DE60010435T2 - Startverfahren für hochfliegende luftschiffe - Google Patents

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DE60010435T2
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64BLIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/66Mooring attachments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64FGROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F1/00Ground or aircraft-carrier-deck installations
    • B64F1/12Ground or aircraft-carrier-deck installations for anchoring aircraft
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Description

  • 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.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Starten einer aufblasbaren Luftschiffvorrichtung (3) zum späteren Aufstieg auf große Höhe zum Betrieb als Luftschiff mit einem aus einer aufgeblasenen flexiblen Gaseinschlußhülle (5) gebildeten Körper (4), Nutzlastmitteln (15), Antriebsmitteln (6), die am Heck des Körpers montiert sind, und Seilaufhängmittel (26, 27) zum Tragen des Nutzlastmittels (15) im Körper (4), verbunden mit dem Antriebsmittel (6) und mit dem Körper an oder neben einem Nasenteil des Körpers, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: teilweises Aufblasen der Gaseinschlußhülle (5) 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 (10) ansteigt, damit die teilweise aufgeblasene Gaseinschlußhülle (5) in einer Startposition positioniert wird, und nachfolgendes Freilassen der teilweise aufgeblasenen Gaseinschlußhülle (5) von ihrer Startposition durch eine offene Oberseite der vertikalen Umbauung, so daß die Hülle von der vertikalen Umbauung (10) weg ansteigt und das Nutzlastmittel (15) und Antriebsmittel (6) mit Hilfe des Seilaufhängmittels hochhebt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein normalerweise verschlossenes Verschlußmittel (11) an der Oberseite der vertikalen Startumbauung (10) geöffnet wird, wenn die teilweise aufgeblasene Gaseinschlußhülle (5) zur Freilassung von ihrer Startposition bereit ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der Gaseinschlußhülle (5) in ihre Startposition und danach durch die offene Oberseite der vertikalen Startumbauung (10) durch Seilhaltemittel (20) eingeschränkt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der Hülle (5) durch von Winden ablaufende einschränkende Seile (20) gesteuert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der einschränkenden Seile (20) mit der Hülle (5) freigegeben wird, nachdem das angehobene Antriebsmittel (6) über die Oberseite der vertikalen Startumbauung (10) angestiegen ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein kleinerer Anteil, zum Beispiel zwischen 5–10%, bevorzugt zwischen 6–8%, des vollständig aufgeblasenen Volumens der Gaseinschlußhülle (5) anfänglich mit dem gasförmigen Medium (z.B. Helium) bei standardmäßiger Temperatur und Druck (STP) gefüllt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Solarzellenmittel (30) zum Bestromen des Luftschiffs bei Betrieb an der Gaseinschlußhülle (5) befestigt werden, wenn sich letztere in ihrer Startposition befindet.
  8. Aufblasbare Luftschiffvorrichtung (3), die zum Aufstieg auf große Höhe zum Betrieb als ein Luftschiff mit einem länglichen Körper (4) bestimmt ist, wobei die Luftschiffvorrichtung eine Gaseinschlußhülle (5), die aufgeblasen werden kann, um den länglichen Körper (4) zu bilden, Nutzlastmittel (15) in der Gaseinschlußhülle (5), Antriebsmittel (6), die mit der Hülle (5) in einem Gebiet des letzteren verbunden sind, das dazu bestimmt ist, das Heck des aufgeblasenen Körpers (4) zu bilden, und Seilmittel (26, 27), die das Nutzlastmittel (15) und das Antriebsmittel (6) mit einem Verbindungsteil der Gaseinschlußhülle verbinden, der sich am Bugende des aufgeblasenen Körpers befinden soll, aufweist, wobei die Seilmittel (26, 27) so ausgelegt sind, daß sie das Gewicht des Nutzlastmittels und des Antriebsmittels (6) von dem Verbindungsteil aus tragen, wenn die Gaseinschlußhülle (5) teilweise aufgeblasen ist und mit ihrem Bugende ganz oben angeordnet ist.
  9. Startstation (2) zum Starten einer aufblasbaren Luftschiffvorrichtung (3) auf große Höhe, wobei die Startstation (2) eine vertikale Umbauung (10), eine Startrampe (14) am Boden der vertikalen Umbauung (10), damit die Luftschiffvorrichtung (3) 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 (10) in eine Startposition ansteigen kann, und Windemittel mit einschränkenden Seilmitteln (20) zur Verbindung mit der zur startenden Luftschiffvorrichtung (3) zum Steuern des Aufstiegs der Luftschiffvorrichtung von der Startrampe (14), enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Startstation weiterhin an der Oberseite der vertikalen Umbauung (10) Verschlußmittel (11) enthält, die geöffnet und geschlossen werden können, und daß sich das Windemittel am Boden der vertikalen Umbauung befindet und bei Verwendung das Ablaufen des einschränkenden Seilmittels steuert, so daß der Aufstieg der Luftschiffvorrichtung von der Startrampe (14) in die Startposition und danach von der Startposition durch die Oberseite der Umbauung gesteuert wird, wobei sich das Verschlußmittel (11) in seiner offenen Position befindet.
  10. Startstation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein aufblasbarer Kragen (13) um eine Öffnung an der Oberseite der vertikalen Umbauung (10) vorgesehen ist.
DE60010435T 1999-02-09 2000-02-08 Startverfahren für hochfliegende luftschiffe Expired - Lifetime DE60010435T2 (de)

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GB9902876 1999-02-09
GB9902876A GB2346594B (en) 1999-02-09 1999-02-09 Launching of high altitude airships
PCT/GB2000/000386 WO2000047467A1 (en) 1999-02-09 2000-02-08 Launching of high altitude airships

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