BG66926B1 - A high altitude balloon system - Google Patents
A high altitude balloon system Download PDFInfo
- Publication number
- BG66926B1 BG66926B1 BG112057A BG11205715A BG66926B1 BG 66926 B1 BG66926 B1 BG 66926B1 BG 112057 A BG112057 A BG 112057A BG 11205715 A BG11205715 A BG 11205715A BG 66926 B1 BG66926 B1 BG 66926B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- balloon
- gas
- balloons
- capsule
- cord
- Prior art date
Links
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до балонна система за високата атмосфера, приложимо в областта на роботизираните безпилотни апарати; регистрацията на замърсявания на въздуха в това число с радиоактивни нуклеиди и патогени; контрол на радиационната обстановка; наблюдение на обекти върху повърхността на земята, във въздушното пространство, в близкия космос и водните басейни; разпространяване/ препредаване на аналогови и дигитализирани радио- и телевизионни сигнали на големи разстояния; подпомагане управлението на въздушния и наземния трафик; дистанционното изследване и мониторинг на динамиката на негативни процеси и явления като наводнения, пожари или вулканична активност; геомагнетизма, метеорологията и хидрологията; военното дело, сигурността и контратероризма, и др.The invention relates to a high atmosphere balloon system applicable in the field of robotic drones; registration of air pollution, including with radioactive nucleids and pathogens; control of the radiation situation; observation of objects on the surface of the earth, in the airspace, in near space and water basins; broadcasting / retransmission of analogue and digitalized radio and television signals over long distances; supporting the management of air and ground traffic; remote sensing and monitoring of the dynamics of negative processes and phenomena such as floods, fires or volcanic activity; geomagnetism, meteorology and hydrology; military affairs, security and counter-terrorism, etc.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Известна е балонна система за високата атмосфера, съдържаща един балон с еластична обвивка, напълнена с газ с относително тегло по-малко от това на въздуха и капсула, прикачена чрез корда към балона. В капсулата са разположени съд с газа под налягане, екипиран с вентил, регулиращ налягането в балона, парашутно устройство и апаратура, включваща дозиметър, GPS, термометър, оптична камера в различни спектрални диапазони, трикомпонентен магнитометър, радиопредавателен модул за данните и акумулаторно захранване. След разрушаване на обвивката на балона от нарасналото в нея вътрешно налягане спрямо това на силно разредения въздух, чрез сензор за налягане се включва парашутното устройство за приземяване на апаратурата [1, 2, 3, 4].A high atmosphere balloon system is known, comprising a balloon with an elastic shell filled with gas with a relative weight less than that of air and a capsule attached by a cord to the balloon. The capsule contains a pressurized gas vessel equipped with a valve regulating the pressure in the balloon, a parachute device and equipment including a dosimeter, GPS, thermometer, optical camera in different spectral ranges, three-component magnetometer, radio data module and battery power supply. After the destruction of the casing of the balloon by the increased internal pressure in it compared to that of the highly diluted air, the parachute device for landing the equipment is switched on by a pressure sensor [1, 2, 3, 4].
Недостатък на тази балонна система за високата атмосфера е ограничената височина на издигане, определена от еластичните свойства на обвивката на балона.A disadvantage of this high atmosphere balloon system is the limited lift height determined by the elastic properties of the balloon shell.
Недостатък е също усложнената конструкция на парашутното устройство, изискваща сензор за налягане, който обаче при честите си откази в екстремалните условия на работа в стратосферата - ниски температури, ветрове до около 160 km/h, силно разредената атмосфера, повишена радиация и др. е причината за падане и унищожаване на апаратурата.Another disadvantage is the complicated construction of the parachute device, which requires a pressure sensor, which, however, with its frequent failures in extreme conditions in the stratosphere - low temperatures, winds up to about 160 km / h, highly dilute atmosphere, increased radiation and more. is the reason for the fall and destruction of the equipment.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задача на изобретението е да се създаде балонна система за високата атмосфера, при която да се увеличи височината на издигане, и да се използва парашутно устройство, при което отказите му да се сведат до възможния минимум, независимо от екстремалните условия на функциониране в стратосферата или мезосферата.It is an object of the invention to provide a balloon system for the high atmosphere in which to increase the altitude, and to use a parachute device in which its failures are kept to a minimum, regardless of the extreme operating conditions in the stratosphere or mesosphere. .
Тази задача се решава с балонна система за високата атмосфера, съдържаща балон с еластична обвивка, запълнен с газ, относителното тегло на който е по-малко от това на въздуха, парашутно устройство и капсула, свързана чрез корда с балона. В капсулата са поставени съд с газа, екипиран с вентил, регулиращ налягането и апаратура, включваща дозиметър, GPS, термометър, оптична камера в различни спектрални диапазони, трикомпонентен магнитометър, радиопредавателен модул за данните и акумулаторно захранване. В балона са поставени последователно един в друг още три други балони с еластична обвивка - втори, трети и четвърти, всичките запълнени първоначално с различно количество газ. Най-пълен е първият, външният балон, след това е вторият балон, който е вътре в първия балон, след това е третият балон, който е във втория и най-малко количество газ съдържа най-вътрешният четвъртият балон, разположен в третия, където се намира парашутното устройство. Всички балони са скачени чрез тапа с маркуч, разположен вътре в кордата и свързан с вентила на съда с газа, регулиращ налягането в тях.This task is solved by a high atmosphere balloon system comprising a balloon with an elastic shell filled with gas, the relative weight of which is less than that of air, a parachute device and a capsule connected by a cord to the balloon. The capsule contains a gas vessel equipped with a pressure regulating valve and equipment including a dosimeter, GPS, thermometer, optical camera in different spectral ranges, a three-component magnetometer, a radio transmitting data module and a battery power supply. In the balloon are placed successively in each other three other balloons with elastic shell - second, third and fourth, all initially filled with different amounts of gas. The first is the first, the outer balloon, then the second balloon, which is inside the first balloon, then the third balloon, which is in the second and the smallest amount of gas contains the innermost fourth balloon, located in the third, where the parachute device is located. All balloons are connected by a plug with a hose located inside the cord and connected to the valve of the vessel with the gas regulating the pressure in them.
Предимство на изобретението е повишената височина на издигане на системата от увеличения брой, специфично разположени балони, тъй като се осъществяват последователни степени на издигането към високата атмосфера.An advantage of the invention is the increased height of the rise of the system from the increased number of specifically located balloons, as successive degrees of rise to the high atmosphere take place.
Предимство е също сведените до минимум откази на парашутното устройство, тъй като не се изисква специално сензорно управление, понеже балонът се разтваря от въздушния поток след разрушаването на последния, най-вътрешния четвърти балон от нарастващото в него налягане спрямо това на силноThe advantage is also the minimized failures of the parachute device, as no special sensor control is required, because the balloon dissolves from the air flow after the destruction of the last, innermost fourth balloon from the increasing pressure in it compared to that of strong
Описания на издадени патенти за изобретения № 08.2/30.08.2019 разредената атмосфера.Descriptions of issued patents for inventions № 08.2 / 30.08.2019 diluted atmosphere.
Предимство е и възможността да се изкачи на съществено по-голяма височина в атмосферата на полезния товар, поради комбинираното действие на подемните сили на балоните.Another advantage is the ability to climb to a much higher altitude in the payload atmosphere due to the combined action of the lifting forces of the balloons.
Пояснение на приложената фигураExplanation of the attached figure
По-подробно изобретението се пояснява с приложената фигура 1.The invention is illustrated in more detail by the attached figure 1.
Примери за изпълнение на изобретениетоExamples of the invention
Балонната система за високата атмосфера съдържа балон 1 с еластична обвивка, запълнен с газ 2, относителното тегло на който е по-малко от това на въздуха, парашутно устройство 3 и капсула 4, свързана чрез корда 5 с балона 1. В капсулата 4 са поставени съд с газа, екипиран с вентил, регулиращ налягането и апаратура 6, включваща дозиметър, GPS, термометър, оптична камера в различни спектрални диапазони, трикомпонентен магнитометър, радиопредавателен модул за данните и акумулаторно захранване. В балона 1 са поставени последователно един в друг още три други балони с еластична обвивка - втори 7, трети 8 и четвърти 9, всичките запълнени първоначално с различно количество газ 2. Най-пълен е балон 1, след това е вторият балон 7, който е вътре в балон 1, след това е третият балон 8, който е във втория 7 и най-малко количество газ съдържа най-вътрешният четвъртият балон 9, разположен в третия 8, където се намира парашутното устройство 3. Всички балони 1, 7, 8 и 9 са скачени чрез тапа 10 с маркуч, разположен вътре в кордата 5 и свързан с вентила на съда с газа, регулиращ налягането в тях.The high atmosphere balloon system comprises a balloon 1 with an elastic shell filled with gas 2, the relative weight of which is less than that of air, a parachute device 3 and a capsule 4 connected by a cord 5 to the balloon 1. In the capsule 4 are placed a gas vessel equipped with a pressure regulating valve and apparatus 6 including a dosimeter, GPS, thermometer, optical camera in various spectral ranges, a three-component magnetometer, a radio transmitting data module and a battery power supply. In the balloon 1 are placed in succession three other balloons with elastic sheath - second 7, third 8 and fourth 9, all initially filled with a different amount of gas 2. The most complete is balloon 1, then is the second balloon 7, which is inside the balloon 1, then is the third balloon 8, which is in the second 7 and the least amount of gas contains the innermost fourth balloon 9, located in the third 8, where the parachute device 3. All balloons 1, 7, 8 and 9 are connected by a plug 10 with a hose located inside the cord 5 and connected to the valve of the vessel with the gas regulating the pressure in them.
Действието на балонната система за високата атмосфера, съгласно изобретението, е следното.The operation of the high atmosphere balloon system according to the invention is as follows.
Запълването на първия, външния еластичен балон 1 с газ 2 с относително тегло по-малко от това на въздуха се съпровожда, съгласно закона на Архимед, с генериране върху балона 1 на вертикална подемна сила FA = -pgV, къдетор е плътността на въздуха, g е земното ускорение и V = 4/3π г3 е обемът на балона 1, запълнен с газа 2, г е ефективният радиус на балона 1 - допускаме, че балоните 1, 7, 8 и 9 са в първо приближение със сферична форма. Когато подемната сила FA1 на балон 1 стане по-голяма от сумарното тегло Р на капсулата 4, съдържаща съда с газа под налягане, апаратурата 6, всичките балони 1, 7, 8 и 9, и парашута 3, F > Р, балонната система е в състояние да се издига нагоре. Всеки последващ балон 7, 8 и 9 първоначално на повърхността на земята се запълва с прогресивно намаляващо количество газ 2 като най-малко то е в последния балон 9, където е и парашутът 3, Фигура 1. Съответните количества газ 2 в балоните 1, 7, 8 и 9 са така оразмерени, че системата да е в състояние да достигне планираната крайна височина във високата атмосфера. За целта балоните се допълват със съответни количества газ 2 от съда в капсулата 4 чрез тапата 10 и маркуча, преминаващ през кордата 5, който свързва балоните 1,7, 8 и 9 със съда като нужното налягане (количество газ 2) се задава с вентил-регулатора. Така се управлява подемната сила на Архимед FA в балонната система. Анализът показва, че практически интересните области на атмосферата могат да се обследват с не повече от четири балона 1, 7, 8 и 9. По-конкретно този процес протича така. Например, първият балон 1 издига сумарния товар Р на максимална височина от около 15-17 km. В резултат на разредения въздух, неговият ефективен диаметър г нараства неколкократно, обемът му V също. Едновременно с това нараства обемът V2 на втория балон 7, също на третия 8 Vg и на четвъртия 9 V . В един момент, по причина на достигнатите екстремални стойности на характеристиките на еластичната обвивка на балона 1, той се разрушава (пръска се) като определяща става подемната сила FA7 на втория балон 7, FA7 > Р, допълнен подходящо с газ 2 от съда в капсулата 4. При достигане на такава височина в стратосферата/мезосферата, при която ефективният диаметър на втория балон 7 става с размери, при които се достигат екстремалните стойности на еластичната му обвивка, ситуацията се повтаря. Балон 7 се разрушава като подемната сила FAg и обемът Vg на третия балон 8 стават определящите, FAg > Р. За целта този трети балон 8 се допълва от съда в капсулата 4 с газ 2 по същия начин както това става при втория балон 7. След достигане на новата височина, третият балон 8 преустановява действието си. След разрушаването и на най-вътрешния четвъртия балон 9 от силно разредения въздух на високата атмосфера, капсулата 4 с апаратурата 6, свързана с кордата 5 към парашута 7 започват свободно спускане към земята. От въздушния поток парашутът 3 се разтваря и амортизира ефектът на падането. Разтварянето на парашутното устройство 3Filling the first, outer elastic balloon 1 with gas 2 with a relative weight less than that of air is accompanied, according to Archimedes' law, by generating on the balloon 1 a vertical lifting force F A = -pgV, where the density of the air is g is the ground acceleration and V = 4 / 3π d 3 is the volume of the balloon 1 filled with gas 2, d is the effective radius of the balloon 1 - we assume that the balloons 1, 7, 8 and 9 are in the first approximation with a spherical shape. When the buoyancy force F A1 of balloon 1 becomes greater than the total weight P of the capsule 4 containing the pressure gas vessel, the apparatus 6, all balloons 1, 7, 8 and 9, and the parachute 3, F> P, the balloon system is able to rise up. Each subsequent balloon 7, 8 and 9 is initially filled on the surface with a progressively decreasing amount of gas 2, at least in the last balloon 9, where the parachute 3 is, Figure 1. The corresponding amounts of gas 2 in the balloons 1, 7 , 8 and 9 are dimensioned so that the system is able to reach the planned final altitude in the high atmosphere. For this purpose, the balloons are filled with appropriate amounts of gas 2 from the vessel in the capsule 4 through the cap 10 and the hose passing through the cord 5, which connects the balloons 1,7, 8 and 9 with the vessel and the required pressure (amount of gas 2) is set by valve -regulator. This controls the lift of Archimedes F A in the balloon system. The analysis shows that practically interesting areas of the atmosphere can be surveyed with no more than four balloons 1, 7, 8 and 9. In particular, this process proceeds as follows. For example, the first balloon 1 lifts the total load P to a maximum height of about 15-17 km. As a result of the diluted air, its effective diameter r increases several times, and so does its volume V. At the same time, the volume V 2 of the second balloon 7, also of the third 8 V g and of the fourth 9 V, increases. At one point, due to the extreme values of the characteristics of the elastic shell of the balloon 1, it is destroyed (sprayed) as the determining force of the lifting force F A7 of the second balloon 7, F A7 > P, appropriately supplemented with gas 2 from the vessel in the capsule 4. Upon reaching such a height in the stratosphere / mesosphere, at which the effective diameter of the second balloon 7 becomes with dimensions at which the extreme values of its elastic shell are reached, the situation is repeated. Balloon 7 is destroyed as the lifting force F Ag and the volume V g of the third balloon 8 become the determinants, F Ag > P. For this purpose this third balloon 8 is filled by the vessel in the capsule 4 with gas 2 in the same way as in the second balloon 7. After reaching the new height, the third balloon 8 ceases to operate. After the destruction of the innermost fourth balloon 9 of the highly diluted air of the high atmosphere, the capsule 4 with the apparatus 6 connected to the cord 5 to the parachute 7 begins a free descent to the ground. From the air flow the parachute 3 dissolves and absorbs the effect of the fall. Dissolving the parachute device 3
Описания на издадени патенти за изобретения № 08.2/30.08.2019 не изисква специално сензорно управление както е в известното решение, а става по установения в практиката способ - чрез силата на въздушния поток. Така отказите на парашута 3 се минимизират. След като товарът Р навлезе в плътните слоеве на атмосферата около 10 km, скоростта на падане съществено се забавя и капсулата 4 бавно се приземява. Намирането на капсулата 4 с апаратурата 6 става с помощта на сигналите от наличния в нея GPS. Новото решение чрез комбинираното действие на балоните 1, 7, 8 и 9, както и тяхното дозареждане чрез тапата 10 от допълнителна бутилка с газ под налягане позволява изкачване във високата атмосфера на по-голям товар, което е важно предимство в приложната и изследователската дейност.Descriptions of issued patents for inventions № 08.2 / 30.08.2019 does not require special sensor control as in the known solution, but is done in the established way in practice - by the force of the air flow. This minimizes parachute failures. After the load P enters the dense layers of the atmosphere about 10 km, the rate of fall slows down significantly and the capsule 4 slowly lands. The finding of the capsule 4 with the apparatus 6 is done with the help of the signals from the GPS available in it. The new solution through the combined action of the balloons 1, 7, 8 and 9, as well as their refilling through the cap 10 of an additional bottle of pressurized gas allows the ascent in the high atmosphere of a larger load, which is an important advantage in application and research.
Неочакваният положителен ефект на новото техническо решение се заключава в предложената за първи път конструктивна конфигурация от балони 1, 7, 8 и 9, позволяваща достигането на стратосферата. Чрез иновативното използване на тази балонна поредица, подходящо допълвана с различно количество газ 2, по-лек от въздуха се осъществява постепенното издигане на товара във високата атмосфера. Оригинален е и подходът за запуска на парашутното устройство 3, неизискващ сложна сензорна постановка. По този начин в изолиращата капсула успешно може да се поставят и животински видове - мишки, катерички, хамстери, змии, гущери, охлюви, паяци, комари и т.н., за да се изучи поведението им в екстремални условия близки до космическите, и особено влиянието на радиацията и магнитните бури на слънцето върху генетиката им.The unexpected positive effect of the new technical solution lies in the proposed for the first time constructive configuration of balloons 1, 7, 8 and 9, allowing the stratosphere to be reached. Through the innovative use of this balloon series, suitably supplemented with a different amount of gas 2, lighter than air, the load is gradually lifted in the high atmosphere. The approach for launching the parachute device 3, which does not require a complex sensory setting, is also original. In this way, animal species - mice, squirrels, hamsters, snakes, lizards, snails, spiders, mosquitoes, etc. - can be successfully placed in the isolating capsule to study their behavior in extreme conditions close to space, and especially the influence of the sun's radiation and magnetic storms on their genetics.
Като газ 2 с относително тегло по-малко от това на въздуха е най-удачен газообразният хелий Не2, който не е взривоопасен, в отличие от газообразния водород Н2. Компромисно решение е запълването на балоните 1, 7, 8 и 9 със смес от хелий Не2 и водород Н2. При необходимост съществува възможност на дадена височина в стратосферата, например 40 km, балонната система да се установи за наблюдение продължително време. Това става с предварително запълване на съответния балон, например третия 8 с такова количество газ 2 с помощта на тапата 10, маркуча в кордата 5 и бутилката със сгъстен газ в капсулата 4, че на съответната височина подемната му сила FAg да стане равна на общото тегло Р на товара в системата, FAg ~ Р. В това безразлично равновесие балонът 8 с капсулата 4 могат да пребивават за дълъг период от време. Връщането на земята става с допълнително устройство, което целенасочено пробива балон 8 (предполага се, че четвъртият балон 9 отсъства), активира се парашутното устройство 3 и капсулата 4 с апаратурата 6 се спускат надолу. Дължината на кордата 5 се избира да е по-голяма от максималния диаметър на балоните 1, 7, 8 и 9 преди разрушаването им. Алтернативно решение е разполагането на балоните 1, 7, 8 и 9 чрез последователно прикачване един под друг към кордата 5, в която е маркучът, чрез който се запълват с необходимите количества газ 2 от съда в капсулата 4.As a gas 2 with a relative weight less than that of air, helium gaseous He 2 , which is not explosive, is most suitable, in contrast to hydrogen gas H 2 . A compromise solution is to fill balloons 1, 7, 8 and 9 with a mixture of helium He 2 and hydrogen H 2 . If necessary, it is possible at a given altitude in the stratosphere, for example 40 km, to establish the balloon system for long-term observation. This is done by pre-filling the respective balloon, for example the third 8 with such an amount of gas 2 by means of the plug 10, the hose in the cord 5 and the compressed gas bottle in the capsule 4 that at a corresponding height its lifting force F Ag becomes equal to the total weight P of the load in the system, F Ag ~ P. In this indifferent equilibrium the balloon 8 with the capsule 4 can reside for a long period of time. The return to the ground takes place with an additional device, which purposefully pierces the balloon 8 (it is assumed that the fourth balloon 9 is absent), the parachute device 3 is activated and the capsule 4 with the apparatus 6 is lowered. The length of the cord 5 is chosen to be greater than the maximum diameter of the balloons 1, 7, 8 and 9 before breaking them. An alternative solution is to arrange the balloons 1, 7, 8 and 9 by sequentially attaching one below the other to the cord 5, in which is the hose, through which the necessary quantities of gas 2 are filled from the vessel in the capsule 4.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112057A BG66926B1 (en) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | A high altitude balloon system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112057A BG66926B1 (en) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | A high altitude balloon system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG112057A BG112057A (en) | 2017-01-31 |
| BG66926B1 true BG66926B1 (en) | 2019-07-31 |
Family
ID=58775998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG112057A BG66926B1 (en) | 2015-07-14 | 2015-07-14 | A high altitude balloon system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG66926B1 (en) |
-
2015
- 2015-07-14 BG BG112057A patent/BG66926B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG112057A (en) | 2017-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10696400B2 (en) | Breaking apart a platform upon pending collision | |
| US9665094B1 (en) | Automatically deployed UAVs for disaster response | |
| CN105644774B (en) | A kind of multi-rotor aerocraft undercarriage based on Stewart six-degree-of-freedom parallel connection mechanisms | |
| US9764828B2 (en) | Spin stabilized aerial aircraft | |
| US20160018823A1 (en) | Atmospheric data collection and recovery systems and methods | |
| US20160052614A1 (en) | Variable buoyancy lighter than air glider | |
| DE60010435T2 (en) | STARTING PROCEDURE FOR HIGH-FLYING AIR SHIPS | |
| CN106516068A (en) | Intelligent balloon | |
| BG66926B1 (en) | A high altitude balloon system | |
| CN107161352A (en) | A kind of rotor flying robot landing platform of float type four | |
| BG113088A (en) | High altitude balloon | |
| CN109001844A (en) | A kind of reciprocation type meteorological sounding balloon | |
| CN206719566U (en) | A kind of rotor flying robot landing platform of float type four | |
| Izraelevitz et al. | Subscale prototype and hangar test flight of a Venus variable-altitude aerobot | |
| KR20140023671A (en) | Air ballon of volume control using on-off device | |
| RU141704U1 (en) | AEROSTAT MULTI-SHELLED | |
| Swaim et al. | Performance Characterization of Heliotrope Solar Hot-Air Balloons during Multihour Stratospheric Flights | |
| Alam et al. | Design and Implementation of an embedded system to observe the atmospheric condition using a helium balloon | |
| Aribaş et al. | High altitude smart monitoring system integration by using a helium powered mechanical balloon | |
| Bowman et al. | Solar balloons: A low cost, multi-hour flight system for the lower stratosphere | |
| RU180509U1 (en) | Landing evacuation device | |
| Bowman et al. | Solar Hot Air Balloons for Terrestrial and Planetary Atmospheres | |
| Basta et al. | Developing a Zero-Pressure Flight System | |
| Bhat et al. | Design of a Payload Recovery Device in case of accidental breakage of tether of an aerostat | |
| BG112133A (en) | Balloon |