KR20020060077A

KR20020060077A - 부상 배열의 통신 시스템

Info

Publication number: KR20020060077A
Application number: KR1020017016880A
Authority: KR
Inventors: 제랄드 엠. 크노블라크; 에릭 에이. 프리쉐
Original assignee: 스페이스 데이타 코오퍼레이션
Priority date: 1999-06-29
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2002-07-16
Also published as: US20020072361A1; CN1133339C; WO2001001710A1; AU5597700A; US6628941B2; AU763009B2; CA2377958A1; IS6213A; ATE311729T1; ATE446654T1; EP1638220A3; EP1197099A4; DE60024459D1; EP1197099A1; MXPA02000151A; IS2413B; BR0011972A; EP1638220A2; RU2257016C2; MA27344A1

Abstract

본원발명은 일정한 지역에 통신을 공급할 수 있도록 일정한 지역의 공중에 미리 정해진 고도의 범위 내에서 각각 떨어져서 떠있는 공기보다 가벼운 플랫폼에 관한 것이다. 공중부상을 위한 저밀도의 정해진 크기를 가진 기구(氣球)에 상기의 플랫폼(platforms)이 부착되어 있으며, 상기의 플랫폼(platforms)은 전자신호를 플랫폼에서 지상으로 전송하는 기구(氣球)에 부착된 전송장치를 포함한다.

Description

부상 배열의 통신 시스템 {A floating constellation communication system}

최근까지 모든 통신위성들은 지구적도의 22,3000마일 상공에 위치한 정지궤도에 위치하고 있었다. 국제조약이 위성들이 2도씩 떨어져 있을 것을 규정하고 있으므로 정지궤도에는 위성이 위치할수 있는 자리는 180개밖에 없다. 최적으로 설계된 3단계 화학로켓은 보통 정지궤도에 도달하기 위해서 94%가 추진체이어야만 했다. 그리고 로켓자체 무게가 총무게의 5.6%정도이기 때문에 실제 로켓이 운반할 수 있는 물건의 무게는 단지 총무게의 0.4%를 차지 할 뿐이다. 예를 들어 설명하자면, 같은 기능을 가진 전형적인 3000파운드의 무게가 나가는 자동차가 단지 200파운드를 운반할 수 있는 것과 같다. 만약 인간이 이와 같은 상황에서 물건을 운반한다면, 한 사람은 8400갤런의 연료탱크를 필요로 할 것이다. 그리도 한번의 여행 후에 완전히 폐인이 될것이다. NASA 우주왕복선의 경우도 매우 비싼 비용으로 매우 단지몇 개의 낮은 궤도의 인공위성을 서비스 할 수 있지만, 대부분의 인공위성들은 발사된 후에는 서비스 받거나 업그레이드되지 못하고 있는 실정이다.

최근에 정지궤도에 인공위성이 위치 할 수 있는 자리가 한정되어 있고, 텔레비전 전파를 가정으로 바로 송신할 수 있는 정지궤도위성은 그 크기나 기능면에서 점점 커지거나 향상되고 있다. 최근에는 정지위성궤도상에 위치할 필요가 없는 추가적인 위성네트워크가 형성되어 지고 있다. 최근의 추가적인 위성네트워크는 한정된 자리가 있는 궤도보다 훨씬 낮은 궤도로 더작은 통신위성들을 발사하고 있다. 왜냐하면 새로운 위성네트워크의 위성들은 갯수가 더욱 많고 로켓 하나당 8개의 위성이 발사될 수 있을 만큼 더욱 소형이다. 비록 위성들이 더욱 소형이 되고 더욱 많아지더라도 현재 위성산업계에서는 "개인위성"과 그 위성을 소비재처럼 대량생산하는 생산업체는 아직까지는 없다.

음성서비스를 위해서 필요한 네트워크시스템과 다수의 극소형 위성에서 통제(tracking), 전송(transmission), 수신(reception), 응답하기위한 전송(signal handoff)을 위한 지상장비와 극소형위성 네트워크를 설치하기 위해서는 최소한 30억불이 소요될것으로 예상된다. 약 4년 동안 시스템을 설치하는 동안 500만명의 이용자 각각은 장비를 설치하는데만 약 3000달러 정도를 투자해야되는 것으로 예상되며, 그 결과로 이러한 새로운 장비를 설치하기 위해서 이용자들은 약 150억불의 투자 한 것이 된다. 소형이지만 고성능의 통신 위성시스템을 지구의 낮은 궤도에 설치하는데는 약 4억7천5백만달러가 소요될 것이다. 이러한 시스템은 약 300만 이용자들이 사용할 수 있으며 각각의 이용자가 부담하는 장비비용은 약 300달러에서100달러이다. 그래서 이용자가 부담하는 총 장비 설치비는 약 6억달러이다.

최근에는 기상정보를 수집하는 위성기상관측기구(radiosondes) 사업이 뜨고 있다. 위성기상관측기구는 기상 데이터를 수집하기 위해서 기상기구에 필요한 설비를 장착한 설비이다. 위성기상관측기구는 매일 그리니치 표준시로 정오와 자정에 발사되어 진다. 이러한 위성기상관측기구는 2시간정도의 비행으로 지상에서 지상 약 100,000피트 상공에 오르면서 기온, 습기, 압력, 풍향에 관한 데이터를 수집한다, 이러한 데이터는 슈퍼컴퓨터의 모델링자료로 사용된다. 공중의 위성기장관측기구에서 수집된 정보는 날씨를 예상하는데 있어서 없어서는 안될 필수요소이다. 대부분의 나라들은 조약에 따라 일정한 장소에서 위성관측기구를 발사하고 정보를 상호 공유한다. 최근에는 매년 발사되는 약 800,000개의 위성기상관측기구가 전세계에 걸쳐서 떠 있다. 이러한 숫자는 전세계 997개의 지상 기지국에서 매일 2개의 위성기상관측기구를 1년365일동안 727,000개의 위성기상관측기구를 발사한다는 것을 나타내며 또한 군사목적과 연구목적을 위해서 소수의 위성기상관측기구가 발사된다는 것을 의미한다. 일년동안 약 18%의 위성기상관측기구가 재활용되어지며 650,000개정도가 새로 만들어진다.

기상관측기구를 통제하기 위하여 최근에 사용되어진 지상시스템은 해체되어지거나 너무나 오래되어서 작동과 유지비용이 엄청나게 비싸졌다.특히 레이다와 무선관측기가 고가이다(이러한 시스템은 2000년전에 끝났으며 로란-씨 무선신호시스템은 2000년 후에 시작되었다다). 위성기상관측시스템에서의 변화는 일반적으로 매우 느리다. 왜냐하면 기상학자들은 기상동향을 수십년간 수집된 데이터를 비교하면서 연구하기 때문이다. 그래서 그들은 수집된 자료에 새로운 원리를 적용하는데 있어서 보수적이다. 이것은 미국기상청이 디지털 항법 고공기상측정기가 도입된 후에도 수년간이나 무선관측기로 데이터를 수집하는 아날로그 기상관측기를 사용한 것으로도 알 수 있다. 정부의 긴축재정도 사용자가 필요한 새로운 기술을 사용할 수 없게 하는 한 원인을 제공한다. 또한 관측기 시장에서는 공중기상관측기로 풍향을 추적하기 위해서 전지구 위치파악시스템(GPS)으로의 전환이 필요하다는 압력이 있다. 1995년부터 1998년까지 미국기상청은 미국 네크워크보존을 위해서 전지구위치파악시스템을 개발하는 프로그램에 대한 예산확보에 실패했다. 구형으로서 불필요하게된 위성기상관측기구의 인프라를 대체하기위하여 새로운기술을 획득하는데 무능함은 위성기상관측기구의 무형주파수진폭을 상업적 사용하기 위한 시도에서도 나타났다.위성기상관측기는 400메가헤르쯔 주파수대에서 신호를 항법고공기상측정기로 전송한다 무선관측측정기로는 1680메가헤쯔로 전송한다.400메가헤르쯔대의 주파수는 미국에서 연방통신국에의하여 상업적 사용을 위하여 경매되어 진다. 규제는 증가되고 있고 고공기상관측기는 현재 일반적으로 사용되는 아날로그 다운링크의 넓은 주파수대 대신에 디지털 다운링크의 더좁은 주파수 대역폭을 사용하도록 규제되어 지고 있다.

나사(NASA)에서는 매우 크고 비싼 기구를 개별적으로 발사하고 있으며 더 오랜시간 동안 일정한 고도에 유지시키고 있다. 이러한 기구들은 각각 수백파운드가 나가는수천달러의 장비를 구비하고 있다. 각각의 기구는 표류하기 때문에는 넓은지역에 대한 확트인(line-of-sight) 통신능력을 가지지 못하고 있다.

개인통신서비스는 연방통신국이 1994년부터 주파수를 경매하기 시작한 디지털 서비스의 새로운 영역이다. 개인통신서비스는 광대역 개인통신서비스와 협대역 개인통신서비스의 두가지 영역으로 나누어진다. 광대역 영역은 주로 음성서비스를 위한 것이고 광대역 개인통신서비스 전화는 현재 전통적인 휴대전화와 경쟁하고 있다. 협대역영역은 주로 매세지전송을 위한 것이고 두가지 페이징 방법이 있다. 페이징 산업계에서는 휴대폰이 유선전화의 확장인것과 같이 매세지 전송을 이메일전송의 휴대용 통신기기로의 확장으로 본다. 협대역 개별통신서비스(NPCS)는 연방전파국에의해서 처음으로 경매된 주파수대이다. 약30개의 지역 혹은 국가적인 범위의 NPCS사용권은 경매로 개인사업자에게 분양되었다. 주파수대가 경매되어 분양되었다는 사실은 연방전파국으로부터 허가받은 전통적인 주파수대의 사용에서 보다도 이 주파수대의 사용에 규제가 거의 없다는 점에서 중요하다. 경매하기 전에는 연방전파국은 주파수대에 대해서 아주 적은 권리를 인정했으며, 허가받은 회사는 그들이 전파를 공공의 이익을 위해서 쓰고 있다는 것을 증명하여야만 했다. 대개 그때에는 주파수를 어떻게 사용하여야 하는가에 대해서 연방의 규제가 많았다. 회사들이 개인통신서비스허가권을 구매하였기 때문에 그들은 자신의 주파수를 소유할 수 있다. 연방전파국은 다른 전파사업자와 외국의 전파시스템을 방해하지 말아야 된다는 단지 최소한의 규정만 두고 있을 뿐이다. 덧붙여 말하면 미국연방전파국과 캐나다 당국은 카나다는 미국 NPCS의 주파수와 같은 구조의 NPCS 주파수대를 사용할 수 있다는내용의 테레스트리얼 라디오 커뮤니케이션 어그리먼트 앤드 어레인지먼트(Terrestrial Radio Communication Agreement and Arrangement) 조약을 체결하였다. 이 국경을 넘는 NPCS체계는 캐나다에서 NPCS허가권을 구매한 사업자가 미국에서도 그 주파수대를 사용하여 사업하는 것을 가능하게 만들었다. 멕시코 또한 미국에서 사용되어지는 똑같은 주파수범위를 정했다.

미국연방전파국(FCC)의 목표중의 하나는 무선주파수 통신서비스를 저렴한가격에 농촌지역소비자에게 제공되는 것을 조장하는 것이다. 이 시장은 인구밀도가 낮은 지역에 무선통신을 제공하는 것은 투자금의 회수가 힘들다는 이유로 거대 통신회사에 의하여 무시되어 왔다 이러한 무선통신서비스는 페이징, 무선 메시지전송, 무선음성서비스등을 포함한다. 비록 음성과 메시지 서비스가 통신위성을 통하여 농촌지역에서 수신가능 하다고 할지라도 그 비용은 일반적으로 한 통신 단위당 수천달러이고, 대부분의 농촌지역 소비자들에게는 힘겨운 금액이다. 또한 통신위성은 빌딩을 침투할정도의 강한 신호가 부족하기 때문에 도시지역에서 서비스하는데도 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 소형의 공중통신플랫폼(airborne communications platforms)의 배열방식에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 지구의 일정한 지역에 해당하는 성층권에서 일정한 거리를 두고 떠 다니는 공기보다 가벼운 다수의 플랫폼에 관한 것이다. 우선권은 1999년 6월 29일 미국특허출원번호 1999-342,440호에서 주장되었다.

도1은 통신가능 지역위에 떠있는 플랫폼들의 배열을 나타내는 다수의 플랫폼과, 궤도를 도는 위성통신신호 및 선택적으로 유선을 통하여 중앙통신기지국과 연결된 발사기지국 및 통신기지국을 도식적으로 나타낸다.

도2는 다수의 지상통신기지국, 다수의 지상 기지국을 위한 네트워크 조작 센터(network operation center)로의 네트워크 링키지(network linkage)를 가진 하나의 이동 가능한 발사기지국과 지상 기지국, 그리고 개인통신장치를 확대하여 나타낸 것이다.

도3은 위성통신기지국과 지상통신기지국과의 통신과 지상통신기지국 상호간의 통신을 도식적으로 나타낸 것이다.

도4는 플랫폼 상호간의 통신과 플랫폼과 지상플랫폼 그리고 중앙 통신기지국과의 통신연결을 도식적으로 나타낸 것이다.

도5는 중앙통신기지국과의 통신을 위해서 위성통신기지국과 통신위성이 통신하는 것을 도식적으로 나타낸 것이다.

도6은 허브 앤드 스포크(hub and spoke) 통신 네트워크를 도식적으로 나타낸것이다.

도7은 망사형 통신 네트워크(a mesh network communication link topology)를 도식적으로 나타낸 것이다.

도8은 통신가능지역 특히 SNS 플랫폼 발사장소와 최초의 SNS 플랫폼들의 통신가능 범위를 보여주는 미국을 도식적으로 나타낸 것이다. 이러한 미국의 통신가능범위는 지도에 겹쳐져서 나타나 있고 실질적으로 일정한 지리적 지역이 한 개 혹은 그 이상의 플랫폼의 통신가능범위내에 포함되는 것을 나타낸다.

도9는 플랫폼의 정해진 고도에서의 비행 기간 후의 플랫폼의 이동을 도시한 것이며 또한 추가적으로 이미 발사된 플랫폼의 통신가능범위를 완전하게 하기 위하여 이동발사기지국에 의하여 제공되어진 통신가능 범위의 갭을 메꾸는 추가적인 발사장소를 도식적으로 나타낸 것이다.

도10은 기구와 같은 공기보다 가벼운 풍선이 전자콘트롤장치, 통신장비, 센서, 기상데이터 수집기구 등을 포함하는 박스에 붙여진 하나의 플랫폼의 도식적인 측면도이다.

도11은 본 발명의 일실시에 따른 기구 혹은 공기보다 가벼운 풍선에 연결된 통제와통신박스를 포함하는 하나의 플랫폼의 확대 부분 단면도이다.

도12는 도 11의 공기통제장치와 통신장치의 측면 부분 단면도이다.

도13은 수소/산소 연료를 포함하는 동력원이 도12의 배터리의 장소에서 사용되어질때 통제와 통신장치의 부분 측단면도이다.

도14는 통제장치, 센싱장치, 통신장치 등의 전자소자의 도식적인 블럭 다이아그램이다.

도1은 성층권에서와 같은 고도의 범위에서 플랫폼이 바람직한 고도에 도달하는 본원발명의 통신네트워크시스템(10)과 통신위성기구의 배열을 도시하고 있으며 통신위성기구가 바람직한 고도로 하강하는 과정도 도시하고 있다. 각각의 플랫폼은 공기보다 가벼운 가스 풍선(14a-14h), 플랫폼 제어 및 통신장치(16a-16b) 그리고 안테나(18a-18b)로 구성되어 있다. 라디오신호수신기(radio signal receivers), 송수신기(transceivers), 송신기(transmitter) 혹은 페이저(pagers)(22a-22u)와 같은 다수의 지상통신장치와 플랫폼과의 통신신호의 흐름은 (20a-20u)에 도시되어 있다. 또한 다수의 추적안테나(26a-26g)를 가지고 있는 지상통제 통신기지국과 발사기지국이 도시되어 있다. 지상 기지국은 위성통신위성과 NOC간의 메시지와 통제데이터를 받아서 다시 보낸다. 바람직하게도 지상통신기지국은 스위치만 꼽으면 작동하고 더 이상의 조작은 요구되지 않는다. 지상통신기지국은 바람직하게는 송신기, 수신기, 통제장치(controller), 추적안테나(tracking antenna), 추적장치(tracking controller), 중앙통신기지국과의 충분한 이중 통신연결장치(redundant communication links to the NOC), 자체발전시설 등으로 구성되어 있다. 몇 개의 플랫폼을 4개에서 6개의 각각의 송신기의 송신지역범위내로 작동시키기 위해서 수신기와 추적안테나가 현재 연구되고 있다. 그랜너(Glenayre) 회사가 비록 수정이 필요할지라도 소형플랫폼(SNS)에 필요한 송신기, 송신기 제어장치, 수신기등을 판매하고 있다. 추적안테나(the tracking antenna)(26)가 전자신호(28a-28g)를 통해서 다양한 플랫폼과 통신하는 것이 도시되어 있다. 유선통신네트워크(30a-30b)는 발사기지국과 통제기지국(the tracking antennas)(24a-24d) 그리고 중앙통신기지국간의 통신의 흐름을 도시하고 있다. 중앙통신기지국(40)은 통신위성(32), 발사기지국의 위성안테나(38a-38b), 중앙통신기지국 위성안테나(42)를 통해서 다수의 플랫폼 발사기지국과 통제기지국(tracking terminals)(24)과 통신할 수 있다. 더욱 상세하게는 발사기지국과 통제기지국(24)은 국가 기후서비스 기구발사기지국에서와 같이 위성통시기구 발사기지국(44)에 함께 위치하고 있다. 본 발명에는 또한 트럭에 실려서 이동될 수 있는 "이동 발사 통제기지국"이 있다. 이동발사기지국은 바람직한 발사기지국으로 이동되어질 수 있고 거기에 정지하여 추가적인 소형플랫폼을 발사할 수 있다. 통제 및 통신기지국(24)은 유선통신(30c,30d)을 통하여 다른 발사기지국, 중앙통신기지국(40)뿐만아니라 그 밖의 통신네트워크에 연결될 수 있다. 기후조건 때문에 발생할지도 모르는 통신불능지역(coverage gap)을 통신가능하게 하기 위하여 필요한 추가적인 소형플랫폼(12) 발사를위하여 이동발사 통제기지국은 주기적으로 이동되어 진다.

도2는 플랫폼의 부분적인 배열을 형성하는 플랫폼(12f, 12g, 12e)과 상호연관된 도1의 이동 소형플랫폼발사기지국(46)을 상세히 도시한 그림이다. 소형플랫폼 이동발사기지국은 중앙통신기지국과 통신할 수 있다. 필요한 최소한의 고도(48)와 필요한 최대한의 고도(52)로 한정되어진 필요고도가 도2에 도시되어 있다. 구체적으로 말하면 설정된 고도는 최소 60,000피트이고 최대140,000피트이다. 이러한 고도는 대개 지구의 성층권고도의 범위와 일치한다. 플랫폼(12g)와 플랫폼(12e) 사이의 통신불능지역(56)이 도시되어 있으며 플랫폼(12g)와 플랫폼(12e) 사이의 통신불능지역은 플랫폼(12f)와 플랫폼(12g) 사이의 지역보다도 크다. 더욱 상세하게는 플랫폼은 70,000피트와 100,000피트사이의 고도에서 떠 있을 것이며 175마일(280km)반경의 통신가능지역을 만들 것이다. 그리고 상업비행공간보다 위에 있을 것이며 플랫폼이 활동할 수 없는 고도에 아래에 위치할 것이다. 두 인접한 플랫폼사이의 거리가 어느 방향으로든 통신가능지역의 반경의 1.5배보다 클 때 통신불능지역이 발생할 수 있다. 그러한 경우에 추가적인 통신위성기구가 고정된 발사기지국으로부터 발사되어 지거나 혹은 추가적인 보충통신위성(12h)이 필요한 고도(50)에까지 신속히 발사될 수 있도록 플랫폼(12g)와 플랫폼(12e) 사이의 필요한 지점으로 이동 발사기지(46)가 이동될 수 있다. 비행중인 플랫폼의 배열(10)내 모든 플랫폼의 위치를 추적한 것을 근거로 한 컴퓨터 모델링은 통신이 미치지 못하는 중요한 통신불능지역(56)을 예측하고 통신불능지역에 통신을 가능하게 하기 위하여 이동통신발사기지를 신속히 배치하는데 사용된다. 추가적인 SNS 플랫폼을 발사하기 위하여 발사통제기지국이 이미 있는 경우에는 이동 기지국은 필요하지 않을 것이다.

도3은 플랫폼(12i)이 바람으로 인하여 통화채널 전환지역(a handoff position)(12ii)으로 이동된 것을 점선으로 도시하고 있다. 플랫폼이 지상 기지국상공(24e)의 12(iii) 위치로 이동할 때 통화채널 전환지역에서 바람부는 방향의 지상통신기지국(24e)은 추적, 통신 및 통제기능을 인계 받는다.

도4는 플랫폼간의 통신과 통신위성기구와 지상통신기지국 및 중앙통신기지국과의 통신을 도시하기 위한 것이다.

도5는 중앙통신기지국과의 네트워크 연결을 위하여 위성통신과 본 플랫폼과의 통신의 연결을 도시한 것이다. 상기와 같이 하면 플랫폼이 위성통신을 통하여 중앙통신기지국과 직접적으로 통신할 수 있기 때문에 지상통신기지국의 수를 줄이거나 없앨 수 있는 이점이 있다.

도6은 중앙집중식(hub and spoke) 통신 네트워크를 도시한 것이다. 이러한 통신 네트워크는 다른 네트워크방식(alternative network topologies)보다 더 적은 통신회선이 필요하고 더 적은 비용이 드는 이점이 있다.

도7은 망사형 통신 네트워크(a mesh network communication link topology)를 도시한 것이다. 이러한 통신 네트워크는 다른 네트워크방식에 비하여 다양하고 많은 통신연결을 제공하기 때문에 통신의 신뢰성이 증가되는 이점이 있다.

도8은 인접한 지역(100) 특히 미국지역을 도시하고 있다. 상기 지역(100)에 예를 들자면 101-105로 번호 매겨져서 70개의 선택된 플랫폼의 위치가 겹쳐져서 나타나 있다. 그리고 각각 플랫폼 101-105가 성층권에 있는 필요한 고도에 다달았을 때 그 통신가능지역(coverage area)(201-205)을 도시하고 있다. 각각의 플랫폼이 앞에서 언급되어졌듯이 정지궤도에 존재하는 위성에 비교할 때 매우 작다. 즉, 성층권의 미소위성이라 불리어질만큼 매우 작고 또한 성층권의 정해진 고도에서 떠다닐수 있도록 매우작게 만들어 졌다. 도8에 도시된 통신가능지역(coverage area)(210-205)은 발사지역(101-105)으로부터 수직상승한 플랫폼의 통신가능지역이다. 상기 통신가능지역(201-205)은 특정지역의 기후와 바람때문에 때때로 이동할 것이다. 그러나 성층권의 정해진 고도로 오르기 위해서는 보통 1시간 내지2시간이소요된다. 왜냐하면 약 10-20mph보다 적은 이동속도의 공기를 지나야 하고 제트기류와 만나면 어느방향으로든 10-80마일의 떠다녀야 하는 제트기류를 지나야 하기 때문이다. 350마일(560km)의 지름을 가진 원형의 통신가능구역 에 대한 통신가능반경 약 175마일(280km)에 따라 10-40마일의 표준적인 바람이동속도로 짧은 기간동안의 이동은 플랫폼의 발사기지가 기구의 상승이 끝났을 처음 정해진 고도에 근접한 좋은 위치에 있다는 것을 나타낸다.

플랫폼 또는 벌룬(balloon)(12)은 저밀도의 가스방출과 모래주머니를 버리면서 정해진고도를 유지하도록 콘트롤하는 고도유지장치가 장착되어 있다. 날마다 2개의 플랫폼 발사 스케줄을 가진 국가기상청기준을 따른다면 고도는 12시간 내지 24시간 동안 유지되어 진다, 기상청의 기준을 따르지 않는다면 고도는 벌룬(12)에 남아있는 가스, 전력, 모래주머니에 따라 100시간이 넘게 유지되어 질 수 있다. 기상청 기구의 그 기구가 고도 10,000피트를 넘으면 자연폭발 하도록 되어 있다. 기구가 상승하는 동안 기상데이타가 수집되고 지상으로 전송된다. 기구가 플랫폼의 운반하는 역할을 할 때, 그 플랫폼은 140,000피트보다 작은 고도를 유지할 것이다. 그리고 더욱 바람직하게는 약100,000피트보다 적은 고도를 유지할 것이다. 그리고 계속해서 성층권의 바람의 상태에 따라 이동할 것이다. 중앙통신기지국은 플랫폼이 더 이상 필요가 없을 때 그 벌룬(12)을 급속하게 수축시키거나 폭발시킬수도 있다. 그 플랫폼이 60000피트 아래로 떨어지거나 더 이상 모래주머니가 남아 있지 않을 때 그것은 엉뚱한 지역으로 이동하거나 고장을 일으킬 수 있다. 그 플랫폼이 상기조건들을 만나거나 지상통신기지국과 통신이 두절될 때 이러한 현상이 일어난다.바람직하게도 기구가 상승하는 동안 바람의 상태는 파악되고 지상통신기지국의 추적을통해서 계속해서 추적될 것이다. 이러한 것은 발생할 지도 모르는 통신불능지역(a gap in coverage)의 발생을 예측하는 것을 용이하게 할 것이다. 그리고 특히 그러한 통신불능지역의 위치나 그러한 지역에서 서비스되는 것이 필요한 지상통신장비나 페이저의 갯수를 예측하는 것을 용이하게 할 것이다.

도9는 중대한 통신불능지역이 발생하기 시작하는 일정한 시간동안의 이동후의 인접지역(100)을 도시한 것이다. 이동 발사기지가 발생한 통신불능지역(gap)(56b, 56c)의 통신을 가능하게 하기 위하여 일시적인 발사장소(171,172)로 이동되어질 수 있다. 또한 표준 발사기지의 근처에서 발생될 것으로 예상되는 통신불능지역, 예를들면 105 지역에 추가적인 플랫폼이 통상의 발사시간보다 빨리 발사기지(105)로부터 발사되어 질 수 있다. 비슷한 방법으로 지역적으로 위치되어진 이동발사기지가 통신불능지역(gap in coverage)이 발생할 때 통신을 가능하게 하기 위하여 배치되어 질 수 있다. 즉 예를들면 통신가능 지역중에서 일정한 갭(gap)(통신불능지역)이 발생하면 추가적인 영구 발사기지(173,174)가 갭(통신불능지역)(56d,56e)을 보충하기 위하여 추가적인 플랫폼을 발사 할 것이다. 일시적인 발사장소는 계절적으로 발생하는 바람의 방향 때문에 해안선을 따라 발생하는 갭(통신불능구역)을 메꾸기위해 계절적으로 이동할 수 있다. 예를들면 겨울동안 미국 서부해안이 그렇다.

도10은 라텍스 풍선(70)인 저밀도의 가스풍선이 있는 위성 플랫폼의 측면도를 도시한것이다. 토텍스 1000 풍선(Totex 1000 balloon)은 수소, 헬륨, 천연가스,또다른 적당한 저밀도의 가스로 채워져 있고 가스 방산을 줄이기 위하여 내부적으로 밀봉되어 있으며, SNS 통신 플랫폼을 상승시키는 역할을 한다. 토텍스 풍선은 팽창되기 전에는 지름이 약 5.25피트이나 140,000피트의 고도에서는 지름이 약 25피트가 될 정도로 풍선이 팽창한다. 소형연식 비행선(blimps), 에어로스탓(aerostats), 제펠린(zeppelins), 비행선(airships), 기구(dirigibles), 기상 풍선(weather balloon), 짐스피어(jimsphere), 고온 공기 풍선(hot air balloon), 음향 풍선(sounding balloon) 또는 기상관측(meteorological) 벌룬과 같은 공기보다 가벼운 기구들도 도 10에 도시된 라텍스 기후 기구(70) 대신에 사용되어 질 수 있다. 도 10의 기구(70)의 지름은 측정되지 않고 탑재박스(300), 고도조정장치(72), 기상측정장치(82), 안테나(76), 기상케이블 커넥션(84)을 포함한 플랫폼 전체의 무게로 측정된다. 케이블(84)은 광섬유케이블이고 기상자료수집장치(82)에 의하여 감지된 기상데이터에 기구에 의하여 야기된 진동의 효과를 최소한 줄이기 위하여 기상데이터 수집자료(82)가 기구(70)로부터 충분히 떨어질 수 있도록 약25미터의 길이를 가지고 있다. 광섬유 케이블(84)은 기상데이터를 기상자료수집장치(82)로부터 통신설비(74)로 이송하는데 사용되어 진다. 일반동선은 번개가 칠 때 그표면에 강한 스파크가 일어나기가 쉬워서 광섬유 케이블이 사용된다.

많은 종류의 저밀도의 가스 플랫폼이 있으며 그러한 플랫폼들은 본발명에 유용하다. 본원발명에 바람직한 종류의 플랫폼들로는 고무압력 풍선, 제로압력 풍선, 내부의 공기낭 풍선, 가변체적 풍선(adjustable volume balloon) 및 슈퍼압력 풍선(super pressure balloon)등이 있다. 이러한 각각의 기구들은 장단점을 가지고있다. 본원발명의 목적을 위해서는 고무압력풍선이 가장 적합하다. 또한 제로압력풍선 또한 고무압력풍선의 대체물로 고려되어질 정도로 적합하다. 더 좋은 것은 그러한 풍선(14)은 도 10의 15에서 도시되었듯이 가스의 부유성을 떨어뜨리는 유연한 재료로서 내부표면이 코팅될 수 있다.

고무압력 풍선 외부압력이 낮아질 때 풍선을 크게해서 풍선을 상승시키는 가스가 들어 있는 펴질 수 있는 얇은 고무막을 가지고 있다. 이것은 보통의 기상풍선이다. 또한 파티때 쓰는 풍선이 바로 이 풍선이다. 이 풍선의 가장 주요한 이점은 싼 비용으로 기상 풍선으로서 고품질인 기구(balloon)를 쉽게 구할 수 있다는 점이다. 그러나 이 기구는 어느정도 부서지기 쉬우며 섬세한 취급을 요하고 안정감이 약간 떨어지는 단점이 있다. 더욱이 그러한 기구의 사용은 그 기구가 최대한의 부피가 되는 것을 막기 위하여 가스의 방출을 필요로 한다.

제로압력 풍선은 폴리에틸렌 혹은 마일라(Mylar)와 같은 플라스틱으로 만들어진 기구이다. 외부압력이 내려가면 기구의 부피는 커진다. 일단 기구가 최대부피에 도달하면 가스는 방출되어야만 한다. 그렇지 않으면 기구재료가 더 이상 늘어나지 않아 기구가 터질 것이다. 비록 이러한 종류의 기구가 고무로된 기구보다도 더욱 안정감이 있고 공기의 방산이 더 적게 일어날지라도 고무로된 기구보다도 4배 혹은 10배 이상 비싸다. 또한 고무기구가 적은비용의 기구가 사용되는 곳에서는 더 선호된다 할 지라도 무압력기구 또한 장치를 들어올리는 유용한 풍선이 될 수 있고 고무 압력기구에 비해서 어느 정도의 이점이 있다.

내부의 공기낭 풍선은 상승가스를 포함하는 고정된 기구부피에 봉합된 공기를 포함하는 유연한 기구로 구성되어 있다. 공기는 고정된 기구부피에 포함된 상승가스를 포함하는 내부공기풍선으로 주입된다. 그래서 기구를 최대상승으로부터 하강시킨다. 기구를 상승시키기 위해서는 내부공기풍선으로 공기를 방출하면 된다. 소형연식 비행선(Blimps)도 이러한 방법으로 상승 및 하강을 조절한다. 이러한 종류의 기구는 가스방출 없이도 하강할 수 있다는 이점이 있다. 그리고 고무기구보다 안정성이 더 있다. 그러나 이것은 추가적인 풍선, 펌프, 상승하강을 조작하는 기계장치를 조작하기 위한 추가적인 전력을 필요로 해서 더 비용이 많이 들어가는 것이 단점이다.

가변체적 풍선(adjustable volume balloon)은 리프팅 가스(lifting gas)를 포함하고 있는 고정된 부피를 가지며 벌룬의 부피를 줄이는 기계적인 방법을 사용한다. 부피를 줄이므로서 상승가스는 압축되고 기구는 하강한다. 그 부피는 기구의 목에서 기구의 위 끝까지 연결되어 있는 조정선을 포함하는 방법으로도 줄여질 수 있다. 선이 줄어들면 부피도 줄어든다. 상승가스는 하강을 위해서 방출되지 않는다. 그리고 그것은 고무기구보다도 더 안정감이 있다. 그러나 그것은 부피를 증감시키는 기계장치와 그기계장치를 작동시키기 위한 추가적인 전력등이 필요하여 이 기구는 더 비용이 많이든다.

슈퍼압력 풍선(super pressure balloon)은 정해진 부피를 가지고 있다. 그것은 외부압력을 줄이기 위하여 팽창하지 않기 때문에 슈퍼압력 풍선이라 불린다. 그것은 증가된 압력에 견딜 수 있도록 충분히 강하게 만들어 졌다. 그 기구는 터지는 것을 막기 위하여 가스를 방출할 필요가 없으며 상당히 장기간 비행할 수 있다. 그리고 가스 방사성을 낮게하는 내부 막을 구비하고 있다. 이 종류의 기구는 가장 안정감이 있는 기구중의 하나이고 가스방출이 없는 이점이 있지만 제일 비싼종류의 기구이다. 제조의 어려움, 비싼비용, 이기술에 대한 기존의 개발된 기술의 부족 때문에 다른 종류의기구들이 대체품으로서 더욱 매력적으로 여겨진다.

통신장치(74)에 설치되어 있는 신호전송 안테나(76)는 통신장치(74)로부터 수직으로 뻗어있으며 전체의 원형의 통신공급지역에서 전송과 수신을 균형있게 발송하기 위하여 신호전송안테나(76)은 동일선상에서 약 6도 가량 기울어지게 설치되어있다. 안테나(77)에는 기상 데이터 송신케이블(84)과 안테나를 안정적으로 고정시키기 위하여 지지고리(86)가 장착되어있다. 또한 기구파괴장치(78)과 기구가 기구파괴장치에 의하여 파괴되거나 그밖의 자연적인 이유로 파괴될 때 통신장치의 보존을 위한 낙하산(80)이 도10에 도시되어 있다.

도 11은 본 발명에 따른 통신 디바이스(74)의 일 실시에 대한 부분 단면도를 나타낸다. 탑재박스(300)는 내부 컨테이너(302) 및 내부 컨테이너(302)를 둘러싸는 외부 스티로폼 절연체(304)를 포함한다. 컨테이너(302)의 내부에는 회로기판(306)이 있어 각종 전자 부품이 부착되고 연결되어 희망하는 플랫폼의 신호 통신 및 원격제어를 수행한다. 전자부는 RF부, 안테나, GPS 수신기, 프로세서 및 전원 레귤레이터로 구성된다. RF부는 저가형 트랜스미터 및 전류 2방향 페이저(pager)의 수신부를 기본으로 한다. 트랜스미터 파워는 대략 7W 정도로 증가된다. 단독의 900㎒ 동축 쌍극자 어레이 안테나는 송신 및 수신 기능을 모두 수행한다. 추가적인 주파수가 유용 가능하면 지상 기지국으로 케이트웨이 RF 링크를 위해 추가적인 안테나가 설치될 수도 있다. 가능한 주파수로 기상장치에 할당되는 400㎒ 또는 1680㎒ 밴드가 포함된다. 만일 SNS 시스템도 NWS를 위한 기상 데이터를 수집한다면 이러한 데이터는 기상 조력밴드(aids band)에 송신되고 기상 데이터와 함께 추가적인 게이트웨이 트래픽(gateway traffic)을 보내는 것이 가능할 수도 있다. 프로세서와 연결되는 12채널 GPS 수신기는 이륙동안 NWS에, 전체 비행동안 SNS NOC에 위치정보를 제공한다. NOC는 정보를 사용하여 SNS 플랫폼의 위치를 찾고 보호 홀(coverage hele)이나 갭을 결정하여 적절한 풍속 및 풍향으로 고도를 변경함으로써 기본적인 위치조정을 수행한다.

도 11 및 그 측면 부분 단면도인 도 12에 도시되는 실시예는 복수의 경량 고출력 배터리(308a, 308b, 308c, 308d)를 구비하는 통신 디바이스(74)용 전원을 나타낸다. 플랫폼은 메세지 트래픽(message traffic) 및 플랫폼 사양에 따라 약 3-8W의 동력을 요한다. 리튬-이산화황(LiSO₂) 배터리는 가격과 중량 측면의 효율성이 있고 높은 고도에서 나타나는 저온환경에서 하강동작(descent operating) 특성을 지닌다. 배터리는 간격을 두고 반복되는 위치에 배치되어 최대의 유니트 체적밀도가 연방항공안전기준에 따른 최대 유니트 체적밀도 요건을 유지한다. 유니트 체적밀도 및 전체 탑재중량이 낮으면 풍선의 발사가 FAA 규정에 의해 제한되지 않게 된다. 예를 들어 플랫폼 상승시 안전을 유지하기 용이하게 한다. 청구항 1에 의한 부력 별자리 통신 시스템은 상기 각 플랫폼이 바람직하게는 무인 자유 풍선이고, 탑재박스 및 그 내용물은 바람직하게는 전체 중량이 6파운드 이하이다. 외면은 설정된 면적을 지니고, 중량 대 크기 비율은 탑재박스의 어느 표면 및 한 개를 플랫폼에 부착시킨 기상 패키지에 있어서 바람직하게는 평방인치당 3파운드 이상되지 않도록 한다. 중량 및 크기 비율은 자유 풍선에 부착된 탑재기 또는 패키지의 전체중량(온스)을 탑재기 또는 패키지의 가장 작은 외부 표면의 면적(평방인치)으로 나누는 것에 의해 결정된다.

플랫폼 탑재박스(300)에는 기상 접속 케이블(84)을 해체 가능한 커넥터(312)에서 컨테이너(302) 내부의 회로기판(306)에 연결하는 바닥개구(310)가 구비된다. 또한, 안테나(76)는 바닥개구(310)에 있는 안테나 연결부(314)에 부착되어 신호가 안테나(76)를 통해 회로기판(306) 측으로 전송 또는 수신되도록 한다. 광섬유 케이블(84)로부터의 기상 데이터는 회로기판(306)의 부품에서 수신 및 처리되고 안테나(76)를 통해 지상 기지국(24)으로 전송된다. 불의의 충격시 기상 패키지의 탈거를 용이하게 하기 위해 광섬유 케이블은 바람직하게는 50파운드 이하의 충격으로 풍선으로부터 분리된다. 안테나(76)의 움직임을 감소 및 완충하기 위한 능동안테나 스테빌라이저(316)가 제공되어 신호 수신 및 전송이 견실하게 수행된다. 항공 플랫폼(12) 및 함께 부착된 통신 유니트(74)의 고도를 조절하기 용이하도록 탑재박스(300)는 밸러스트(318)를 지닌 밸러스트 저장챔버(320)를 포함한다. 밸러스트(320)는 바람직하게는 쉽게 이동할 수 있는 납탄(lead shot), 금속 BB, 또는 구형 유리구슬로 하여 셔틀과 같은 밸러스트 낙하게이트로 통제하에 방출되는데, 개구를 통해서 교대로 이동하여 밸러스트 챔버(320)에 들어오고 도식적으로 표시한 부호 326처럼 바닥개구(310)로부터 낙하된다. 저장이나 수송중 편리성을 도모하고 전력소모를 피하기 위해 수동의 회로작동 스위치(328)가 제공된다.

탑재박스(300)의 상부에는 풍선연결 스핀들(330)이 있는데. 이는 상측으로 유연한 풍선연결 네크(334)가 부착되는 말단목부(332)를 구비한다. 풍선연결 네크(neck)는 스핀들에 삽착되는 크기로 되어 하측으로 내려가며 스톱립(336)(stop lip)까지 연장되고 하나 이상의 강력 고무밴드(338)로 위치가 고정된다. 편리성을 위해 스톱립 하측으로 고무밴드 저장찬넬(340)이 제공된다. 고무밴드는 공기보다 가벼운 "신선한" 공간, 즉 풍선(70)이 완성되도록 저장되고 결합된다. 바람직하게 풍선(70)은 비나 기타의 강수로부터 탑재박스 및 특정 부품을 보호하기 위한 레인후드(342) 상측으로 위치하는 가스충진 밸브(344)를 통해 헬륨(He), 수소(H₂) 또는 천연가스가 충진된다. 가스충진 밸브(344)는 헬륨 또는 수소공급 탱크와 같은 가스공급 탱크와 용이하게 결합되어 팽창가능한 풍선이 그 목부(334)에서 스핀들(330)에 부착되고 충진가스가 그 부착된 용기, 즉 풍선에 적량으로 공급될 수 있다. 가스압 센서튜브(346)는 스핀들 내부에서 연통되어 풍선내부 가스압 센서(348)가 회로기판의 전자기기에 연결되도록 개재된다. 가스온도 센서(350)는 상단목부(332)의 상측으로 위치한다. 온도센서 전선(352)은 온도를 나타내는 신호를 회로기판(306)의 적절한 회로에 전송한다. 주위공기 압력센서(356)와 함께 주위공기 온도센서(354)가 제공되어, 검출된 주위공기의 온도 및 압력을 회로기판에 전송하도록 연결된다. 배터리 온도센서(358), 탑재기 온도센서(360) 및 자세센서(362)는 모두 회로기판(306)에 연결되어 원격제어 및 상기 회로(306)를 사용하는 항공 플랫폼(12)의 기능 유지를 위한 정보 및 입력을 제공한다. 가스온도 센서(350), 주위공기 온도센서(354), 가스압력 센서튜브입력(348) 및 주위공기 압력센서(356)로부터수집되는 데이터는 부분적으로 풍선이 폭발상태에 이르는지 결정하는데 사용된다. 히터 및 쿨러기구(364)는 탑재박스의 내부 온도를 제어하도록 설치된다. 항공 플랫폼이 높은 고도로 상승되면 주위온도는 급강하하고 상자의 내부는 배터리 또는 선택적으로 히터(364)에 의해 발생되는 열에 의해 가열된다. 만일 배터리로부터의 열이 주(主)가 되고 예를 들어 밝은 태양광과 병용된다면 내부 온도는 적정 동작온도를 상회하게 되고, 그러면 히터 및 쿨러기구(364)의 쿨러 부분이 작동하여 적정 온도범위를 유지한다. 히터 및 쿨러지구는 열전소자일 수도 있다.

풍선의 고도를 조절하고 특히 적정 최고 고도를 초과하여 계속 상승하는 것을 방지할 목적으로 가스릴리프 밸브(366)가 제공된다. 스프링(368)은 릴리프밸브(366)를 노멀 클로즈(normal close) 상태로 유지한다. 엑췌이터 로드(369)는 밸브(366) 및 밸브 엑췌이터 와이어(370)에 설치되어 스프링 하중을 이기고 밸브를 개방한다. 엑췌이터 와이어(370)로서 니켈-티타늄(NiTi) 와이어가 사용될 수 있다. 가스릴리프 밸브(366)는 작은 전류가 NiTi 와이어로 통전되면 개방되는데, 설정된 치수로 수축되면서 스프링 하중을 이기고 릴리프 밸브를 당겨 오픈 상태로 하고 공기보다 가벼운 가스가 배출되도록 한다. 엑췌이터 로드는 컨테이너(302)의 상측, 보다 바람직하게는 실(371)을 통과하여 컨테이너의 내부가 엘레먼트에 직접 노출되지 않도록 한다. 밸러스트 셔틀게이트(322)는 역시 니켈-티타늄(NiTi)으로 된 밸러스트낙하 엑췌이터와이어(372)와 마찬가지로 작동된다. 능동안테나 스테빌라이저(316)는 마찬가지로 NiTi로 구성될 수 있다.

기상낙하 제어와이어(374)도 또한 NiTi로 될 수 있고, 기상 데이터가 더 이상 획득되지 않으면 기상탐침을 단락하는데 사용될 수 있다. 통상 기상 풍선은 대략 100,000피트를 지나면 폭발한다. 여기서, 풍선은 가스의 일부를 배출하여 설정된 시간동안 성층권 고도를 유지한다. 파괴기구(78)는 피봇형 파괴아암의 예리한 단부(378)에 의해 원격으로 작동되어 플랫폼이 낙하되도록 한다. 파괴아암(376)은 급속 회전하여 풍선의 외면과 접하도록 탄지되고, 이때 홀드 해제핀(386)이 홀드/해제 그루우브(384)와 맞물린 상태에서 당겨진다. 해제핀(386)은 안테나(76)를 통하거나 프로세서로부터 원격 신호를 받을 때 회로기판을 통하여 작동되는 컨트롤 와이어(388)로 제어되는 것이 유리하다. 또한 플랫폼의 내부에 GPS 위성 시스템으로부터 위치 정보를 수신하는 회로기판에 연결되는 GPS 안테나(390)가 제공되어 연접된 지형범위에 걸쳐 이동 및 부상할 때 플랫폼의 추적을 용이하게 한다.

도 13은 본 발명에 따른 플랫폼의 다른 실시예에 대한 도식적인 부분 측단면도인 바, 통신회로 및 제어를 위한 전력원은 연료전지(400)이다. 연료전지(400)는 수소 및 산소를 사용하여 전력을 제공하는 양자교환멤브레인형(PEM) 연료전지가 유리하다. 이러한 종류의 시스템은 수소원, 즉 공기보다 가벼운 풍선(70)으로부터 연료전지(400)로 연결되는 수소튜브(406)를 필요로 한다. 수소입구(404)에는 수소순환기(406)가 제공되는바, 이는 단지 팬(406)을 사용할 수 있다. 이와 같이 수소튜브를 사용하면 수소가 풍선으로부터 인출되어 연료전지(400)로 투입된다. 또한 풍선으로 재순환되는 수소출구(408)가 있다. 개략적으로 연료전지의 수소분압을 감시하도록 수소튜브 압력센서(410)가 제공된다. 이러한 종류의 연료전지는 또한 산소 풍선(414)을 산소튜브(412)에 연결시켜 제공되는 산소공급을 필요로 하는데, 이에따라 산소풍선이 수소풍선 용기의 내부에 있도록 한다. 산소풍선은 상당한 내압으로 산소를 보유하도록 성형된다. 산소풍선(414)은 고무밴드(416)로 튜브(412)에 부착되고, 산소펌프(418)는 산소입구(420)를 통해 산소풍선(414)의 산소를 연료전지로 이동 및 가압시킨다. 또, 프로세스를 조절하기 위해 산소압력 센서(422)가 제공된다. 연료전지 반응에서 물이 부산물로 생성된다. 물은 연료전지에서 발생되는 열에 의해 액체상태로 유지되고, 바람직하게는 플랫폼이 작동하는 높은 고도에서 얼기 전에 배출된다.

도 14는 탑재박스(300) 내부에 구비되고 회로기판(306)과 위치하여 연결되는 SNS 플랫폼 하드웨어의 도식적인 다이아그램이다. 프로세서(430)는 전기신호 입력을 받고 전기신호 출력을 제공하며, 플랫홈의 부양 고도, 온도, 풍선 파괴, 밸러스트 낙하, 등을 제어하는 동시에 지상국, 개인통신기기 또는 기타의 정보통신기기와 송수신되는 통신 신호를 수신, 처리 및 송신하기 위한 다수의 부품과 연계된다. 우선 부호 432의 블록은 배터리(308) 또는 연료전지(400)를 나타낸다. 부호 434의 블록은 전원공급 조절회로(436)에 공급전원을 작용하여 유용한 전원(438)을 생성하기 위한 온오프 스위치(328)를 나타낸다. 간략화를 위해 모든 경우에 있어 각종의 조작 및 제어 기기로 인가되는 개별전원의 연결은 나타내지 않는다. 블록 440의 공급전압 센서 및 A/D 컨버터(444)로 정보를 제공하는 블록 442의 전류공급 센서로 전원이 인가된다. A/D 컨버터는 또한 블록 446의 탑재기 및 배터리 연료전지 온도게이지, 블록 448의 가스 및 주위온도 검출 및 블록 450의 가스압력으로부터 정보를 다양하게 수신한다. 디지털 변환정보는 블록 454의 플래시메모리블록 및 블록(456)의 RAM으로 다양하게 출입된다. 프로세서는 A/D 컨버터(444), 플래시메모리(454), RAM(456)으로부터 각종 입력제어 데이터에 액세스된다. SNS 플랫폼의 상승동안 블록 458의 기상 패키지는 블록 460의 주위온도, 블록 462의 주위압력 및 블록 464의 주위습도를 포함하는 적절한 기상정보를 수신한다. 블록 496으로 표현되는 안테나 안정(316)은 블록 466의 SNS 플랫폼제어 시스템의 일부인 자세센서 정보에 의존하여 안테나(76)를 안정화할 수 있다. 기상 패키지(458)에 의해 검출 및 수집되는 정보는 전송된다. 예컨대, 적외송수신기(468)는 기상 패키지(458)가 부착된 SNS 플랫폼의 상승동안 지상 기지국으로 적절한 송신을 위해 직렬의 기상 데이터를 프로세서(430)에 전달하는 광섬유 케이블(84) 및 프로세서 적외송수신기(472)에 대응하고 있는 블록 470의 광섬유 케이블을 통하여 통신한다. GPS 안테나(390)에 대응하는 GPS 안테나 블록(474)은 직렬포트로 표시되어 GPS 클럭, 즉 블록 478의 세컨드 틱(second tick)과 동기되는 GPS 수신기(476)를 통하여 통신한다. 이와 같이 하여 특정 시간에서의 위치가 프로세서에 제공된다. 이러한 위치정보는 풍속을 결정하기 위한 다른 기상입력과 연계되고, 상승 부품을 조향하여 상승중 풍속을 특정의 고도 및 지형위치에 대응시킨다.

통신은 바람직하게 900㎒ 송수신기 및 모뎀(480)과 게이트웨이 송수신기 및 모뎀(482)을 사용하는 프로세서(430)에 의해 제어된다. 동축어레이 안테나(484)로 출입하는 신호는 동축에레이 안테나(484)에 수신되는 디플렉서(486) 제어정보를 통하여 인터페이스되고, 디플렉서 및 적정주파수 송수신기 중 하나를 통하여 지상 신호로부터의 입력정보와 함께 프로세서(430)로 전송된다. A/D 컨버터(444)를 통하여제공되는 온보드 센서의 입력정보로부터, 부호 476에서의 GPS 위치정보, GPS 시간정보(478), 자세센서 정보(466), SNS 플랫폼의 각종 기능들이 제어될 수 있다. 가스배출 엑췌이터(370)에 대응하는 블록 488의 가스배출구가 포함된다. 또한 밸러스트 낙하는 밸러스트낙하 엑췌이터(372)에 대응하는 블록(490)에서 제어된다. 기상 패키지낙하는 패키지낙하 엑췌이터(374)에 대응하는 블록(492)에서 개략적으로 제어된다. 풍선파괴는 파괴엑췌이터(376)에 대응하는 블록(494)에서 수행된다. 안테나 안정화는 안테나안정 메커니즘(316)에 대응하는 블록(496)에서의 제어에 따라 영향을 받는다. 탑재기의 가열 및 냉각 온도제어는 히터 및 쿨러기구(364)에 대응하는 블록(498)에서 제어될 수 있다. 추가적으로 포함 가능한 추가 기능은 블록 500에서 제어된다.

본 발명의 다른 변형예 및 수정예는 당업계의 통상의 기술자들에게 있어 현재 개시되는 것을 읽는 순간 자명해진다. 여기 개시되는 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 대한 광의의 해석에 의해 본 발명에 법적으로 부여되는 범위로 제한되어 진다.

본 발명은 소형의 공기보다 가벼운 플랫폼에 의하여 제공되는 대부분의 기능을 통합하는 상대적으로 소형의 그리고 저렴한 초소형 전자기술을 사용함으로서 종전의 통신위성의 결점을 극복할 수 있다. 특히 일정한 성좌를 형성하는 공기보다 가벼운 다수의 기구가 초소형 통신장비를 성층권이라고 불리는 지구의 대기층으로 운반하게 되어 있다. 이러한 기구의 무게는 비정지궤도에 최근에 발사되어진 극소형 위성보다도 약 100배 내지 1000배 작다. 편리하게 언급하자면 전자통신기기와통제장치를 운반하는 플랫폼은 여기서 종종 "성층권의 미소위성"으로 혹은 간단히 SNS로 언급되어 졌다. 메트릭시스템에서 나노(nano)라는 접두사는 마이크로(micro)라는 접두사보다 1000배 작다는 것을 의미한다. 이 SNS 발명은 궤도로 위성을 운반하는 로켓의 필요를 없앴다. 일정한 간격으로 떨러져 있는 다수의 정지궤도를 도는 SNS는 싼 비용으로 위성을 배열할 수 있다. SNS 플랫폼은 대기와 성충권의 기후 특히 바람의 상태에 따라 지구위에서 이동할 수 잇는 설정된 고도에 오른 후에 움직인다. SNS 플랫폼은 똑같은 간격으로 떨어지도록하는 기류를 타기위하여 가스방출과 모래주머니를 떨어뜨리면서 고도를 조정한다. 본 플랫폼은 더 이상 필요가 없을 때에는 급속히 하강하도록 되어 있다.추가적인 플랫폼이 발사는 이러한 플랫폼의 배열에서 발생하는 갭을 메꾼다.

무선통신이용자가 현재 사용하는 개인무선 통신설비들은 본 발명인 SNS시스템에서도 사용할 수 있다. 그러나 이것은 전통적인 통신위성사업에서는 그렇지 않다. 왜냐하면 통신위성은 이용자들로부터 매우 멀리 떨어져 있다(정지궤도 위성으로부터 22,000마일보다 더 떨어져 있다). 그래서 신호는 특별한 장비 없이는 너무나 약하고 또한 통신위성은 고속이동을 하기 때문에 주파수 에러를 많이 발생시킨다. 이에 비해서 SNS 플랫폼은 그리고 일정한 지역을 커버하는 다수의 플랫폼 중 어느 하나로부터 방사상의 통신가능지역과 고도에 따라서 기껏해야 지상의 애용자와 175마일(280킬로미터) 떨어져 있다. 더욱이 본발명인 플랫폼은 자동차속도와 비슷한 속도로 이동한다(떠있는 고도에서 0과 80mph사이). 기존의 무선통신시스템의 시설과 장비를 사용할 수 있다는 것은 본발명의 또하나의 장점이다. 왜냐하는 새로운 통신시스템을 설치할 때 그 설비비용은 엄청나기 때문이다.

궤도통신위성의 엄청난 배치비용과 새로운 장비비용에 비한다면 본원발명은 이용자가 새로운 장비를 설치할 필요가 없고 단지 약간의 추가적인 비용만 부담하면 된다. SNS시스템의 장점은 벌써 시행되고 있는 송신탑으로 전파를 전송하는 표준적인 일방향 그리고 쌍방향의 페이저(pager)의 시설과 장비를 그대로 이용할 수 있는 메시지 전송 네트워크라는 점이다. SNS시스템의 배치를 고려하지 않고서도 시장분석가들은 3천5백만의 이용자가 2003년까지 표준적인 쌍방향 페이저를 소지할 것으로 예상했다. 이러한 이용자들은 단지 추가적인 월이용료만 부담하면 현재의 서비스에 부가하여 본원발명은 SNS시스템 통신네트워크의 향상된 송수신 서비스를 추가로 받을 수 있다. 이러한 새로운 서비스를 받는데는 새 이용자의 장비와 훈련을 위한 선행투자비용이 필요하지 않으며, 또한 최근의 위성페이저의 경우에서처럼 하나의 페이저나 혹은 다른 플랫폼 외에 다른 기구를 구매하거나 이용자의 습관을 바꿀 필요도 없다.

더욱 본원발명 SNS시스템은 발전된 메시지 전송을 수행하면서 국제적으로 인정된 통신프로토콜의정서 혹은 페이저 프로토콜 의정서를 사용한다. 이 새로운 시스템이 국제적으로 통용될 수 있는 가능성은 미국에서 그것이 통용될 가능성과 비슷하다. SNS 시스템은 또한 다른 인기있는 페이징 프로토콜 의정서를 이용할 수 있다. 이 시스템은 또한 개개의 페이징 통신에 이용되어 질 수 있고, 고공촬영, 적외선 스캐닝(infared scanning), 추적장치 및 기상데이터 수집장치에 사용되어 질 수 있다.

미국 기상청이 "SNS 플랫폼(SNS platforms)"를 기존의 기상정보 수집기구에 대체하여 사용한다면 이 또한 유용할 것이다. SNS 플랫폼으로부터 수집되는 위치파악 정보는 미국기상청에 유용한 풍향정보를 제공할 수 있지만 미국 기상청은 이를 설치할 여유가 없다. 미국 기상청의 위성발사 시설은SNS 발사, 통제 및 통신시설로 이용될 수 있다. 미국기상청으로 기상데이터를 송신한후에는 본원발명은 플랫폼은 정해진 고도에서 이동할 수 있도록 통제되고 다른 상업통신서비스를 제공할 수 있다. 미국 기상청의 기상관측기가 분리할 수 있게 장착되어질 수 있다. 상승이 완전히 이루어지고 나면 모래주머니는 방출되어 질 수 있다. 그리고 필요한 기상 데이터가 미국 기상청으로 전송되어 질 수 있다. 그리고 첨부된 고공기상관측기는 최근의 고공기상관측기에 의한 기상관측 데이터와의 일관성을 유지하기 위해서 고공기상관측기(radiosondes)에서 사용된 똑같은 센서가 첨부된 것을 사용한다.

본원 발명의 SNS네트워크 시스템은 넓은 지역의 통신을 책임지며 국가적으로 정해진 주파수대를 사용한다. 그리고 게다가 국제적인 정해진 주파수대도 사용한다. 각각의 SNS 플랫폼의 넓은통신 공급지역 때문에 국가적인 혹은 국제적으로 통용되는 주파수대를 SNS시스템에서 사용하는 것은 유익한 일이다. 다중 송신함이 없이 간은 주파수대를 동시에 사용하는 것은 대개 장애를 일으킨다. 본 발명의 시스템은 협대역 개별정보통신서비스(NPCS)의 주파수대에서 최적으로 통신한다. 미국의 NPCS산업계는 "ReFLEX"라는 쌍방향 메시지전송에 관한 "프로토콜 의정서"를 통신사업의 기준으로 삼아 왔다(ReFLEX는 Motorola 회사의 상표이다). ReFLEX는 "시분할 다원접속방식(TDMA)"을 사용하는 프로토콜 의정서이다. ReFLEX 프로토콜 의정서는모토로라 회사에 의해서 만들어진 FLEX 프로토콜을 발전시킨 의정서이며, 4분마다 128개의 층이 있는 "동기식 프로토콜"이다. 각층의 시작은 동작 타이밍을 맞추기 위하여 전지구 위치파악시스템(GPS)기술을 사용한다. 이 방식을 사용하면 4분단위의 사이클동안 각각의 네트웍에 일정한 수의 층(frames)을 할당함으로서 본원발명 SNS 시스템과 기존의 통신위성이 동일한 주파수를 공유 할 수 있다. 따라서 본원 발명인 SNS 시스템은 본원발명의 고유한 주파수대에서 작동할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 다른 통신위성의 주파수대에서도 작동할 수 있다. 왜냐하면 그들은 동시에 신호를 전송하지 않기 때문이다. 이러한 방식은 시분할 다원접속방식에도 적용되고 본원발명에도 적용된다.

TDMA 방식이 FLEX 프로토콜 의정서와 ReFLEX 프로토콜 의정서를 사용하지만

본원발명 SNS는 부호분할 다원접속(CDMA)그리고 주파수분할 다원접속방식(FDMA)같은 다른시스템도 사용할 수 있다. 부호분할다원접속(CDMA)방식은 디지털 데이터를 모든 사용가능한 주파수대에 분배한다. 다양한 데이터가 각각 고유한 순차코드(a unique sequense code)를 가지면서 같은 채널을 동시에 사용한다(때때로 스펙트럼 확산기술이라고 불린다). 특정의 순차코드는 주파수대역폭을 매우 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 그럼에도 불구하고 그것은 너무나 복잡하고 비싸다. FDMA방식은 각각의 데이터가 주파주를 하나씩 가지고 있다. 비록 이것이 실행하기 너무나 쉬운 방식을 제공하고 낮은비용이 들지만 그럼에도 불구하고 이방식으로 매우 효율적으로 대역폭을 사용할 수 있다.

ReFLEX는 128개의 타임슬롯(time slot) 혹은 층(frame)을 4분단위의 사이클이로 가지고 있다. SNS 시스템은 자신의 고유한 주파수를 사용하거나 연결된 "페이징 디바이스"와 타임슬롯을 공유할 수 있다. ReFLEX에 의하여 사용된 TDMA방식은 대역폭을 효과적으로 사용할 수 있게 한다. 이 방식은 어느정도의 복잡성과 관련된 장비의 비용이 비싸다. 그러나 복잡성은 빠른속도의 마이크로프로세서로 계속해서 더욱 쉽게 작동되고 있으며 비용도 계속해서 다운되고 있다.

ReFLEX 프로토콜의정서가 4분단위로 가지고 있는 128 타임슬롯과 128개의 층은 한 개의 주파수에서 SNS시스템에 의하여 중복적인 통신공급지역을 가지고 있을지도 모르는 다른 페이징 안테나와 송신탑과 공유되어 질 수 있다. 하나의 페이저가 여러개의 플랫폼과 송신탑으로부터 전파를 받을 수 있다. 왜냐하면 인접한 통신공급지역을 가진 송신탑과 혹은 통시기구는 각각 특정한 층(frame)을 할당받았고 그 페이저는 각 타임슬롯마다 단지 하나의 송신기를 인식하기 때문이다. 하나의 페이저가 같은 층(frame)에서 단지 하나의 송신기로부터 신호를 받게 하기 위하여 플랫폼에 타임슬롯 혹은 층(frame)을 역동적으로 할당시키는데 본원발명의 목적이 있다.

더 높은 능력을 발휘할 수 있는 더욱 성능 좋은 플랫폼을 제공하기 위하여 다른 통신위성보다 더 많은 수의 타임슬롯을 어떠한 시간 혹은 장소에서 하나의 플랫폼이 보유하도록하기 위하여 타임슬롯이 역동적으로 할당될 수 있도록 하는 것도 본원발명의 목적이다. 역동적으로 층을 할당하는것(혹은 역동적으로 층을 배당하는 것)은 어려운 문제이다. 더 많은 층이 한 플랫폼에 할당될 때 그 하나의 플랫폼과 동시 사용하는 공급지역을 가지고 있는 다른 모든 통신 기구는 할당되어진 층에 대한 연결을 잃을 것이다. 그러므로 통신능력도 잃을 것이다. 그럼에도 불구하고 통신공급이 덜 필요한 지역에서 층 혹은 타임슬롯의 할당을 최소화 하는 동안 모든 이용 가능한 타임슬롯을 효과적으로 사용함으로서 역동적으로 층을 할당하는 능력은 전체시스템의 통신능력을 최대화하는 것을 쉽게 할 것이다.

또한 TDMA방식을 사용하는 ReFLEX의 쌍방향 페이징 프로토콜 의정서가 위에서 언급하였듯이 더 선호될지라도 SNS가 다른 페이저 프로토콜의정서를 사용할 수 있다는 것도 또한 본발명의 목적이다. 예를 들면 3개의 주요한 페이저 의정서는 FLEX, POCSAG 그리고 ERMES를 포함한다. FLEX 프로토콜 의정서는 ReFLEX 이전에 있던 일방향 페이징방식이다. POCSAG는 덜 효율적인 일방향 통신방식의 더 오래된 기준이다. 그럼에도 불구하고 FLEX가 더 잡음이 없고 더 많은 지역에 통신이 가능하고 미국과 다른 나라에서 일방향 페이징방식으로 점점 더 표준이 되어 감에도 불구하고 미국의 대부분의 페이저는 POCSAG방식을 사용한다. ERMES 페이징 프로토콜 의정서는 유럽에서 표준인 일방향의 페이징 기준이다(최근들어 정부가 강제하는 경향임). SNS 시스템은 ERMES프로토콜 의정서에 따라 통신을 하기 위하여 회로를 적절히 배열할 수 있다 그러므로 유럽에서도 사용이 가능하다.

많은 다른 프로토콜 의정서가 넓은 주파수의 범위에서 사용되어지는 대부분의 음성과 페이징 네트워크에 비해서 협대역개별정보통신서비스(NPCS)는 전국가에 있는 협대역 개별정보통신서비스 면허를 받은 사업자가 FLEX혹은ReFLEX를 적용하여 사용하는 일련의 국가적인 주파수대를 가지고 있다.

필요하다면 전국에 있는 통신회사에 의하여 소유된 모든 NPCS채널에서 상대적으로 쉽게 본원 발명이 작용할 수 있도록 국가적으로 일치한 주파수대나 프로토콜 의정서가 있으면 본원발명에 훨씬 유리하다. NPSC의 주파수대에 대한 정부의 최소한의 규제가 또한 NPSC의 규제가 입안될 때 알려지지 않은 SNS가 현재의 규제에 위반함이 없이 NPSC의 주파수에서 작용하는 것을 가능하게 해준다. NPSC주파수를 면허받은 사업자들은 경매에서 구매한 주파수를 소유하고 본원발명 SNS 시스템은 주파수 소유자로부터 동의를 받아 같은 주파수를 사용할 수 있기 때문에 국가주파수국(FCC)으로부터의 추가적인 허가는 필요없을 것이다. 이러한 특별한 특징은 허가를 따기 위하여 걸리는 2년 내지 3년정도의 준비기간을 절약하게 해줄 것이다.

위에서 간단하게 언급하였듯이, 규제적인 장애가 거의 없다는 점 외에도 본원발명은 새롭고 특별한 이용자 장비가 필요하지 않다는 커다란 이점을 가지고 있다. 기존의 위성장비 중에서 6백만-1천5백만 가지의 부품은 공통부품으로 유사장비에 사용되어질 것으로 예상되고 이러한 부품은 당연히 SNS에서 사용할 수 있다 할 것이다. 그리고 SNS 방식은 싼 프로그램 시스템을 사용한다. 그러나 본원발명은 본원발명인 플랫폼의 배열에 의하여 제공되는 더 확장되고 더 완전한 통신공급지역을 제공할 것이다. NPSC 주파수 사용 사업자들에게 이 새로운 시스템은 특별히 도시지역이 아닌 외딴지역에 완전한 통신공급을 제공할 수 있다.

페이징 장비 소유자와 이용자들은 현재의 그들의 장비와 월 요금 청구서가 들어 있는 박스를 체크할 만큼 간단한 통신범위를 확장할려는 결심으로 본원발명에 의하여 확장된 통신공급범위를 가질 수 있을 것이다. 그들은 현재의 그들의 페이징 통신회사와 거래를 계속하고 다만 SNS에서 제공되는 외딴지역에 대한 통신공급 서비스만 추가할 수 있을 것이다. 새로운 전자장치의 특징을 배우기 위해서는 어떠한 준비기간과 어떠한 새로운 장비도 필요하지 않을 것이다. 장비의 바꿈이 없이 단지 향상된 통신가능 범위만 있을 것이다

본원발명의 매우중요한 효과는 외딴지역의 통신가능범위가 상당히 향상된다는 것이다. 최근의 무선데이터의 통신가능범위는 단지 대도시지역의 통신가능 범위를 합쳐놓은 것에 불과하다. SNS 네트워크는 기존의 통신가능지역과 낮은 통신서비스 지역에서도 모두에서 잘 작용한다. 정부의 NPSC에 대한 규제는 모든 허가업자들에게 최소한의 시스템 추가를 요구한다. 예를들어 약 1999년까지 한명의 NPSC통신사업자는 적어도 미국인구의 37.5%혹은 750,000평방킬로미터를 서비스하여야 한다. 그리고 2004년까지 한명의 NPSC통신사업자는 적어도 미국인구의 75%혹은 1,500,000평방미터를 서비스하여야 한다. 인구가 매우 집중되어 있기 때문에 기존의 통신시스템은 시스템은 약간의 서비스지역을 넓히기 위해서도 송신탑을 건설하여야한다.사실 미국의 대도시 인구집중 때문에 1999년의 최소한의 지역서비스 조건과 2004년의 인구서비스 조건은 미국전국토의 약 8%그리고 16%의 땅넓이에 일치한다. 예를들어 인구의 90%를 서비스하기위해서는 통신사업자는 전국토의 약 20%정도만 서비스하면 된다. 송수신탑이 잠재 고객당 더 많은 장비를 제공하고도 적은 서비스를 제공할 수 밖에 없기 때문에 인구밀도가 낮은 지역에 대한 서비스의 제공은 더욱 비싼비용이 소요된다. 그래서 수익이 발생하지않기 때문에 90%이상의 인구를 서비스하는 통신 시스템을 가진 통신회사는 현재 없는 실정이다. 많은 무선통신 회사들이 겨우 70%-80%정도의 인구를 서비스하고 있는 실정이다.

본원 발명은 실질적으로 전 인구의 100%를 서비스할 수 있도록 고안되어 졌다. 그리고 현재의 무선통신회사의 시스템을 사용할 수 있다. 그래서 기존의 페이징 통신회사는 인구밀도가 높은지역을 서비스하고 인구밀도가 낮은 지역은 본원 SNS시스템이 서비스할 수 있는 것이다. 즉 SNS 시스템은 인구밀도가 높은 지역 중심의 기존 페이징 통신시스템을 보충하는 역할도 수행한다. 비록 SNS시스템이 인구밀도가 높은지역의 통신탑시스템에 비하여 낮은 통신처리능력을 가지고 있을지라도 외딴 지역을 여행하는 이용자가 SNS의 추가적인 서비스를 받을 수 있는 완전한 통신서비스 가능범위를 제공한다. 그래서 이용자는 하나의 플랫폼으로서 페이징 서비스의 서비스 범위에 있거나 동시에 사용할 수 있는 다른 통신서비스의 범위에 있게 되는 것이다. SNS 시스템은 또한 더 많은 SNS 플랫폼을 발사하거나 인근의 플랫폼 사이에서 주파수의 사용을 역동적으로 재조정함으로써 특정지역의 통신서비스를 더 향상시킬 수 있다.

SNS 시스템은 또한 개별 페이징통신뿐만 아니라 음성, 고공촬영, 적외선 스캐닝, 추적장치 및 기상자료수집 서비스에도 사용된다. 작년에 시장에 나온 광대역 개인통신서비스(BPCS) 휴대전화는 짧은 메세시전송 서비스(SMS)라는 발전된 메시지 전송서비스를 제공한다. SNS시스템은 이용자가 BPCS서비스구역 바깥에 있을 때 이용자의 폰에 페이징 할 수 있다. BPCS 음성서비스도 SNS시스템을 사용할 수 있다. SNS 시스템이 적용될 수 있는 또 다른 분야는 고공촬영분야이다. 정부, 도시계획입안자, 농부, 환경운동가, 지도작성자 및 부동산개발업자 등은 공중촬영이나 위성촬영을 필요로 한다. 전세계적으로 이시장은 약 14억달러가 넘는 것으로 추산된다.SNS가 위성보다도 20배나 더가까이 떠있기 때문에 SNS는 단지 0.75인치의 지름을 가진 렌즈로 1미터 앞에서 보는 것과 같은 선명도를 구현할 수 있다. 성층권에서 수집되는 기상 데이터는 현재의 라디오존데(radiosondes)가 떠있는 고도를 유지하는 능력이 없기 때문에 SNS 플랫폼에 의하여 수집되거나 전송되어질 수 있다.

발명의 요약

본원발명은 발사, 추적 및 통신 기지국의 지상 네트워크(ground network)를 가진 소형의 플랫폼의 배열에 관한 것이다. 비록 전 시스템이 주로 페이징 시스템의 형태의 통신 용어로 기재될지라도 음성통신, 긴급도로서비스, 탐색과구조, 응급의료, 고공촬영, 환경모니터링, 산업과 이용 모니터링, 원격지 자산관리, 사진데이터관리, 적외선 스캐닝, 장비추적, 화차 및세관추적, 차량안전, 개인안전, 위험물관리, 세관과 국제쇼핑센터안전관리, 아이들안전관리, 야생동물추적, 장애인을 위한 개별 매세지전송서비스 및 많은 다른 비슷한 통신들이 포함될 것이다. 여기서 언급되어 졌듯이 페이징은 전통적인 일방향 페이징 뿐만 아니라 양방향페이징이나 음성메시지 전송과같은 발전된 메시지 전송서비스를 포함한다. 플랫폼의 배열과 지상지원시스템은 인근지역에 대한 완전한 통신가능범위를 제공하기 위하여 현재의 제한된 페이징 네트워크의 통신가능범위를 확장시켜준다. 예를들어 미국의 예를 들면 그것은 전국에 통신가능범위를 제공한다. SNS 시스템이 인구밀도가 낮은 농촌지역을 서비스하는동안 기존의 지상통신탑 통신시스템은 도시지역에서 필요한 서비스를 제공한다. 그리하여 이용자는 기존의 핸드폰으로 완전한 통신서비스를 제공받을 수 있다. 기존의 지상에 근거한 통신탑 시스템이 단지 한정된 지역에만 서비스를제공하고 기존의 통신위성을 높거나 낮은 궤도에 진입시키기 위해서 비싼 비용이 발생하는데 비하여 예를 들어 기구로 운반되는 페이징 송수신기와 같은 본원발명은 같은 간격으로 떨어진 높은 고도의 플랫폼의 배열로서 이러한 기능을 할 수 있다.

플랫폼의 배열을 만들기 위하여 가스방출과 모래주머니 방출과 같은 그러한 방법을 사용하는 규정된 고도 조절 통제를 제공하기 위하여 개조된 미국기상청에서 사용된 기구와 비슷한 높은고도 기구와 같은 공기보다 가벼운 기구에 페이징 송수신기가 장착되어 있다. 공기보다 가벼운 기구 그리고 장착된 플랫폼은 본원에서 성층권 미소위성(stratospheric nanosatellite platforms(SNS))로 호칭될 것이다. 미국대륙으로 구성되어진 서비스 대상 지역에 대한 통신서비스를 위하여 SNS 플랫폼은 전 미국의 50개내지 약100개의 필요한 발사기지에서 일정한 간격으로 주기적으로 발사되어질 것이다. 이러한 발사기지는 송수신기가 장착된 기구가 정해진 60,000 내지 140,000피트 상공의 성층권고도에 안착되어질 수 있도록 선택되어 진다. 컴퓨터로 통제되는 고도통제와 컴퓨터위치추적장치가 사용된다. SNS 플랫폼은 설정된 고도의 범위내에서 일정한 고도를 유지하도록 정해져 있다. 예를들면 그들은 지구 성층권에 위치하여 바람의 흐름에 따라 이동한다. 새로운 SNS 플랫폼들은 기구들이 파열 혹은 고장을 일으키거나 부력을 잃거나 다른 속도로 이동할 때 발생하는 서비스가능 범위의 갭(gap)을 메꾸기 위하여 발사된다. 새로운 SNS 플랫폼은 수요가 일어나는 곳에서 추가적인 통신공급을 위해서 발사되기도 한다. 새로이 발사된 SNS 플랫폼은 정해진 고도에 떠있는동안 기상정보를 수집하고 기록하고 전송하기도 한다. 그러한 기상 데이터는 무선으로 지상으로 보내져서 미국기상청에 의해서 사용된다. SNS 플랫폼의 서비스가능범위를 예측하기 위한 모델링 과정은 계속적으로 변하는 기후조건 때문에 상당히 복잡한 일이다. 이러한 작업은 기록된 기상데이터 혹은 추적기지 그리고 발사기지에 가까운 개별 플랫폼의 이동을 예측하기 위하여 지상기지국에 보내진 기상데이터를 사용함으로서 수월하게 수행되어 질 수 있다.이러한 데이터는 서비스가능범위의 갭을 메꾸는 것을 돕는 유리한 바람을 발견하기 위하여 개별적인 SNS의 고도를 통제하기 위하여 사용되어 지기도 한다. 성층권의 각 플랫폼은 아래에 매달여져서 플랫폼의 한 부분을 형성하는 안테나로부터 반경 약 175마일(mile)(280km)의 확트인 무선통신가능범위를 갖는다.

성좌를 형성하는 다수의 SNS 플랫폼을 위한 지상 지원 기지국은 적어도 1개의 중앙통신기지국(network operations center, NOC)과 1개의 발사기지 그리고 1개의 추적기지가 있어야 한다. 중앙통신기지국(NOC)은 SNS 시스템을 위한 속도가 빠르고 분량이 많고 전산처리능력이 있는 통신과 업무를 위한 센타이다. 중앙통신기지국은 모든 SNS 플랫폼의 비행과 작동에 대한 모든 통제를 하는 곳이다. 이러한 통제는 기구발사 , 고도이동, 위치추적, 모든페이징 통신, 통제신호전송 및 협력 페이징 회사와의 통신 등을 포함한다. 일반적으로 SNS 지상기지국은 발사시설, 위치추적과 통신장비 그리고 통신안테나를 포함한다. 같은 위치에 있는 발사시설과 지상기지국은 전국적인 기상상태를 모니터하기 위하여 만들어진 약 70여개의 기상청 기구발사시설의 장소와 상호협력한다.

비슷한 기상정보수집기지국이 또한 존재하고 전세계적으로 조약에 의하여 유지된다.이러한 지상통신기지국은 자동화될 수 있다. 이동하는 플랫폼의 겹쳐진 통신가능범위 사이에서 발생하는 통신가능범위의 갭을 메꿀 필요가 있을 때 이동발사추적기지국이 사용되어질 수 있다. 이러한 이동발사추적기지국은 계절에 따라 성층권의 바람이 변화할 때 추가적인 발사장소를 제공하기 위하여 계절에 따라 이동되어질 수 있다. 이러한 이동발사추적장치는 대개 해변을 따라 설치되거나 통신가능범위의 가장자리에 위치되어진다. 지상통신기지국은 그위치가까이에 위치하는 이동중인 SNS 플랫폼의 갯수를 파악할 수 있고 페이징(paging) 및 콘트롤 데이터(control data)를 포함하는 모든 통신을 그 기지국의 범위내에 있는 플랫폼에 제공하고 제공받을 수 있다페이징 통신회사로부터의 페이징신호는 중앙통신기지국을 거쳐서 SNS시스템으로 전송된다. 중앙통신기지국은 어떤 SNS 플랫폼이 현재 언급된 페이저 위에 있는지를 확인하고 그 SNS 플랫폼의 위치를 파악하고 있는 지상기지국으로 그 페이징 메시지를 전송한다. 지상통신기지국은 중앙통신기지국으로부터 매세지를 전송받고 이를 다시 SNS 플랫폼으로 전송한다. 그러면 SNS 플랫폼은 그 페이징 메시지를 개인페이저 이용자에게 전송한다. 양방향 페이저에 의하여 전송된 어떤 메시지도 가장 가까운 SNS 플랫폼에 의하여 수신된다 그리고 지상통신기지국으로 다시 전송된다. 지상통신기지국은 그 매세지를 다시 해당 페이징 통신회사로 전송한다. 중앙통신기지국은 모든 이용자의 요금정보와 위치정보를 관리한다. SNS시스템은 일방향 FLEX를 사용할 수 있게 만들어 졌으며 어떠한 수정없이 ReFLEX도 사용할 수 있게 만들어졌다. 발사시설은 미국 기상청 발사시설과 함께 위치하건 다른 지상발사기지국에 위치하건 완전히 자동화된 발사시설과 지상통신시설로 구성되어 있다. 하나의 지상통신기지국은 동시에 다수의 SNS 플랫폼들을 통제할 수 있다. 유선통신, 위성통신, 플랫폼과 플랫폼간, 기구와 기구간, 혹은 하나의 지상통신기지국과 다른 지상통신기지국이 연결된 다른 네트워크통신은 다수의 발사기지국과 지상통신기지국을 서로 연결시키거나 중앙통신기지국으로 연결시키는데 사용된다.

본원 발명의 목적과 효과는 숫자가 각각의 구성을 나타내는 하기의 명세서, 청구항 및 도면에서의 설명으로 더 완전히 이해되어질 수 있을 것이다.

본원 발명은 플랫폼의 배열과 지상지원시스템은 인근지역에 대한 완전한 통신가능범위를 제공하기 위하여 현재의 제한된 페이징 네트워크의 통신가능범위를 확장시켜줌으로써 통신산업상 유용한 발명인 것이다.

Claims

a) 설정된 고도범위 내에서 플랫폼의 부상을 제어하는 고도조절 기구를 구비하고 각 플랫폼에서 적어도 하나의 통신신호 송수신기를 갖춘 복수의 공기보다 가벼운 플랫폼;

b) 상기 복수의 플랫폼이 발사될 수 있도록 지형적으로 이격되는 복수의 발사현장;

c) 상기 복수의 플랫폼을 하나 또는 그 이상으로 추적할 수 있고, 통신신호를 전송할 수 있고, 상기 복수의 플랫폼에 구비된 상기 복수의 통신신호 송수신기의 적어도 하나로부터 통신신호를 수신할 수 있는 복수의 지상 기지국;

d) 상기 지상 기지국을 상호 연결하는 통신링크의 네트워크; 및

e) 상기 플랫폼에 구비된 상기 신호 송수신기의 기능과 호환되는 통신호환성을 지니고, 상호 연접된 지역에 위치하는 복수의 코드통신 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 지상 기지국이 상호 연결되도록 상기 통신링크의 네트워크에 연결되고, 상기 공기보다 가벼운 플랫폼의 설정된 동작을 제어하기 위한 회로를 구비하는 적어도 하나의 중앙통신기지국(NOC)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조절기는 상기 플랫폼의 부상 고도를 대략 60,000-140,000 피트 사이의 설정된 고도범위 내로 조절하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조절기는 상기 플랫폼이 지구의 성층권 내에 부상되도록 작동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 플랫폼이 부상되도록 조절하기 위한 상기 설정된 고도범위는 대략 70,000-100,000피트의 범위를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 플랫폼의 부상을 상기 설정된 고도범위로 조절하기 위한 상기 조절기는 상기 설정된 고도범위 내에서 공기의 밀도보다 작은 밀도를 지닌 다량의 충전가스를 포함하고 상기 다량의 가스중 일부를 배출하여 상기 플랫폼의 부력을 감소하기 위한 조절가능한 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 조절기는 상기 플랫폼에 탑재되는 다량의 고밀도 물질과 상기 플랫폼의 부력을 증대하도록 상기 고밀도 물질을 배출하는 배출기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 조절기는

a) 조절가능한 가스배출구;

b) 조절가능한 밸러스트 배출기구;

c)고도결정 메커니즘; 및

d) 상기 송수신기, 상기 고도결정 메커니즘, 상기 가스배출구 및 밸러스트 배출기구에 연결되어 고도가 조절되도록 하는 제어신호 프로세서 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 지상 기지국은 이격되고, 복수의 플랫폼을 하나 또는 그 이상으로 추적 가능한 추적기구를 포함하고, 상기 지상 기지국이 상기 복수의 플랫폼 중 적어도 하나와 통신신호를 송신 및 수신할 수 있도록 하는 송수신기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 추적기구는

a) 방향성 안테나; 및

b) 상기 복수의 플랫폼중 선택된 하나로 상기 방향성 안테나를 선택적으로 조준하기 위한 GPS 좌표 데이터에 반응하는 방향성 안테나 조준메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 추적기구는

a) 방향성 안테나; 및

b) 상기 선택된 플랫폼 및 상기 방향성 안테나 사이의 통신신호 강도에 따라 선택된 플랫폼에서 상기 방향성 안테나를 조준하기 위한 방향성 안테나 조준/게인트래킹 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 이격된 지상 기지국의 적어도 하나는 상기 통신링크의 네트워크를 통해 통신신호를 수신하는 중앙통신기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 통신링크의 네트워크에 연결되는 중앙통신기지국(NOC)을 더 포함하고, 상기 NOC는 상기 복수의 플랫폼의 하나 또는 그 이상과 통신을 위해 상기 지상 기지국의 하나 또는 그 이상에 통신신호 및 플랫폼 제어신호를 처리하여 선택적으로보내기 위한 통신 및 제어회로를 지니는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 13 항에 있어서,

상기 중앙통신기지국(NOC)은 통신링크의 "허브(hub) 및 스포크(spoke)" 배열로 상기 복수의 지상 기지국에 연결되는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 13 항에 있어서,

상기 중앙통신기지국(NOC)은 통신링크의 "메쉬(mesh)" 배열로 상기 복수의 지상 기지국에 연결되는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 지상 기지국과 연결되는 상기 통신링크의 네트워크는 지중선(ground line)으로의 연결구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 지상 기지국과 연결되는 상기 통신링크의 네트워크는 우주위성 통신링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 통신링크의 네트워크는 플랫폼 대 플랫폼 통신링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 플랫폼은 풍선(balloons), 소형연식 비행선(blimps), 에어로스탓(aerostats), 제펠린(zeppelins), 비행선(airships), 기구(dirigibles), 기상 풍선, 짐스피어(jimsphere), 고온공기 풍선, 음향풍선 및 기상풍선으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나의 공기보다 가벼운 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 플랫폼은 고무압력 풍선을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 플랫폼은 제로압력 풍선을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 플랫폼은 내부의 공기낭 풍선을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 플랫폼은 가변체적 풍선을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 플랫폼은 수소충진 풍선을 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 코드통신 기구는 페이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 코드통신 기구는 개량형 메시지기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 코드통신 기구는 무선전화기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 코드통신 기구는 원격계측 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 코드통신 기구는 장비추적 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 코드통신 기구는 인명추적 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

a) 상기 플랫폼은 급하강 메커니즘을 구비하고,

b)상기 플랫폼은 일회용인 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

a) 상기 플랫폼은 풍선을 포함하고,

b) 상기 플랫폼은 급하강 메커니즘을 포함하고,

c) 상기 풍선은 상기 송수신기의 수리 및 재사용을 위해 교체 가능한 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 주파수분할 다중액세스(FDMA) 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 시분할 다중액세스(TDMA) 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 코드분할 다중액세스(CDMA) 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 리플렉스(ReFLEX) 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 플렉스(Flex) 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 POCSAG 페이징 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신기는 ERMES 페이징 프로토콜을 사용하여 통신이 가능한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

a) 고도결정 메커니즘

b) 주어진 고도에서 현재 풍속 및 풍향을 포함한 현재 기상데이터의 발생원;

c) 상기 하나 또는 그 이상의 플랫폼의 고도를 현재 기상데이터에 따라 결정되는 설정풍속 및 풍향으로 조절하여, 상기 하나 또는 그 이상의 플랫폼이 조절되는 고도에서 풍속 및 풍향에 따라 상기 하나 또는 그 이상의 플랫폼이 각각 조절가능하게 이동되고, 상기 복수의 플랫폼의 하나 또는 그 이상 사이의 이격거리가 상기 연접지역을 걸치쳐 연속되어 전체를 커버하기 용이하게 조절가능하도록 하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

a) 상기 복수의 플랫폼 각각에 탑재되는 자세센서; 및

b) 상기 송수신기 각각에 결합되고, 상기 복수의 플랫폼 각각에 부착되고, 상기 연접지역에 걸쳐 연속적인 지상영역을 커버하기 위해 상기 플랫폼으로부터 계속적으로 하향되는 방향으로 안정화되도록 상기 자세센서와 통신하는 안정화제어를 지니는 조향가능한 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 41 항에 있어서,

상기 연접된 지역에 걸친 커버간극을 메우기 용이하도록 상기 안테나의 커버영역의 위치를 선택적으로 가변하기 위해 상기 조준가능한 안테나 및 상기 자세센서와 작동적으로 연계되는 조준제어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 각각의 플랫폼은

a) 무인탑승 자유풍선; 및

b) 전체 중량이 6파운드 이하이고, 외부 표면이 설정된 면적으로 되고, 전체의 온스 중량을 가장 작은 외부 표면의 평방인치 면적으로 나눈 중량 대 크기의 비율이 패키지의 어느 표면에서나 평방인치당 3온스 이하인 탑재박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
a) 설정된 고도범위 내에서 부상이 조절되고, 적어도 하나의 통신신호 송수신기를 구비하는 공기보다 가벼운 복수의 플랫폼;

b) 상기 복수의 플랫폼이 발사될 수 있도록 지형적으로 이격되는 복수의 발사현장;

c) 우주위성과, 상기 우주위성 및 복수의 플랫폼을 감당하여 통신신호를 전송할 수 있고 상기 복수의 플랫폼에 구비된 상기 복수의 통신신호 송수신기로부터 통신신호를 수신할 수 있는 복수의 지상 기지국 사이에 위치한 위성통신 네트워크;

d) 중앙통신기지국(NOC)과, 상기 NOC 및 상기 우주위성 사이에 위치하고 그에 의해 상기 NOC와 상기 복수의 플랫폼을 연결하는 위성통신링크;

e) 상기 플랫폼에 구비된 상기 신호 송수신기의 기능과 호환되는 통신호환성을 지니고, 상호 연접된 지역에 위치하는 복수의 코드통신 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 시스템.
a) 발사후 초기에 지구의 대기권으로 상승 가능하고, 개별 발사 가능한 복수의 공기보다 가벼운 플랫폼;

b) 상기 복수의 플랫폼에 작동적으로 연결된 상태로 더 구비되고, 상기 각플랫폼을 조절하여 초기 상승후 설정된 고도범위 내에서 부상되도록 하는 고도조절기; 및

c) 상기 복수의 플랫폼에 의 구비되는 통신신호 송수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
제 45 항에 있어서,

상기 설정된 고도범위는 정부가 규정하는 상업 비행선 이상의 고도를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
제 45 항에 있어서,

상기 설정된 고도범위는 약 60,000-140,000 피트 사이의 고도를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
제 45 항에 있어서,

상기 설정된 고도범위는 약 70,000-100,000 피트 사이의 고도를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
제 45 항에 있어서,

a) 다량의 저밀도 가스;

b) 상기 플랫폼의 고도를 결정하는 기구; 및

c) 상기 결정된 고도가 상기 설정된 범위내일 때 상기 저밀도 물질의 일부를 배출하기 위한 배출구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
제 45 항에 있어서,

a) 다량의 고밀도 물질;

b) 상기 플랫폼의 고도를 결정하는 기구; 및

c) 상기 플랫폼의 결정된 고도가 상기 설정된 고도범위내일 때 상기 고밀도 물질의 일부를 배출하기 위한 물질배출 메커니즘을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부상 배열.
제 50 항에 있어서,

상기 플랫폼의 고도를 결정하는 상기 기구는 GPS(glbal positioning system) 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열.
제 51 항에 있어서,

상기 플랫폼의 고도를 결정하는 상기 기구는 GPS(glbal positioning system) 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열.
a) 지형적으로 이격된 위치로부터 최초로 상승되고, 설정된 고도 범위내에서일정 시간동안 공기중 상승 및 부양을 조절 가능한 복수의 제1 항공 플랫폼;

b) 지형적으로 이격된 위치로부터 다음으로 상승되고, 설정된 고도 범위내에서 일정 시간동안 공기중 상승 및 부양을 조절 가능한 다음의 복수의 항공 플랫폼;

c) 상기 항공 플랫폼의 오작동이나 위치이탈시 대기로부터 상기 항공 플랫폼을 제거하기 위한 급속팽창 시스템;

d) 상기 각 항공 플랫폼에 부착된 적어도 하나의 플랫폼 통신신호 송수신기;

e) 상기 각 항공 플랫폼과 통신 가능한 지형적으로 이격된 복수의 지상 송수신기;

f) 상기 복수의 지상 송수신기를 연결하는 통신링크 네트워크; 및

g) 상기 플랫폼의 기능에 대응하고 상기 플랫폼의 통신신호에 의해 선택적으로 불러낼 수 있는 복수의 코드화 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
a) 조절 가능한 고도범위 내에서 부상이 조절되고, 연접된 지역에 걸쳐 충분하게 편재되는 가시선을 제공하도록 이격되는 복수의 항공 플랫폼;

b) 상기 복수의 항공 플랫폼에 포함되고, 적어도 하나가 상기 복수의 항공 플랫폼 각각에 의해 작동되는 복수의 통신 송수신기;

c) 상기 복수의 항공 플랫폼 및 복수의 지상 기지국 사이에 충분하게 편재되는 가시선 신호통신을 유지하기 위해 상기 연접된 지역에 걸쳐 이격되는 복수의 지상 기지국;

d) 상기 복수의 지상 기지국과 연결되는 통신링크 네트워크; 및

e) 상기 복수의 통신 송수신기와 통신 가능하고 상기 복수의 플랫폼에 구비된 하나 또는 그 이상의 송수신기로부터 불러낼 수 있는 복수의 코드화기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
제 54 항에 있어서,

상기 지상 기지국에 작동적으로 연결되어 상기 지역에 걸쳐 상기 항공 플랫폼의 이동을 추적하고, 상기 지상 기지국 및 상기 통신 플랫폼 중 연결된 것 사이에서 신호흐름을 감독하는 추적기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 부상 배열의 통신 플랫폼(platforms).
a) 연접된 지역에 걸쳐 이격되어 상기 지역에 대하여 충분하게 편재된 가시선이 확보되는 개별로 공기보다 가벼운 복수의 항공 플랫폼

b) 상기 복수의 플랫폼에 포함되고, 저밀도 가스에 대한 가변체적을 확보하여 설정된 고도에 이를 때까지 상기 플랫폼의 전체 밀도가 대기보다 낮게 하는 엔클로저;

c) 상기 플랫폼으로부터의 신호를 상기 연접된 지역에 전송하도록 상기 엔클로저에 추가로 부착되는 신호 송신기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 공중 배열(airborne constellation).
제 56 항에 있어서,

상기 체적은 상기 플랫폼이 상기 설정된 고도범위를 초과할 때 가스를 배출하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 공중 배열(airborne constellation).
제 56 항에 있어서,

플랫폼의 저속 하강이나 상승을 위해 밸러스트를 선택적으로 방출하는 밸러스트방출 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공중 배열(airborne constellation).
제 56 항에 있어서,

상기 설정된 고도범위는 약 70,000-100,000 피트 사이인 것을 특징으로 하는 공중 배열(airborne constellation).
제 59 항에 있어서,

상기 엔클로저는 상기 플랫폼을 적어도 70,000 피트 이상 상승시킬 만큼 충분하게 큰 체적을 지니고, 상기 엔클로저에는 배출구 및 수소의 일부를 배출하여 상기 설정된 고도범위 내에서 상기 플랫폼을 유지하도록 상기 배출구에 부착되는 조절기를 를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 공중 배열(airborne constellation).
a) 다량의 저밀도 가스를 보유하기 위한 저밀도 가스 엔클로저;

b) 전기회로 및 내장 전원소스를 포함하면서 상기 엔클로저에 부착되는 송수신기;

c) 설정된 고도범위 내에서 상기 플랫폼의 고도를 조절하도록 상기 플랫폼에 부착되는 고도조절기; 이때, 상기 고도조절기는

ⅰ) 고도결정 메커니즘;

ⅱ) 상기 가스 엔클로저의 가변 배출구와, 상기 플랫폼의 고도를 조절 하도록 가스를 배출하기 위한 상기 고도결정 메커니즘에 작동적으 로 결합되는 배출조절기; 및

ⅲ) 상기 플랫폼에 부착되는 조절 가능한 밸러스트 방출기와, 상기 플 랫폼의 고도를 조절하기 위해 밸러스트를 방출하는 상기 고도결정 메커니즘과 결합되는 밸러스트 제어기;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 저밀도 가스 엔클로저는 상기 저밀도 가스로서 다량의 수소를 보유하기 위한 엔클로저를 포함하고, 상기 내장 전원소스는 연료전지의 연료구성품으로서의 수소를 공급받기 위해 상기 수소가스 엔클로저와 연결되는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 송수신기는 조향 가능한 안테나와 더불어,

a) 자세센서; 및

b) 상기 조향 가능한 안테나를 상기 통신 플랫폼의 하방향으로 계속 유도하도록 작동적으로 연결되는 안정화 제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 송수신기는 송수신기에 부착되는 조향 가능한 안테나와 더불어,

a) 자세센서; 및

b) 상기 조향 가능한 안테나의 지상 커버영역을 선택적으로 변경하고 유지하도록 상기 조향 가능한 안테나 및 상기 자세센서와 작동적으로 연계되는 조준제어기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 가변 배출구 및 그에 결합되는 배출조절기는 적어도 하나의 니켈티타늄(NiTi) 엘레먼트를 더 구비하되, 그 엘레먼트는 상기 배출조절기에 기구적으로 결합되고, 전원을 선택적으로 단속하여 상기 NiTi 엘레먼트의 길이를 선택적으로 변경하면서 상기 가변 배출구를 개폐하기 위해 상기 전원소스에 작동적으로연결되는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 조절 가능한 밸러스트 방출기 및 상기 그에 결합되는 밸러스트 제어기는 상기 전원소스에 작동적으로 연결되는 니켈티타늄(NiTi) 엘레먼트를 더 구비하여, NiTi 엘레먼트를 신축하여 밸러스트를 선택적으로 방출하기 위한 전원이 선택적으로 단속되도록 하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 송수신기에 연결된 광파이버 링크를 통하여 상기 플랫폼에 연결되는 기상 패키지를 더 구비하여, 상기 플랫폼이 전기로 충전된 구름을 이동할 때 상기 기상 패키지 및 상기 송수신기 사이의 전기방전 가능성을 줄이도록 하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 67 항에 있어서,

상기 조절 가능한 밸러스트 방출기는 밸러스트로서 상기 기상 패키지를 방출하는 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.
제 61 항에 있어서,

상기 저밀도 가스 엔클로저는 내부 코팅을 지닌 고무풍선을 더 구비하여 상기 고무풍선을 통한 가스확산을 감소하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 고도조절 가능한 공기보다 가벼운 통신 플랫폼.