenons 99, 100 entre le berceau SC et la nacelle Go Ces fils de mise à la terre sont utilisés seulement comme mesure de précaution pendant le remplissage et le transfert du gaz au solo
Une corde 101 représentée dans la figure 7A traverse les pattes 102, 103, 104 pour retenir les pieds du berceau de suspension SC après que la nacelle a été placée sur lui.
La corde 101 peut être munie d'un ten- deur (non représenté)o Bien que la nacelle G soit représentée comme ayant seulement trois feuilles elle peut tout aussi bien en avoir un nombre plus grand, selon, naturellement, la pression ambiante que l'on rencontrée Les pressions décroissent par échelons, de l'intérieur vers l'extérieur, et elles sont déterminées par la pression statiquede l'air qui peut être injec- té entre les feuilles, ou qui peut être réglé par écoulement à travers les orifices diminuant progressivement, de la même façon qu'entre les couches de l'enveloppe déjà décrites. Ceci permet de maintenir l'intérieur de la nacelle à une pression de l'atmosphère selon les besoins physiologiques des occupants.
Les espaces entre les feuilles de la nacelle peuvent être munis de feuillard d'aluminium plissé de façon lâche, pour des fins d'isolation thermique. Dans le cas où les feuilles sont en matière plastique claire et translucide, elles peuvent aussi être teintes de façon à constituer un fil- tre spectral pour empêcher la pénétration d'une radiation ultra-violette intense à l'intérieur de la nacelle. Si les feuilles 11 12 13 sont faites de façon à pouvoir supporter des pressions plus élevées, une pression d'air croissant par échelons peut être prévue entre les feuilles comme réserve d'air pour utilisation dans la nacelle.
Dans tous les cas, il sera néces- saire de prévoir un appareillage de purge d'air dans l'intérieur dela nacel- le tandis que la réserve d'air emmagasinée peut être utilisée occasionnel- lement pour rafraichir la base d'azote de l'air vital purgé dans la nacelleo La conduite 87 peut être munie, si on le désire, d'un appareillage à propul-
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sion à ailettes pour un but désiré quelconque de façon à utiliser l'énergie de 1 air d'échappement .
La figure 11 représente, schématiquement comment les diverses boucles de ruban peuvent être reliées pour diverses fins. Dans cette figure, le schéma xl représente le liage de la série des boucles de ruban en travers de la nacelle G Le schéma x2 représente les connexions de circuit préfé- rées pour la série des rubans en travers de la nacelle G effectuées par les fiches 17, 18 de la figure 5A Le schéma x3 représente le point auquel les mêmes rubans sont sortis à l'extérieur à la garniture de suspension
CA Le schéma x4 indique la connexion des câbles EC ECL venant des rubans tl à t6 allant aux divers appareils.
Comme exemples des divers dispositifs de régulation, de mesureou de consommation qui peuvent être utilisés,on représente, connectés aux bou- cles de ruban conducteur, les suivants un tube à décharge en atmosphère gazeuse dans la boucle t6-t6 ou dans un nombre quelconque de ces boucles, ou de toutes.
Un couplage par condensateur dans la boucle t5-t5 ou dans un nom- bre quelconque de boucles ou dans toutes, en série ou en parallèle.
Un commutateur d'ouverture et de fermeture de circuit sur la bou- cle t4-t4 ou un nombre quelconque de boucles ou sur toutes, en série ou en parallèle.
Une résistance de charge dans la boucle t3-te ou un nombre quel- conque de boucles ou dans touteso
Une résistance capacité dans la boucle t2-t2 en parallèle avec un côté de tl.
En appliquant les mêmes dispositions de distribution pour une bou- cle 1 de ruban inductive contenant du fil métallique en série, on obtient un couplage comme représenté, comprenant :
Une inductance à couplage lâche ou serré dans la boucle I, tl-tl ou dans un nombre quelconque de ces boucles ou dans toutes, en série ou en parallèle.
La fonction principale de la boucle de ruban enroulée inductive,- ment I, représentée espacée méridiennement de la boucle paramagnétique M (fige 4) consiste dans l'établissement d'un couple électro-magnétique par rapport à l'axe vertical de l'aérostat et à la production d'un courant dans la boucle par le champ magnétique terrestre lors de la cessation du couple appliqué. En fonctionnement, un courant appliqué à la boucle inductive I produit 1 orientation de ladite boucle et de l'aérostat dans le champ terres- tre tout en déviant la boucle paramagnétique M de son ancienne position sta- ble dans ledit champ. Comme la boucle I pendant son retour à sa position ini- tiale est alors sous l'influence de la boucle paramagnétique M elle coupe des lignes de force magnétiques du champ terrestre et un courant est créé.
Le courant ainsi créé et tout aussi bien le courant appliqué peuvent être mesurés et analysés en se référant aux intensités de champs magnétiques à des altitudes différentes et extrêmes. Des dispositifs représentés dans la fi gure 11 et décrits plus haut facilitent le passage du courant en provenance ou à destination de la boucle inductive de ruban I ou d'un nombre quelconque de ces boucles en série intérieurement.
Plus bas dans la figure 11, sont représentés d'autres appareils qui peuvent être utilisés en les connectant à travers toutes ou un nombre quelconque de boucles conductrices de ruban, comme par exemple un oscillo- scope OSC, un éclateur rotatif RSG, dont le symbole représente également un
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commutateur, et un appareillage d'étude et d'enregistrement, récepteur ou transmetteur de radio ou de rayons cosmiqueso
Il doit être entendu clairement, dans toute la description qui suit, que le volume, énormément dilaté d'un gaz ascensionnel, emmagasiné initialement et temporairement dans l'érostat, au sol sous pression, pres- sion qui peut être d'une valeur allant jusqu'à 7 ou 14 atmosphères,
n'est pas en relation directe avec la performance extrême qu'on peut obtenir avec le présent aérostat purement par des relations de densité, mais que ledit volume totalement dilaté et retenu est une condition essentielle pour l'ex- tension de performances d'altitudes extrêmes par une "force ascensionnelle de champ" car le facteur de déplacement d'une particule à charge négative dans le champ terrestre, exprimé en force ascensionnelle représente la base de la somme de l'effort qui doit nécessairement exister dans le volume to- tal dilaté disponible, les deux étant rapportés au champ ambiant et au poids total de l'aérostat à transporter de cette façon, après qu'on a atteint le "plafond" de densité-pression.
En fonctionnement, le processus de gonflement et de préparation pour le vol comprend le gonflement de la cavité primaire d'emmagasinage de gaz B, pour une capacité totale quelconque, par de l'hydrogène jusqu'à une pression de 7 atmosphères ou davantage, ce qui, comme la densité du gaz à cette pression diminue sa force ascensionnelle d'environ moitié, peut être effectué dans une position horizontale, la cavité primaire B contenue dans le réservoir flasque Bl à membranes multiples étant amarrée à plat sur une feuille de sol, de façon appropriéeo Comme la force ascensionnelle est tout à fait insuffisante pour commencer une ascension, relativement au poids to- tal à porter, les enveloppes B, Bl peuvent être maintenues dans un état stable dans le vent au sol puisque ces enveloppes ne sont pas soulevées.
Le processus de la préparation de vol et de l'ascension sont étroi- tement simultanés lors du commencement d'un débit à haute pression à partir de l'enveloppe B, commandé par la soupape annulaire de transfert dans un écoulement à basse pression dans le réservoir de dilatation à membranes mul- tiples Bl, ce qui, enpermettant à la pression et à la densité de diminuer dans la cavité B donne additivement sa force ascensionnelle aux forces as- censionnelles croissantes agissant sur ledit réservoir de dilatation Bl à un degré déterminé par l'ancrage au sol par le ballast d'eau qui est conte- nue dans les cuves d'eau disposées en quadrilatère bl (figure 7B) du berceau de suspension, l'ascension commençant immédiatement lors du déversement instantané des masses d'eau mises en jeu, au moyen des soupapes appropriées.
Pendant l'ascension, par la commande de la soupape annulaire de transfert V2 assurée par la transmission pneumatique P2 depuis 1 intérieur de la nacelle, le passage du gaz de la haute pression à la basse pression peut continuer selon la vitesse d'ascension désirée, la pression relative finissant par atteindre l'unité dans la cavité primaire de gaz B et dans le réservoir d'expansion à membranes multiples Bl, suivant le nombre des enve- loppes membraneuses qui restent encore flasques par rapport au volume total de dilatation retenu qui peut être établi avant l'échappement du gaz par les orifices d'échappement EO ( figo 4 et 5)
On a donc montré clairement que l'ascension initiale de l'aérostat se termine provisoirement à une altitude de plafond qui dépasse considéra- blement les ascensions connues avec personnelo Ensuite,
une continuation soutenue de l'ascension au-delà dudit plafond provisoire, dépend de phénomè- nes qui se rapportent à la force électrostatique créée entre le gaz dilaté et les champs terrestre et solaire et elle se produit par ce qu'on a appe- lé la "force ascensionnelle de champ"o Cette expression est destinée à dé-
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signer les forces de transport qui existent sur un grand volume de gaz dila- té et chargé négativement, de façon appropriée comme dans le cas présent, sous l'influence des champs ambiants terrestre et solaire.
Pour atteindre ce but important de la présente invention, les conditions d'ionisation et les conditions générales électrostatiques du gaz aux altitudes extrêmes sont réglées de telle façon que le gaz peut rester chargé négativement, ou, occasionnellement rester neutre électrostatique- ment, en appliquant des potentiels appropriés aux boucles de ruban conduc- trices E situées entre les membranes. Dans certains cas il peut être avan- tageux de décharger les volumes de gaz entre membranes par le même moyen.
Il est entendu, en conséquence, que des potentiels différents peu- vent être appliqués à l'une quelconque ou à plusieurs des boucles conductri- ces en ruban, occasionnellement, à partir d'un oscillateur convenable du type à alimentation en haute tension situé à l'intérieur de la nacelle. Ces potentiels peuvent être appliqués par des dispositifs de commutation à des rubans conducteurs successifs tl de la figure 3; la polarité de chaque ru- ban étant opposée à celle du ruban correspondant, à 1800 de cette dernière.
De même des potentiels similaires peuvent être appliqués aux ru- bans t2, t3 etc.... et la commutation peut être prévue pour donner lieu à un mouvement analogue ou contraire de la position de charge autour des ru- bans tl et t2, des rubans t2 et t3, etc. Le résultat, dans tous les cas, est de produire des champs électrostatiques dans les espaces entre membra- nes remplis de gaz Ql à Q6, le but étant de régler l'ionisation par la sé- paration des ions positifs et négatifs dans ces espaces, ce qui permet l'é- tablissement de l'action de la force ascensionnelle de champ pour l'éléva- tion de l'aérostat aux altitudes extrêmes.
Ou bien encore, occasionnellement, toutes les boucles méridiennes de ruban conducteur E et par conséquent les volumes de gaz entre membranes peuvent être maintenues' à une polarité négative par rapport à l'alimentation en potentiel et au champ ambiant, auquel cas la nacelle et le berceau peu- vent être à une polarité positive, ou bien encore un fil extérieur de "terre" peut être suspendu au-dessous de la nacelle. On remarquera,à ce sujet, qu'u- ne capacité est introduite dans le système décrit entre le gaz et le champ terrestre.
En service, le réglage de la force ascensionnelle de champ pour une ascension additionnelle ou une descente, dans les hautes régions extrê- mes de l'atmosphère, est effectué en augmentant, en réduisant ou en annulant les efforts électro-statiques qui existent entre le gaz et le champ terres- tre. Pendant l'ascension, la transition entre le fonctionnement par force ascensionnelle de densité et le fonctionnement par force ascensionnelle de champ est aidée par l'opposition du mercure de ballast.
L'efficacité de la force ascensionnelle de champ que l'on peut obtenir en termes de transport ascensionnel du poids total du présent aéro- stat est aidée avantageusement par les pertes de frottement faibles dans les conditions ambiantes atténuées et par une valeur décroissante de l'accéléra- tion due à la pesanteuro Le "plafond absolu" d'une ascension dépendra du potentiel disponible pour maintenir lesdits efforts nécessaires par rapport à un degré d'ionisation qui croît avec l'altitude. Il est également apparu de façon manifeste que pendant l'action de la force ascensionnelle de champ, la perte de gaz dans le système au-delà des altitudes du plafond de densité- pression, est négligeable par suite de variations analogues mais relativement insensibles dans les régions extrêmes de la haute atmosphère.
Particulièrement dans le cas de la descente, il est entendu égale- ment qu'en arrivant de nouveau à l'altidutde du plafond de densité", la mé-
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thode de commande revient aux moyens normaux disponibles, c'est-à-dire par une libération graduelle de gaz par la soupape V1 l'écoulement de gaz entre les couches de l'enveloppe extérieure B1 et dans la cavité de gaz B étant inversé par rapport aux conditions de l'ascension. Le réglage secondaire par la soupape V2 peut encore être utilisé, dans cet écoulement inversé de gaz dans la cavité de gaz B, en ouvrant la soupape Vl pour régler la vites- se de descente et la vitesse d'admission de l'air dans les orifices d'échap- pement EO et pour le balayage du gaz résiduel entre, les membranes.
La dispo- sition d'un ballast de mercure dans des cuves b (figo 7) a spécifiquement pour but de régler l'altitude dans des températures ambiantes extrêmement basses, ainsi qu'on l'a déjà mentionné, tandis qu'une quantité minimum est réservée pour l'emploi pendant l'atterrissage pour terminer sans danger la descente décrite ci-dessuso
Il est manifeste également que, par une augmentation du nombre total des couches dans l'enveloppe extérieure Bl qui peuvent comprendre un espacement accru K agissant sur les volumes de gaz entre membranes Q1 à Q6, et par une augmentation de la pression du gaz emmagasiné, et par suite du volume dans l'enveloppe B, qui peut être égale à 14 atmosphères, on peut ai- sément atteindre une capacité cubique totale de l'aérostat qui,
en termes de "plafond absolu" peut permettre des ascensions dans des régions entre les altitudes stratosphériques et ionosphériques, les forces ascensionnelles par potentiel combinées constituées de la force ascensionnelle par densité et de la force ascensionnelle de champ, le poids total du système, une gran- de capacité de contenance de la nacelle et une grande durée de vol étant dû- ment pris en considération.
Alors que le dispositif décrit a été établi principalement pour emploi avec du personnel dans la nacelle, un aérostat selon l'invention peut être utilisé pour des ascensions sans personnel jusqu'à des altitudes extrê- mes avec commande par radio ou automatiqueo REVENDICATIONS.
1 Aérostat pour altitudes extrêmes, comprenant une enveloppe pour contenir le gaz ascensionnel, une enveloppe extérieure de forme appro- ximativement sphérique formée par plusieurs couches de matière flexible es- pacées les unes des autres lorsqu'elles sont distendues, une garniture au sommet et à la base des deux enveloppes pour tenir, respectivement, les bords supérieurs et inférieurs de ces dernières, des moyens pour permettre le pas- sage du gaz entre l'intérieur de l'enveloppe à gaz et les divers espaces com- pris entre cette enveloppe et les couches successives de l'enveloppe exté- rieure pour créer des pressions de gaz décroissant successivement dans les- dits espaces en allant de l'intérieur vers l'extérieur,
des cordes de sus- pension entre lesdites garnitures supérieure et inférieure et une nacelle suspendue à la garniture inférieureo
2 Aérostat suivant la revendication 1, dans lequel la nacelle est constituée par plusieurs couches de matériau rigide de forme approxima- tivement sphérique jointes les unes aux autres en haut et en bas, lesdites couches étant munies de moyens pour permettre le passage d'air successivement entre l'intérieur et les divers espaces compris entre les couches successi- ves de manière à obtenir des pressions d'air décroissant successivement dans lesdits espaces en allant de l'intérieur vers l'extérieure
3 Aérostat suivant les revendications 1 et 2 dans lequel l'en- veloppe à gaz, ou les couches de l'enveloppe extérieure,
ou les deux sont munies de bandes de renforcement allant d'une garniture à l'autre ou dans la direction circonférentielle des couches, ou les deux, pour limiter la di- latation sous l'action de la pression interneo
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The present invention relates to an extreme altitude aerostat designed to rise beyond the region referred to as the stratosphere. An object of the present invention is to solve the problems arising from the large variations in volume of the filling gas which provides the upward force, for example between the level of the floor and the ceiling, as well as the secondary problems posed by the resistance of the gas. materials, ground control during filling, prevention of dangerous or deleterious effects of ionization and static charges, and protection of crew and equipment against low temperatures and low pressures ambient.
Another object of the invention is to create in an aerostat upward forces other than by the known relationships existing between the density and the pressure of a gas lighter than air.
Another object of the invention is also to be able to fill a gas storage enclosure by means of an initial volume of gas considerably greater than that which is normally admitted or which is considered useful at the level of the gas. ground.
Another object of the present invention is to fix a nacelle to an aerostat without having recourse to the known suspension device which generally forms part of the outer surface of a balloon envelope.
Yet another object of the present invention is to establish an inherent reference origin on an aerostat when it is floating in the upper atmosphere in a free state of equilibrium.
A further object of the invention is to transmit and record image information which can be obtained in the high regions and the reflected earth image information which can be obtained from said high regions.
Yet another object of the invention is to emit selected physical substances, from the interior of the nacelle of an aerostat, in order to carry out the experimental analysis of their reactions in the ambient conditions of. the upper atmosphere.
Yet another object of the intention is to produce an extreme altitude aerostat which comprises a gas jacket for enclosing the ascending gas, several layers of flexible material spaced apart from one another when stretched to form an outer envelope. - upper of approximately spherical shape, a gasket at the top to hold the upper edges of the gas casing and of the outer casing, a gasket to hold the lower edges of said elements, means to allow the passage of gas between the interior of the gas casing and the multiple spaces between this casing and the successive layers of the outer casing to produce progressively decreasing pressures in said spaces from the inside to the outside,
suspension cords between said upper and lower fittings, and a basket suspended from the lower fitting.
Preferably, the nacelle consists of several layers of rigid material of approximately spherical shape, joined to each other at the top and bottom, the layers being provided with devices to allow the passage of air, successively between the. interior and the various spaces included between the successive layers to give air pressures which successively decrease in said spaces, from the interior to the exterior.
In the description, the conversion into upward forces, when necessary, of the electrostatic force existing between the gas
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of filling and the earth's field is called "upward field force", to distinguish this new upward component of an aerostat according to the present invention, above certain altitudes, from the initial upward forces of the gas exerted by said aerostat as a result of. known relations density pressure resulting, between land and ceiling altitudes
The accompanying drawings show, by way of example, details of an embodiment according to the invention as well as certain variants which can be adopted at will.
In these drawings:
Figo 1 is an elevational view of the balloon whose casing is deflated;
Figo 2 is a side elevational view of the same aerostat;
Figo 3 is an elevational view, partially in section, of the aerostat with the envelope inflated Figo3A is a schematic plan view and in section, corresponding to Fig. 3, but on a smaller scale; Figure 4 is a partial plan view corresponding to Figure 3;
Figo 5A is a vertical sectional view of the top casing liner;
Figo 5B is a vertical sectional view of the lower casing liner;
Figo 6 is a partial plan view on a larger scale of the lower trim;
Fig. 6A is a vertical sectional view of one of the valves of said packing;
Figo 7A is an elevational view, with partial section of the upper part of the nacelle;
Figo 7B is an elevational view, with partial section of the na- that and its support cradle;
Figo 8 shows a variant of the legs of the cradle-support;
Figo 9 is an elevational view of the nacelle, partially sectioned, showing part of the internal equipment;
Figo 10 is a plan view with section taken along the line J-J of Fig. 7B;
Figo 11 is a diagram of the circuit connections associated with the loops of wrap reinforcement tape;
Figo 12 is a diagram showing, in elevation, intermediate states of expansion of the layers of the envelope;
Fig. 13 is an elevational view of the nacelle and its support cradle floating on the water.
In addition, to clearly indicate the useful cubic capacity it should be understood that the internal diameter of the nacelle is approximately 3.5 to 4 meters, and that it is intended to provide sufficient space for a flight crew. of four people, and all the necessary instruments for operation and experiments.
If we first refer to Figures 1, 2 and 3, the balloon
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has an internal pressure envelope PM enclosing a primary gas cavity B for the ascending gas. The casing may be made of nylon or any other light sheet of plastic material impermeable to hydrogen or helium, and it must have sufficient strength to withstand an internal pressure of the order of 7 atmospheres. The envelope is contained by a pressure network PH constituted by a plastic sheet or by PT tapes woven in nylon arranged around it circumferentially, at intervals, and by longitudinal tapes of nature and arrangement. analogues and one of which is shown in dotted lines in Figure 3.
An outer shell B1, consisting of several separate layers, surrounds the inner shell PM. In Figure 3 six such layers are shown, denoted by ml to m6. These layers are fixed, at their upper end, in a lining C which will be called the dome and at their lower end in a lining CA which will be called the suspension closure.
SH suspension cords connect the C and CA fittings and SH1 cords attached to the Ca suspension closure support a G basket which will be described further on. The various layers ml to m6 are restricted in expansion by circumferential ribbons T1 to T6 around their various equators with equal spacing K as shown on the left of figure 3 or even at a higher position with gradual spacings K to K1 as indicated on the right part of this same figure. Longitudinal ribbons t1 to t6 in the form of meridian loops run from the pod G to the suspension closure CA, at appropriate angular spacings, and are held by tapes T1 to T6. Twelve meridian loops are shown, by way of example, in Figures 3A and 4.
The spaces Ql to Q6 between the layers ml to m6 are intended to receive gas at pressures which gradually decrease while going from the interior of the space B to the exterior space Ql. The gradual variation of the pressure is ensured by a flow of gas as indicated by the dotted lines with arrows through communication ports 02 to 06, arranged alternately near the top and bottom ends of the m2 layers at m6, with a final outward EO exhaust port, near the bottom end of the ml layer.
The dimensions of the orifices are such as to produce the gradual variation in pressure due to the flow of gas, from the internal space B, through an orifice U, then through successive orifices to the EO final exhaust port. All of said orifices, in sufficient number, are arranged radially at intervals on the respective membranes, preferably midway between the meridian loops of tape as shown in Figure 4.
As shown in said Figure 4, the top-to-bottom tape set includes M paramagnetic overlap tapes, indicated by tight hatch lines, and electrically conductive, diamagnetic E overlap ribbons indicated by spaced hatch lines. - cées. Some of the ribbons, reference I, contain strands of metal wires which can be connected as inductive loops, the role of which will be explained later. Tapes T1 to T5 can also be provided with embedded metal wires.
The function of the paramagnetically overlapping meridian ribbons M consisting of a set of ribbon loops t1 to t6 is to allow the balloon, when in a state of free equilibrium, to orient itself in a particular direction in the earth's magnetic field, with respect to the direction of the line of exploration of the zenith and nadir cameras TVI, TV2, TV3 that will be mentioned later, so that an inherent system of reference is established on the aerostat.
The role of the electrically conductive meridian ribbons E is to
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neutralize and regulate by charging and discharging devices, which will be described later, the effects of static charges accumulating either on the gas or on the membrane envelope, of the static electricity produced by friction due to gas flow or electrostatic instability due to ionization of the rising gas when the balloon floats in the upper atmosphere. Another main function of said loops of tape E consists in the application to these loops of appropriate potentials by means of a control exerted from the interior of the nacelle as is explained below.
The various tapes that make up any series of individual loops t1 through t6 including paramagnetic tape loops M and conductive tape loops E are attached to the layers of the casing by plastic welding. The layers themselves are made of a very light plastic sheet, such as nylon or regenerated cellulose, preferably having good dielectric properties, since it is clear that the workload required, and hence the thickness and thickness. Weights of the material in each layer are distributed according to the number of layers used relative to the total weight proposed to be lifted, which should be distributed evenly over all layers.
In practice, the membrane layers ml to m6 can be dyed with appropriate colors to constitute a spectral filter capable of protecting the gas, in spaces Q1 to Q6 against the direct effects of ultraviolet radiation.
The pod G is shown in detail in Figures 5A and 5B and is made of a light metal alloy having an outer rim 1 of U-section and shaped to receive a flexible molded rim 2 in which the layers of. envelope ml to m6, the pressure membrane PM and the attachment network PH as well as the set of tapes are fixed by plastic welding. The flange 2 has a bulge 3 on its internal diameter, on which the flange 1 is pressed, during assembly and which is fixed, finally by bolts and nuts 4. The inner part of the flange 1 has a metal flange 5 to which is attached a closure which consists of a metal ring 6 fixed by nuts and bolts.
The ring 6 is shaped so as to receive a gas release valve assembly VI communicating with the space B and contains a flexible molded cell 8 in a metal bowl 9 fixed by tenons 7 to the ring 6. Communication for gas is established through openings 10 and a tubular rod 12 in a central boss 11, a pneumatic transmission P1 being attached directly to cell 8 without an intermediate valve. The pneumatic transmission Pl is controlled from inside the nacelle G the tube P1 passing through the internal space B
On the upper edge of the ring 6 is a metal cone 13 provided with three supports 14 to limit the protrusion of the cell 8 in the ring 6 when it is under pressure.
The exhaust of gas takes place under the control of the pneumatic transmission P1 through the openings 10 and the collapsed sidewalls of the molded cell 80 It will be understood that the molded cell 8 and the bowl which contains it may, at the same time. Occasionally, when using high storage pressures, be placed in an inverted position from the position shown. For this purpose, a metallic sealing rim can also be included at the base of the cell 8.
On the upper surface of the cone 13 is placed a television camera TV1 of small dimensions aiming upwards, to avoid the permanent interception of the zenith by the structure of the balloon.
A power cable 15 for the camera is connected to a plug 16 sealed through the metal flange 5 and connected to its other
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end with the inside of the basket. The ends of tapes t1 to t6 are connected by means of a plug 17 to a corresponding plug with multiple contacts 18 placed on the metal rim 1 to provide connections and links.
The flexibility of the rim 2 is indicated by dotted lines on the right side of figures 5A and 5B and by this means a compensation is made for various stages of expansion of the membrane envelope B1 It will be noted that the sum of the mechanical strengths of the membrane layers m1 to m6 is made unitary in flanges 1 and 2 for distribution purposes. Suspension ropes or a harness are attached to the G basket
SH as shown in Figure 5A by ring legs 19, 20.
The lining CA is shown in detail in figure 5B and it comprises a suspension ring 21 made of light metal alloy, having an outer flange 22 with transfer port U between the inner space B and the first space Q6 On the inner face or top of the flange
22 is an annular transfer valve V2 shown on a larger scale in figure 6 This valve is in the form of a tube of flexible substance and has an annular, reinforced molded base in engagement with the transfer ports U distributed radially. Said valve is shown in section in FIG. 6Ao. The valve V2 is fixed by pins or rivets 23 in its upper wall, to an inverted annular trough 24 of light metal alloy and of semi-circular section.
The gas inlets u establish communication with the primary gas space B. A pneumatic transmission P2 is provided for the valve V2 without any intermediate valve. The valve V2 can be opened by a pressure exerted by the pneumatic transmission P2 which lifts the lower part of the valve and thus uncovers the openings u under the control ensured from the nacelle G
An upper lateral extension of the flange 22 carries, fixed to it, a ring 25 of U-shaped section held by bolts.
A molded flange 27, similar to flange 2 serves to secure the PM gas casing and its PH harness, a bulge 28 being held in the ring 25 Another ring 29 of light metal alloy of U section is provided at a distance suitable below the ring 25 and is held by bolts 30 to secure the lower ends of layers ml to m6 and their tapes t1 to t6 which are attached to a flexible ledge 31, the latter being held by means of a widened edge 32 and bolts 33 in a similar fashion to the corresponding parts of the gondola Go The ends of the tapes are connected to cable plugs 34 on the ring 29, and multi-core cables EC EC1 went outside the Go pod
Trim C also includes an IV inflation valve,
mounted in a valve housing 35 and which is secured by bolts 36 to an inner flange of the ring 21. The valve IV has a secondary release seal 38 of molded plastic, and a tapered seal. 39 metal to metal. The valve can be loaded with mercury in the stem as indicated by hatching or it can be loaded with a spring. A cover 40 closes the lower end of the valve.
On the upper side of the ring 21 are provided four or more annular legs 41, 42, 43 of which only three are shown. The suspension harness SH is attached to these legs. Likewise, tabs 44, 45 46 are provided for attachment to the external extension SH1 of the harness SH for the suspension of the nacelle. In practice, it is preferred to make the tabs in a dielectric substance such as, for example, reinforced ceramic. Or
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moreover, the annular legs and the suspension cords may be secured to each other by suitably shaped insulators.
This important characteristic of the invention allows the free expansion of the envelope B1 to its final shape which may differ from a spherical shape, the upward forces of the gas being transmitted by the various membranes to the nacelle G and there to the closing trim CA and to the cradle containing the nacelle which will be described later. It is thus clear that when the envelope B1 reaches its state of maximum expansion a certain proportion of the upward forces is also transmitted by the various membranes at the location of their points of attachment to the lining CA and of there at the SElo suspension harness
The pneumatic transmission hoses and conductor cables which pass through the main gas space B are brought down through the plate 35, as shown, to the nacelle.
The high pressure gas flow is transferred through the valve V2 and passes through the openings U in the space between the molded rings 27 and 31 A connecting plug 47 and a ground wire earth 48 allow the discharge of the static electricity produced by the friction of the gas which flows during the in-flight release operations which will be described later, the wire 48 being connected to the suspension cradle SC of the nacelle G placed To the earth.
The cradle G and its suspension cradle SC are shown in figures 7A, 7B 10 and 13 The cradle SC is supported by the rope harness SR1 by means of suspension hooks 49, 50 51 comprising swiveling and articulated elements. quick release 52, 53 54, the locking ends of which are shown schematically. These elements can be actuated from inside the nacelle by means of a pneumatic transmission (not shown).
The hooks 49, 50, 51 can be isolated, as in the case of the legs 41 to 46
The suspension cradle has four legs, one of which is shown in section on the left side of Figures 7A and 7B Each leg includes a central frame 55 of light metal alloy, and it protrudes outward and downward. following a curve, up to the end 56.
The end 56 is connected to the transverse support pads 57, 58, for installation on the solo Each of the feet comprises, near the end, a ballast mercury tank b and, in addition, a water tank of ballast b1 The four legs which constitute the cradle SC are equiangularly spaced around the nacelle and are attached to a circular plate RL by pivots 60, 61 The HL plate has a central opening 62 for a purpose which will be indicated later.
The ballast mercury tank b is provided with a filling port 63 which constantly remains freely open and, at the bottom, with a slide valve 64 controlled by a pneumatic transmission P30 The ballast water tank b1 has a fill port 65 with a watertight cap 66 and at its base an inlet or outlet 67 with hinged cover 68 and a releasable latch 69 controlled by a pneumatic transmission P4 Ballast water is only used as an anchor to the temporary ground when the aerostat is placed on the solo Before the aerostat leaves the ground the lock 69 is released on all four feet and the water ballast is abandoned to begin the ascent.
The tank bl is also provided with an air outlet 70 connected to a flexible pneumatic control pipe P5 which is only necessary when descending on the water to regulate the water admission in the tank bl, for example input 67 in order to regulate the floatation level and the stability of the
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nacelle. The upper and lower limits of the waterline are indicated by the wavy lines WL1 and WL2 visible in the figure
13.
The pneumatic operating and regulating transmissions for all the mercury tanks b are connected in parallel, as are those associated with the water tanks bl. They are led to a control panel shown schematically in Figure 7B, inside the nacelle G as well as the other pneumatic transmissions.
The articulated feet SC have, on their internal side, shock absorbing devices comprising an air cushion 71 and rubber cushions or buffers 72, 73, 74. Additional shock absorbing devices can be provided, as shown in figure 8, by articulating the lower end of each leg of the cradle SC at 79 and by connecting it, by a tab 78, by a pivot joint 77 to the plunger of a dash-pot 75 pivoting in 76 on the main part of the foot.
The nacelle is gripped by the feet of the cradle SC and in this case comprises three sheets 11 12 13 of light metal alloy or of plastic material spaced at the largest diameter by a junction ring 80. A bottom closure 81 is provided with stepped flanges to space the sheets apart, and closure at the top is effected by a collar 82 in which the sheets are joined. The ring 80 is provided with air passages through which the upper and lower portions of the respective air passages established between the sheets are in communication.
The lower closure 81 comprises a hollow shaft 84 having an opening at the lower end, in free communication with the space, and air transfer ducts 85 and valves 86 between the innermost sheets. 87 with valve, is provided for the space between the sheets 12 and 13, this space communicating with the outside through one or more orifices E01 below the upper metal collar 82.
At the upper end of the shaft 84 is provided a sealed cylinder 88 with a cover .89 provided for the emission of vapor or luminescent product or other substance from a container 90 into. the aim of experimentally analyzing their reactions, such as, for example, the reactions of mercury vapor, sodium vapor or other gases under ambient conditions in the upper atmosphere. With these objects contemplated, the container 90 may include four or more independent storage cavities in its construction, the triggering mechanism of each cavity being located remotely in the pod.
The upper end of cylinder 88 carries a manually operated lifting device L, the plunger rod of which may be telescopic. At the top of the rod is an OP plate shaped to withstand pressure and to engage with a seal 92 attached to the metal collar 82. The inlet and outlet of hydraulic fluid are shown at 93. and 94. The closure shaft 81, carrying the inner sheet 13, is supported by an air cushion 71 while the end of the hollow shaft of the closure 81 extends through the HL plate.
Observation manholes are provided as indicated at W in FIG. 7B and they can be provided with removable screens S, ultra-violet or others. A glass or plastic disc is shown at 96 in Figure 9, with the sheets held together at 95 Four basic openings are provided as shown in Figure 10, and from these openings A1 receives a camera TV2 directed vertically downwards.
A second opening A2 receives another outlet device
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similar views of television, TVE
The exploration lines of these individual cameras TV2, TV3 are oriented at right angles to the exploration line of the zenithal cameras TV1 so that in pairing with the paramagnetic overlapping tape M, shown in a 90-degree position with respect to the nadir cameras TV2 and TV3 they can be used as orientation reference indicated by a compass symbol in figure 10, for readings of a terrestrial or celestial point relative to the position thus oriented of the balloon relative to the terrestrial magnetic field.
The information thus obtained can be recorded or transmitted to the ground by radio.
The other two base apertures A3 and A4 receive aerial cameras f1 f2, or by removing the cameras a direct view downward can be obtained. FIG. 9 also shows a compressed air storage installation 97 attached to the internal pressure cylinder 88 for actuating the various valve systems. These systems are controlled from a panel indicated in figure 7B by the symbols Pl to P5 The power supplies Pl and P2 for the valves V1 and V2 and the power cable for 1 television unit TV1 have outer couplings and a socket which passes through collar 82 from the outside to the inside of the pod.
Similar arrangements are made for the connections of the EC and EC1 cable circuits of figure 4 The ground wire 48, of the trim CA is connected by a tenon 98 to the suspension cradle SC and a jumper wire is also shown attached by tenons 99, 100 between SC cradle and Go pod These ground wires are used only as a precautionary measure during filling and gas transfer to the solo
A rope 101 shown in Figure 7A passes through the legs 102, 103, 104 to retain the legs of the suspension cradle SC after the pod has been placed on it.
The rope 101 may be provided with a tensioner (not shown) o Although the pod G is shown as having only three leaves it may as well have a greater number, depending, of course, on the ambient pressure than on the The pressures are encountered in stages, from the inside to the outside, and they are determined by the static pressure of the air which can be injected between the sheets, or which can be regulated by flow through the orifices. gradually decreasing, in the same way as between the layers of the envelope already described. This makes it possible to maintain the interior of the nacelle at an atmospheric pressure according to the physiological needs of the occupants.
The spaces between the nacelle sheets may be provided with loosely pleated aluminum foil for thermal insulation purposes. In the case where the sheets are of clear and translucent plastic material, they can also be dyed so as to constitute a spectral filter to prevent the penetration of an intense ultraviolet radiation inside the nacelle. If the sheets 11 12 13 are made to be able to withstand higher pressures, a stepwise increasing air pressure may be provided between the sheets as a reserve of air for use in the pod.
In all cases, it will be necessary to provide an air purge device in the interior of the nacel, while the stored air reserve can be used occasionally to refresh the nitrogen base of the tank. 'vital air purged from the nacelle o Line 87 can be fitted, if desired, with a propulsion device.
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finned version for any desired purpose so as to utilize the energy of the exhaust air.
Figure 11 shows, schematically how the various loops of tape can be connected for various purposes. In this figure, diagram x1 shows the tying of the series of ribbon loops across gondola G Diagram x2 shows the preferred circuit connections for the series of ribbons across gondola G made by pins 17 , 18 of figure 5A Diagram x3 shows the point at which the same ribbons came out to the outside of the hanger
CA The diagram x4 shows the connection of the EC ECL cables coming from the tl to t6 tapes going to the various devices.
As examples of the various regulating, measuring, or consuming devices that can be used, connected to the conductive tape loops, the following is shown a gas discharge tube in loop t6-t6 or in any number of loops. these loops, or all of them.
A capacitor coupling in the t5-t5 loop or in any number of loops or in all, in series or in parallel.
An open and close circuit switch on loop t4-t4 or any number of loops or all, in series or in parallel.
A load resistor in the t3-te loop or any number of loops or in all
A capacitance resistor in the t2-t2 loop in parallel with one side of tl.
By applying the same distribution arrangements for a loop 1 of inductive tape containing metallic wire in series, a coupling is obtained as shown, comprising:
A loosely or tightly coupled inductor in loop I, tl-tl or any number of these loops or all, in series or in parallel.
The main function of the inductively wound ribbon loop, - ment I, shown spaced meridly from the paramagnetic loop M (fig 4) consists in establishing an electromagnetic torque with respect to the vertical axis of the aerostat and the generation of a current in the loop by the earth's magnetic field when the applied torque ceases. In operation, a current applied to the inductive loop I produces the orientation of said loop and of the aerostat in the earth field while deflecting the paramagnetic loop M from its former stable position in said field. As the loop I during its return to its initial position is then under the influence of the paramagnetic loop M it cuts magnetic lines of force in the earth's field and a current is created.
The current thus created and equally the applied current can be measured and analyzed with reference to the strengths of magnetic fields at different and extreme altitudes. Devices shown in Figure 11 and described above facilitate the flow of current to or from the inductive ribbon loop I or any number of such loops in series internally.
Further down in figure 11 are shown other devices which can be used by connecting them through all or any number of conductive loops of ribbon, such as for example an OSC oscilloscope, a rotary spark gap RSG, whose symbol also represents a
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switch, and study and recording equipment, receiver or transmitter of radio or cosmic rays.
It should be understood clearly, throughout the description which follows, that the volume, enormously dilated of a rising gas, stored initially and temporarily in the erostat, on the ground under pressure, pressure which can be of a value ranging up to 7 or 14 atmospheres,
is not directly related to the extreme performance that can be obtained with the present aerostat purely by density relations, but that said fully expanded and retained volume is an essential condition for the extension of altitude performance extremes by an "ascending field force" because the displacement factor of a negatively charged particle in the earth's field, expressed in ascending force represents the basis of the sum of the force which must necessarily exist in the total volume dilated available, both related to the ambient field and to the total weight of the balloon to be transported in this way, after the density-pressure "ceiling" has been reached.
In operation, the process of inflation and preparation for flight comprises the inflation of the primary B-gas storage cavity, to any total capacity, with hydrogen to a pressure of 7 atmospheres or more, this which, as the density of the gas at this pressure decreases its upward force by about half, can be carried out in a horizontal position, the primary cavity B contained in the multi-membrane flanged tank B1 being moored flat on a sheet of soil, As the lifting force is quite insufficient to start an ascent, relative to the total weight to be carried, the envelopes B, Bl can be kept in a stable state in the wind on the ground since these envelopes are not lifted .
The process of preparation for flight and ascent are closely simultaneous when a high pressure flow is initiated from the casing B, controlled by the annular transfer valve in a low pressure flow in the multiple membrane expansion tank B1, which, by allowing the pressure and density to decrease in cavity B, additively gives its upward force to increasing ascending forces acting on said expansion tank B1 to a degree determined by anchoring to the ground by the water ballast which is contained in the water tanks arranged in quadrilateral bl (figure 7B) of the suspension cradle, the ascent starting immediately during the instantaneous discharge of the bodies of water placed in play, by means of the appropriate valves.
During the ascent, by controlling the annular transfer valve V2 provided by the pneumatic transmission P2 from inside the nacelle, the passage of gas from high pressure to low pressure can continue according to the desired speed of ascent, the relative pressure eventually reaching unity in the primary gas cavity B and in the expansion tank with multiple membranes B1, depending on the number of membranous envelopes which still remain flaccid compared to the total volume of expansion retained which can be established before the gas escapes through the EO exhaust ports (fig. 4 and 5)
It has therefore been clearly shown that the initial ascent of the balloon ends temporarily at a ceiling altitude which considerably exceeds the known climbs with personnel.
a sustained continuation of the ascent beyond the said temporary ceiling, depends on phenomena which relate to the electrostatic force created between the dilated gas and the terrestrial and solar fields and it occurs by what has been called the "ascending field force" o This expression is intended to de-
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sign the transport forces that exist on a large volume of negatively charged and expanded gas, appropriately as in the present case, under the influence of the ambient terrestrial and solar fields.
To achieve this important object of the present invention, the ionization conditions and the general electrostatic conditions of the gas at extreme altitudes are adjusted so that the gas can remain negatively charged, or, occasionally remain electrostatic neutral, by applying suitable potentials at the E conductive tape loops between the membranes. In certain cases it may be advantageous to discharge the volumes of gas between membranes by the same means.
It is understood, therefore, that different potentials may be applied to any one or more of the conductive ribbon loops, occasionally, from a suitable high voltage feed type oscillator located at. inside the pod. These potentials can be applied by switching devices to successive conductive strips t1 of FIG. 3; the polarity of each strip being opposite to that of the corresponding strip, 1800 from the latter.
Likewise similar potentials can be applied to bands t2, t3 etc .... and switching may be provided to give rise to a similar or opposite movement of the load position around bands t1 and t2, t2 and t3 ribbons, etc. The result, in all cases, is to produce electrostatic fields in the spaces between membranes filled with gas Q1 to Q6, the aim being to regulate the ionization by the separation of positive and negative ions in these spaces, which allows the establishment of the action of the upward field force for the elevation of the balloon at extreme altitudes.
Or, occasionally, all the meridian loops of conductive tape E and therefore the volumes of gas between membranes may be maintained at negative polarity with respect to the potential supply and the ambient field, in which case the pod and the cradle may be at positive polarity, or an outer "ground" wire may be suspended below the pod. On this subject, it will be noted that a capacitor is introduced into the system described between the gas and the terrestrial field.
In service, the adjustment of the ascending field force for additional ascent or descent, in the high extreme regions of the atmosphere, is effected by increasing, reducing or canceling the electro-static forces which exist between the gas and the earth field. During the ascent, the transition between density lift operation and field lift operation is aided by the opposition of the ballast mercury.
The efficiency of the upward field force which can be obtained in terms of upward transport of the total weight of the present aerator is advantageously aided by the low friction losses under the attenuated ambient conditions and by a decreasing value of the acceleration due to gravityeuro The "absolute ceiling" of an ascent will depend on the potential available to maintain the aforementioned efforts in relation to a degree of ionization which increases with altitude. It has also become evident that during the action of the upward field force, the loss of gas in the system above the heights of the pressure-density ceiling is negligible due to similar but relatively insensitive variations in the values. extreme regions of the upper atmosphere.
Particularly in the case of the descent, it is also understood that when arriving again at the altidutde of the density ceiling ", the mis-
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The control method returns to the normal means available, that is to say by a gradual release of gas by the valve V1 the flow of gas between the layers of the outer casing B1 and in the gas cavity B being reversed by in relation to the conditions of the ascent. The secondary adjustment by valve V2 can still be used, in this reverse flow of gas into gas cavity B, by opening valve V1 to adjust the descent rate and the speed of admission of air into the gas chambers. EO exhaust ports and for flushing the residual gas between the membranes.
The arrangement of a mercury ballast in vats b (figo 7) is specifically intended to regulate altitude in extremely low ambient temperatures, as already mentioned, while a minimum quantity is reserved for use during landing to safely complete the descent described above o
It is also evident that, by an increase in the total number of layers in the outer shell B1 which may include an increased spacing K acting on the gas volumes between membranes Q1 to Q6, and by an increase in the pressure of the stored gas, and as a result of the volume in the envelope B, which can be equal to 14 atmospheres, it is easily possible to reach a total cubic capacity of the aerostat which,
in terms of an "absolute cap" can allow climbs in regions between stratospheric and ionospheric altitudes, the combined potential upward forces consisting of the density upward force and the field upward force, the total weight of the system, a large - the capacity of the nacelle and a long flight time being duly taken into consideration.
While the device described has been established primarily for use with personnel in the nacelle, an aerostat according to the invention can be used for unmanned ascents to extreme altitudes with radio or automatic control.
1 Aerostat for extreme altitudes, comprising a casing to contain the ascending gas, an outer casing of approximately spherical shape formed by several layers of flexible material spaced apart from each other when they are distended, a gasket at the top and at the base of the two envelopes to hold, respectively, the upper and lower edges of the latter, means for allowing the passage of gas between the interior of the gas envelope and the various spaces comprised between this envelope and the successive layers of the outer casing to create gas pressures decreasing successively in said spaces going from the inside to the outside,
suspension cords between said upper and lower fittings and a basket suspended from the lower fitting
2 An aerostat according to claim 1, wherein the nacelle consists of several layers of rigid material of approximately spherical shape joined to each other at the top and bottom, said layers being provided with means to allow the passage of air successively. between the interior and the various spaces between the successive layers so as to obtain air pressures successively decreasing in said spaces going from the interior to the exterior
3 An aerostat according to claims 1 and 2 wherein the gas casing, or the layers of the outer casing,
or both are provided with reinforcing bands running from one filling to the other or in the circumferential direction of the layers, or both, to limit expansion under the action of internal pressure
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