JP2995296B1 - Energy transfer method between ground and stratospheric airship - Google Patents

Energy transfer method between ground and stratospheric airship

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JP2995296B1
JP2995296B1 JP26921998A JP26921998A JP2995296B1 JP 2995296 B1 JP2995296 B1 JP 2995296B1 JP 26921998 A JP26921998 A JP 26921998A JP 26921998 A JP26921998 A JP 26921998A JP 2995296 B1 JP2995296 B1 JP 2995296B1
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田 昌 彦 恩
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Abstract

【要約】 【課題】 成層圏の弱風帯に滞留させて、通信中継や環
境観測、孤立した離島・被災地・事故現場等への応急電
力の供給等に利用する成層圏飛行船に、その飛行船自体
の滞留のための動力や飛行船本来の機能遂行のための動
力を効率よく伝送できるようにする。 【解決手段】 成層圏の弱風帯に滞留する係留飛行船2
を地上の係留基地1に係留索3により係留させ、係留基
地1と係留飛行船2との間で、係留索3に沿う光ファイ
バーを通してレーザによるエネルギー伝送を行う。係留
飛行船2においては、光電変換によりその飛行船自体の
滞留のための動力を得ると同時に、伝送を受けたエネル
ギーを、その係留飛行船2から成層圏又はその近辺に滞
留する第2の飛行船12に高出力レーザLにより空中無
線伝送する。
[Summary] [Problem] A stratospheric airship that stays in a weak wind zone in the stratosphere and is used for communication relay, environmental observation, supply of emergency power to isolated islands, disaster areas, accident sites, etc. It is possible to efficiently transmit power for staying and power for performing an original function of an airship. SOLUTION: A moored airship 2 staying in a weak wind zone in the stratosphere
Is moored to the mooring base 1 on the ground by the mooring line 3, and energy transmission by laser is performed between the mooring base 1 and the mooring airship 2 through an optical fiber along the mooring line 3. In the moored airship 2, the power for staying of the airship itself is obtained by photoelectric conversion, and at the same time, the transmitted energy is output from the moored airship 2 to the second airship 12 that is staying in or near the stratosphere. Aerial wireless transmission is performed by the laser L.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、成層圏の弱風帯に
滞留させて、通信中継や環境観測、動力伝送の中継、孤
立した離島・被災地・事故現場等への応急電力の供給、
その他の目的に利用する成層圏飛行船に、その飛行船自
体の滞留のための動力や飛行船本来の機能遂行のための
動力の供給に適用する地上と成層圏飛行船との間のエネ
ルギー伝送方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for relaying communications, monitoring the environment, relaying power transmission, supplying emergency power to isolated islands, disaster-stricken areas, accident sites, etc., by staying in a weak wind zone in the stratosphere.
The present invention relates to a method for transmitting energy between the ground and a stratospheric airship, which is used to supply power for retaining the airship itself and power for performing the functions of the airship to a stratospheric airship used for other purposes.

【0002】[0002]

【従来の技術】成層圏の弱風帯に滞留する飛行船を、通
信の中継や環境観測手段として利用することが計画さ
れ、そのための研究開発が開始されている。成層圏下層
の、地上から20km程度の高度の空間は、一年中晴天
で、風も弱く、最も穏やかである。この空域に長期間滞
空して環境観測や情報中継に新分野を拓く成層圏プラッ
トフォームは、無人飛行船として実現が近い将来に予見
されている。この場合に、飛行船は成層圏の弱風に抗し
てその位置を保持するための推進パワー用の動力や、通
信及び環境観測等の飛行船本来の機能の遂行のための動
力を必要とし、それらの動力を得るための方法として、
一般的には、太陽エネルギーを蓄電する方式と、地上か
らマイクロ波やレーザで伝送する方式などが考えられ
る。
2. Description of the Related Art It is planned to use an airship staying in a weak wind zone in the stratosphere as a relay for communication and as an environmental observation means, and research and development for that purpose have been started. The lower part of the stratosphere, at an altitude of about 20 km from the ground, is clear all year round, with gentle winds and the mildest. A stratospheric platform that stays in this airspace for a long time and opens up new fields for environmental observation and information relay will be realized as an unmanned airship in the near future. In this case, the airship needs propulsion power to maintain its position against weak winds in the stratosphere and power to perform the airship's essential functions such as communication and environmental observation. As a way to get power,
In general, a method of storing solar energy and a method of transmitting the energy from the ground by using a microwave or a laser can be considered.

【0003】しかしながら、太陽エネルギーを光電変換
して蓄電する方式は、飛行船のペイロードに限界がある
ため、蓄電池の軽量化等の技術開発を待つ必要がある。
しかも、極圏地方の冬には、太陽光を十分に得られない
か、全く得られないところがある。従って、この地域に
長期間滞空させるには、太陽光を利用することができ
ず、それに代えて、地上から連続的に長期間エネルギー
を供給し続け得るマイクロ波やレーザ等による無線伝送
の技術手段を考慮する必要がある。
[0003] However, the method of photoelectrically converting solar energy to store electricity has a limit in the payload of an airship, and therefore, it is necessary to wait for technological development such as weight reduction of a storage battery.
Moreover, in winter in polar regions, there is a place where sufficient or no sunlight can be obtained. Therefore, in order to stay in this area for a long period of time, sunlight cannot be used, and instead, technical means of wireless transmission using microwaves, lasers, etc., which can continuously supply energy from the ground for a long period of time Need to be considered.

【0004】しかし、よく知られた無線伝送手段である
マイクロ波は、近年、電磁汚染が懸念されはじめている
ため、その利用には問題がある。また、マイクロ波によ
る伝送は地上や航空機の通信に影響を与えるため、この
点でも問題がある。即ち、マイクロ波は、その発振時に
サイド・ロープ等の主放射方向以外の方向への電波の洩
れや、受電アンテナからの反射による無線送電以外への
空中への電波の漏洩が大きく、電磁汚染を引き起こし、
すでに使用されている周波数帯の通信等への影響があ
る。また、この影響を避けるため、すでに使用されてい
る周波数帯の電波よりも高い周波数の電波を使って大気
中をパワー伝送をしようとすると、大気中の雲や雨の水
分による減衰が大きく、非効率である。一方、高出力レ
ーザによるエネルギーの無線伝送は、一般的なマイクロ
波による伝送と異なり、空気中の水分による減衰が著し
く、特に、雲や雨等により吸収されるため、気象条件に
恵まれない限り大気中の長距離伝送は困難である。
[0004] However, microwaves, which are well-known wireless transmission means, have recently been concerned about electromagnetic pollution, and thus have a problem in use. In addition, transmission by microwaves affects communication on the ground and aircraft, and there is also a problem in this respect. That is, when microwaves oscillate, the leakage of radio waves in directions other than the main radiation direction, such as side ropes, and the leakage of radio waves into the air other than wireless power transmission due to reflection from the power receiving antenna are large, causing electromagnetic pollution. Cause
There is an effect on communication in the frequency band that is already in use. In order to avoid this effect, if power is transmitted through the atmosphere using radio waves with frequencies higher than those already used, the attenuation of clouds and rain in the atmosphere will be large, and Efficiency. On the other hand, wireless transmission of energy by high-power laser is different from transmission by general microwave, and is greatly attenuated by moisture in the air.In particular, it is absorbed by clouds, rain, etc. Medium long distance transmission is difficult.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消するためになされたもので、その技術的課題
は、基本的には、成層圏の弱風帯に滞留させて、通信中
継や環境観測、孤立した離島・被災地・事故現場等への
応急電力の供給、その他の目的に利用する成層圏飛行船
に、その飛行船自体の滞留のための動力や飛行船本来の
機能遂行のための動力を効率よく伝送できるようにする
ところの、地上と成層圏飛行船との間のエネルギー伝送
方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and its technical problem is basically that the communication relay is carried out by staying in a stratospheric weak wind zone. Power for supplying emergency power to isolated remote islands, affected areas, accident sites, etc., for stratospheric airships used for other purposes, for powering the airships themselves and for performing their functions It is an object of the present invention to provide a method of transmitting energy between the ground and a stratospheric airship, which enables efficient transmission of radio waves.

【0006】本発明の他の技術的課題は、上述したよう
に成層圏飛行船に比較的効率よく伝送したエネルギー
を、成層圏又はその近辺の任意位置に滞留する第2の飛
行船に効率的に空中無線伝送し、あるいは、その第2の
飛行船を中継用飛行船として第3の飛行船まで伝送し、
それによって、エネルギーの供給用基地から遠距離にあ
る第2、第3の飛行船までの長距離伝送をも可能にした
飛行船へのエネルギー伝送方法を提供することにある。
Another technical object of the present invention is to efficiently transmit air, which has been relatively efficiently transmitted to a stratospheric airship, to a second airship staying at or near the stratosphere as described above. Or transmitting the second airship as a relay airship to a third airship,
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for transmitting energy to an airship that enables long-distance transmission to the second and third airships at a long distance from the energy supply base.

【0007】本発明の更に具体的な技術的課題は、水分
が多く存在することによってエネルギーの空中無線伝送
が困難な対流圏においては、有線で効率的にエネルギー
伝送するようにして、水分によるエネルギーの減衰を防
ぎ、水分が殆ど存在しない成層圏では空中を長距離無線
伝送し、それによって、地上と成層圏飛行船、あるいは
遠距離空域に滞留する第2及び第3の飛行船との間のエ
ネルギー伝送を効率的に行えるようにしたエネルギー伝
送方法を提供することにある。また、本発明の他の技術
的課題は、マイクロ波による電磁汚染を引き起こさず
に、地上と成層圏飛行船との間で十分なエネルギー伝送
を行うことができるエネルギー伝送方法を提供すること
にある。
A more specific technical problem of the present invention is that in the troposphere where it is difficult to wirelessly transmit energy over the air due to the presence of a large amount of moisture, energy can be efficiently transmitted by wire so that energy due to moisture is reduced. Prevents attenuation and transmits long-range radio transmissions in the air in the stratosphere where there is almost no moisture, thereby efficiently transferring energy between the ground and stratospheric airships or the second and third airships that stay in distant airspace. It is an object of the present invention to provide an energy transmission method which can be performed at a high speed. Another technical object of the present invention is to provide an energy transmission method capable of sufficiently transmitting energy between the ground and a stratospheric airship without causing electromagnetic pollution by microwaves.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の基本的なエネルギー伝送方法は、成層圏の弱
風帯に滞留する係留飛行船を地上の係留基地に係留索に
より係留させ、係留基地と係留飛行船との間で、係留索
に沿う光ファイバーを通してレーザによるエネルギー伝
送を行い、係留飛行船における光電変換により、その飛
行船自体の滞留及び機能遂行のための動力を得ることを
特徴とするものである。
According to a basic energy transmission method of the present invention for solving the above-mentioned problems, a moored airship staying in a weak wind zone in the stratosphere is moored to a mooring base on the ground by a mooring line. Laser energy is transmitted between the base and the mooring airship via optical fibers along the mooring lines, and the photoelectric conversion of the mooring airship obtains the power for the airship to stay and perform its functions. is there.

【0009】また、上記方法の利用により、遠距離の空
域に滞留する飛行船にエネルギーを長距離伝送する本発
明の伝送方法は、成層圏の弱風帯に滞留する係留飛行船
を地上の係留基地に係留索により係留させ、係留基地と
係留飛行船との間で、係留索に沿う光ファイバーを通し
てレーザによるエネルギー伝送を行い、係留飛行船にお
いて、光電変換によりその飛行船自体の滞留のための動
力を得ると同時に、伝送を受けたエネルギーを、その係
留飛行船から成層圏又はその近辺の任意位置に滞留する
第2の飛行船に高出力レーザにより空中無線伝送するこ
とを特徴とするものである。
Further, the transmission method of the present invention for transmitting energy over a long distance to an airship staying in a long-distance airspace by using the above method is a method for mooring an airship staying in a weak wind zone in the stratosphere at a mooring base on the ground. Moored by a rope, energy transmission by laser is performed between the mooring base and the mooring airship through an optical fiber along the mooring line, and at the mooring airship, power for staying of the airship itself is obtained by photoelectric conversion at the same time as transmission. The received energy is transmitted wirelessly from the moored airship to the second airship staying at an arbitrary position in or near the stratosphere using a high-power laser.

【0010】上記第2の飛行船に伝送されたエネルギー
は、第2の飛行船の滞留及び機能遂行のための動力と
し、又はこの飛行船の滞留若しくは機能遂行のための動
力とし、あるいは、その第2の飛行船を、エネルギー伝
送の中継用飛行船とし、その第2の飛行船に伝送された
エネルギーを、第3の飛行船に同様のレーザにより空中
無線伝送して、第3の飛行船においてその滞留及び機能
遂行のための動力とし、又はこの飛行船の滞留若しくは
機能遂行のための動力とし、あるいは第4の飛行船にエ
ネルギーを伝送することもできる。飛行船から他の飛行
船への高出力レーザの空中無線伝送においては、位相共
役ミラーを用い、受光側ミラーにおいて受光したレーザ
の一部を投光側に反射させ、それを投光側で受光して、
投光側のレーサの投射方向をその投射レーザが受光側ミ
ラーに入射するように追尾させるのが有効である。
[0010] The energy transmitted to the second airship is used as power for retaining and performing the function of the second airship, or as energy for retaining or performing the function of the second airship.
The second airship is used as a force, or the second airship is used as a relay airship for energy transmission, and the energy transmitted to the second airship is transmitted to the third airship wirelessly in the air using a similar laser. To power the airship for its stay and function , or to stay or
It can also be used as power to perform a function or transmit energy to a fourth airship. In aerial wireless transmission of high-power lasers from an airship to another airship, a phase conjugate mirror is used to reflect part of the laser light received by the light-receiving mirror to the light-emitting side, and then receive it at the light-emitting side. ,
It is effective to track the projection direction of the laser on the light emitting side so that the projection laser is incident on the light receiving side mirror.

【0011】このような本発明のエネルギー伝送方法の
実施においては、先ず、航空機の航路や過密な都市から
離れた山間地、離島などに、係留飛行船を係留するため
の地上の係留基地(エネルギー供給用基地)を設置し、
成層圏下層の地上から20km程度の弱風帯に、係留索
により係留した係留飛行船を滞留させ、その飛行船に係
留索に沿う光ファイバーを通してレーザによるエネルギ
ー伝送が行われる。レーザにより伝送されたエネルギー
は、係留飛行船における光電変換により、その飛行船自
体が風に抗して滞留するための推進パワー、あるいは、
飛行船自体の機能遂行のための動力に供される。
In the implementation of the energy transmission method of the present invention, first, a mooring base (an energy supply) on the ground for mooring the moored airship on a route of an aircraft or in a mountainous area or a remote island away from a dense city. Base)
A mooring airship moored by a mooring line is retained in a low wind zone of about 20 km from the ground below the stratosphere, and energy transmission by a laser is performed on the airship through an optical fiber along the mooring line. The energy transmitted by the laser is converted by the photoelectric conversion of the moored airship into propulsion power for the airship itself to stay against the wind, or
It is used to power the airship itself to perform its functions.

【0012】このように、成層圏飛行船を係留基地に係
留し、水分が多く存在する対流圏において係留索に沿う
光ファイバー内を通してレーザによりエネルギー伝送を
行うと、効率的にエネルギー伝送して、空中無線伝送の
場合のように水分によるエネルギーの減衰を防ぐことが
できる。また、係留索に沿う光ファイバーによりレーザ
でエネルギー伝送すると、例えば、その係留索に沿う電
気的導線により電気エネルギーを直接飛行船に伝送する
場合などに比して、エネルギー伝送量が1〜2桁大きく
なり、軽量な光ファイバーによってより高密度のエネル
ギー伝送を行うことができ、伝送エネルギー量に比して
20kmにも及ぶ係留索を著しく軽量化することが可能
になる。さらに、マイクロ波を用いる場合のように、電
磁汚染を引き起こさずに、地上と成層圏飛行船との間で
十分なエネルギー伝送を行うことが可能になる。
As described above, when the stratospheric airship is moored at the mooring base and the energy is transmitted by the laser through the optical fiber along the mooring line in the troposphere where there is a lot of moisture, the energy is efficiently transmitted, and the airborne radio transmission is performed. As in the case, the energy can be prevented from decay due to moisture. In addition, when energy is transmitted by a laser through an optical fiber along a mooring line, the amount of energy transmission increases by one to two orders of magnitude compared to, for example, a case where electric energy is directly transmitted to an airship by an electrical conductor along the mooring line. High-density energy transmission can be performed by a light-weight optical fiber, and the mooring line, which reaches 20 km, can be significantly reduced in weight compared to the amount of transmitted energy. Furthermore, sufficient energy transmission between the ground and the stratospheric airship can be performed without causing electromagnetic pollution as in the case of using microwaves.

【0013】また、成層圏下層の弱風帯に滞留する係留
飛行船に光ファイバーを通して伝送した高出力レーザに
よるエネルギーは、光電変換することなく、その係留飛
行船から遠隔の空域で同程度の高度に滞空し飛行し続け
る第2の無人飛行船に、直接高出力レーザにより空中無
線伝送することができる。この場合に、上記成層圏下層
の弱風帯では水分が殆ど存在しないため、長距離(10
0〜300km)にわたってレーザを空中無線伝送する
ことができ、それによって、遠距離空域に滞留する第2
及び第3の飛行船にエネルギー伝送を効率的に行うこと
ができる。
Also, the energy of the high-power laser transmitted through the optical fiber to the mooring airship staying in the lower wind zone in the lower stratosphere does not undergo photoelectric conversion and flies at a similar altitude in the airspace remote from the mooring airship. Over-the-air wireless transmission directly to a second unmanned airship that continues to operate with a high-power laser. In this case, since there is almost no moisture in the weak wind zone below the stratosphere, the long distance (10
0 to 300 km) over the air.
In addition, energy can be efficiently transmitted to the third airship.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る方法によっ
て地上と成層圏飛行船との間でエネルギー伝送を行う態
様を模式的に示している。同図から分かるように、本発
明の実施に際しては、先ず、航空機の航路や過密な都市
から離れた山間地、離島などに、無人の係留飛行船2を
係留するための地上の係留基地1が設置される。上記係
留飛行船2は、その係留基地1に係留索3により係留
し、成層圏下層の地上から20km程度の弱風帯に滞留
させるが、飛行船2の上昇・下降・水平移動のすべてを
係留索3によりコントロールできないので、無人飛行船
2自体に、弱風に抗して同じ高度、同じ空域に長期間滞
空を継続させるための推進装置2aを具備させる。この
推進装置2aは、必要な方向に推進パワーを出力するも
ので、この推進パワーにより飛行船2を動力推進させる
ことにより、飛行船2への空気抵抗から来る係留索3へ
の負荷力を低減させることができる。
FIG. 1 schematically shows an embodiment in which energy is transmitted between the ground and a stratospheric airship by the method according to the present invention. As can be seen from the figure, when implementing the present invention, first, a mooring base 1 for mooring an unmanned moored airship 2 is installed on a route of an aircraft or in a mountainous area or a remote island away from a dense city. Is done. The mooring airship 2 is moored at the mooring base 1 by the mooring line 3 and stays in a weak wind zone of about 20 km from the ground below the stratosphere, but all the ascent, descent, and horizontal movement of the airship 2 are performed by the mooring line 3. Because it cannot be controlled, the unmanned aerial vehicle 2 itself is provided with a propulsion device 2a for maintaining the altitude in the same altitude and the same airspace for a long time against a weak wind. The propulsion device 2a outputs propulsion power in a required direction, and power propulsion of the airship 2 by the propulsion power reduces the load on the mooring line 3 due to air resistance to the airship 2. Can be.

【0015】なお、成層圏の弱風帯である地上20km
の高度に地上から係留気球を浮揚させて滞空させる技術
については、文献等において既にその可能性が示唆され
(例えば、第11回米国航空宇宙学会LTAシステム工
学部会講演会(A.Euler, S.Badesha & L.Schroeder, Ve
ry High Altitude Tethered Balloon Feasibility Stud
y )での発表文献等参照)、地上から成層圏までの上昇
過程が力学的に可能であることの計算がなされている。
The stratosphere's weak wind zone, 20 km above the ground
Literature and the like have already suggested the possibility of the technique of levitating a tethered balloon from the ground at a high altitude and holding it in the air (for example, the 11th American Aeronautics and Astronautical Society LTA System Engineering Division Lecture (A. Euler, Badesha & L. Schroeder, Ve
ry High Altitude Tethered Balloon Feasibility Stud
y)), calculations have been made that the ascent process from the ground to the stratosphere is dynamically possible.

【0016】上記係留索3は、それに沿う光ファイバー
を有し、レーザ光発生機を備えた係留基地1から、その
光ファイバーを通して係留飛行船2にレーザによるエネ
ルギー伝送を行うようにしている。従って、上記係留基
地1は、エネルギー供給用基地を兼ねている。レーザに
より伝送されたエネルギーは、係留飛行船2において受
光し、光電変換により電気エネルギーに変換して、その
飛行船自体の滞留の推進パワー等のエネルギー源、ある
いは、ミッション用電源として、例えば通信中継や環境
観測や、他の飛行船への動力伝送の中継を行って、孤立
した離島・被災地・事故現場などへの応急電力の供給等
の機能遂行のために供される。なお、飛行船を成層圏の
弱風帯空域に長期滞空させるために必要な推進パワー
は、船体規模や対気速度等に応じて、数10kWから2
00kW程度であると考えられる。このようにして、直
接飛行船等にレーザで空中無線伝送するのではなく、高
高度に係留した飛行船2に光ファイバー伝送を行うと、
効率的にエネルギー伝送して、水分によるエネルギーの
減衰を防ぐことができる。
The mooring line 3 has an optical fiber along it, and transmits energy from the mooring base 1 equipped with a laser light generator to the mooring airship 2 through the optical fiber by laser. Therefore, the mooring base 1 also serves as an energy supply base. The energy transmitted by the laser is received by the moored airship 2, converted into electrical energy by photoelectric conversion, and used as an energy source such as propulsion power for the stay of the airship itself, or as a power source for a mission, such as a communication relay or an environment. It is used for performing functions such as supplying emergency power to isolated islands, disaster-stricken areas, accident sites, etc. by performing observations and relaying power transmission to other airships. The propulsion power required to make the airship stay in the stratosphere in a weak wind zone for a long time ranges from several tens of kW to 2 to 2 depending on the hull size and airspeed.
It is considered to be about 00 kW. In this way, instead of transmitting airborne radio waves directly to airships and the like by laser, optical fiber transmission to the airship 2 moored at a high altitude,
Energy can be efficiently transmitted to prevent the energy from being attenuated due to moisture.

【0017】上記係留索3は、その強度メンバーとして
アラミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維等の比強度の
大きな繊維からなるロープを用い、エネルギー伝送用に
は石英等の光ファイバーを用い、また、対雷策としてメ
タル・シースによりロープの外部を被覆させるのが望ま
しい。また、伝送するレーザとしては、半導体励起固体
レーザ、沃素レーザ等の、光ファイバー導光に適した高
出力レーザを用いるのが望ましい。固体レーザや化学レ
ーザは、電気−光の変換率として30%以上を期待する
ことができ、これに対してガスレーザは一台で数100
kWの出力が可能ではあるが、発振機器が大型であるば
かりでなく、冷却などの補助機器も大きく、しかも、電
気−光変換効率が高々2〜5%と極めて悪いため、その
利用には困難性がある。
The mooring line 3 uses a rope made of a fiber having a high specific strength such as aramid fiber, glass fiber or carbon fiber as a strength member, uses an optical fiber such as quartz for energy transmission, and uses a lightning arrester. As a measure, it is desirable to coat the outside of the rope with a metal sheath. As a laser to be transmitted, it is desirable to use a high-output laser suitable for optical fiber light guiding, such as a semiconductor-pumped solid-state laser and an iodine laser. Solid-state lasers and chemical lasers can be expected to have an electrical-to-optical conversion rate of 30% or more, whereas gas lasers can be several hundreds per unit.
Although output of kW is possible, not only is the oscillation device large, but also auxiliary devices such as cooling are large, and the electric-optical conversion efficiency is extremely poor, at most 2 to 5%, making it difficult to use it. There is.

【0018】なお、レーザはその波長によりエネルギー
の変換効率や物質への吸収等の物理特性が大幅に異な
り、波長が5μm帯域のレーザは大気中での吸収が少な
いが、このレーザはガス(一酸化炭素等)レーザであ
り、上述したように固体レーザや化学レーザに比べて発
振効率が1桁悪いものである。従って、本発明のよう
に、レーザをファイバー伝送してそれに適した波長の発
振効率の良いレーザを選択する方が、非常に優れた方法
であると言える。
Lasers have significantly different physical characteristics such as energy conversion efficiency and absorption into a substance depending on the wavelength. A laser having a wavelength of 5 μm has a low absorption in the atmosphere. (E.g., carbon oxide) laser whose oscillation efficiency is one order of magnitude lower than that of a solid-state laser or a chemical laser as described above. Therefore, as in the present invention, it can be said that it is a very excellent method to transmit a laser beam through a fiber and select a laser beam having a suitable wavelength and good oscillation efficiency.

【0019】上述のように、成層圏の弱風帯に滞留する
係留飛行船2に、係留索3に沿う光ファイバーを通して
伝送したレーザによるエネルギーは、その係留飛行船2
において、光電変換により飛行船自体の滞留のための動
力とすると同時に、その伝送を受けたエネルギーを、係
留飛行船2の投光部2bから、100〜300km程度
の遠距離で成層圏下層又はその近辺を滞留又は飛行し続
ける第2の飛行船12の受光部12bに、高出力レーザ
Lにより空中無線伝送することができる。図2では、複
数の飛行船12にレーザLによるエネルギー伝送を行う
場合を示している。この第2の飛行船12に伝送する高
出力レーザLは、ファイバーを通して地上から伝送され
たレーザを光電変換することなく、ミラー等を用いてそ
のまま転送される。この場合に、レーザLが空中無線伝
送される成層圏下層の弱風帯では、水分が殆ど存在しな
いため、100〜300kmという遠距離にわたってレ
ーザを伝送しても、エネルギーが減衰することはない。
また、伝送するレーザのパワー密度は、太陽光の数倍程
度の強度にすることも可能であり、この時の受光部の寸
法は高々直径数メートル程度である。
As described above, the laser energy transmitted through the optical fiber along the mooring line 3 to the mooring airship 2 staying in the weak wind zone in the stratosphere,
In the above, at the same time as the power for staying of the airship itself by photoelectric conversion, the transmitted energy is transmitted from the light projecting portion 2b of the moored airship 2 to the lower stratosphere or its vicinity at a long distance of about 100 to 300 km. Alternatively, the high-power laser L can be used to perform aerial wireless transmission to the light receiving unit 12b of the second airship 12 that keeps flying. FIG. 2 shows a case where energy transmission by laser L is performed to a plurality of airships 12. The high-power laser L transmitted to the second airship 12 is transferred as it is using a mirror or the like without photoelectrically converting the laser transmitted from the ground through the fiber. In this case, in the weak wind zone in the lower stratosphere where the laser L is wirelessly transmitted in the air, the energy is not attenuated even if the laser is transmitted over a long distance of 100 to 300 km because there is almost no moisture.
Further, the power density of the transmitted laser can be made several times as high as that of sunlight, and the size of the light receiving section at this time is about several meters in diameter at most.

【0020】この第2の飛行船12においては、伝送さ
れたエネルギーをその飛行船12の滞留及び前記係留飛
行船2と同様の機能遂行のための動力として、又は飛行
船12の滞留若しくは係留飛行船2と同様の機能遂行の
ための動力として使用されるが、この第2の飛行船12
は、係留基地1の設置が困難で係留飛行船2を係留させ
ることができない過密な都市や遠隔の地等の空域に滞留
させるのが通例であり、そのため、伝送されたエネルギ
ーは、例えば、通信中継や環境観測ばかりでなく、動力
伝送の中継、孤立した離島・被災地・事故現場等への応
急電力の供給等の機能遂行のために供される。
In the second airship 12, the transmitted energy is used as a power for staying the airship 12 and performing the same function as the moored airship 2 , or in flight.
Staying of the ship 12 or performing the same function as the moored airship 2
For this second airship 12
In general, the mooring base 1 is difficult to be installed and the moored airship 2 cannot be moored, so that the moored airship 2 is usually kept in an airspace such as a densely populated city or a remote place. It is used to perform functions such as relaying power transmission and supplying emergency power to isolated islands, disaster areas, accident sites, etc.

【0021】また、上記第2の飛行船12は、図2に示
すように、それをエネルギーの伝送の中継用飛行船とし
て、その第2の飛行船12に伝送されたエネルギーを、
更に遠方の任意数の第3の飛行船13に、高出力レーザ
Lにより空中無線伝送し、第3の飛行船13においてそ
の滞留及び機能遂行のための動力とすること、又は飛行
船13の滞留若しくは機能遂行のための動力とすること
ができる。さらに、その第3の飛行船13から必要な他
の飛行船に空中伝送することもできる。これらの飛行船
は、係留基地1から伝送されたエネルギーを、係留飛行
船2と第2の飛行船12との間でのエネルギー伝送と同
様に、成層圏の弱風帯に滞留する飛行船相互間で、高出
力レーザによって効率的に空中無線伝送し、それを各飛
行船において光変換することにより、所要の機能遂行の
ために供される。
As shown in FIG. 2, the second airship 12 uses the energy transmitted to the second airship 12 as a relay airship for transmitting energy, as shown in FIG.
Aerial wireless transmission with a high-power laser L to an arbitrary number of third airships 13 farther away to power the third airship 13 for its stay and function , or
The power can be used for staying or performing functions of the ship 13 . Further, the airborne transmission from the third airship 13 to other necessary airships is also possible. These airships transmit the energy transmitted from the mooring base 1 to the high power between the airships staying in the stratospheric weak wind zone, similarly to the energy transmission between the moored airship 2 and the second airship 12. The air is wirelessly transmitted efficiently by the laser, and the light is converted at each airship, thereby providing the required functions.

【0022】これらの飛行船は、通信中継や環境観測等
の各種機能を有する成層圏プラットフォームとして、成
層圏に滞留させておくことができるものであるが、係留
基地から遠隔の空域や、孤立した離島・被災地・事故現
場等の空域に滞留する飛行船においては、必要に応じて
そのエネルギーを地上に再伝送することもでき、その場
合には、地上に再伝送する飛行船に別途係留索を設け
て、それに沿う光ファイバーを用いたり、大気の状態や
環境に応じて他の任意のエネルギー伝送方法を用いるこ
とができる。
These airships can be kept in the stratosphere as a stratosphere platform having various functions such as communication relay and environmental observation. However, these airships can be kept in the airspace remote from the mooring base, isolated islands, In the case of an airship that stays in the airspace such as on the ground or at the accident site, its energy can be retransmitted to the ground as needed.In that case, a separate mooring line should be provided for the airship that retransmits to the ground. Along the way, optical fibers can be used, or any other energy transmission method can be used, depending on atmospheric conditions and the environment.

【0023】成層圏における飛行船から他の飛行船への
高出力レーザLの空中無線伝送に際しては、投光側の飛
行船において受光側の飛行船をトラッキング(追尾)し
易くする必要がある。そのためには、フォトリフラクテ
ィブ結晶等を利用した位相共役ミラーを用いて受光側の
飛行船を追尾させるのが望ましい。この位相共役ミラー
は、レーザLを投射する投光側のミラーとそれを受光す
る受光側ミラーを相対峙させ、受光側の飛行船におい
て、受光したレーザの一部を投光側に反射させ、それを
投光側で受光させることによって、投光側のレーザの投
射方向をその投射レーザが受光側ミラーに入射するよう
に自動的に制御されるため、投光側ミラーに対して受光
側ミラーの相対位置が変化しても、レーザ光の投射方向
を受光側ミラーに入射できるように追随させるものであ
る。これによって、レーザの投光側から遠方にあって、
相対位置の変化する受光側ミラーのトラッキングを容易
にすることができる。
In the aerial wireless transmission of a high-power laser L from an airship to another airship in the stratosphere, it is necessary to facilitate tracking of the airship on the light-receiving side in the airship on the light-emitting side. For that purpose, it is desirable to track the airship on the light receiving side using a phase conjugate mirror using a photorefractive crystal or the like. This phase conjugate mirror makes the light-emitting side mirror that projects the laser L and the light-receiving side mirror that receives the laser L face each other. At the airship on the light-receiving side, a part of the received laser is reflected to the light emitting side. By receiving the light on the light-emitting side, the projection direction of the laser on the light-emitting side is automatically controlled so that the projected laser is incident on the light-receiving side mirror. Even if the relative position changes, the projection direction of the laser beam follows so that it can enter the light receiving side mirror. With this, it is far from the laser emitting side,
Tracking of the light receiving side mirror whose relative position changes can be facilitated.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上に詳述した本発明のエネルギー伝送
方法によれば、成層圏の弱風帯に滞留させて、通信中継
や環境観測、孤立した離島・被災地・事故現場等への応
急電力の供給、その他の目的に利用する成層圏飛行船
に、係留索に沿う光ファイバーによって、その飛行船自
体の滞留のための動力や飛行船本来の機能遂行のための
動力を効率よく伝送することができ、その伝送したエネ
ルギーを、成層圏の近辺に滞留する第2の飛行船に効率
的に空中無線伝送し、あるいは、その第2の飛行船を中
継用飛行船として第3の飛行船まで伝送し、それによっ
て、エネルギーの供給用基地から遠距離にある第2、第
3の飛行船までの長距離伝送をも行うことができる。
According to the energy transmission method of the present invention described in detail above, the energy is retained in a weak wind zone in the stratosphere, communication relay, environmental observation, emergency power to isolated islands, disaster areas, accident sites, etc. Optical power along the mooring line enables efficient transmission of the power for the airship's own stay and the power for performing the airship's original functions to the stratospheric airship used for supply and other purposes. The transmitted energy to a second airship in the vicinity of the stratosphere in an efficient aerial wireless transmission, or to transmit the second airship as a relay airship to a third airship, thereby providing energy supply. Long-distance transmission to the second and third airships far from the base can also be performed.

【0025】このエネルギー伝送は、水分の多い対流圏
を有線で伝送し、水分が殆ど無い成層圏では空中を長距
離無線伝送することによって、水分によるエネルギーの
減衰を防ぎ、それにより地上と飛行船との間のエネルギ
ー伝送を効率的に行うことができる。また、このエネル
ギー伝送は、係留索に沿う電気的導線により電気エネル
ギーを直接飛行船に伝送する場合に比して、軽量な光フ
ァイバーによって、より高密度の伝送を行うことがで
き、しかも、電磁汚染等を引き起こさずに伝送すること
ができる。
In this energy transmission, the troposphere with much moisture is transmitted by wire, and in the stratosphere where there is little moisture, long-distance wireless transmission in the air prevents energy from being attenuated due to moisture, thereby allowing the energy to travel between the ground and the airship. Energy transmission can be performed efficiently. In addition, compared to the case where electric energy is directly transmitted to the airship via the electric wire along the mooring line, this energy transmission enables higher-density transmission using lightweight optical fibers, and furthermore, such as electromagnetic pollution. Can be transmitted without causing the

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る地上と成層圏飛行船との間のエネ
ルギー伝送方法についての説明図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a method of transmitting energy between the ground and a stratospheric airship according to the present invention.

【図2】本発明に係るエネルギー伝送方法の他の例を説
明するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining another example of the energy transmission method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 係留基地 2 係留飛行船 2a 推進装置 3 係留索 12 第2の飛行船 13 第3の飛行船 L レーザ Reference Signs List 1 mooring base 2 moored airship 2a propulsion device 3 mooring line 12 second airship 13 third airship L laser

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−27131(JP,A) 特開 昭63−133846(JP,A) 特開 昭54−102545(JP,A) 特開 平7−15895(JP,A) 特開 平6−205549(JP,A) 米国特許5678783(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B64F 3/02 H01S 3/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-51-27131 (JP, A) JP-A-63-133846 (JP, A) JP-A-54-102545 (JP, A) JP-A-7-131 15895 (JP, A) JP-A-6-205549 (JP, A) U.S. Pat. No. 5,678,783 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B64F 3/02 H01S 3/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】成層圏の弱風帯に滞留する係留飛行船を地
上の係留基地に係留索により係留させ、係留基地と係留
飛行船との間で、係留索に沿う光ファイバーを通してレ
ーザによるエネルギー伝送を行い、係留飛行船における
光電変換により、その飛行船自体の滞留及び機能遂行の
ための動力を得ることを特徴とする地上と成層圏飛行船
との間のエネルギー伝送方法。
A mooring airship staying in a weak wind zone in the stratosphere is moored to a mooring base on the ground by a mooring line, and energy is transmitted between the mooring base and the mooring airship by laser through an optical fiber along the mooring line, A method for transmitting energy between a ground and a stratospheric airship, wherein the moored airship obtains power for staying and performing its function by photoelectric conversion in the moored airship.
【請求項2】成層圏の弱風帯に滞留する係留飛行船を地
上の係留基地に係留索により係留させ、係留基地と係留
飛行船との間で、係留索に沿う光ファイバーを通してレ
ーザによるエネルギー伝送を行い、係留飛行船におい
て、光電変換によりその飛行船自体の滞留のための動力
を得ると同時に、伝送を受けたエネルギーを、その係留
飛行船から成層圏又はその近辺の任意位置に滞留する第
2の飛行船に高出力レーザにより空中無線伝送すること
を特徴とする地上と成層圏飛行船との間のエネルギー伝
送方法。
2. A mooring airship staying in a weak wind zone in the stratosphere is moored to a mooring base on the ground by a mooring line, and energy transmission is performed by a laser between the mooring base and the mooring airship through an optical fiber along the mooring line, In the moored airship, the power for staying the airship itself is obtained by photoelectric conversion, and at the same time, the transmitted energy is transmitted from the moored airship to a second airship staying at an arbitrary position in or near the stratosphere. A method for transmitting energy between the ground and a stratospheric airship, comprising:
【請求項3】成層圏又はその近辺の任意位置に滞留する
第2の飛行船に高出力レーザにより伝送されたエネルギ
ーを、その第2の飛行船の滞留及び機能遂行のための動
力とし、又はこの飛行船の滞留若しくは機能遂行のため
の動力とすることを特徴とする請求項2に記載の地上と
成層圏飛行船との間のエネルギー伝送方法。
3. The energy transmitted by the high power laser to a second airship staying at or near the stratosphere at an arbitrary position as a power for staying and performing functions of the second airship , or the airship. To stay or perform functions
Energy transmission method between the ground and the stratospheric airship according to claim 2, characterized in that the power.
【請求項4】成層圏又はその近辺の任意位置に滞留する
第2の飛行船を、エネルギーの伝送の中継用飛行船と
し、その第2の飛行船に高出力レーザにより伝送された
エネルギーを、第3の飛行船に同高出力レーザにより伝
送し、第3の飛行船においてその滞留及び機能遂行のた
めの動力とし、又はこの飛行船の滞留若しくは機能遂行
のための動力とすることを特徴とする請求項2に記載の
地上と成層圏飛行船との間のエネルギー伝送方法。
4. A second airship staying at an arbitrary position in or near the stratosphere is a relay airship for transmitting energy, and the energy transmitted by the high-power laser to the second airship is transmitted to a third airship. Transmitted by the high-power laser to the third airship and used as motive power for its stay and function execution , or for the stay or function execution of this airship
The method for transmitting energy between the ground and a stratospheric airship according to claim 2, wherein the energy is used for power.
【請求項5】飛行船から他の飛行船への高出力レーザの
空中無線伝送に、位相共役ミラーを用い、受光側ミラー
において受光したレーザの一部を投光側に反射させ、そ
れを投光側で受光して、投光側のレーザの投射方向をそ
の投射レーザが受光側ミラーに入射するように追尾させ
ることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか
に記載の地上と成層圏飛行船との間のエネルギー伝送方
法。
5. A phase conjugate mirror is used for aerial wireless transmission of a high-power laser from an airship to another airship, and a part of the laser light received by the light receiving side mirror is reflected to the light emitting side, and the reflected light is reflected on the light emitting side. 5. The terrestrial and stratospheric airship according to any one of claims 2 to 4, wherein the light beam is received and the projection direction of the laser on the light emitting side is tracked so that the projected laser is incident on the light receiving side mirror. Energy transmission method between and.
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