CN107406135A - 安装到有效载荷的降落伞系统 - Google Patents

Abstract

提供一种气球系统，其包括气球包壳，固定到气球包壳的有效载荷，位于降落伞容器内的第一降落伞，固定到有效载荷上的降落伞容器，具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳，位于气球系统上的控制器，其中当控制器接收到部署降落伞容器的信号时，控制器可操作以使降落伞容器从有效载荷向下释放。

Description

安装到有效载荷的降落伞系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年3月23日提交的美国专利申请14/665,653的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

除非本文另有说明，本节中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且并非通过包含在本节中而承认为现有技术。

诸如个人计算机，膝上型计算机，平板计算机，蜂窝电话和无数种类型的具有互联网能力的设备的计算设备在现代生活的许多方面越来越普遍。因此，通过互联网，蜂窝数据网络和其他此类网络对数据连接的需求正在增长。然而，世界上有许多数据连接仍然不可用，或者如果可用的地方是不可靠和/或昂贵的。因此，需要额外的网络基础设施。

发明内容

本实施例提供了一种降落伞系统，其有助于减缓气球包壳和有效载荷的下降，有时称为包壳/有效载荷系统。降落伞系统包括具有非常长的连接绳的主降落伞，其在部署时允许降落伞远离气球包壳，从而减少使连接绳与包壳/有效载荷系统缠结的可能性，并且增加清洁部署的可能性。在一些实施例中，连接绳可以是气球系统长度(包壳的顶部到有效载荷的底部)的5-20倍的量级，或在其它实施例中为8-10倍。此外，包含主降落伞和连接绳的降落伞容器可以有利地从有效载荷向下(从垂直0-90度的角度或在其他实施例中从垂直0-45°和0-60度)发射，允许降落伞在部署时远离气球包壳。或者，降落伞系统可以被固定到有效载荷，理想地在有效载荷的底部，而不是被发射，降落伞系统可以通过释放固定带而简单地从有效载荷中落下。

在一个实施例中，使用减速小伞或引导伞。在该实施例中，主连接绳定位在降落伞容器内，并且在一端附接到降落伞容器，并在另一端附接到有效载荷或包壳/有效载荷系统。当确定是时候发射或放下降落伞容器时，降落伞容器从有效载荷中发射或掉落。当降落伞容器下降时，主连接绳从降落伞容器中拉出。主连接绳可以靠近其末端附接到减速小伞或引导伞。一旦主连接绳已经从降落伞容器中拉出，减速小伞或引导伞从降落伞容器被拉出并部署。也可以使用其他方法从降落伞容器拉出减速小伞。降落伞容器和主降落伞通过第二连接绳悬挂在部署的引导伞下方。

随着下降包壳/有效载荷系统的系统速度随着其浮力丧失和横截面阻力减小而增加，具有悬挂在下面的主降落伞和降落伞容器的引导伞随着引导伞和降落伞容器系统的阻力大于包壳/有效载荷系统的阻力而被提升，引导伞在包壳/有效载荷系统周围和之上移动，最终包壳/有效载荷系统将在引导伞上施加力，使主降落伞(由第二连接绳连接到引导伞)从降落伞容器拉出，其让开气球包壳，并减少在主降落伞和包壳/有效载荷系统之间缠结的可能性。主降落伞将提供包壳/有效载荷系统的受控下降。

在一个方面，提供了一种气球系统，其包括气球包壳，固定到气球包壳的有效载荷，位于降落伞容器内的第一降落伞，固定到有效载荷上的降落伞容器，具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳，位于气球系统上的控制器，其中当控制器接收到部署降落伞容器的信号时，控制器可操作以使降落伞容器从有效载荷向下释放。降落伞容器可以在释放时以从垂直0-45°，0-60°或0-90°的角度向下发射，或者从有效载荷简单地掉落。

在另一方面，提供了一种气球系统，其包括气球包壳、固定到气球包壳的有效载荷、位于降落伞容器内的第一降落伞、固定到有效载荷的降落伞容器、具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳、位于气球系统上的控制器，其中，连接绳具有气球包壳的顶点和有效载荷的底部之间的距离的5-20倍的长度，并且其中当控制器接收到部署降落伞容器的信号时，控制器可操作以使降落伞容器从有效载荷以从垂直0-90度的角度向下释放。降落伞容器可以以从垂直0-45°，0-60°或0-90°的角度向下发射，或者在释放时从有效载荷简单地掉落。

在另一方面，本实施例包括在气球系统上部署降落伞系统的方法，包括以下步骤：(i)提供气球系统，该气球系统包括气球包壳、固定到气球包壳的有效载荷、定位在降落伞容器内的第一降落伞、固定到有效载荷上的降落伞容器、具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳，第一连接绳具有气球包壳的顶点与有效载荷的底部之间的距离5-20倍的长度；(ii)接收部署降落伞集装箱的信号；和(iii)从有效载荷以从垂直0-90度的角度向下释放降落伞容器。

本发明还提供了用于从有效载荷释放降落伞容器的装置；用于部署降落伞使得降落伞在它位于气球包壳和有效载荷之上时部署的装置；从降落伞容器拉出减速小伞的装置；从降落伞容器发射减速小伞的装置；以及用于从降落伞容器拉动主降落伞的装置。

这些以及其他方面，优点和替代方案对于本领域普通技术人员将通过阅读下面的详细描述并参考适当的附图而变得显而易见。

附图说明

图1是示出根据示例实施例的气球网络的简化框图。

图2是示出根据示例实施例的气球网络控制系统的简化框图。

图3是示出根据示例实施例的高空气球的简化框图。

图4A示出了在向下发射降落伞容器508之前的示例性降落伞部署系统。

图4B示出了在降落伞容器508向下落下之前的示例性降落伞部署系统。

图5A示出了在有效载荷506和主降落伞530之间延伸的连接绳520的非常长的长度。

图6A示出了在从有效载荷506向下释放之后的降落伞容器508。

图6B示出了在连接绳520几乎一直拉着降落伞容器508之后从降落伞容器508被拉出的减速小伞540。

图6C提供了图6B所示的降落伞容器508的近视图，示出了通过连接到连接绳520的静态线550从降落伞容器508拉出的减速小伞540。

图6D示出了减速小伞540在其已经通过静态线550从降落伞容器中拉出之后的部署，一旦减速小伞已经从降落伞容器中被拉出该静态线550就断裂。

图6E示出了减速小伞508已经将主降落伞570从降落伞容器508拉出之后的气球系统500，并且主降落伞570已经被上拉，围绕并且在气球包壳502上方。

图6F示出主降落伞570，其提供在主降落伞570下方延伸的气球包壳502和有效载荷506的受控下降。

图7A是一对曲线图700和700a，其中绘制的线710示出了包壳/有效载荷系统的高度与时间的关系，显示了在时间线720处的硬切断，在时间线730处的降落伞容器发射，在时间线740处的减速小伞的部署，在时间线750处的主降落伞部署并在时间线760处的着陆；下面的曲线700a包括示出在图700中所示的相同包壳/有效载荷系统的垂直速度的绘制的线710a。

图7B是一对曲线图，其中顶部曲线图800绘出包络/有效载荷系统的高度与时间关系，示出在时间线820处的爆裂检测，并且包壳/有效载荷系统在线830处开始加速下降；并且下部的曲线图1100使用如上部曲线图800所示的相同时间线绘出气球包壳内的压力与时间的关系。

图7D是一对曲线图，其中顶部曲线图1000绘制了包壳/有效载荷系统的高度与时间的关系，示出在时间线1020处的爆裂检测，并且包壳/有效载荷系统在线1030处开始加速下降；并且下部的曲线图1100使用如上部曲线图1000所示的相同时间线绘制气球包壳内的压力与时间的关系。

图8是根据示例实施例的方法。

具体实施方式

本文描述了示例性方法和系统。本文描述的任何示例性实施例或特征不一定被解释为比其他实施例或特征优选或有利。本文描述的示例实施例不意味着限制。将容易理解，所公开的系统和方法的某些方面可以以各种各样的不同配置进行排列和组合，这些都在本文中被考虑。

此外，图中所示的特定布置不应被视为限制。应当理解，其它实施例可以包括给定图中所示的每个元件的更多或更少。此外，可以组合或省略所示出的元件中的一些。另外，示例性实施例可以包括图中未示出的元件。

I.概述

示例性实施例通常可以涉及由气球形成的数据网络，特别是涉及由平流层中部署的高空气球形成的网状网络。为了气球可以在平流层中提供可靠的网状网络，风可能以不对称的方式影响各种气球的位置，示例性网络中的气球可以通过调节其各自的高度被配置为相对于彼此横向和/或纵向移动，使得风将相应的气球携带到分别期望的位置。然而，注意，该示例性实施例还可以涉及一般气球，诸如高空气球。

各种类型的气球系统可并入到示例性气球网络中。示例性实施例可以使用高空气球，其通常在18km和25km之间的高度范围内操作。在示例性实施例中，这样的高空气球可以包括包壳和有效载荷以及各种其它部件。当然，本文所描述的实施例也可以与其他类型的气球相关联或与其他类型的气球一起实施。

仪器和电子设备可以位于可用于通信的有效载荷内，以记录各种数据和信息以及用于其他原因。在一段时间之后，可能期望使有效载荷返回到地球的表面以检索和/或替换位于有效载荷中的仪器和电子设备。可能有其他原因将有效载荷下降到地球表面。例如，气球有效载荷可以被降低以向有效载荷内的电子设备提供必要的升级，以恢复和翻新用于后续飞行的电子设备或诸如气球泄漏的意外事件。

在一些情况下，有效载荷可能被切断并与气球包壳分离，并且附接到有效负载的降落伞可以被部署以减慢有效载荷的下降并将有效载荷安全地带到地球。然而，鉴于可能部署在网状网络中的大量气球，期望将有效载荷和气球包壳向下放在一起，以避免气球包壳碎屑从有效载荷中分离，并且最小化恢复两个单独系统的成本。

以有控制的方式降低有效载荷和气球包壳的标准方法是在气球中产生孔，使得气体排出和气球开始下降。从系统部署降落伞以减慢下降系统的速度。可能会出现问题，因为气球膜产生大的阻力区域，导致随着气体排出不可预测的运动。特别是，由于气球外壳失去气体，因此失去结构和向下的速度增加，空气的紊流会导致气球包壳呈现混乱的动作(例如扭转，甩动，翻倒等)，降落伞可能变得容易纠缠在气球包壳中，而不是干净地部署。因此，希望提供一种降低伞降系统，其降低降落伞连接绳与气球包壳或包壳/有效载荷系统的其它部分缠结的可能性。

本实施例提供了一种降落伞系统，其包括具有非常长的连接绳的主降落伞，其允许降落伞在部署时远离气球包壳，从而减少使连接绳与气球包壳或气球或有效载荷的其他部分缠绕的可能性，并增加清洁部署的可能性。在一些实施例中，连接绳可以气球系统长度(包壳的顶部到有效载荷的底部)的5-20倍的量级，或者在一些实施例中，为在膨胀时气球包壳的直径的5-20倍。在其他实施例中，连接绳可以是气球系统长度(包壳顶部到有效载荷的底部)的8-10倍的量级，或者在一些实施例中为膨胀时气球包壳的直径的8-10倍。

此外，包含主降落伞和连接绳的降落伞容器可以有利地从有效载荷向下(与垂直方向成0-45°，0-60°或0-90°的角度)发射，以允许降落伞在部署时远离气球包壳。或者，降落伞系统可以被固定到有效载荷，理想地在有效载荷的底部，并且，取代被发射，降落伞系统可以通过释放固定带而简单地从有效载荷中落下。

在一个实施例中，使用减速小伞或引导伞。在该实施例中，主连接绳定位在降落伞容器内，并且在一端附接到降落伞容器，并在另一端附接到有效载荷。当确定是时候发射或放下降落伞容器时，降落伞容器从有效载荷中发射或掉落。当降落伞容器下降时，主连接绳从降落伞容器中拉出。主连接绳在其端部附近附连到减速小伞或引导伞。一旦主连接绳已经从降落伞容器中拉出，减速小伞或引导伞从降落伞容器被拉出并部署。降落伞容器和主降落伞通过第二连接绳悬挂在部署的引导伞下方。

随着下降气球/有效载荷系统的系统速度随着其浮力的增加而增加，并且当截面阻力减小时，具有悬挂在下面的主降落伞和降落伞容器的引导伞被提升，围绕包壳/有效载荷系统并在其之上，并且最终气球/有效载荷系统将在引导伞上施加力，使得主降落伞(通过第二连接绳连接到引导伞)从降落伞容器被拉出，该降落伞容器将远离气球包壳，减少主降落伞和气球包壳或降落伞系统其他部分之间缠结的可能性。主降落伞将提供气球/有效载荷系统的受控下降。

随着下降的气球/有效载荷系统的系统速度随着其丧失浮力并随着横截面阻力的减小而增加，具有悬挂在下面的主降落伞和降落伞容器的引导伞被提升，围绕和在包壳/有效载荷系统之上，并且最终气球/有效载荷系统将在引导伞上施加力，使得主降落伞(通过第二连接绳连接到引导伞)从降落伞容器被拉出，该降落伞容器将远离气球包壳，减少主降落伞和气球包壳或降落伞系统其他部分之间缠结的可能性。主降落伞将提供气球/有效载荷系统的受控下降。

或者，还有其他将引导伞拉出降落伞容器的方法。例如，引导伞可以放置在压缩弹簧顶部的平台上，并用带固定到其上。当一定数量的主连接绳已被拉出时，可以拉动销以释放固定带，并且压缩的弹簧将膨胀以从降落伞容器发射引导伞。

或者，还有其他将引导伞拉出降落伞容器的方法。例如，引导伞可以放置在压缩弹簧顶部的平台上，并用带固定到其上。当一定数量的主连接绳已被拉出时，可以拉动销以释放固定带，并且压缩的弹簧将膨胀以从降落伞容器发射引导伞。

通过将降落伞向下放下，而不是向上射击，更有可能干净地避免与气球/有效载荷系统的纠缠，特别是在气球开始快速向下加速之前由降落伞触发系统检测到爆裂之后具有约2-10秒。此外，长系绳使从有效载荷/包壳系统脱开的降落伞旋转和不稳定性。此外，系绳越长，随着减速小伞/降落伞系统在包壳/有效载荷系统上方升高，减速小伞/降落伞系统将陷入包壳/有效载荷系统的概率越低。与系统安装到气球包壳的顶部相反，该系统还可以更好地控制下降时的有效载荷取向。将降落伞容器安装在有效载荷上也可以消除包壳顶点的质量和复杂性。另外，通过简单地放下降落伞容器，也可以消除对发射平台(可能使用压缩弹簧)的需求，减少了包壳/有效载荷系统上的质量和组件。此外，减速小伞还可以被给予方向偏压(例如通过在其中一个减速小伞面板中打开一个孔)，以便当其在包壳/有效载荷系统上方上升时，其从包壳/有效载荷系统中飞出并远离包壳/有效载荷系统。

本实施例还可以在气球包壳的爆裂的情况下操作以提供有效负载/气球包络系统的受控下降。特别地，气球包壳上的压力传感器或应变计可用于直接或间接地监测气球包壳内的压力。如果在预定时间段内存在预定量的压力损失，则将提供信号以发射或降落降落伞容器。或者，可以使用诸如惯性测量单元(IMU)的传感器来确定下降速率或下降变化率。在确定气球/有效载荷系统已经超过预定的下降速率或下降速率的变化时，将提供信号来发射或降落降落伞容器。

高空气球可以在包括极冷和极高温度的极端温度范围内运行。此外，有限的功率可用。因此，在这种环境中和在这样的条件下可以可靠地运行的发射或掉落降落伞容器的机构是可取的。

在一些实施例中，爆管或烟火切割装置可以用于切断用于将降落伞容器固定到有效载荷上的带子。在爆管激活和爆炸时，引起爆管装置内的螺栓或带子被切断，从而释放用于固定降落伞容器的带子。一旦固定带被切断，降落伞容器从有效载荷中被发射或掉落。

还可以使用用于释放固定带的其它装置。例如，镍铬合金丝可以附着到带上，其在激活时可以加热并熔化固定带。此外，具有相对的可枢转夹爪的致动触发器机构可用于将带固定在适当位置。激活时，可以打开夹爪，从而释放固定带。诸如线性致动器或旋转致动器的其它装置也可以用于在发射或落下之前可释放地固定降落伞容器。

应当理解，提供上述实施例是为了说明的目的，而不应被解释为限制性的。因此，在不脱离本发明的范围的情况下，附加地或替代地包括其他步骤或包括更少的步骤。

II.示例性气球网络

示例实施例有助于提供包括多个气球的数据网络；例如，由平流层中部署的高空气球形成的网状网络。由于平流层中的风可能以不同方式影响气球的位置，所以示例网络中的每个气球可以被配置为通过调整其垂直位置(即，高度)来改变其水平位置。例如，通过调整其高度，气球可能能够找到将水平地(例如，纬度和/或纵向)运送到期望的水平位置的风。

此外，在示例性气球网络中，气球可以使用自由空间光通信彼此通信。例如，气球可以被配置用于使用激光和/或超亮LED(其也被称为“大功率”或“高输出”LED)的光通信。此外，气球可以使用射频(RF)通信与基于地面的站通信。

在一些实施例中，高空气球网络可以是均质的。也就是说，高空气球网络中的气球可以以一种或多种方式彼此基本相似。更具体地，在均质的高空气球网络中，每个气球被配置为经由自由空间光学链路与一个或多个其它气球通信。此外，这种网络中的一些或所有气球可以另外被配置为使用RF和/或光通信与基于地面和/或卫星的站进行通信。因此，在一些实施例中，气球可以是相同的，只要每个气球被配置为与其他气球进行自由空间光通信，但是关于与基于地面的站的RF通信是不同的。

在其他实施例中，高空气球网络可以是不同的，并且因此可以包括两种或更多种不同类型的气球。例如，异构网络中的一些气球可以被配置为超级节点，而其他气球可以被配置为子节点。也可以将异构网络中的一些气球配置为既用作超级节点又用作子节点。这样的气球可以在特定时间用作超节点或子节点，或者根据情况同时作用。例如，示例气球可以聚集第一类型的搜索请求以发送到基于地面的站。示例气球也可以将第二类型的搜索请求发送到另一个气球，其可以在该背景中充当超节点。此外，在示例性实施例中可以是超级节点的一些气球可以被配置为经由光链路与基于地面的站和/或卫星进行通信。

在示例配置中，超级节点气球可以被配置为经由自由空间光链路与附近的超级节点气球通信。然而，子节点气球可以不被配置用于自由空间光通信，并且可以被配置为用于某些其他类型的通信，诸如RF通信。在这种情况下，超级节点可以被进一步配置成使用RF通信与子节点进行通信。因此，子节点可以使用RF通信中继超级节点与一个或多个基于地面的站之间的通信。以这种方式，超级节点可以共同地用作气球网络的回程，而子节点用于将来自超级节点的通信中继到基于地面的站。

图1是示出根据示例实施例的气球网络100的简化框图。如图所示，气球网络100包括气球102A至102F，其被配置为经由自由空间光学链路104彼此通信。气球102A至102F可以另外地或替代地被配置为经由RF链路114彼此通信。气球102A到102F可以共同地用作分组数据通信的网状网络。此外，气球102A和102B中的至少一些可以被配置用于经由相应的RF链路108与基于地面的站106和112的RF通信。此外，一些气球，例如气球102F，可以被配置为经由光链路110与基于地面的站112通信。

在示例实施例中，气球102A至102F是部署在平流层中的高空气球。在中等纬度地区，平流层包括高于地表高度约10公里(km)的高度。在极地，平流层的高度大约在8公里的高度。在示例性实施例中，高空气球通常可被配置为在具有相对低的风速(例如，每小时5到20英里(mph))的平流层内的高度范围内操作。

更具体地，在高空气球网络中，气球102A至102F通常可被配置为在18km和25km之间的高度(尽管其他高度是可能的)上操作。由于几个原因，该高度范围可能是有利的。特别地，平流层的这层通常具有相对低的风速(例如，风速在5和20mph之间)和相对较小的湍流。此外，虽然18公里和25公里之间的风可以随纬度和季节而变化，但可以以相当准确的方式对变化进行建模。此外，高于18公里的高度通常高于商业空中交通指定的最高飞行高度。因此，当气球部署在18公里和25公里之间时，干扰商业航班不会成为问题。

为了将数据传输到另一个气球，给定气球102A至102F可经配置以经由光学链路104发送光学信号。在示例性实施例中，给定气球102A至102F可以使用一个或多个高功率发光二极管(LED)发送光信号。或者，气球102A至102F中的一些或全部可以包括用于通过光学链路104进行自由空间光通信的激光系统。其他类型的自由空间光通信是可能的。此外，为了经由光链路104从另一个气球接收光信号，给定包壳102A至102F可以包括一个或多个光接收器。下面参照图3更详细地讨论示例气球的附加细节。

在另一方面，气球102A至102F可以利用各种不同的RF空气接口协议中的一个或多个来经由相应的RF链路108与基于地面的站106和112进行通信。例如，气球102A至102F中的一些或全部可以被配置为使用IEEE802.11(包括IEEE802.11修订版中的任何一个)中所描述的协议，各种蜂窝协议(例如GSM，CDMA，UMTS，EV-DO，WiMAX和/或LTE)，和/或为气球地面RF通信开发的一种或多种专用协议以及其他可能性与基于地面的站106和112进行通信。

在另一方面，可能存在RF链路108不提供用于气球到地面通信的期望链路容量的情况。例如，提供的容量可能需要从地面网关提供回程链路，在其他情况下也是如此。因此，示例网络还可以包括下行链路气球，其可以提供高容量空对地链路。

例如，在气球网络100中，气球102F被配置为下行链路气球。与示例网络中的其他气球一样，下行链路气球102F可以可操作用于经由光链路104与其他气球的光通信。然而，下行链路气球102F还可以被配置为用于经由光链路110与基于地面的站112通过自由空间光通信，因此可以用作气球网络100和基于地面的站112之间的高容量链路(与RF链路108相比)。

注意，在一些实现方式中，下行链路气球102F可以另外可操作用于与基于地面的站106的RF通信。在其他情况下，下行链路气球102F可以仅使用用于气球到地面通信的光学链路。此外，虽然图1所示的布置仅包括一个下行链路气球102F，但是示例气球网络还可以包括多个下行链路气球。另一方面，也可以在没有任何下行链路气球的情况下实现气球网络。

在其他实现方式中，下行链路气球可以配备有用于气球对地面通信的专用的高带宽RF通信系统，取代自由空间光通信系统或在自由空间光通信系统之外。高带宽RF通信系统可以采用超宽带系统的形式，其可以提供具有与光链路104之一基本相同的容量的RF链路。其他形式也是可能的。

诸如基于地面的站106和/或112的基于地面的站可以采取各种形式。通常，基于地面的站可以包括组件，诸如收发器，发射机和/或接收器，用于经由RF链路和/或光学链路与气球网络的进行通信。此外，基于地面的站可以使用各种空中接口协议，以便通过RF链路108与气球102A至102F进行通信。因此，基于地面的站106和112可以被配置为接入点，各种设备可以通过其连接到气球网络100。基于地面的站106和112可以具有其他配置和/或用于其它目的，而不脱离本发明的范围。

在另一方面，气球102A至102F中的一些或全部可以被配置为除了基于地面的通信链路之外或作为基于地面的通信链路的替代，与基于空间的卫星建立通信链路。在一些实施例中，气球可以经由光学链路与卫星通信。然而，其他类型的卫星通信是可能的。

此外，诸如基于地面的站106和112的一些基于地面的站可以被配置为气球网络100和一个或多个其他网络之间的网关。因此，这样的基于地面的站106和112可以用作气球网络和因特网，蜂窝服务提供商的网络和/或其他类型的网络之间的接口。这种配置和基于地面的站106和112的其他配置的变化也是可能的。

A.站保持功能

在示例实施例中，气球网络100可以实现站保持功能以帮助提供期望的网络拓扑。例如，站保持可以涉及每个气球102A至102F相对于网络中的一个或多个其他气球(并且可能在相对于地面的特定位置)中维持和/或移动到特定位置。作为该过程的一部分，每个气球102A至102F可以实现站保持功能以在期望的拓扑内确定其期望的定位，并且如果需要，确定如何移动到期望的位置。

期望的拓扑可以根据具体实现而变化。在一些情况下，气球可以实现站保持以提供基本均匀的拓扑。在这种情况下，给定气球102A至102F可以实现站保持功能，以将其自身定位在与气球网络100中的相邻气球基本相同的距离(或一定范围的距离内)。

在其他情况下，气球网络100可以具有不均匀的拓扑。例如，示例性实施例可以涉及其中气球在某些区域中或多或少密集地分布的拓扑，这出于各种原因。例如，为了帮助满足城市中典型的较高带宽需求，气球可能在城市地区更为密集。由于类似的原因，气球的分布在土地上可能比大型水体更稠密。非均匀拓扑的许多其他示例是可能的。

在另一方面，示例性气球网络的拓扑可以是适应性的。特别地，示例气球的站保持功能可以允许气球根据网络的期望拓扑的变化来调整其各自的定位。例如，一个或多个气球可以移动到新位置以增加或减小给定区域中气球的密度。

此外，在一些实施例中，一些或所有气球可以连续移动，同时保持在地面上所需的覆盖范围(例如，当气球从区域移出时，其他气球移动以取代其位置)。在这样的实施例中，站保持过程实际上可以采用计划和协调气球运动的机群规划过程的形式。其他保持站点的例子也是可以的。

B.在气球网络中气球的控制

在一些实施例中，网状网络和/或站保持功能可以是集中的。例如，图2是示出根据示例实施例的气球网络控制系统的框图。具体地，图2示出了分布式控制系统，其包括中央控制系统200和多个区域控制系统202A至202B。这样的控制系统可以被配置为协调气球网络204的某些功能，并且因此可以被配置为控制和/或协调气球206A至206I的某些功能。

在所示实施例中，中央控制系统200可经配置以经由多个区域控制系统202A至202C与气球206A至206I通信。这些区域控制系统202A至202C可以被配置为从其覆盖的相应地理区域中的气球接收通信和/或聚合数据，并将通信和/或数据中继到中央控制系统200.此外，区域控制系统202A到202C可以被配置为将通信从中央控制系统200路由到其各自地理区域中的气球。例如，如图2所示，区域控制系统202A可以中继气球206A至206C和中央控制系统200之间的通信和/或数据，区域控制系统202B可以中继气球206D至206F和中央控制系统200之间的通信和/或数据，区域控制系统202C可以中继气球206G至206I和中央控制系统200之间的通信和/或数据。

为了促进中央控制系统200和气球206A至206I之间的通信，某些气球可以被配置为下行链路气球，其可操作以与区域控制系统202A至202C进行通信。因此，每个区域控制系统202A至202C可以被配置为与其覆盖的相应地理区域中的下行链路气球或气球进行通信。例如，在所示实施例中，气球206A，206F和206I被配置为下行链路气球。这样，区域控制系统202A至202C可以分别经由光链路206，208和210分别与气球206A，206F和206I通信。

在所示配置中，只有一些气球206A至206I被配置为下行链路气球。配置为下行链路气球的气球206A，206F和206I可以将中央控制系统200的通信中继到气球网络中的其他气球，例如气球206B至206E，206G和206H。然而，应当理解，在一些实现中，所有气球都可以用作下行链路气球。此外，虽然图2示出了配置为下行链路气球的多个气球，但气球网络也可以仅包括一个下行链路气球，或者甚至不包括下行链路气球。

注意，区域控制系统202A至202C实际上可以仅仅是被配置为与下行链路气球进行通信的特定类型的基于地面的站(例如，诸如图1的基于地面的站112)。因此，虽然图2中未示出，但可以结合其他类型的基于地面的站(例如，接入点，网关等)来实现控制系统。

在诸如图2所示的集中控制装置中，中央控制系统200(以及可能的区域控制系统202A至202C)也可以协调气球网络204的某些网状联网功能。例如，气球206A至206I可以发送中央控制系统200某些状态信息，中央控制系统200可以利用该状态信息来确定气球网络204的状态。来自给定气球的状态信息可以包括位置数据，光链路信息(例如，气球已建立光链路的其他气球的身份，链路的带宽，链路上的波长使用和/或可用性等)，由气球收集的风数据和/或其他类型的信息。因此，中央控制系统200可以聚合来自气球206A至206I中的一些或全部的状态信息，以便确定网络的总体状态。

然后可以使用网络的总体状态来协调和/或促进某些网状网络功能，例如确定连接的光路。例如，中央控制系统200可以基于来自气球206A至206I中的一些或全部的聚合状态信息来确定当前拓扑。该拓扑可以提供在气球网络中可用的当前光链路和/或链路上可用的波长的图片。然后可以将该拓扑发送到一些或所有气球，使得可以采用路由技术来选择用于通过气球网络204的通信的适当的光路(并且可能的备份光路)。

图2示出了提供集中式控制的分布式布置，区域控制系统202A至202C协调中央控制系统200和气球网络204之间的通信。这样的布置可用于为覆盖了大的地理区域的气球网络提供集中控制。在一些实施例中，分布式布置甚至可以支持在全球各地提供覆盖的全球气球网络。当然，分布式控制布置可用于其他情况。

此外，应当理解，其他控制系统布置也是可能的。例如，一些实现方式可以涉及具有附加层(例如，区域控制系统内的子区域系统等)的集中式控制系统。或者，控制功能可以由单个集中的控制系统提供，其直接与一个或多个下行链路气球通信。

在一些实施例中，取决于实施方式，气球网络的控制和协调可以由地面控制系统和气球网络以不同程度共享。事实上，在一些实施例中，可能不存在基于地面的控制系统。在这样的实施例中，所有网络控制和协调功能可以由气球网络本身实现。例如，某些气球可被配置为提供与中央控制系统200和/或区域控制系统202A至202C相同或相似的功能。其他的例子也是可以的。

此外，气球网络的控制和/或协调可以是非集中式的。例如，每个气球可以将状态信息中继到一些或全部附近的气球，并且从附近的一些或所有气球接收状态信息。此外，每个气球可以将其从附近的气球接收的状态信息中继到附近的一些或所有气球。当所有气球都这样做时，每个气球可能能够单独确定网络的状态。或者，可以指定某些气球聚集网络的给定部分的状态信息。然后，这些气球可以彼此协调以确定网络的总体状态。

此外，在一些方面，气球网络的控制可以被部分地或完全地本地化，使得其不依赖于网络的总体状态。例如，单个气球可以实现仅考虑附近气球的站保持功能。特别地，每个气球可以实现考虑到其自身状态和附近气球的状态的能量函数。可以使用能量函数来维持和/或移动到相对于附近气球的期望位置，而不必考虑整个网络的期望拓扑。然而，当每个气球实施用于站保持的这种能量函数时，气球网络作为整体可以维持和/或朝着期望的拓扑移动。

此外，诸如上述那些的控制系统可以确定何时和/或应该在哪里取下单个气球。此外，控制系统可以将该气球导航到要被取下的位置。控制系统还可以使气球被取下，并且可以控制其下降和/或以其他方式促进其下降。

III.示例性气球构造

各种类型的气球系统可以结合在一个示例气球网络中。如上所述，示例性实施例可以使用高空气球，其通常可以在18km和25km之间的高度范围内操作。图3示出了根据示例实施例的高空气球300。如图所示，气球300包括被附接在气球302和有效载荷306之间的包壳302，裙部304，有效载荷306和切割装置308。

包壳302和裙部304可以采取各种形式，其可以是当前公知的或尚待开发的。例如，包壳302和/或裙部304可以由包括金属化聚酯薄膜或BoPet的材料制成。附加地或替代地，包壳302和/或裙部304中的一些或全部可以由高度柔性的乳胶材料或橡胶材料例如氯丁二烯构成。其他材料也是可能的。此外，包壳302和裙部304的形状和尺寸可以根据具体实现而变化。另外，包壳302可以填充有各种不同类型的气体，例如氦气和/或氢气。其他类型的气体也是可能的。

气球300的有效载荷306可以包括计算机系统312，计算机系统312可以包括处理器313和机载数据存储器，诸如存储器314.存储器314可以采取或包括非暂时计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以具有存储在其上的指令，其可由处理器313访问和执行，以便执行本文所述的气球功能。因此，处理器313结合存储在存储器314中的指令和/或其他组件可以用作气球300的控制器。

气球300的有效载荷306还可以包括提供多个不同功能的各种其他类型的设备和系统。例如，有效载荷306可以包括光通信系统316，其可以经由超亮LED系统320传输光信号，并且其可以经由光通信接收器322(例如，光电二极管接收器系统)接收光信号。此外，有效载荷306可以包括可以经由天线系统340发射和/或接收RF通信的RF通信系统318。

有效载荷306还可以包括电源326以向气球300的各种部件供电。电源326可以包括可再充电电池。在其他实施例中，电源326可以附加地或替代地表示本领域已知的用于产生电力的其他装置。此外，气球300可以包括太阳能发电系统327。太阳能发电系统327可以包括太阳能电池板，并且可以用于产生给电源326充电和/或由电源326分配的电力。

有效载荷306可另外包括定位系统324。定位系统324可以包括例如全球定位系统(GPS)，惯性导航系统和/或星跟踪系统。定位系统324可以附加地或替代地包括各种运动传感器(例如，加速度计，磁力计，陀螺仪和/或罗盘)。

定位系统324可以附加地或可选地包括一个或多个视频和/或静止照相机和/或用于捕获环境数据的各种传感器。

有效载荷306内的部分或全部部件和系统可以在无线电探空仪或其他探头中实施，无线电探空仪或其他探头可用于测量例如压力，高度，地理位置(纬度和经度)，温度，相对湿度，和/或风速和/或风向等。

如上所述，气球300包括用于与其他气球的自由空间光通信的超亮LED系统320。因此，光通信系统316可以被配置为通过调制超亮LED系统320来传输自由空间光信号。光通信系统316可以用机械系统和/或硬件，固件和/或软件来实现。通常，根据特定应用，实现光通信系统的方式可以变化。下面将进一步详细描述光通信系统316和其它相关组件。

在另一方面，气球300可以被配置用于高度控制。例如，气球300可以包括可变浮力系统，其被配置为通过调节气球300中的气体的体积和/或密度来改变气球300的高度。可变浮力系统可以采取各种形式，并且可以通常是能够改变包壳302中的气体的体积和/或密度的任何系统。

在示例性实施例中，可变浮力系统可以包括位于包壳302内部的310。气囊310可以是被配置为保持液体和/或气体的弹性室。或者，气囊310不需要在包壳302内。例如，气囊310可以是刚性的气囊，其能够远远超过中压加压。因此，气球300的浮力可以通过改变气囊310中的气体的密度和/或体积来调节。为了改变气囊310中的密度，气球300可以配置有用于加热和/或冷却的系统和/或机构。另外，为了改变体积，气球300可以包括用于将气体添加到气囊310中和/或从气囊310中除去气体的泵或其它特征。附加地或替代地，为了改变气囊310的体积，气球300可以包括释放阀或其它特征，所述释放阀或其他特征可控制以允许气体从气囊310逸出。多个气囊310可以在本公开的范围内实现。例如，可以使用多个气囊来改善气球的稳定性。

在示例性实施例中，包壳302可以填充有氦气，氢气或其他轻质空气材料。因此，包壳302可以具有相应的向上浮力。在这样的实施例中，气囊310中的空气可以被认为是可以具有相关联的向下压载力的压载舱。在另一个示例性实施例中，可以通过将空气(例如，使用空气压缩机)送入和移出气囊310来改变气囊310中的空气量。通过调节气囊310中的空气量，压载力被控制。在一些实施例中，压载力可以部分地用于抵消浮力和/或提供高度稳定性。

在其他实施例中，包壳302可以是基本上刚性的并且包括封闭的容积。空气可以从包壳302排空，同时基本保持封闭容积。换句话说，至少可以在封闭容积内产生和保持部分真空。因此，包壳302和封闭容积可以变得比空气轻且提供浮力。在其他实施例中，空气或另一种材料可以可控地引入到封闭容积的部分真空中，以努力调节总体浮力和/或提供高度控制。

在另一个实施例中，包壳302的一部分可以是与具有第二颜色(例如白色)和/或第二材料的包壳302的其余部分不同的第一颜色(例如，黑色)和/或第一材料。例如，第一颜色和/或第一材料可以被配置为吸收比第二颜色和/或第二材料相对更大量的太阳能。因此，使气球旋转使得第一材料面向太阳可以起作用以加热包壳302以及包壳302内的气体。以这种方式，可以增加包壳302的浮力。通过使气囊旋转使得第二材料面向太阳，包壳302内的气体的温度可降低。因此，浮力可降低。以这种方式，可以通过使用太阳能改变包壳302内部的气体的温度/体积来调节气球的浮力。在这样的实施例中，气囊310可能不是气球300的必需元件。因此，在各种预期的实施例中，气球300的高度控制可以至少部分地通过调整气球相对于太阳的旋转来实现。

此外，气球306可以包括导航系统(未示出)。导航系统可以实现站保持功能，以根据期望的拓扑保持位置和/或移动到位置。特别地，导航系统可以使用高度风数据来确定导致风沿期望方向和/或期望位置携带气球的高度调节。然后，高度控制系统可以调整气球腔的密度，以便实现所确定的高度调整并使气球横向移动到期望的方向和/或到期望的位置。或者，高度调整可以由基于地面或基于卫星的控制系统来计算并传送到高空气球。在其他实施例中，异质气球网络中的特定气球可以被配置为计算其他气球的高度调整，并将调节命令发送到那些其他气球。

如图所示，气球300还包括切割装置308。切割装置308可以被启动以将有效载荷306与气球300的其余部分分开。切割装置308可以包括至少一个连接器，例如气球绳，其将有效载荷306连接到包壳302，以及用于切断连接器(例如剪切机构或爆炸螺栓)的装置。在一个示例性实施例中，可以是尼龙的气球帘线用镍铬合金线材包裹。可以将电流通过镍铬合金线材加热并熔化帘线，从而将有效载荷306切割离开包壳302。

当有效载荷需要在地面上进行访问时，诸如当是时间从气球网络移除气球300时，当对有效载荷306内的系统进行维护到期时，和/或当电源326需要充电或更换时，可以使用切断功能。注意，在示例性实施例中，切割装置308可以与降落伞系统结合使用。然而，应当理解，切割装置308是可选的。

在替代布置中，气球可以不包括切割装置。在这种布置中，在气球需要从网络移除和/或在地面上访问的情况下，导航系统可以可操作以将气球导航到着陆位置。此外，气球可能是自维持的，使得它不需要在地面上进行访问。在其他实施例中，飞行中气球可以由特定的维护气球或其他类型的维护浮空器或维护飞行器来维护。在另一个实施例中，气球可以包括降落伞系统，其被配置为使气球300和有效载荷306能够安全地下降到地面。

IV.示例性降落伞系统

本实施例提供了一种降落伞系统，其包括具有非常长的连接绳的主降落伞，其允许降落伞在部署时远离气球包壳，从而减少使连接绳与气球包壳或包壳/有效载荷系统的其他部分缠结的可能性，并增加清洁部署的可能性。典型的连接绳长度是气球包壳的膨胀直径的1-2倍，而较长的绳通常被视为引起更多的缠结潜在因素，因为存在更多的绳，而且还存在向包壳/有效载荷系统增加附加重量的缺点。然而，本实施例偏离了具有1-2倍膨胀气球包壳壳的直径的连接绳长度的传统方法，而是提供更长的连接绳。

在一些实施例中，连接绳可以是气球系统长度(包壳的顶部到有效载荷的底部)的5-20倍的量级，或者在一些实施例中为气球包壳充气时的直径的5-20倍。在一些实施例中，连接绳可以是气球系统长度(包壳的顶部到有效载荷的底部)的8-10倍的量级，或者在一些实施例中为充气时的气球包壳的直径的8-10倍。

此外，包含主降落伞和连接绳的降落伞容器可以有利地从有效载荷向下(例如，与垂直方向成0-45°、0-60°或0-90°的角度)发射以允许降落伞在部署时远离气球包壳。或者，降落伞系统可以被固定到有效载荷，理想地在有效载荷的底部，取代被发射，降落伞系统可以通过释放固定带而简单地从有效载荷中落下。

图4A示出了在向下发射降落伞容器508之前具有气球包壳502和有效载荷506的示例气球系统500。在有效载荷506需要从气球包壳502切断的情况下包括切割机构504。在该实施例中，降落伞容器508被固定到有效载荷506并且定位在发射平台512和压缩弹簧510上。发射面板成角度以与垂直方向成45度的角度向下发射降落伞容器508。发射平台可以位于有效载荷的顶部或侧面，在包壳502的顶部处或在另一位置。然而，期望(但不是必需的)将降落伞容器设置在有效载荷上，以从气球包壳502的顶点清除质量和复杂性。还可以使用其他类型的发射，例如弹射器等。其他发射角也是可能的，包括0-45度的发射角，或0-60度，或0-90度。然而，45度的发射角度允许降落伞容器远离气球包壳，使得当主降落伞部署时，不太可能在下降的包壳/有效载荷系统的路径中膨胀，因此不太可能与气球包壳或包壳/有效载荷系统的其他部分缠结。

还期望向下发射降落伞容器508，使得降落伞容器内的连接绳更快地从降落伞容器508完全拉出。在孔被切入气球包壳后，气球通常在下降之前保持其高度8秒或更多秒。因此，相对风可能导致包壳/有效负载系统从降落伞容器或充气的降落伞漂移。

如上所述，降落伞系统可以包括非常长的连接绳(见图5)，例如，5-20或8-10倍的包壳/有效载荷系统长度，其有利地在包壳/有效载荷系统和主降落伞之间提供更大的距离，并且减少连接绳与气球包壳或包壳/有效载荷系统的其他部分缠结的机会。此外，即使在其下部有一些连接绳缠结，缠结不太可能不利地影响主降落伞的正常工作。

图4B示出了降落伞容器508下降之前的示例性降落伞部署系统。当使用非常长的连接绳(例如，包壳/有效载荷系统的长度的5-20或8-10倍)时，已经确定不需要发射降落伞容器508，并且降落伞容器508可以简单地从有效载荷中释放。如图4B所示，降落伞容器508固定在有效载荷506下方。释放时，降落伞容器508简单地落在包壳/有效载荷系统下方。在孔被切入气球包壳后，气球通常在下降之前保持其高度8秒或更多秒。结果，如在向下发射的情况下，即使当降落伞容器508未从有效载荷506发射时，相对风可能导致包壳/有效载荷系统从降落伞容器508或充气的降落伞漂移。

图4A和4B所示的降落伞容器508可释放地固定到有效载荷506上。在一种情况下，当确定使包壳/有效载荷系统500返回到地面时，信号被发送到包壳/有效负载系统500，以启动从气球包壳502释放提升气体。在接收到来自地面、空中设备或另一气球的信号时，可以使用切割装置或其它方法来提供提升气体的受控排放。在第二种情况下，当气球包壳经历意外的爆发时，气球包壳502上的压力传感器或应变计可用于直接或间接地监测气球包壳502内的压力。如果有可能在预定时间段上存在预定量的压力损失，则将提供信号以发射或降落降落伞容器。或者，可以使用诸如惯性测量单元(IMU)的传感器来确定下降速率或下降速率的变化。在确定气球/有效载荷系统已经超过预定的下降速率或下降速率的变化时，可以提供信号来发射或降落降落伞容器508。

可以使用各种释放机构来释放固定降落伞容器508的线或带，并且发射(或落下)降落伞容器。例如，作为示例，释放机构可以包括爆管，爆炸螺栓或剪切机构。在另一示例中，释放机构可以包括缠绕在带或线上的镍铬合金线材。镍铬合金线材可以被配置为接收电流并产生热量，从而熔化带或线。其他释放机制也是可能的。例如，具有相对的可枢转夹爪的致动触发器机构可用于将带固定到位。激活时，可以打开夹爪，从而释放固定带。诸如线性致动器或旋转致动器的其它装置也可以用于在发射或落下之前可释放地固定降落伞容器。

图5A示出了在有效载荷506和主降落伞530之间延伸的连接绳520的非常长的长度。特别地，连接绳520可以具有比包壳/有效载荷系统500的长度d1至少大5倍的长度d2，并且在一些实施例中，可以是包壳/有效载荷系统500的长度d1的8-10或甚至20倍。如上所述，具有这种非常长的长度的连接绳有利地提供了在下降期间不太可能与气球包壳或包壳/有效载荷的其他部分缠结的降落伞系统。根据包壳/有效载荷系统的应用和尺寸，连接绳的长度可以为50-200米。例如，如果包壳/有效载荷系统的长度d1为10米，则连接绳520的长度d2可以是50-200米或更大，而在其它实施例中为80-100米，在一个实施例中为75米。在其它实施例中，长度d2可以大于气球包壳502当充气时的最大直径503的长度的5-20倍，例如，是最大直径503的长度的5-20倍或更大，并且在其它实施例中，可以是气球包壳502充气时的最大直径503的长度的8-10倍。

图6A示出了在从有效载荷506向下释放之后的降落伞容器508。在该实施例中，使用减速小伞或引导降落伞。在该实施例中，主连接绳520定位在降落伞容器508内，并且在一端附接到降落伞容器508，并在另一端附接到有效载荷506或包壳/有效载荷系统的其他部分。当已经确定是时候发射或掉落降落伞容器508时，如图6A所示，降落伞容器508从有效载荷506发射或掉落。

如图6B所示，随着降落伞容器508进一步下降，主连接绳520从降落伞容器508被拉出。主连接绳520附接到靠近连接绳末端的减速小伞或引导伞540。一旦主连接绳520已经从降落伞容器508中拉出，减速小伞或引导伞540从降落伞容器508被拉出。在该实施例中，减速小伞540由静态线550从降落伞容器508被拉出，该静态线550连接到主连接绳520。减速小伞540又连接到位于降落伞容器508内的主降落伞。在其他实施例中，主连接绳520可以直接附接到减速小伞540。在其他实施例中，可以不使用减速小伞，并且连接绳可以直接连接到位于降落伞容器内的主降落伞。

图6C提供了图6B所示的降落伞容器508的近视图，示出了从降落伞容器508通过连接到连接绳520的静态线550拉出减速小伞540。静态线550应足够坚固以从降落伞容器508拉出减速小伞540。静态线550可以由棉线组成，该棉线适于在减速小伞540被充气时中断。减速小伞540通过第二连接绳560附接到降落伞容器508内的主降落伞。

图6D示出了减速小伞540在其已经通过静态线550从降落伞容器508拉出之后的部署，一旦减速小伞540已经充满空气该静态线550即断裂。降落伞容器508和其中的主降落伞通过第二连接绳560悬挂在部署的引导伞540下面。或者，还有其它拉动引导伞540的方法。例如，引导伞540可以放置在压缩弹簧的顶部，并用带固定到其上。当已经拉出一定量的主连接绳520时，可以拉动销以释放固定带，并且压缩的弹簧将膨胀以从降落伞容器508发射引导伞540。

图6E示出了减速小伞508已经将主降落伞570从降落伞容器508拉出之后的气球系统500，并且主降落伞570已被充气并在气球包壳502周围和上方。作为下降的气球/有效负载系统500的系统速度随着气球包壳502放气而减小浮力并且气球包壳的横截面阻力减小而增加，具有悬挂下方的主降落伞570和降落伞容器508的引导伞540被提升，在包壳/有效载荷系统500周围和之上，并且最终气球/有效载荷系统500将在引导伞540上施加力，使得主降落伞570(通过第二连接绳560附接到引导伞)被从降落伞容器508拉出，其将离开气球包壳502并且减少主降落伞570与气球包壳502和包壳/有效载荷系统500的其它部件之间缠结的可能性。主降落伞570用连接绳580连接到降落伞容器508。

图6F示出了主降落伞570，其提供气球包壳502和在主降落伞570下方延伸的有效载荷506的控制下降。主降落伞570位于包壳/有效载荷系统500远上方，以便减小主连接绳520和气球包壳502或有效载荷506之间的潜在缠结。可以容忍连接绳与包壳/有效载荷系统500的一些缠结，因为给定长的连接绳不太可能影响主降落伞570的操作，因为缠结是如此远处。由于相同的原因，主降落伞570与包壳/有效载荷系统500的任何旋转或不稳定性分离。

连接绳520可以由尼龙，聚酯或一些其它合适的材料制成，例如超高分子量聚乙烯或高分子量聚乙烯(HMPE)。在一个实施例中，气球包壳的直径可以是12米，并且具有10米的包壳/有效载荷系统长度，并且使用长度为75米的连接绳。减速小伞540可以具有2平方米的尺寸并且可以具有50-60米的直径。主降落伞570的尺寸可以为5平方米。

图7A是一对曲线图700和700a，其中绘制线710绘制包壳/有效载荷系统的高度702与时间704，显示在时间线720处的有意的硬切割，在时间线730处的降落伞容器发射，在时间线740处的减速小伞的部署，在时间线750处的主降落伞部署并在时间线760处着陆。在如图700所示的故意切断的情况下，降落伞容器保持在包壳/容器系统上更长时间(与在意外爆发的情况相比)，以等待直到包壳/有效载荷系统的速度和大气密度增加，以便当减速小伞被拉出时，它立即捕获。如线部分712所示，主降落伞提供包壳/有效载荷系统的受控下降，直到在时间线760处着陆。

图7A所示的下部曲线图700a包括绘制线710a，其绘出对于图700所示的相同包壳/有效载荷系统的垂直速度702a对时间704a。在曲线图700a中，垂直速度的负值意味着包壳/有效载荷系统向下移动。在时间线720处的切断之后，包壳/有效载荷系统在线部分712a缓慢地拾取速度至约-11m/s，然后在时间线760处的着陆撞击时减速至约-8m/s。

图7B是一对曲线图，其中顶部曲线图800绘出所示的包壳/有效载荷系统的高度802相对时间804，其中绘制的线810示出了在时间线820处的爆裂检测，其中气球通常保持高度(如线部分818所示)约8秒，直到在时间线830发生快速下降(如线部分814所示)。底部曲线图900记录与绘制线910相同的事件，除了使用与上部曲线图800中用绘制线910所示的相同时间线绘制气球包壳内的压力902相对于时间904。在时间线820处发生爆裂检测，并且线部分912示出了气球包壳内的压力的快速减小，最终在线部分914处降至0。曲线图800和900示出了即使在爆裂的情况下，包壳/有效载荷系统也将保持高度，使得在使用非常长的连接绳的时候，存在足够的时间可以使连接绳和减速小伞从降落伞容器上拉出，并存在足够的时间可以简单地将降落伞从有效载荷中放下，而不射出它。特别地，降落伞容器在线820的爆裂检测之后将不到一秒钟掉落，并且降落伞容器到达其非常长的连接绳的端部花费少于8秒。

图7C是一对曲线图，其中顶部曲线图1000绘制了包壳/有效负载系统的高度1002相对于时间1004，其中所示的绘制线1010示出了时间线1020处的爆裂检测，其中包壳/有效载荷系统通常维持高度大约12秒(如线部分1012所示)，然后在时间线1030开始加速下降(如线部分1014所示)。下部的曲线图1100用绘制线1110记录了相同事件，使用与上部的曲线图1000中所示的相同时间线绘制气球包壳内的压力1102相对于时间1114。爆裂检测发生在时间线1020处，线部分1112示出了气球包壳内的压力快速降低，最终在线部分1114处降至0。图1000和1100示出了即使在爆裂情况下，包壳/有效载荷系统也将保持高度，使得具有足够的时间用于连接绳和减速小伞，在使用非常长的连接绳时，从降落伞容器中拉出，具有足够的时间可以简单地将降落伞从有效载荷中放下，而不射出它。

本实施例可有利地将使用非常长的连接绳与向下发射或掉落的降落伞容器一起的组合，该连接绳为包壳/有效负载系统长度的5-20倍。通过将降落伞容器向下发射或掉落，而不射出(例如，使用弹簧或火箭)，更有可能避免与气球/有效载荷系统缠结，特别是在爆发检测之后气球开始下降之前具有大约8-12秒。此外，长系绳使降落伞与有效载荷/包壳系统旋转和不稳定性分离。与安装到气球包壳的顶部相反，该系统还可以提供在下降期间对有效载荷方向的更好控制。将降落伞容器安装在有效载荷上也可以消除包壳顶点的质量和复杂性。另外，通过简单地放下降落伞容器，也可以消除对发射平台(可能使用压缩弹簧)的需求，减少了包壳/有效载荷系统上的质量和部件。

方法的示例

图8是示出在气球系统上部署降落伞系统的方法800的简化流程图。方法800包括提供气球系统的步骤802，该气球系统包括气球包壳，固定到气球系统的有效载荷，位于降落伞容器内的第一降落伞，固定到有效载荷上的降落伞容器，具有固定到所述气球系统的第一端和固定到所述降落伞容器的第二端的第一连接绳，所述第一连接绳的长度为所述气球包壳的顶点与所述有效负载的底部之间的距离的5-20倍；步骤804：接收信号以部署降落伞容器；以及步骤806：以与垂直方向成0-90度的角度从有效载荷向下释放降落伞容器。

VI.结论

上述详细描述参考附图描述所公开的系统，装置和方法的各种特征和功能。虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，而不是限制性的，其真实范围由所附权利要求书表示。

Claims (20)

1.一种气球系统，包括：

气球包壳；

固定到气球包壳的有效载荷；

位于降落伞容器内的第一降落伞；所述降落伞容器固定在有效载荷上；

具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳；

位于气球系统上的控制器；

其中当所述控制器接收到部署所述降落伞容器的信号时，所述控制器可操作以使所述降落伞容器从所述有效载荷向下释放。

2.根据权利要求1所述的气球系统，其中，所述第一连接绳具有是所述气球包壳的顶点与所述有效负载的底部之间的距离的5-20倍的长度。

3.根据权利要求2所述的气球系统，其中，所述第一连接绳具有是所述气球包壳的顶点与所述有效载荷的底部之间的距离的8-10倍的长度。

4.根据权利要求1所述的气球系统，其中，所述降落伞容器被固定到所述有效载荷的底部且在释放时被向下掉落。

5.根据权利要求1所述的气球系统，其中所述第一降落伞是用第二连接绳附接到第二主降落伞的减速小伞。

6.根据权利要求5所述的气球系统，其中，在有效载荷和气球包壳的下降过程中，所述第二主降落伞由减速小伞从降落伞容器中拉出。

7.根据权利要求5所述的气球系统，其中所述减速小伞被固定在位于压缩弹簧上的降落伞容器中的发射平台上，并且固定到第一连接绳的静态线适于在有效载荷之下的预定距离释放减速小伞。

8.根据权利要求1所述的气球系统，其中，部署所述降落伞容器的信号基于感测到的所述气球包壳内的压力变化。

9.根据权利要求1所述的气球系统，其中，部署所述降落伞容器的信号基于所述有效负载的所测量的下降速率或所测量的下降速率的变化。

10.根据权利要求1所述的气球系统，其中所述降落伞容器被固定在固定到所述有效载荷的发射平台上，并被指向以与垂直方向成0-90度的角度向下发射降落伞容器；和

其中在降落伞容器释放时，降落伞容器从发射平台向下发射。

11.根据权利要求10所述的气球系统，其中所述发射平台被指向以与垂直方向成0度至45度的角度向下发射降落伞容器。

12.一种气球系统，包括：

气球包壳，所述气球包壳当膨胀时具有最大直径；

固定到气球包壳的有效载荷；

位于降落伞容器内的第一降落伞，所述降落伞容器固定在有效载荷上；

具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳；

位于气球系统上的控制器；

其中所述连接绳具有的长度是所述气球包壳的顶点与所述有效载荷的底部之间的距离的5-20倍；和

其中当控制器接收到部署降落伞容器的信号时，控制器可操作以使降落伞容器从有效载荷以与垂直方向成0-90度的角度向下释放。

13.根据权利要求12所述的气球系统，其中所述降落伞容器固定到所述有效载荷的底部，并且在释放时向下掉落。

14.根据权利要求12所述的气球系统，其中所述降落伞容器固定在固定到所述有效载荷的发射平台上，并被指向以与垂直方向成0度到45度的角度向下发射降落伞容器；和

其中在降落伞容器释放时，降落伞容器从发射平台向下以与垂直方向成0-45度的角度向下发射。

15.根据权利要求12所述的气球系统，其中所述第一降落伞是用第二连接绳附接到第二主降落伞的减速小伞。

16.根据权利要求15所述的气球系统，其中，所述减速小伞被固定在位于压缩弹簧上的降落伞容器内的发射平台上，并且固定到所述第一连接绳的静态线适于在有效载荷之下预定距离处释放所述减速小伞。

17.一种在气球系统上部署降落伞系统的方法，包括：

提供气球系统，其包括气球包壳，固定到气球系统的有效载荷，位于降落伞容器内的第一降落伞，固定到有效载荷上的降落伞容器，具有固定到气球系统的第一端和固定到降落伞容器的第二端的第一连接绳，第一连接绳的长度是气球包壳的顶点与有效载荷的底部之间的距离的5-20倍；

接收信号部署降落伞容器；和

以与垂直方向成0-90度的角度从有效载荷向下释放降落伞容器。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一降落伞是用第二连接绳附接到第二主降落伞的减速小伞。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，部署所述降落伞容器的信号是基于感测到的所述气球包壳内的压力变化。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，部署所述降落伞容器的信号基于所述有效负载的所测量的下降速率或所测量的下降速率的变化。