ES2253803T3 - Cuerpo volador para el mantenimiento fundamentalmente estacionario a una altura hasta la estratosfera. - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN CUERPO VOLADOR DE NUEVO DISEÑO QUE ES ADECUADO PARA HACER REALIDAD UN NUEVO CONCEPTO DE TELECOMUNICACION Y PARA DETERMINAR VALORES DE MEDIDA FISICOS Y QUIMICOS ASI COMO PARA INFORMACION GRAFICA. PARA ELLO, EN EL CUERPO VOLADOR DE NUEVO DISEÑO VAN APLICADOS UNOS DISPOSITIVOS ADECUADOS DE TRANSMISION Y RECEPCION O UNOS SENSORES ADECUADOS PARA DETERMINAR VALORES DE MEDIDA FISICOS Y/O QUIMICOS ASI COMO INFORMACION GRAFICA. ESTE CUERPO VOLADOR ESTA DISEÑADO PARA PERMANENCIA ESENCIALMENTE FIJA EN ALTURAS HASTA LA ESTRATOSFERA Y COMPRENDE INSTALACIONES QUE SON ADECUADAS PARA MANTENER A UNA ALTURA PREVIAMENTE ESPECIFICADA EL CUERPO VOLADOR APROVECHANDO SU EMPUJE ASCENSIONAL AEROSTATICO, DISPOSITIVOS QUE SON ADECUADOS PARA MANTENER EL CUERPO VOLADOR EN UNA DETERMINADA POSICION DE LONGITUD Y LATITUD Y MEDIOS PARA ALIMENTAR EL CUERPO VOLADOR CON ENERGIA DESDE UNA ESTACION DE ALIMENTACION POR VIA INALAMBRICA. DE ESTA MANERA EXISTE LA POSIBILIDAD DE UNA TRANSMISIONDE INFORMACION ECONOMICA A BAJO COSTE Y CON BAJAS POTENCIAS DE EMISION (< 1 KW). LA ESTACION DE TRANSMISION DE INFORMACION OBJETO DE LA INVENCION ES ADEMAS FLEXIBLE Y SE PUEDE MANEJAR Y UTILIZAR FACILMENTE.

Description

Cuerpo volador para el mantenimiento fundamentalmente estacionario a una altura hasta la estratosfera.

La presente invención se refiere a un nuevo cuerpo volador adecuado para la realización de un nuevo concepto para las telecomunicaciones y para el registro y la transmisión de valores de mediciones físicas y químicas así como de información en imágenes.

En particular, la presente invención se refiere a un cuerpo volador para el mantenimiento esencialmente estacionario hasta la estratosfera, que está equipado con al menos una estación de emisión y de recepción, como estación de transmisión de información móvil, y que puede estar configurado además con una estación de suministro, como sistema de transmisión de información. Estas son adecuadas para transmitir información, por ejemplo mensajes y emisiones televisivas con una potencia de emisión baja y con un mayor alcance.

La invención se refiere además a una estación móvil de registro y de transmisión de datos que está equipada con sensores adecuados para el registro de valores de mediciones físicas y químicas así como de información en imágenes, como por ejemplo una estación móvil de datos meteorológicos y un sistema de información meteorológica mediante los que se pueden registrar y transmitir datos meteorológi-
cos.

En el caso de las técnicas conocidas para la transmisión de radio y/o de televisión se emplean por un lado postes de emisión de aproximadamente 50 a algunos cientos de metros, equipados con antenas adecuadas, que emiten los programas de radio y/o de televisión que se deben transmitir. Con este tipo de emisoras sólo son posibles alcances limitados por la altura limitada de las antenas y por las interferencias que se originan. Por otro lado, en las zonas montañosas surge el problema de que las zonas de valles se alcanzan de forma insuficiente, lo que hace necesario el empleo de convertidores.

Por lo demás, para la transmisión de radio y de televisión se utilizan satélites geoestacionarios que giran alrededor de la tierra a una distancia de aproximadamente 35700 Km. Ciertamente éstos no tienen el problema del alcance limitado, por eso para la transmisión son necesarias potencias de emisión altas. En el caso de los satélites, la potencia de emisión que se puede aplicar está limitada por la limitada masa de lanzamiento permitida en el caso de una vida útil del satélite predeterminada lo más larga posible. En consecuencia, aparecen problemas cuando se debe lograr una potencia de emisión mínima necesaria. Por consiguiente, son necesarios dispositivos de recepción especialmente sensibles.

Otro problema consiste en que los satélites conocidos deben disponer de un sistema electrónico muy fiable, duradero y seguro, de modo que durante toda su vida útil, que normalmente es de 10 a 15 años, pueda funcionar sin averías ni mantenimientos. Por consiguiente, es necesario introducir una redundancia de sistema determinada, de modo que en caso de avería de un componente esté disponible otro componente que pueda asumir la función del componente averiado. Por consiguiente, los satélites empleados actualmente son caros.

Los satélites empleados normalmente presentan células solares como suministro de energía, que proporcionan la energía necesaria y entregan la energía excedente a dispositivos de almacenamiento, de modo que dispongan también en la oscuridad de energía suficiente.

El transporte difícil y costoso de los satélites a su posición de trabajo representa problemas adicionales que complican su empleo espontáneo. Por ejemplo, los satélites no se pueden lanzar en cualquier momento, sino que se deben emplear intervalos de tiempo adecuados para su lanzamiento. Si se ha pasado el intervalo de tiempo, se debe esperar varios meses la mayoría de las veces hasta que se pueda volver a lanzar el satélite.

Por estos motivos y porque los satélites normalmente no vuelven a aterrizar, no es posible un mantenimiento o reparación con reutilización posterior en caso de medios justificables.

Puesto que los satélites conocidos son tan caros y costosos, no se fabrican para tener reservas, sino que casi siempre se producen para un propósito de aplicación específico. Únicamente los módulos individuales que se emplean en todos los satélites pueden fabricarse con una producción a gran escala y para que haya reservas. Por consiguiente, los satélites tienen un plazo de producción de 1 a 2 años antes de estar disponibles según el encargo. Por otro lado, puesto que los satélites no se pueden producir a gran escala, se incrementan adicionalmente los costes.

Los satélites también pueden, con un tiempo de rotación correspondientemente más corto, funcionar a una distancia menor de la superficie de la tierra. En este caso, es necesaria una red de satélites de modo que siempre se encuentre un determinado dispositivo de recepción al alcance de cualquier satélite. Este dispositivo de recepción sigue entonces normalmente el movimiento del satélite.

Por el documento EP-A-0385921 se conoce una aeronave que tiene un anclaje giratorio en el lado superior de la misma, en el que se colocan mediante dispositivos de conexión aviones no tripulados que dan vueltas alrededor del anclaje giratorio para mantener la aeronave a una altura predeterminada y dirigir su rumbo. Se puede suministrar energía a la aeronave desde una estación terrestre a través de microondas o láser.

Por el documento GB-A-2082995 se conoce un cuerpo volador que se puede emplear como aparato de comunicación y como aparato de registro de datos. Se mencionan como posibles mecanismos de empuje ascendente un empuje ascendente aerostático y un empuje ascendente aerodinámico, presentando el cuerpo volador además dispositivos de impulsión que permiten mantener al cuerpo volador en una posición predeterminada, por ejemplo un propulsor o un retropropulsor.

El documento FR-A-2709728 da a conocer un globo y con él un cuerpo volador con empuje aerostático. El estado del gas de carga del globo se puede ajustar mediante un suministro de energía a través de un emisor de alta frecuencia desde tierra.

Por el documento WO 9733790 se conoce un cuerpo volador que está diseñado para su disposición en la estratosfera. El cuerpo volador comprende dispositivos del tipo de navegación aérea para el aprovechamiento de un empuje ascendente aerostático a dos lados del mismo. Además, están previstos propulsores iónicos en un extremo de cada dispositivo de tipo de navegación aérea para mantener el cuerpo volador estacionario y dirigir el mismo.

La presente invención se basa en el objetivo de desarrollar un cuerpo volador con un coste adecuado y sencillo de manejar, desde el que se pueda transmitir información con las mismas condiciones de recepción con potencia de emisión inferior a la de los satélites convencionales, y que se pueda llevar a su posición de trabajo a corto plazo, es decir en uno o dos días.

Este objetivo se alcanza mediante un cuerpo volador según la reivindicación 1.

Las formas de realización preferidas son objeto de las reivindicaciones.

La presente invención se refiere por tanto a un cuerpo volador para el mantenimiento sustancialmente estacionario hasta la estratosfera, con dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador a una altura predeterminada aprovechando el empuje ascendente, dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador en una posición longitudinal y latitudinal predeterminada, y medios para suministrar al cuerpo volador energía desde una estación de suministro sin cables.

Además, el cuerpo volador se debe situar sustancialmente estacionario. "Sustancialmente" estacionario significa en este sentido "estacionario, salvo por fluctuaciones o desviaciones insignificantes en la aplicación correspondiente". El cuerpo volador comprende por tanto dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador a una altura predeterminada aprovechando el empuje ascendente. Estos se pueden realizar, por ejemplo, por cuerpos de empuje ascendente, especialmente globos. Por ejemplo, para un movimiento descendente el empuje ascendente del globo se puede reducir y, para un movimiento ascendente, aumentar. En caso de un globo lleno de gas, esto se puede producir dejando escapar gas o llenando con gas el recipiente de reserva. Además, el cuerpo volador según la invención comprende dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador en una posición longitudinal y latitudinal predeterminada. Además, el cuerpo volador sólo se debe posicionar de forma estacionaria durante su estado de funcionamiento.

Esto significa que, en primer lugar, el cuerpo volador se lleva desde la estación de suministro que se encuentra normalmente en tierra, a su posición predeterminada. Para ello está equipado preferiblemente con un dispositivo de reserva de energía adicional, por ejemplo un tanque de combustible, que proporciona la energía necesaria para ello. En cuanto ha alcanzado la altura predeterminada, lo que se puede determinar, por ejemplo, con ayuda de un altímetro o mediante un sistema de localización por satélite, se despliega por ejemplo un cuerpo de empuje ascendente que está previsto para mantener el cuerpo volador a una altura predeterminada.

Esta medida es necesaria para mantener el cuerpo volador propulsado a una altura predeterminada sobre un punto determinado de la superficie terrestre en contra de las fuerzas que actúan.

La estación de suministro, desde la que se ha lanzado el cuerpo volador, se puede encontrar también según el caso de aplicación en el mar o en el aire.

El cuerpo volador recibe ahora la energía que necesita para mantener la posición predeterminada directamente de la estación de suministro a través de técnicas de transmisión de energía inalámbricas, preferiblemente aprovechando ondas electromagnéticas. Sirva como ejemplo una fuente de láser dispuesta en la estación de suministro. En este caso, el cuerpo volador presenta un transformador fotoeléctrico, por ejemplo un panel solar. De forma alternativa, se pueden disponer en la estación de suministro un dispositivo de emisión de AF, por ejemplo un reflector parabólico, y dispositivos para acoplar la potencia de AF del dispositivo de emisión, y el cuerpo volador contiene un dispositivo de recepción de AF para recibir la potencia transmitida.

Si se emplea una fuente de láser, ésta se debe seleccionar de forma correspondiente para que transmita la suficiente potencia al cuerpo volador y para que la radiación de láser emitida por la misma se absorba poco en las capas de aire situadas entre el cuerpo volador y la estación de suministro. El transformador fotoeléctrico se optimiza preferiblemente para la recepción de la radiación de láser transmitida.

El cuerpo volador según la invención comprende además dispositivos para mantener el cuerpo volador en una posición longitudinal y latitudinal predeterminada. Éstos comprenden preferiblemente un dispositivo para determinar la posición longitudinal y latitudinal actual así como un dispositivo para corregir la posición longitudinal y latitudinal actual. El dispositivo para determinar la posición longitudinal y latitudinal actual comprende preferiblemente un sistema de localización por satélite, por ejemplo un sistema GPS. Además, el cuerpo volador según la invención puede comprender un dispositivo para la determinación precisa de la posición longitudinal y latitudinal real, que está configurado preferiblemente de tal modo que determina si el cuerpo volador obtiene en su posición actual la energía máxima que se puede transmitir y, en caso de no ser así, determina en qué punto obtendría el cuerpo volador la energía máxima que se puede transmitir, de modo que se pueda determinar fácilmente la posición correcta. Al utilizar un dispositivo para corregir la posición longitudinal y latitudinal actual, que, por ejemplo, comprende un retropropulsor común en la navegación espacial, por ejemplo un propulsor de haz iónico, o también, en caso de alturas inferiores, un propulsor aerodinámico, por ejemplo un propulsor de hélice, el cuerpo volador puede adoptar entonces la posición predeterminada.

El cuerpo volador según la invención también se puede construir como un anillo y realizar un movimiento giratorio alrededor del eje central del anillo. De este modo se estabiliza adicionalmente su posición.

El cuerpo volador según la invención se puede controlar mediante un control remoto dispuesto, por ejemplo, en la estación de suministro, de modo que éste adopte o abandone su posición de trabajo. En este sentido, se puede llevar a la posición deseada con ayuda de un dispositivo auxiliar, por ejemplo un portaaviones. El descenso se puede realizar entonces con ayuda de un paracaídas.

Sin embargo, adicionalmente o también de forma alternativa, el cuerpo volador puede comprender otro mecanismo más para el autocontrol autónomo. Éste controla entonces automáticamente el cuerpo volador hasta que ha alcanzado la posición de trabajo y se ha estabilizado, y provoca de forma autónoma el aterrizaje seguro del cuerpo volador en un lugar predeterminado.

La combinación de un control remoto con un mecanismo para el autocontrol autónomo tiene la ventaja de que, incluso en caso de una avería o daño externo del cuerpo volador, en el que, por ejemplo, ya no tenga ningún contacto con el control remoto, puede regresar de forma segura a un lugar predeterminado.

La estación de transmisión de información móvil según la invención comprende un cuerpo volador tal como se ha descrito anteriormente y además al menos un dispositivo de emisión y al menos uno de recepción.

Una estación de transmisión de información móvil de este tipo tiene la ventaja de que, en comparación con los satélites empleados actualmente, es rentable y puede transmitir información con baja potencia de emisión. De este modo, el emisor dispuesto en el cuerpo volador no necesita emitir a través de la antena de emisión ninguna potencia alta (< 1 KW), y los dispositivos de recepción empleados por los receptores individuales, por ejemplo en tierra o en un satélite, tampoco necesitan ser de alta sensibilidad. Por eso se puede reducir adicionalmente el precio de los sistemas de transmisión de información generalmente empleados. Además, una estación de transmisión de información de este tipo es bastante móvil. Según la necesidad, por ejemplo en caso de acontecimientos de gran interés para un ámbito de población amplio (juegos olímpicos, etc.), este tipo de estaciones de transmisión de información se pueden instalar rápidamente de manera local y sin un gran coste y desinstalar de nuevo al finalizar el evento. La desinstalación se puede realizar, por ejemplo, haciendo regresar el cuerpo volador a la tierra de forma análoga a un planeador.

Se pueden transmitir además comandos o información adicional a la estación de transmisión de información como en el caso de sistemas de satélite comunes.

Puesto que el cuerpo volador según la invención se puede manejar de un modo sencillo, es posible además hacerlo regresar en poco tiempo a la tierra para su mantenimiento o reparación o para la realización de mejoras. Por consiguiente, los componentes empleados para la fabricación del cuerpo volador, la estación de transmisión de información o la estación de registro y de transmisión de datos no necesitan satisfacer los severos requisitos de la electrónica espacial, sino que son suficientes los requisitos de la electrónica industrial. Por eso se reducen los costes de fabricación de las piezas correspondientes y también se pueden fabricar a escala industrial con plazos de producción más cortos.

El cuerpo volador según la invención puede además comprender sensores para registrar valores de mediciones físicas o químicas así como información en imágenes, así como al menos un dispositivo para enviar los datos registrados. Algunos ejemplos son sensores para registrar datos meteorológicos, sensores para la investigación química del aire ambiente, sensores de imágenes o dispositivos para la investigación espectroscópica de la atmósfera. Por ejemplo, un cuerpo volador que está situado a una altura de aproximadamente 100 a 300 m puede estar equipado con una cámara para captar imágenes, la cual envía luego las imágenes captadas a un receptor.

Especialmente, el cuerpo volador según la invención se puede aproximar a una localización adecuada en la estratosfera para investigar la capa de ozono.

El cuerpo volador según la invención está diseñado para situarse de manera estacionaria a una altura hasta la estratosfera, preferiblemente a una altura de 25 a 50 km. A una altura tan elevada existe una capa de aire estable de modo que se evitan en gran medida las turbulencias comunes en las capas de aire inferiores. Sin embargo, también se puede situar a otras alturas. Por ejemplo, dependiendo de la finalidad de uso, se puede situar a una altura de aproximadamente 100 a 300 m.

La presente invención se describe más concretamente a continuación tomando como referencia la figura adjunta.

En la figura 1 el número de referencia 1 indica un cuerpo volador con dos cuerpos 3 de empuje ascendente. El número de referencia 2 indica una estación de suministro con una estación 5 de emisión, que envía los datos que se van a transmitir al dispositivo de emisión y de recepción dispuesto en el cuerpo volador y que proporciona la energía necesaria para el suministro de energía del cuerpo volador. Por supuesto, la estación de emisión y de recepción para la transmisión de datos y la estación de emisión y de recepción para el suministro de energía pueden estar separadas espacialmente en la estación de suministro. Además, en otro lugar puede estar prevista otra estación de emisión adicional para la transmisión de información a la estación de emisión y de recepción que está dispuesta en el cuerpo volador. El cuerpo volador se encuentra alejado de la tierra a una altura de aproximadamente 25 km.

Las señales recibidas por el dispositivo 6 de recepción dispuesto en el cuerpo volador son procesadas y/o almacenadas si es necesario en un dispositivo 7 de procesamiento antes de su emisión y se emiten de nuevo a través de un dispositivo 4 de emisión. En este caso, se diseña la forma del dispositivo de emisión que se va a emplear de forma correspondiente a la característica de emisión que se debe lograr, que depende en particular del tamaño y la forma de la zona de suministro. Por ejemplo, se prefiere un dipolo \lambda/4 con una característica omnidireccional correspondiente que permite una emisión de las señales en dirección a la tierra pero no en dirección al espacio.

La radiación electromagnética emitida desde el emisor 5 de energía se transforma en energía eléctrica por el dispositivo de recepción dispuesto en el cuerpo volador 1, que representa la energía de suministro necesaria y/o que complementa la energía de suministro que se encuentra a bordo.

De forma alternativa, se puede suministrar energía al cuerpo volador según la presente invención de forma autónoma empleando células solares y solo en casos especiales, cuando el depósito de energía interno del cuerpo volador está casi agotado, se proporciona energía adicional desde la estación de suministro para completar sus reservas de energía.

En este caso, se puede realizar el posicionamiento preciso del cuerpo volador empleando una radiación de información enviada desde una estación de suministro o una estación de emisión.

Claims (18)

1. Cuerpo volador para el mantenimiento esencialmente estacionario hasta la estratosfera, con:

dispositivos (3) que son adecuados para mantener el cuerpo volador a una altura predeterminada aprovechando el empuje ascendente aerostático, que presentan cuerpos de empuje ascendente que se despliegan en cuanto se ha alcanzado la altura predeterminada;

dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador en una posición longitudinal y latitudinal predeterminada; y

medios (6) para suministrar energía al cuerpo volador de manera inalámbrica desde una estación (2) de suministro.

2. Cuerpo volador según la reivindicación 1, en el que se realiza el suministro inalámbrico de energía por medio de ondas electromagnéticas.

3. Cuerpo volador según la reivindicación 2, en el que los medios para el suministro inalámbrico de energía comprenden una fuente de láser dispuesta en la estación (2) de suministro y un transformador fotoeléctrico dispuesto en el cuerpo volador.

4. Cuerpo volador según la reivindicación 2, en el que los medios para el suministro inalámbrico de energía comprenden un dispositivo (5) de emisión de alta frecuencia dispuesto en la estación (2) de suministro, dispositivos para acoplar la potencia de alta frecuencia desde el dispositivo de emisión de alta frecuencia así como un dispositivo (6) de recepción de alta frecuencia dispuesto en el cuerpo volador.

5. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, con además un dispositivo de reserva de energía que proporciona energía para que el cuerpo volador ascienda desde la estación de suministro hasta la altura predeterminada.

6. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador a una altura predeterminada comprenden uno o más cuerpos de empuje ascendente.

7. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, con además una o dos alas aerodinámicas.

8. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los dispositivos que son adecuados para mantener el cuerpo volador en una posición longitudinal y latitudinal predeterminada comprenden un dispositivo para determinar la posición longitudinal y latitudinal actual así como un dispositivo para corregir la posición longitudinal y latitudinal actual.

9. Cuerpo volador según la reivindicación 9, en el que el dispositivo para determinar la posición longitudinal y latitudinal actual comprende un sistema GPS.

10. Cuerpo volador según la reivindicación 8 ó 9, con además un dispositivo para la determinación precisa de la posición longitudinal y latitudinal actual, que comprende un dispositivo que es adecuado para determinar si el cuerpo volador ocupa el lugar en el que se puede transmitir la máxima energía.

11. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el dispositivo para corregir la posición longitudinal y latitudinal actual comprende un retropropulsor y/o un propulsor aerodinámico.

12. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, que está construido como un anillo y que comprende medios para realizar un movimiento giratorio alrededor del eje central del anillo.

13. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, con además un mecanismo que es adecuado para iniciar y/o provocar un proceso de despegue y/o aterrizaje autónomo del cuerpo volador.

14. Cuerpo volador según una de las reivindicaciones anteriores, con además uno o más sensores para el registro de valores de mediciones físicas y/o químicas así como de información en imágenes.

15. Estación móvil de transmisión de información con un cuerpo volador según una de las reivindicaciones 1 a 13, que contiene al menos un dispositivo de emisión y al menos uno de recepción.

16. Estación móvil de registro y de transmisión de datos con un cuerpo volador según la reivindicación 14 y al menos un dispositivo para emitir los datos registrados.

17. Sistema de transmisión de información con una estación móvil de transmisión de información según la reivindicación 15 y una estación de suministro.

18. Sistema de registro y de transmisión de datos con una estación móvil de registro y de transmisión de datos según la reivindicación 16 y una estación de suministro.