-
Erfindungsgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten einer aufblasbaren
Luftschiffvorrichtung zum späteren
Aufstieg auf große
Höhe zum
Betrieb als Luftschiff. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere, aber
nicht ausschließlich,
mit dem Start einer unbemannten Luftschiffvorrichtung. Die Erfindung
betrifft außerdem
eine Startstation, wie im Oberbegriff von Anspruch 9 definiert und
aus
FR-A-2697227 bekannt.
-
Allgemeiner
Stand der Technik
-
Luftschiffe
für große Höhen sind
dafür ausgelegt,
große
Nutzlasten auf eine große
Höhe zu
tragen und dann über
längere
Zeiträume
hinweg in einer geostationären
Umlaufbahn zu bleiben. Wenngleich es beim Design eines derartigen
Luftschiffs viele Herausforderungen gibt, besteht eine der primären darin,
einen gesteuerten Start. des Fahrzeugs zu bewirken.
-
Der
Betrieb eines Luftschiffs für
große
Höhen,
das ein extrem leicht konstruiertes Fahrzeug ist, erfordert in Bodennähe einen
Umfang an Schub und Steuerung, die das Fahrzeug selbst nur unter
absolut ruhigen Bedingungen liefern kann. Aufgrund der. Schwierigkeit
bei der Vorhersage dieser ruhigen Bedingungen ist es fast unmöglich, für einen
wirtschaftlichen Betrieb eine garantierte Startfähigkeit bereitzustellen. Außerdem gibt
es Herausforderungen hinsichtlich der Bereitstellung eines sicheren
Mittels zur Bergung nach dem Ende einer Mission. Insbesondere ist
es schwierig, den Betrieb des Hüllendrucksystems,
das den Druck innerhalb der Luftschiffhülle und somit ihre Form aufrechterhält, beizubehalten.
Das Hüllendrucksystem
braucht nur während
des Starts und während
der Bergung des Fahrzeugs zu funktionieren und ist deshalb vor dem
Abstieg und der Bergung möglicherweise über mehrere Jahre
hinweg einer kalten Tränkung
unterworfen. Falls herkömmliche interne
Ballonet-„Säcke" verwendet werden,
können die
internen Ballonet-„Säcke" durch diese kalte
Tränkung
funktionsunfähig
werden, indem das Frieren des Wasserdampfs innerhalb der Hülle die
Säcke effektiv
mit der Hülle
verbindet. Dies würde
zu dem Verlust des Fahrzeugs während
der Abstiegsphase der Mission aufgrund fehlenden Hülleninnendrucks
und eines sich daraus ergebenden strukturellen Versagens führen.
-
Beim
Start (und bei der Bergung) von Wetterballons hat man über viele
Jahre hinweg erhebliche Erfahrungen gewonnen. Diese Ballons werden
mit wenig Heliumfüllung
vertikal gestartet, und bei ihrem Aufstieg auf die Höhe dehnt
sich das Helium aus und sie nehmen ihre volle Form eines „Heißluftballons" an. Derartige Ballons
sind jedoch antriebslos und driften effektiv mit dem vorherrschenden
Wind. Die Ballons bleiben während
des ganzen Fluges in der vertikalen Position.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines verbesserten Verfahrens zum Starten einer Luftschiffvorrichtung
für große Höhen.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt
zum Starten einer aufblasbaren Luftschiffvorrichtung zum späteren Aufstieg
auf große
Höhe zum
Betrieb als Luftschiff mit einem aus einer aufgeblasenen flexiblen Gaseinschlußhülle gebildeten
Körper,
Nutzlastmitteln, Antriebsmitteln, die am Heck des Körpers montiert
sind, und Seilaufhängmitteln
zum Tragen des Nutzlastmittels im Körper, verbunden mit dem Antriebsmittel
und mit dem Körper
an oder neben einem Nasenteil des Körpers, wobei das Verfahren
folgendes umfaßt:
teilweises Aufblasen der Gaseinschlußhülle mit einem gasförmigen Medium,
das leichter ist als Luft, um zu bewirken, daß der Nasenteil sich mit dem
gasförmigen Medium
füllt und
innerhalb einer vertikalen Startumbauung ansteigt, damit die teilweise
aufgeblasene Gaseinschlußhülle in einer
Startposition positioniert wird, und nachfolgendes Freilassen der
teilweise aufgeblasenen Gaseinschlußhülle von ihrer Startposition
durch eine offene Oberseite der vertikalen Umbauung, so daß die Hülle von
der vertikalen Umbauung weg ansteigt und das Nutzlastmittel und
Antriebsmittel mit Hilfe des Seilaufhängmittels hochhebt.
-
Das
Verfahren gemäß der Erfindung
gestattet die gesteuerte Freigabe der Luftschiffvorrichtung aus
einer vertikalen Umbauung. Die Luftschiffvorrichtung kann in ihrer
Startposition für
den Start bereitgehalten werden, bis die vorherrschenden Wetterbedingungen
für den
Start zufriedenstellend sind. Bei Aufstieg der Luftschiffvorrichtung
beginnt sich das gasförmige
Medium, z.B. Helium, in der Gaseinschlußhülle auszudehnen, und die Hülle nimmt
eine vollere Form an. Während
sich die Gestalt des Luftschiffs auszubilden beginnt, beginnt der
Schwerpunkt des Fahrzeugs, sich um die Auftriebsmitte zu drehen, was
schließlich
dazu führt,
daß sich
der Körper
des Luftschiffs in eine Lage dreht, in der es zu einem horizontalen
Flug fähig
ist. Die Antriebsmittel können dann
zu arbeiten beginnen, und das Fahrzeug kann in der Art eines standardmäßigen Luftschiffs
angetrieben und geflogen werden.
-
Das
vertikale Starten der Luftschiffvorrichtung wird mit einer weit
höheren
Erfolgsgewißheit
als herkömmliche
Startvorgänge
durchgeführt.
Das Design konzentriert sich auf eine Startstation, in der Regel
in der Form eines zylindrischen Gebäudes mit einem entfernbaren
Dach. Durch eine derartige Startstation kann das Luftschiff in einer
wettersicheren Umgebung mit dem gasförmigen Medium, z.B. Helium,
gefüllt
und auf den Flug vorbereitet werden. Durch lokale Wettervorhersage
kann ein kleines lokales Wetterfenster mit Gewißheit vorausgesagt werden.
Zum festgelegten Zeitpunkt wird das Dach eingezogen und die Luftschiffvorrichtung
steigt vertikal aus der Oberseite des Gebäudes auf. Der Aufstieg folgt
dann einem typischen Wetterballonmuster bis zu einem „Roll Over", woraufhin das nun
ausgebildete Luftschiff zu seinem Einsatzort geflogen wird.
-
Bevorzugt
ist die Oberseite der vertikalen Startumbauung mit einem Verschluß versehen,
der geöffnet
werden kann und der normalerweise geschlossen ist, um die Umbauung
gegenüber
den Elementen zu schützen,
der aber geöffnet
wird, wenn die teilweise aufgeblasene Gaseinschlußhülle zur
Freilassung von ihrer Startposition bereit ist.
-
Bevorzugt
wird der Anstieg der Gaseinschlußhülle in ihre Startposition und
danach durch die offene Oberseite der vertikalen Startumbauung durch
seilhaltende Mittel eingeschränkt.
Das Seilhaltemittel umfaßt
geeigneterweise eine Reihe von einschränkenden Seilen, die mit der
Gaseinschlußhülle und
Windenmitteln zum Ablaufen der einschränkenden Seile zum Steuern des
Anstiegs der Gaseinschlußhülle verbunden
sind. Die Verbindung der einschränkenden
Seile mit der Gaseinschlußhülle wird auf
geeignete Weise freigegeben, nachdem das angehobene Antriebsmittel über die
Oberseite der vertikalen Startumbauung angestiegen ist.
-
Geeigneterweise
wird nur ein kleinerer Anteil, z.B. zwischen 5–10%, bevorzugt zwischen 6–8%, des
vollständig
aufgeblasenen Volumens der Gaseinschlußhülle anfänglich. mit dem gasförmigen Medium
(z.B. Helium) bei standardmäßiger Temperatur
und Druck (STP) gefüllt.
-
Zweckmäßigerweise
werden Solarzellenmittel zum Bestromen des Luftschiffs bei Betrieb
an der Gaseinschlußhülle befestigt,
wenn sich letztere in ihrer Startposition befindet.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine aufblasbare
Luftschiffvorrichtung bereitgestellt, die zum Aufstieg auf große Höhe zum Betrieb
als ein Luftschiff mit einem länglichen
Körper
bestimmt ist, wobei die Luftschiffvorrichtung eine Gaseinschlußhülle, die
aufgeblasen werden kann, um den länglichen Körper zu bilden, Nutzlastmittel
in der Gaseinschlußhülle, Antriebsmittel, die
mit der Hülle
in einem Gebiet des letzteren verbunden sind, das dazu bestimmt
ist, das Heck des aufgeblasenen Körpers zu bilden, und Seilmittel,
die das Nutzlastmittel und das Antriebsmittel mit einem Verbindungsteil
der Gaseinschlußhülle verbinden, der
sich am Bugende des aufgeblasenen Körpers befinden soll, aufweist,
wobei die Seilmittel so ausgelegt sind, daß sie das Gewicht des Seilmittels
und des Antriebsmittels von dem Verbindungsteil aus tragen, wenn
die Gaseinschlußhülle teilweise
aufgeblasen ist und mit ihrem Bugende ganz oben angeordnet ist.
-
Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Startstation
bereitgestellt zum Starten einer aufblasbaren Luftschiffvorrichtung
auf große
Höhe, wobei
die Startstation eine vertikale Umbauung, eine Startrampe am Boden
der vertikalen Umbauung, damit die Luftschiffvorrichtung am Boden
der vertikalen Umbauung teilweise mit einem gasförmigen Mittel, das leichter
ist als Luft, aufgeblasen werden kann, so daß ein Nasenteil der Luftschiffvorrichtung
innerhalb der vertikalen Umbauung in eine Startposition ansteigen
kann, und Windenmittel mit einschränkenden Seilmitteln zur Verbindung mit
der zu startenden Luftschiffvorrichtung zum Steuern des Aufstiegs
der Luftschiffvorrichtung von der Startrampe, enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Startstation weiterhin an der Oberseite der vertikalen Umbauung
Verschlußmittel
enthält,
die geöffnet
und geschlossen werden können,
und daß sich das
Windenmittel am Boden der vertikalen Umbauung befindet und bei Verwendung
das Ablaufen des einschränkenden
Seilmittels steuert, so daß der
Anstieg der Luftschiffvorrichtung von der Startrampe in die Startposition
und danach von der Startposition durch die Oberseite der Umbauung
gesteuert wird, wobei sich das Verschlußmittel in seiner offenen Position
befindet.
-
Geeigneterweise
wird ein Kragen um eine Öffnung
an der Oberseite der vertikalen Umbauung aufgeblasen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Es
wird nun eine Ausführungsform
der Erfindung lediglich beispielhaft unter besonderer Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine
Seitenansicht einer Luftschiffstartstation gemäß der Erfindung;
-
2 eine
Schnittansicht einer vertikalen Umbauung der in 1 gezeigten
Startstation;
-
3 eine
vergrößerte Ansicht
einer Startrampe der Startstation;
-
4 bis 7 Ansichten,
die zeigen, wie eine Luftschiffvorrichtung vertikal von der Startumbauung
gestartet wird; und
-
8 bis 10 Ansichten,
die zeigen, wie das Luftschiff seine Lage aus einer Vertikalen in
eine allgemeine Horizontale ändert,
während
das Luftschiff ansteigt und sich sein Körper ausdehnt.
-
Verfahren
zum Ausführen
der Erfindung
-
In
den Zeichnungen ist 1 eine allgemeine Ansicht eines
Luftschiffhangars 1 mit einer Luftschiffstart station 2 an
einem Ende, und die 2 bis 10 veranschaulichen,
wie eine Luftschiffvorrichtung von der Station auf große Höhe gestartet
wird. Bei Betrieb ist das Luftschiff unbemannt und spezifisch für Kommunikations-
und/oder Überwachungsaufgaben
bestimmt. Somit ist eine sehr große Höhe erforderlich, damit man
eine maximale Erfassung erhält,
wobei man innerhalb der Grenzen der Realisierbarkeit bleibt. Da
das Gesamtvolumen des Auftriebsgases durch die Höhe bestimmt wird, wird die
Größe des Luftschiffs
durch praktische Aspekte begrenzt. Das Luftschiff muß sich „über dem
Wetter" befinden, d.h. über den
Effekten konvektiver Turbulenzen. Eine Untersuchung der weltweiten
Atmosphäre
ergibt eine Höhe
in einem Band zwischen 20 und 22 Kilometern (etwa 65 000–72 000
ft.). Wegen der geostationären Anforderung
hängt die
Leistung zum Antreiben des Luftschiffs von der natürlichen
Windgeschwindigkeit ab. Da das Luftschiff über einen in Jahre zählenden Zeitraum
in der Luft bleiben muß,
wird die Höhe
mit dem geringsten Windspektrum bevorzugt. Dies tritt bei den am
stärksten
bevorzugten Breiten mit einer gewissen Schwankung aufgrund geographischer Merkmale
bei etwa 21 Kilometern auf.
-
In 1 sind
der Hangar 1 und die Startstation 2 miteinander
verbunden. Der Hangar zeigt ein Luftschiff 3, das zu Testzwecken
im voraus aufgeblasen worden ist. Aus praktischen Gründen wird
nur eine kleine Menge Helium oder eines anderen gasförmigen Mediums,
das leichter ist als Luft, in das Luftschiff eingeleitet, wie unten
erörtert
wird. Für
den Start wird das Luftschiff vollständig abgeblasen und zu der
Startstation 2 bewegt. Das in 1 gezeigte Luftschiff 3 ist
in der Regel 175 m lang mit einem Durchmesser von 48 m und einem
Innenvolumen von etwa 200 000 m3. Das Luftschiff
weist einen aus einer flexiblen Gaseinschlußhülle 5 gebildeten Körper 4, eine
Motoreinheit 6 am Heck des Körpers 4, Kielflossen 7 und einen
vertikalen Auftriebsunterstützungsring 8 am
Vorderende des Körpers
auf.
-
Die
Startstation 2 umfaßt
einen in der Regel etwa 120 m hohen vertikalen Turm 10 mit
einer motorisierten einfahrbaren Dachabdeckung 11. In Richtung
ihrer Höhe
sind Arbeitsbalkone 12 in Intervallen von etwa 6 m positioniert,
um den Zugang zum Luftschiff während
des unten beschriebenen Aufblasens zu ermöglichen. Die Balkone 12 sind
so ausgelegt, daß sie
von Lastaufzügen
und Hebezeugen (nicht gezeigt) bedient werden können. Ein aufblasbarer Dämpfer 13 ist
an der Position des obersten Balkons angeordnet.
-
Die 2 und 3 stellen
das in 1 gezeigte Luftschiff in einer abgeblasenen Anfangsstartposition
an einer Startrampe 14 am Boden der Startstation 2 dar.
Die Startrampe liefert eine physische Unterstützung für die Motoreinheit 6 und
eine an einer Gondel getragene Nutzlast 15, wobei die Gaseinschlußhülle 5 wie
gezeigt über
sie gehängt
ist. Ein sorgfältiges
Layout der Hülle 5 ist
erforderlich, um sicherzustellen, daß das Gewebe während des
Starts nicht zu stark belastet oder beschädigt wird.
-
Das
Innere der Hülle
wird evakuiert, und eine Reihe von am Unterstützungsring 8 befestigten
Seilen 20 (siehe 4 und 5)
sind zu einer Reihe, z.B. vier, nicht gezeigter Winden geführt, die
in den Boden der Startstation eingelassen sind.
-
Nun
wird in die Hülle
5 Helium (oder ein anderes Gas, das leichter ist als Luft) eingeleitet.
Für eine
Betriebshöhe
von 65 000 ft, wird eine Anfangsladung von 15 000 m3 He
bei STP eingeleitet, das in der Regel 6–7% des vollständig aufgeblasenen
Körpervolumens
einnimmt. Bei der Einleitung des Gases steigt die Nase der Hülle zu der
Oberseite der Station an. Der Anstieg wird durch die Zugspannung
in den Seilen 20 gesteuert, die von den Winden ablaufen, und
durch das Gewicht des von der Startrampe abgehobenen Gewebes. Die
teilweise aufgeblasene Hülle 5 wird
in einer Startposition (4 und 5) etwa 6
m von der Oberseite der Startumbauung weg gehalten, wobei die Hauptnutzlast 15 immer
noch die Startrampe berührt.
-
In
der Startposition werden Solarzellen 30 etwa 20 m hinter
der Nase am Unterstützungsring 8 angebracht.
Die Zellen werden am oberen Ende um den Umfang des Körpers herum
dicht befestigt, können
aber frei von dem Unterstützungsring
hängen. Durch
das zusätzliche
Gewicht der Solarzellen werden die Winden hinsichtlich Zugspannung
entlastet, aber ausreichender Auftrieb innerhalb der Hülle stellt sicher,
daß die
Seile 20 nicht durchhängen.
-
Die
Nutzlast 15 und die Motoreinheit 6 sind an einem
zentralen Seil 26 aufgehängt, das durch Tragseile 27 an
dem Unterstützungsring 8 hängt. Diese
Seile werden in der Startposition gespannt.
-
Zum
Start des teilweise aufgeblasenen Luftschiffs aus seiner Startposition
wird die Dachabdeckung 11 innerhalb eines geeigneten „Wetterfensters" geöffnet, indem
die Dachteile 11a und 11b eingezogen werden (siehe 6).
Der Kragen oder Dämpfer 13 ist
vollständig
aufgeblasen. Die Winden beginnen mit dem Ablaufen der Seile 20,
und das Gewicht der Nutzlast 15 und der Motoreinheit 6 wird
von dem Zentralseil 26 und den Seilen 27 aufgenommen. Die
Nutzlast 15 (in der Regel in einer Gondel) hebt von der
Startrampe ab, und der Rest der Hülle wird zur Oberseite des
Turms 10 angehoben. Schließlich wird das vertikale Seil
von der Nutzlast 15 zur Motoreinheit 6 straff
(6), und das volle Gewicht des Luftschiffs wird
nun von dem Helium in der teilweise aufgeblasenen Hülle 5 aufgenommen.
Es wird angenommen, daß das
Gewicht der Seile 20 kleiner ist als der statische Auftrieb
des Luftschiffs (der nötig
ist, damit das Luftschiff in große Höhe aufsteigen kann). Falls
dies nicht der Fall ist, kann es erforderlich sein, nicht gezeigte
kleine Heliumballons bereitzustellen, die das Gewicht der Seile 20 tragen.
-
Das
Luftschiff befindet sich nunmehr weg von der Startrampe und die
Winden werden betätigt, damit
die Seile 20 schnell ablaufen, wodurch die Nutzlast 15 (siehe 7)
und die Motoreinheit sich von der Oberseite des Turms 10 wegbewegen
können.
Sobald dies eintritt, werden die Seile 20 (und gegebenenfalls
die Hilfsballons) vom Ring 8 freigegeben, und das Luftschiff
gewinnt an Höhe.
-
Es
wird angenommen, daß,
wenn sich die Motoreinheit 6 erstmal von der Startrampe 14 entfernt
hat, die Winden die Seile mit etwa 1 m/s ablaufen lassen können. Die
ganze Startsequenz kann somit ab der Öffnung der Dachabdeckung 11 in
etwa 4 Minuten abgeschlossen werden. Diese sehr kurze Expositionszeit
gestattet ein reduziertes Startrisiko, da die Wettervorhersage für einen
derart kurzen Zeitraum zuversichtlich getroffen werden kann, z.B. über eine
Reihe von, in der Regel 8, gleichmäßig beabstandeten Wetterstationen,
die 2–3
km von der Startstation entfernt positioniert sind.
-
Wenn
das Luftschiff Höhe
gewinnt, wird es auf ähnliche
Weise wie bei einem Wetterballon „stromlinienförmig", wobei die Nutzlast 15 und
die Motoreinheit 6 über
das vertikale Seil 26 und die Seile 27 getragen
werden. Das Luftschiff beginnt mit dem vorherrschenden Wind windabwärts zu driften und
tritt in einem drucklosen Zustand in den Strahlstrom ein und durchquert
diesen Bei weiterem Aufstieg beginnt die Gestalt des Körpers sich
auszubilden (siehe 8), wenn das Helium sich auszudehnen
beginnt, und nimmt mehr von dem Innenvolumen der Hülle 5 ein.
Dies bewirkt, daß die
Auftriebsmitte nach hinten verschoben wird und sich die Oberseite der
Hülle abzusenken
beginnt (siehe 9). Das zunehmende Aufblasen
der Hülle 5 bewirkt,
daß das Haupttragseilaufhängungsmittel 40 an
der Gondel 15 zu ziehen beginnt. Da die Einzelseile des
Aufhängungsmittels 40 unterschiedlich
lang sind, wird die Nutzlast 15 zur Unterseite der Hülle 5 gezogen,
und dies erzeugt in Verbindung mit dem Gewicht der Solarzellen 30 ein
Drehmoment um die Auftriebsmitte, was bewirkt, daß das Luftschiff
in eine geneigte Lage abzukippen beginnt.
-
Mit
weiter zunehmender Höhe
wird die Hülle 5 weiter
aufgeblasen und die Drehmomente beginnen sich auszugleichen. Der
Anordnung der Solarzellen 30 vor der Auftriebsmitte wird
durch das Gewicht der Nutzlast 15 und der Motoreinheit 6 gegengewirkt.
Schließlich
entsteht die Endgestalt des Körpers 4,
wenn sich auf die Hülle
ein Innendruck auswirkt, der größer ist
als der der Außenluft.
Dazu kommt es, wenn sich das Luftschiff seiner Überdruckhöhe annähert. Bei dieser Höhe stehen
die Kielflossen 7 steil nach oben und das Luftschiff dreht
sich in den Wind, wenn die Stabilität der Form des Körpers 4 sich
auszuwirken beginnt. Bei Erreichen der Betriebshöhe stellt die Feinabstimmung
der Gasfüllung und
des Gewichts des Luftschiffs sicher, daß sich das Luftschiff in der
richtigen Höhe
im Gleichgewicht befindet, ohne daß das Gewebe der Hülle 5 überbeansprucht
wird. Nachdem dies erreicht ist, können die Flugsteuersysteme
eingeschaltet werden und das Luftschiff kann auf normale Weise zu
seinem Betriebsort oder zu seiner Teststelle geflogen werden.
-
Der
Abstieg aus der Höhe
funktioniert auf umgekehrte Weise. Das Luftschiff wird in einen
Meeresbereich geflogen, der von Schiffahrts-/Luftstraßen gut
entfernt ist. Eine kleine Heliummenge wird aus der Hülle 5 abgestoßen, z.B. über eine
gesteuerte Explosion, durch die ein kleiner Ballon fester Größe platzt.
Die Systeme des Luftschiffs werden mit Ausnahme von wichtigen Ortsüberwachungsgeräten abgeschaltet
und das Luftschiff beginnt zur Erde abzusinken. Wenn das Luftschiff
auf das Meer fällt,
treibt es aufgrund seines Flächeninhalts
und des immer noch in der Hülle 5 eingeschlossenen
Heliums. Das treibende Luftschiff kann dann von einem Hilfsfahrzeug
aufgegriffen werden, um die verschiedenen Teile zu bergen, insbesondere
die Nutzlast 15 und die Motoreinheit 6.
-
Bei
dem gegenwärtigen
System des vertikalen Starts wird die Nutzlast 15 in der
Hülle 5 durch
ein System aus Haupt- und Ergänzungsaufhängungsseilen
getragen, die zusammen die Nutzlast sowohl in der vertikalen Starthöhe als auch
bei der Horizontalflugendhöhe
adäquat
tragen sowie für
einen automatischen Übergang
zwischen diesen Höhen
während des
Aufstiegs sorgen.
-
Durch
die lange erforderliche Flugdauer wird die Wahl von Solarzellen
als Basisstromquelle bestimmt. Die einzige andere Stromquelle, die
der Dauer angepaßt
wäre, wäre Atomenergie,
was aus offensichtlichen Gründen
als unpraktisch angesehen wird. Indem die Solarzellen über herkömmlichen
Wolkenhöhen
betrieben werden, sammeln sie während
der Tageslichtstunden Energie. Während
dieses Zeitraums treiben sie das Schiff an und laden auch einen umkehrbaren
Stromspeicher zur Verwendung während
der Nacht. Dieser umkehrbare Stromspeicher könnte eine beliebige geeignete
Form aufweisen, wie etwa Schwungräder, Batterien oder Brennstoffzellen. Brennstoffzellen
scheinen gegenwärtig
eine sinnvolle Lösung
zu sein und werden für
das Design gewählt. Das
vorgeschlagene spezifische Antriebsmittel ist deshalb ein großes Array
aus Solarzellen, das bei Tageslicht Strom zum Antrieb der Motoreinheit 6 liefert und
die Energiequelle der Brennstoffzellen regeneriert. Falls Wasserstoff-/-Sauerstoff-Brennstoffzellen gewählt werden,
wandelt der regenerative Strom Wasser durch Elektrolyse in seine
Gasbestandteile um. Die Stromquelle liefert außerdem den ganzen Strom, den
die Nutzlast und die Steuersysteme erfordern. Nachts wird die Nachfrage
an Antriebs- und anderem Strom dadurch befriedigt, daß die Brennstoffzellen
den Wasserstoff und den Sauerstoff kombinieren. Der elektrische
Strom steht somit 24 Stunden am Tag zur Verfügung, um die Motoreinheit 6 zu
bestromen, z.B. sich in Gegenrichtung drehende Propeller, die durch
hocheffiziente Duplexmotoren angetrieben werden, die auf koaxiale
Wellen wirken.
-
In
der Höhe
wird das Luftschiff ausschließlich durch
Signale gesteuert, die zwischen den Systemen des Luftschiffs und
Bodenstationen ausgetauscht werden.
-
Das
Luftschiff enthält
als Teil seiner Nutzlast 15 ein komplettes Positionierungssensorpaket.
Die Position wird in allen Achsen durch Mittel bestimmt, wie etwa
die Verwendung des weit verbreiteten „Global Positioning System" (GPS) oder durch
Trägheitsverfahren
oder durch Radarmittel. Positions- und Bewegungsdaten werden durch
Telemetriemittel an die steuernde Bodenstation weitergeleitet. Die
Bodenstation empfängt
und decodiert die Telemetriesignale und analysiert die erforderliche
Steuerantwort in etwa auf die gleiche Weise, wie dies durch den
Autostabilisator und den Autopiloten eines herkömmlichen Flugzeugs geschieht.
Etwaige korrigierende Steuereingangssignale werden fast in Echtzeit
an das Luftschiff zurückgeschickt.
Die korrigierende Steuerung wird in dem Luftschiff durch das Kegelrotorsystem implementiert,
das Längssteuerung
(Luftgeschwindigkeit), Längsneigung
(zur kurzfristigen Steuerung) und Giersteuerung (Lenkrichtung) ausübt.
-
Eine
langfristige oder grobe Höhensteuerung erhält man automatisch
durch Auftriebsmittel. Die anfängliche
Heliumfüllung
wird so berechnet, daß das Gas
das Hüllenvolumen
bei der nominellen Betriebshöhe
vollständig
ausfüllt.
Etwaige Störungen
in vertikaler Richtung verursachen deshalb eine Änderung des Drucks, d.h. der
Dichte, bezüglich
der Außenatmosphäre, was eine
Auftriebsänderung
in der korrekten Richtung zum Korrigieren des Fehlers verursacht.
Dieses System verursacht auf natürliche
Weise eine Eintagshöhenänderung,
wenn das Gas auf die Sonnenerwärmung
reagiert, doch liegt dies innerhalb der langfristigen Toleranz des
Systems.