IT202100011987A1

IT202100011987A1 - Piattaforma aerea più leggera dell'aria dotata di sistemi di controllo della traiettoria e di antenne gonfiabili per trasmissione dati e potenza

Info

Publication number: IT202100011987A1
Application number: IT102021000011987A
Authority: IT
Inventors: Victor Miherea; Gabriele Sartor
Original assignee: Stratobotic S R L
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2021-08-10
Also published as: WO2022237995A1

Description

Descrizione dell?Invenzione Industriale avente per titolo:

?PIATTAFORMA AEREA PIU? LEGGERA DELL?ARIA DOTATA DI SISTEMI DI CONTROLLO DELLA TRAIETTORIA E DI ANTENNE GONFIABILI PER TRASMISSIONE DATI E POTENZA?

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una piattaforma aerea pi? leggera dell?aria la quale include una o pi? camere gonfiabili addizionali, le quali integrino sensori oppure telecamere oppure antenne che siano in grado di essere puntate verso specifici oggetti al suolo o in volo per interagire con segnali radio, onde elettromagnetiche, raggi luminosi o laser provenienti da sorgenti esterne o ad esse diretti.

Alcune piattaforme aeree pi? leggere dell?aria attualmente proposte sono composte da pi? camere gonfiabili o palloni connessi tra loro e possono stazionare su un?area precisa del suolo, ma nessuna delle soluzioni attuali integra al proprio interno antenne gonfiabili in grado di essere puntate, meccanicamente oppure elettronicamente, verso segnali o obiettivi esterni e partecipare al contempo al controllo del volo della piattaforma stessa, sviluppando forze verticali statiche (per effetto Archimede) oppure forze aerodinamiche (portanza e resistenza), il tutto sotto il controllo di unit? di elaborazione a bordo oppure di eventuali operatori a terra. Inoltre non vi ? alcun riferimento al fatto che un sistema di questo genere possa ricevere energia da altri oggetti, presenti in volo o a terra, tramite la ricezione di segnali radio o raggi luminosi o laser da questi trasmessi, per utilizzarla nel controllo del proprio volo ed eventualmente accumularla a bordo. Ad esempio il brevetto ?Systems and applications of lighter-than-air (LTA) platforms? (US9678193B2, ) e altri simili propongono una rete di piccole piattaforme aeree pi? leggere dell?aria per la trasmissione di segnali radio, facente uso di antenne a bassa direttivit? e basso guadagno, non si propongono quindi antenne brandeggiabili o antenne gonfiabili di alcun genere ed i sistemi di controllo del volo sono relativi alla sola variazione della quota di volo essendo le piattaforme sprovviste di propulsori e superfici aerodinamiche. Il brevetto ?Multibody aircrane? (US8157205B2, ) e altri simili, propongono invece una piattaforma pi? leggera dell?aria composta da due o pi? elementi gonfiabili connessi da un cavo di lunghezza variabile ed eventualmente dotati di sistema propulsivo e superfici aerodinamiche in grado di generare portanza ed eventualmente mantenere una posizione fissa rispetto al suolo, ma non vi ? alcun accenno alla possibilit? che uno dei palloni o delle camere gonfiabili che compongono il sistema e che sostentano il volo possa essere orientato in modo da puntare verso uno specifico obiettivo a terra o in volo, nemmeno che questi possano includere antenne gonfiabili. Il brevetto ?Information processing apparatus and information processing method? (US10267949B2, ) ed altri simili, propongono piattaforme volanti pi? leggere dell?aria, ma non prevedono antenne gonfiabili al loro interno. I brevetti ?Ground based inflatable antenna? (US20060071872A1, ), ?Automatically Deployable Communications System? (US20140266970A1, ) ed altri simili, propongono invece antenne gonfiabili di varie tipologie e complessit? per applicazioni a terra eventualmente composte da pi? camere gonfiabili annidate, non vi ? per? alcun riferimento a soluzioni per un loro utilizzo in volo. Il brevetto ?Spherical reflector antenna for terrestrial and stratospheric applications? (US20180198214A1, ) ed altri simili, descrivono antenne tipicamente sferiche dotate di una singola camera gonfiabile e di apparti per il puntamento elettronico da utilizzarsi nello spazio a bordo di satelliti o in stratosfera, non c?? alcun riferimento a metodi congiunti di puntamento meccanico ed elettronico della antenna, installazione contemporanea sullo stesso velivolo di pi? antenna in grado di operare come ripetitori radio e nemmeno riferimenti alla possibilit? che la antenna sia una parte integrante del sistema di volo contribuendo al controllo della sua traiettoria.

La presente invenzione si pone invece l?obiettivo di realizzare un velivolo pi? leggero dell?aria, composto da due o pi? elementi gonfiabili (come palloni, dirigibili oppure contenitori flessibili e pieni di gas), connessi tra loro mediante cavi o altri elementi mobili o estensibili, dei quali almeno uno sia in grado di scostarsi di una distanza variabile rispetto ad almeno uno degli altri e dei quali almeno uno si componga di una antenna gonfiabile la quale possa essere orientata meccanicamente verso direzioni o obiettivi specifici, a terra o in volo, fissi o mobili. La antenna gonfiabile contribuisce al sostentamento e al controllo del volo del velivolo generando una propria forza ascensionale (per effetto Archimede) che, qualora la antenna gonfiabile possa essere allontanata o avvicinata ad uno o pi? palloni vettori mediante cavi estensibili o altre soluzioni simili come descritto in precedenza, potr? essere modulata e modificata durante il volo per permettere una variazione di quota dell?intero sistema. Inoltre essendo variabile la distanza di almeno uno degli elementi gonfiabili rispetto al resto del corpo del velivolo, tale elemento si trover? a volare ad una quota diversa rispetto a quella del resto del velivolo e potr? generare una forza ascensionale statica (i.e. Archimede) e/o forze aerodinamiche (i.e. portanza e resistenza) prestabilite per effetto delle diverse condizioni atmosferiche presenti alle due diverse quote. Tali forze potranno essere modulate, variando la distanza tra gli elementi gonfiabili, in modo da operare variazioni di traiettoria del velivolo, incluso eventualmente il mantenimento della propria posizione rispetto al suolo. Inoltre la antenna gonfiabile potr? essere orientata meccanicamente oppure puntata elettronicamente verso un obiettivo prestabilito, assicurando la ricezione o l?invio di segnali radio ad elevata prestazione. La antenna gonfiabile potr? inoltra ospitare pannelli solari che potranno essere puntati verso il Sole oppure telecamere o altri tipi di sensori, allargando il campo di applicazioni del sistema e migliorandone le prestazioni generali. In aggiunta la piattaforma potr? includere un sistema propulsivo e un paracadute che ne permettano il controllo del volo e il recupero, a terra o in mare, per un successivo riutilizzo. Infine il cavo di sospensione presente tra i palloni o dirigibili che compongono il velivolo oggetto della presente invenzione, potr? ospitare sistemi di illuminazione, led o altri tipi di lampade in grado di generare un segnale luminoso entro alcune direzioni prestabilite.

La Figura 1 descrive una semplice implementazione del sistema proposto, composta da un pallone vettore (100) al di sotto del quale ? sospeso un cavo (200) alla cui estremit? ? assicurato un aliante o piccolo aeroplano (300) dotato di apparato propulsivo (400) e superfici aerodinamiche (500). Sotto l?aliante ? inserita una sfera gonfiabile (600) riempita di elio o altro gas, la quale compone la antenna gonfiabile. La antenna pu? essere dotata di sistemi per il puntamento elettronico, ma anche di attuatori meccanici per il suo puntamento meccanico (700) i quali ne permettono il movimento su uno o pi? assi di rotazione (800). Anche le ali e superfici aerodinamiche (500) possono essere realizzate ricorrendo a sistemi gonfiabili e quindi sviluppare una forza ascensionale statica, oltre che una forza aerodinamica.

La Figura 2 mostra il sistema da noi proposto in una pi? complessa forma di realizzazione la quale include quattro antenne sferiche gonfiabili (600). Inoltre l?aliante (300) sospeso al pallone vettore principale (100) si compone di superfici aerodinamiche (500), apparato propulsivo (400) e un ulteriore elemento gonfiabile centrale che ne compone la fusoliera (301).

La Figura 3 descrive una versione differente del sistema oggetto della presente invenzione, il quale non dispone di elementi meccanici di puntamento meccanico delle antenne gonfiabili (600) essendo le antenne dotate unicamente di sistemi di puntamento elettronici. Inoltre il sistema ? qui dotato di un sistema propulsivo pi? complesso nel quale i motori possono essere ruotati in modo da generare una spinta non solamente nella direzione di volo ma anche verso l?alto oppure verso il basso (401). Il sistema ? ora qui inoltre dotato di pannelli solari nella parte centrale della fusoliera dell?aliante (900). In aggiunta l?aliante ? anche provvisto di un paracadute oppure parafoil (302) che, dopo la separazione dal pallone vettore, ne facilita il sicuro e controllato recupero a terra o in mare.

La Figura 4 descrive alcune possibili implementazioni delle antenne gonfiabili. La forma presa principalmente in considerazione ? sferica, ma ? possibile realizzare antenne gonfiabili aventi altre forme come ad esempio cilindrica o ellittica. La antenna include tipicamente una o pi? superfici riflettenti (601) che possono rivestire le pareti esterne del gonfiabile (come descritto in figura 4-B) oppure di una o pi? camere gonfiabili interne (607) come descritto in figura 4-A. Tale superfice riflettente permette di concentrare la luce oppure le onde elettromagnetiche (602), che compongono il segnale radio da ricevere o trasmettere, verso un ricetrasmettitore o feed (603) posto entro la antenna gonfiabile oppure nelle sue immediate vicinanze. In alternativa la antenna gonfiabile pu? essere dotata di sensori o pannelli solari (604) posti su una parte della sua parete esterna (come in figura 4-C) in modo da poter ricevere la luce del Sole o altri tipi di radiazione (605). La antenna gonfiabile sar? poi dotata di una o pi? valvole o condotti (606) per il suo opportuno gonfiaggio, a terra prima del volo oppure durante il volo, e per il gonfiaggio delle eventuali camere multiple e interne di cui si pu? comporre (607).

La Figura 5 descrive uno dei metodi di utilizzo del velivolo oggetto della presente invenzione. Il segnale radio (602) viene ricevuto da una delle antenne gonfiabili e ritrasmesso da una seconda antenna realizzando un vero e proprio sistema di data-relay ad elevate prestazioni e in tempo-reale. Da notare che sia l?apparato ricetrasmettitore che il sistema propulsivo, oltre che tutti gli attuatori e sensori di bordo non rappresentati in figura, sono collegati ad un sistema elettronico di controllo del volo (303). Da notare inoltre che il segnale radio ricevuto dalla prima antenna gonfiabile pu? essere rielaborato prima della sua ritrasmissione, ad esempio mediante modifica di frequenza o fase del segnale oppure amplificazione oppure mediante elaborazione del suo contenuto informativo, oppure pu? essere ritrasmesso senza alcuna modifica, permettendo al sistema oggetto della presente invenzione di funzionare come un vero e proprio ponte radio passivo.

La Figura 6 descrive un modo di implementazione e utilizzo del velivolo oggetto della presente invenzione nel quale una parte della energia necessaria al suo funzionamento viene estratta dal segnale radio ricevuto. La figura in questione descrive con maggiore precisione il sistema elettronico di controllo del volo (303) gi? indicato nella figura precedente. Il segnale radio (602) in questo caso viene trasmesso dalla sorgente esterna ad una intensit? elevata e, dopo essere stato ricevuto dal primo ricetrasmettitore (603) e inviato ad uno smistatore di segnale (304), viene inviato ad un sistema elettronico di gestione della energia di bordo, power management (306), il quale alimenta il sistema propulsivo (400) ed eventualmente altri sistemi di bordo, non rappresentati in figura, inclusa una batteria ricaricabile per l?accumulo della energia in eccesso. Nel caso in cui il segnale ricevuto contenga anche un contenuto informativo da ritrasmettere ad un altro ricevitore esterno, lo smistatore di segnale (304) alimenter? anche un sistema elettronico per la gestione del segnale, data management (305), che lo invier? al trasmettitore della seconda antenna gonfiabile (603), se necessario opportunamente rielaborato. La figura mostra inoltre il sistema di dispiegamento (307) del cavo di sospensione (200) presente tra il pallone vettore e l?aliante. Il sistema di dispiegamento (307) ? qui composto da un motore elettrico provvisto di una carrucola in grado di avvolgere il cavo sotto il controllo di una unit? elettronica non rappresentata in figura. ? possibile per? fare uso di sistemi alternativi.

La Figura 7 infine descrive il metodo di controllo del volo ed un sistema opzionale di illuminazione e generazione di segnali luminosi che il velivolo oggetto della presente invenzione ? in grado di costruire. Nella figura 7-A viene rappresentato il pallone vettore (100) e l?aliante o aeroplano (300) ad esso sospeso mediante un cavo di sospensione (200). Variando opportunamente la lunghezza del cavo (200) il pallone vettore (100) e l?aliante (300) si trovano a due quote di volo differenti le quali sono soggette a due diverse condizioni meteorologiche, densit? dell?aria e soprattutto venti. Il pallone vettore sar? soggetto a venti (201) diversi da quelli a cui ? soggetto l?aliante (202). Il pallone vettore genera quindi una forza ascensionale (101) ed una forza di attrito con l?aria (102). L?aliante sottostante invece sar? eventualmente soggetto ad una forza di trazione orizzontale (301), generata dal flusso di aria orizzontale (305) prodotto dai propulsori (400), ma anche da una forza verticale che potr? essere rivolta verso l?alto (303) oppure verso il basso (304). La intensit? della forza di trazione (301), della forza verticale complessiva (che ? la risultante della somma delle forze 303 oppure 304 e 101) e quindi della quota e traiettoria di volo del sistema completo, saranno regolati dai sistemi elettronici di bordo oppure da un sistema di controllo remoto a terra (presenti ma non rappresentati nelle figure) mediante la esecuzione di almeno una parte delle seguenti azioni: la variazione di lunghezza del cavo (200), la variazione di intensit? e direzione (come gi? descritto in Figura 3) del flusso di aria generato dal sistema propulsivo (305), il movimento di superfici mobili presenti sulle ali o altre superfici aerodinamiche (500) (in modo da generare portanza o deportanza oppure altre forze aerodinamiche orizzontali o laterali) oppure variando (a terra prima del lancio oppure in volo) il livello di riempimento di gas di almeno uno degli elementi gonfiabili di cui il nostro velivolo ? composto.

La Figura 7 mostra inoltre la possibile predisposizione di lampade, led o altri sistemi di illuminazione (203) lungo il cavo di sospensione (200). Come mostrato in figura 7-B, un certo numero di velivoli oggetto della presente invenzione pu? essere posto in volo coordinato in modo da costituire una formazione fissa in cielo e, agendo per accendere una parte delle lampade (204) e spegnerne la restante parte (205), uno o pi? osservatori remoti a terra o in volo potranno vedere e identificare un certo simbolo o scritta, eventualmente mobile o lampeggiante.

La Figura 8 mostra una diversa forma di realizzazione nella quale la antenna (600) ? posta tra il pallone vettore (100) e l?aliante (300). La antenna ? ora mossa o puntata da cavi o tiranti (200) ai quali possono essere connessi attuatori o motori (700).

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Piattaforma aerea pi? leggera dell?aria costituita da due o pi? elementi gonfiabili (100), palloni oppure dirigibili, un sistema propulsivo (400), superfici aerodinamiche (500) di sostentazione e controllo del volo opzionalmente gonfiabili e un sistema elettronico di bordo (303), in cui almeno due degli elementi gonfiabili, palloni o dirigibili che la compongono sono collegati tra loro da uno o pi? cavi (200) che li pongono a due quote di volo differenti; detta piattaforma comprendendo inoltre:

o un attuatore di sgancio che separa oppure sgonfia almeno uno dei moduli gonfiabili o palloni o dirigibili che si trovano all?apice della piattaforma e che permette al resto del sistema di scendere in modo controllato per essere poi recuperato a terra o in mare;

e caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre:

o almeno uno degli elementi gonfiabili che genera una propria forza verticale per effetto Archimede che ? una antenna (600) per la ricezione o l?invio di segnali radio, luce o radiazioni mediante l?uso di specifici sensori o telecamere.

2. Piattaforma aerea secondo la rivendicazione 1, in cui uno o pi? di detti cavi di collegamento possono essere allungati o accorciati in tempo reale durante il volo mediante attuatori o motori che agiscono sotto il controllo di apparati elettronici di bordo dotati di sensori di posizione (604) o misuratori della distanza reciproca tra alcuni degli elementi che compongono la piattaforma di volo.

3. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta antenna gonfiabile ? provvista di sistemi di puntamento, della antenna stessa o del segnale o radiazione che essa riceve o trasmette, verso una direzione desiderata o verso un oggetto fisso o verso un oggetto in movimento, detto puntamento essendo di tipo elettronico o meccanico provvisto di uno o pi? attuatori o motori (700) e detto puntamento avvenendo sotto il controllo del sistema elettronico di bordo e sotto il monitoraggio e controllo di un sistema elettronico o manuale remoto posto a terra.

4. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui una parte del tessuto interno o esterno di detta antenna gonfiabile sia ricoperto di materiale riflettente le radiazioni elettromagnetiche, oppure materiale riflettente la luce visibile, oppure pannelli fotovoltaici oppure specchi.

5. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema riceve alimentazione elettrica da pannelli solari fotovoltaici oppure batterie interne oppure da una o pi? antenne che assorbono radiazioni elettromagnetiche o segnali radio o linee di comunicazione senza filo provenienti da sorgenti esterne poste a terra o in volo o in orbita.

6. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno uno degli elementi gonfiabili, palloni o dirigibili che lo compongono possa essere sgonfiato o rigonfiato durante il volo sotto il controllo automatico di un sistema elettronico di bordo o sotto il monitoraggio e controllo remoto di un sistema elettronico automatico o manuale posto a terra.

7. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i propulsori sono dotati di sistemi per orientare o dirigere la spinta in direzione orizzontale, verticale oppure in direzione diagonale, sotto il controllo di un sistema elettronico automatico a bordo o un sistema remoto di controllo o monitoraggio manuale posto a terra.

8. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui, lungo detti uno o pi? cavi di sospensione, sono alloggiati uno o pi? paracadute (302), opzionalmente provvisti di cavi ed attuatori per il controllo della loro traiettoria di planata, i quali si gonfiano a seguito del comando di separazione o dello scoppio di almeno uno dei palloni che compongono il sistema e dove detti paracadute in seguito permettono una riduzione della velocit? di discesa del sistema o il controllo della sua traiettoria di discesa.

9. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui, lungo detti uno o pi? cavi di sospensione, sono alloggiati uno o pi? lampade o sistemi di illuminazione o led (203) i quali generano una luce visibile a grande distanza e che siano regolabili da un apposito sistema elettronico a bordo per spegnersi o accendersi o variare la propria intensit? o il proprio colore oppure la direzione di propagazione della luce emessa.

10. Piattaforma aerea secondo una delle rivendicazioni precedenti, la quale viene controllata in volo per operare in sciame con una o pi? piattaforme simili, in modo da mantenere entro un certo limite la loro distanza reciproca, cos? da assicurare la osservazione dello stessa area al suolo oppure la ricezione di segnali o radiazioni provenienti dalla stessa antenna posta a terra oppure l?invio di segnali o radiazioni alla stessa antenna posta a terra oppure la propria visibilit? secondo una prefissata geometria o forma da parte di un osservatore posto a terra.