KR20140111414A

KR20140111414A - 비행선 운용시스템 및 이를 이용한 비행선의 위치유지방법

Info

Publication number: KR20140111414A
Application number: KR1020130025505A
Authority: KR
Inventors: 장수영
Original assignee: 장수영
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2014-09-19

Abstract

본 발명은 성층권에 머무는 비행선을 운용하기 위한 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선(10)과, 지상의 적어도 2지점 이상에 서로 이격되어 설치되는 그라운드유닛과, 상기 비행선(10)과 상기 그라운드유닛 사이를 연결하여 상기 다수개의 그라운드유닛 중 어느 하나의 지점으로부터 상기 비행선(10)에 전력을 공급하는 와이어유닛(W)을 포함하여 구성되고, 상기 다수개의 그라운드유닛은 상기 비행선(10)을 중심으로 서로 이격되도록 설치되어 상기 비행선(10)의 위치를 유지시킨다. 본 발명에서는 성층권에 머무는 비행선(10)과 그라운드유닛 사이가 와이어유닛(W)에 의해 연결되므로, 비행선(10)은 별도의 큰 동력원 없이도 설정된 위치에 머물 수 있으므로, 비행선(10)을 이용한 다양한 작업 수행이 용이해지고, 비행선(10) 유지비용이 줄어들어 경제성이 향상되는 장점이 있다.

Description

비행선 운용시스템 및 이를 이용한 비행선의 위치유지방법{An airship opration system and position maintaining method using this}

본 발명은 비행선에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지상과 연결되어 지상으로부터 전력을 공급받고 일정위치에 머물도록 조절되는 비행선 운용시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 하늘을 나는 비행선은 기낭(氣囊)에 공기보다 가벼운 기체를 주입하여 기체로부터 양력의 대부분을 얻는 비행체이다. 이에 더하여, 엔진과 이에 의해 구동되는 팬 또는 프로펠러를 장착하여 추진력을 갖도록 한 비행체이다. 이와 같은 비행선은 아무런 동력없이 평형상태를 유지할 수 있어, 어느 항공기보다도 안정적이고 소음도 적으며 연료소모율이 낮다.

이러한 비행선의 특징, 즉 비행선의 공중에서의 안정성과 체공성 및 경제성을 인정받아 광고와 스포츠 중계, 여행, 운송산업 및 관측분야 등에서 폭넓게 활용되고 있다.

또한, 최근에는 정보통신분야의 발전과 함께, 통신 및 관측에 유리한 성층권을 이용하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 성층권은 지구상공 약 8~20km에서부터 시작하여 약 50~56km까지 형성되어 있는데, 대류권에 비해 기상이 매우 안정적인 특성을 가지고 있어, 이를 활용하기 위한 다양한 기술이 개발중이며, 이러한 연구의 일환으로 성층권에 머무는 비행선이 함께 연구되고 있다.

즉, 성층권은 공기의 밀도가 해수면 대비 14분의 1정도이기 때문에 비행선에 미치는 항력이 작아, 위치유지를 위한 추진에너지가 그다지 크지 않아도 되고, 고도 3,6000km의 정지궤도에 있는 위성과 비교하여 고도 20km의 성층권은 전송지연, 전송손실이 적으며, 광역 고속이동통신/대용량 고속통신/불감지해서 등의 장점을 가지고 있다.

또한, 성층권은 위성에 비해 고분해능이고 항공기 보다 광범위한 화상을 취득할 수 있으므로, 지구관측감시 분야에서도 매우 유용하게 활용될 수 있다.

이와 같은 성층권 비행선은 성층권에서 장기간 머물면서 다양한 임무를 수행해야 하는데, 성층권은 지상의 7%정도인 밀도와 -56℃ 이하의 혹독한 환경이므로, 장기간의 비행선 운용을 위해서는 안정적이 동력이 필수적이라 할 수 있다.

물론 태양열이나 풍력을 이용한 자체적인 전력생산을 고려할 수도 있으나, 다양한 임무 수행을 위해서는 일정 이상의 전력이 요구되고, 이러한 안정적인 동력공급을 위해서는 지상과의 연결이 가장 확실한 방법이다.

그러나, 일정 위치에 고정될 수 없는 비행선의 특성상 지상과의 연결을 통한 전력공급이 용이하지 않으며, 이를 실현하기 위해서는 매우 큰 비용이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 성층권에 머무는 비행선에 안정적인 전력공급이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비행선이 오차범위 내에서 일정한 위치에 머물도록 하며, 위치를 벗어날 경우 자동제어를 통해 비행선이 원위치로 복귀할 수 l있도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 성층권에 머무는 비행선을 운용하기 위한 시스템에 있어서, 내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선과, 지상의 적어도 2지점 이상에 서로 이격되어 설치되는 그라운드유닛과, 상기 비행선과 상기 그라운드유닛 사이를 연결하여 상기 다수개의 그라운드유닛 중 어느 하나의 지점으로부터 상기 비행선에 전력을 공급하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고, 상기 다수개의 그라운드유닛은 상기 비행선을 중심으로 서로 이격되도록 설치되어 상기 비행선의 위치를 유지시킨다.

그리고, 상기 와이어유닛은 상기 비행선과 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어와, 상기 전력와이어와 함께 연장되고 인장력을 통해 상기 비행선이 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 고정와이어를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 고정와이어는 다수가닥의 고강도섬유 재질로 형성되고, 상기 전력와이어는 상기 고정와이어 외면에 꼬아지면서 상기 고정와이어와 함께 연장될 수도 있다.

한편, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드와, 상기 메인그라운드와 이격되어 설치되고 지상의 적어도 하나 이상의 지점에 설치되는 서브그라운드를 포함하여 구성되며, 상기 메인그라운드 또는 서브그라운드 중 적어도 어느 하나에는 상기 비행선에 전력을 공급하기 위한 전력공급부가 구비된다.

그리고, 상기 와이어유닛에는 다수개의 전류센서부가 상기 와이어유닛의 길이방향을 따라 구비되어, 상기 와이어유닛의 단락을 감지할 수도 있다.

또한, 상기 와이어유닛의 상기 그라운드유닛에 인접한 적어도 일부에는 상기 와이어유닛의 강도보강을 위한 보강커버가 구비되거나 상기 와이어유닛의 두께가 두꺼워지도록 형성될 수 있으며, 상기 그라운드유닛에는 와이어유닛의 길이조절을 위한 와인더장치가 구비된다.

한편, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드와, 상기 메인그라운드로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성되고, 상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치된다.

여기서, 상기 그라운드유닛을 구성하는 메인그라운드는 제어부와, 상기 서브그라운드의 데이터, 상기 비행선의 데이터 또는 상기 비행선에 의해 관측되는 데이터 중 적어도 어느 하나 이상이 저장되는 데이터부와, 상기 비행선에 전력을 공급하기 위한 전력공급부와, 상기 와이어유닛의 길이조절을 위한 와인더장치의 제어를 위한 구동원을 포함하여 구성된다.

상기 그라운드유닛에는 상기 비행선과 상기 다수개의 그라운드유닛 사이를 각각 연결하는 다수개의 와이어유닛의 인장력 및 인장길이에 대한 정보가 저장된다.

그리고, 상기 비행선에는 상기 비행선에 회전가능하도록 연결되는 회전소켓이 구비되어, 상기 다수개의 와이어유닛의 일단을 분리하여 고정하고, 상기 비행선의 회전에 의해 상기 와이어유닛이 꼬이는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 성층권에 머무는 비행선의 위치를 일정하게 고정하기 위한 위치유지방법에 있어서, 내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선과 지상의 적어도 2지점 이상에 서로 이격되어 설치되는 그라운드유닛 사이를 연결하는 와이어유닛의 장력을 측정하는 장력측정단계와, 상기 측정된 장력으로부터 상기 와이어유닛의 인장길이를 계산하여 상기 비행선의 위치를 연산하는 위치연산단계와, 상기 비행선의 위치가 설정된 오차범위 이내인지 여부를 판단하는 비교단계와, 상기 비행선의 위치가 오차범위를 벗어날 경우 구동원을 조작하여 상기 와이어유닛의 길이를 조절하는 위치보정단계를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드와 상기 메인그라운드로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성되고, 상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치된다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 비행선 운용시스템 및 이를 이용한 비행선의 위치유지방법에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에서는 성층권에 머무는 비행선과 그라운드유닛 사이가 와이어유닛에 의해 연결되므로, 비행선은 별도의 큰 동력원 없이도 설정된 위치에 머물 수 있으므로, 비행선을 이용한 다양한 작업 수행이 용이해지고, 비행선 유지비용이 줄어들어 경제성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 비행선이 적어도 2지점 이상에 설치되는 그라운드 유닛과 각각 와이어유닛에 의해 연결되어, 이로부터 공급되는 높은 전압의 전력을 이용하여 다양한 작업 수행이 가능하며, 또한 각 그라운드유닛이 이격되어 설치되므로 와이어유닛 사이의 간섭으로 인한 단락이 방지되므로 내구성 및 안정성이 향상되는 효과도 있다.

그리고, 본 발명에서는 여러 지점에 설치되는 그라운드유닛으로부터 연장되는 와이어유닛의 장력을 측정하여 비행선의 현재위치 예측이 가능하고, 와이어유닛의 장력을 조절하여 비행선의 위치를 보정할 수 있으므로, 성층권의 일정 위치에 비행선이 안정적으로 머물도록 제어할 수 있고, 결과적으로 비행선의 위치제어가 용이하고 정확하게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 비행선 운용시스템이 두 개 이상의 그라운드유닛으로 구성될 경우에, 이들 사이가 충분히 이격되어 있으므로 누전발생 가능성이 낮아 매우 높은 전압의 전력을 공급할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 비행선 운용시스템의 바람직한 실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 비행선 운용시스템의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 보인 구성도.
도 3은 본 발명 실시예를 구성하는 회전소켓 및 와이어유닛의 구성을 보인 요부사시도.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명 실시예를 구성하는 와이어유닛의 서로 다른 실시예를 보인 예시도.
도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명 실시예를 구성하는 그라운드유닛의 서로 다른 실시예를 보인 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 비행선 위치유지방법을 이용하여 비행선의 위치를 보정하는 방법을 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명에 의한 비행선 위치유지방법을 이용하여 비행선의 위치를 보정하는 과정을 순차적으로 나타낸 순서도.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 비행선 고정시스템 및 이를 이용한 비행시스템의 위치유지방법의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명에 의한 비행선 운용시스템의 바람직한 실시예의 구성이 개략적인 구성도로 도시되어 있다. 참고로 도면에는 편의를 위하여 와이어유닛의 실제 길이를 무시한 단순화된 형상이 도시되어 있다.

이에 따르면, 본 발명에 의한 비행선(10) 운용시스템은 크게 비행선(10)과 그라운드유닛(100,200,300), 그리고 와이어유닛(W)을 포함하여 구성되는데, 이하에서 순차적으로 살펴보기로 한다.

먼저 비행선(10)은 성층권에 머물면서 다양한 작업을 수행하기 위한 것으로, 비행선(10)은 내부에 기체가 채워진 기낭을 통해 공중에 띄워 장기간 사용할 수 있어 관측 등 다양한 작업을 경제적으로 이용할 수 있다. 상기 비행선(10)의 기낭 배우에 채워지는 기체는 헬륨 등 공기보다 가벼운 다양한 종류의 기체가 가능하다.

상기 비행선(10)의 하부에는 비행선(10)의 작동을 위한 프로펠러나 기낭 내부의 압력을 측정하기 위한 센서 등이 포함되는 작동부(20)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 작동부(20)에는 플로펠러 뿐 아니라 비행선(10)을 이용한 작업을 위한 각종 측정장비가 포함된다.

상기 비행선(10)의 하부에는 회전소켓(40)이 구비된다. 도 3에서 보듯이, 상기 회전소켓(40)은 상기 비행선(10)에 회전가능하도록 구비되는 것으로, 상기 회전소켓(40)은 다수개의 와이어유닛(W)의 일단을 분리하여 고정하고, 상기 비행선(10)의 회전에 의해 상기 와이어유닛(W)이 꼬이는 것을 방지하는 기능을 한다.

상기 회전소켓(40)에는 회전축(미도시)와의 결합을 위한 관통공(42)이 형성되고, 상기 관통공(42) 주변으로는 다수개의 와이어홀(43)이 형성되어 와이어홀(43)이 상기 작동부(20)로 연장될 수 있다.

상기 비행선(10)의 상부에는 솔라패널(50)이 구비된다. 상기 솔라패널(50)은 태양열의 집광을 위한 것으로, 비행선(10)의 운용에 필요한 동력 중 일부를 자급할 수 있도록 한다. 상기 솔라패널(50)의 제어를 위한 장치는 상기 작동부(20)에 설치될 수 있다.

이러한 비행선(10)은 성층권 내의 일정 위치에 머물러야 기상관측 등 작업에 유리하므로, 비행선(10)의 위치를 일정 범위 내에 고정하는 것이 중요하며, 또한 비행선(10)에 작업 수행을 위한 동력(전력)을 안정적으로 공급하는 것 역시 필요하다. 상기 그라운드유닛 및 와이어유닛(W)은 이를 위한 것으로, 그 구조와 기능에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

이때, 바람직하게는, 상기 비행선(10)은 지상으로부터 15km~25km의 범위에 머물도록 운용된다. 이는 지상으로부터의 높이가 20km인 부분에서 기압 및 바람 등 자연조건이 비행선(10) 운용에 유리하기 때문이다.

다음으로 그라운드유닛에 대해 설명하면, 상기 그라운드유닛은 지상에 설치되어 상기 비행선(10)의 위치를 유지하고, 비행선(10)에 의해 관측된 데이터를 수신하며, 경우에 따라 상기 비행선(10)에 전력을 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 그라운드유닛은 상기 비행선(10)과 와이어유닛(W)에 의해 연결된다.

이와 같은 그라운드유닛은 한 개 또는 다수개가 구비될 수 있는데, 상기 그라운드유닛이 한 개 구비된 경우에는 상기 그라운드유닛이 상기 비행선(10)의 위치를 일정 범위 내로 한정하게 되며, 이에 따라 상기 비행선(10)의 위치유지를 위한 동력이 필요없게 된다.

상기 그라운드유닛이 2개로 구성된 예가 도 1에 도시되어 있다. 이에 보듯이, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드(100)와 서브그라운드(200)로 나뉘게 되고, 여기서 상기 서브그라운드(200)는 상기 메인그라운드(100)와 이격되어 설치된다.

즉, 상기 메인그라운드(100)와 서브그라운드(200)는 서로 충분히 이격된 상태로 설치되어 그 중심 부분에서 상기 비행선(10)의 위치가 결정되도록 한다. 또한, 상기 메인그라운드(100) 또는 서브그라운드(200) 중 적어도 어느 하나에는 상기 비행선(10)에 전력을 공급하기 위한 전력공급부가 구비될 수 있는데, 상기 전력공급부는 와이어유닛(W)을 통하여 상기 비행선(10)에 전력을 공급할 수 있다.

이때, 상기 메인그라운드(100)와 상기 서브그라운드(200)는 2~3km 또는 그 이상 이격되어 설치될 수 있으므로, 상기 메인그라운드(100)와 서브그라운드(200)로부터 각각 와이어유닛(W)을 통한 전력공급이 이루어지더라도, 둘 사이의 단락이 방지될 수 있다.

특히, 두 개의 그라운드유닛으로 구성될 경우에, 이들 사이가 충분히 이격되어 있으므로 누전발생 가능성이 낮아지고, 따라서 각각의 와이어유닛(W1,W2)에 큰 전압(수백~수만볼트 이상의 고압)을 가할 수 있다. 이는 결과적으로 와이어유닛(W1,W2)의 두께를 상대적으로 작게할 수 있음을 의미한다. 구체적으로는, 지상에 가까운 위치에서는 서로 멀리 이격된 그라운드유닛으로 인해 와이어유닛(W1,W2) 역시 멀리 떨어진 상태이고, 비행선 부근에서는 두 와이어유닛(W1,W2)이 가까워지더라도 습도가 낮은 성층권의 자연환경상 누전의 가능성이 매우 낮기 때문에 안정적인 전력공급이 가능해지는 것이다.

상기 그라운드유닛을 구성하는 메인그라운드(100)에는 제어부와, 데이터부 그리고 전력공급부가 포함될 수 있다. 여기서 상기 데이터부는 상기 서브그라운드(200)의 데이터, 상기 비행선(10)의 데이터 또는 상기 비행선(10)에 의해 관측되는 데이터 중 적어도 어느 하나 이상이 저장되며, 상기 전력공급부는 상기 비행선(10)에 전력을 공급하기 위한 구성이다.

한편, 상기 메인그라운드(100)에는 구동원이 더 포함될 수 있는데, 상기 구동원은 상기 와이어유닛(W)의 길이조절을 위한 와인더장치의 제어를 가능하게 된다. 상기 와인더장치는 와이어유닛(W)의 장력조절을 위한 것으로, 와이어유닛(W)을 감거나 반대로 풀어주는 작용을 할 수 있고, 이를 통해 장력조절이 이루어진다.

도 2에는 본 발명에 의한 비행선(10) 운용시스템의 다른 실시예의 구성이 개략적인 구성도로 도시되어 있다. 이에 보듯이, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드(100)와, 상기 메인그라운드(100)로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드(200,300)로 구성된다. 그리고, 상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드(200,300)는 가상의 삼각형, 바람직하게는 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치된다.

이에 따라 상기 비행선(10)은 상기 그라운드유닛이 형성하는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 중심에 해당하는 위치에 유지되는데, 이는 상기 그라운드유닛과 비행선(10)을 연결하는 세 개의 와이어유닛(W)의 장력에 의해 상기 비행선(10)이 일정 범위이상 벗어나는 것이 방지되는 것이다.(도 5(b)참조)

이때, 상기 그라운드유닛에는 상기 비행선(10)과 상기 다수개의 그라운드유닛 사이를 각각 연결하는 다수개의 와이어유닛(W)의 인장력 및 인장길이에 대한 정보가 저장되어 비행선(10)의 위치 유지에 활용될 수 있는데, 세 개의 와이어유닛(W)에 의한 구체적인 작용은 아래에서 다시 설명하기로 한다.

물론, 도 5(c)에서 보듯이, 상기 그라운드유닛은 총 4개로 구성되어 가상의 4각형상을 형성할 수도 있으며, 5개 이상으로 구성될 수도 있다. 이 경우에도 각 그라운드유닛은 가상의 다각형상을 갖도록 설치위치가 설정됨이 바람직하다.

미설명부호 C1,C2는 각 그라운드유닛 사이의 연결을 위한 연결케이블로, 상기 연결케이블(C1,C2)은 이들 사이의 전력전송이나 데이터 전송을 가능하게 한다.

다음으로 와이어유닛(W)에 대해 설명하면, 상기 와이어유닛(W)은 상기 비행선(10)과 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어(80)와, 상기 전력와이어(80)와 함께 연장되는 고정와이어(70)를 포함하여 구성된다.

상기 고정와이어(70)는 인장력을 통해 상기 비행선(10)이 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 기능을 수행하는 것으로, 본 실시예에서는 다수가닥의 고강도섬유 재질로 형성된다. 물론, 상기 고정와이어(70)는 유리강화섬유 또는 그 함성섬유를 비롯한 섬유재질로 만들어지거나 기타 다양한 재질이 더 포함되어 구성될 수도 있다.

이와 같은 고정와이어(70)는 무게 대 인장강도가 900%이상으로, 예를 들어 0.5mm 직경의 고정와이어(70)가 20km로 연장될 경우에 약 45kg~75kg의 인장강도를 비행선(10)에 제공함으로써 비행선(10)을 부력범위 내에서 충분히 고정할 수 있게 된다.

도 4(a) 내지 도 4(c)에는 본 발명 실시예를 구성하는 와이어유닛(W)의 서로 다른 실시예가 예시도로 도시되어 있는데, 이에 보듯이, 상기 와이어유닛(W)은 고정와이어(70)와 전력와이어(80)가 단순히 나란히 병렬연결될 수 있고(도 4(a)), 상기 전력와이어(80)가 상기 고정와이어(70) 외면에 꼬아지면서 상기 고정와이어(70)와 함께 연장될 수도 있으며(도 4(b)), 또는 한 쌍의 고정와이어(70) 사이에 전력와이어(80)가 끼워지는 방식도 가능하다(도 4(c)).

이때, 도 2에서 보듯이, 상기 와이어유닛(W)에는 전류센서부가 구비될 수도 있다. 상기 전류센서부는 다수개가 상기 와이어유닛(W)의 길이방향을 따라 간헐적으로 구비되어, 상기 와이어유닛(W)의 단락을 감지하는 기능을 수행하는 것으로, 길이가 매우 긴 와이어유닛(W)이 단선되는 경우에, 그 단선 위치를 보다 쉽게 알아낼 수 있도록 한다.

그리고, 상기 와이어유닛(W)의 상기 그라운드유닛에 인접한 적어도 일부에는 상기 와이어유닛(W)의 강도보강을 위한 보강커버가 구비되거나 상기 와이어유닛(W)의 두께가 두꺼워지도록 형성됨이 바람직하다. 이는 조류 등과의 충돌로 인한 와이어유닛(W)의 손상을 방지하기 위한 것이다.

이하에서는 본 발명에 의한 비행선 운용시스템을 이용하여 비행선의 위치를 보정하는 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 6에는 본 발명에 의한 비행선(10) 위치유지방법을 이용하여 비행선(10)의 위치를 보정하는 방법이 개념도로 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명에 의한 비행선(10) 위치유지방법을 이용하여 비행선(10)의 위치를 보정하는 과정이 순차적인 순서도로 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 비행선(10)의 정위치는 도 6에 보듯이 그라운드유닛의 중심에 해당하고(P1), 자연환경 등의 영향으로 인하여 이로부터 일정 범위만큼 벗어나게 되면(P2), 비행선(10)의 위치보정이 필요하게 된다.

비행선(10)의 위치보정을 위해서는, 먼저 비행선(10)과 그라운드유닛 사이를 연결하는 와이어유닛(W)의 장력을 측정하는 장력측정단계가 선행된다.(S100) 장력측정단계에서는 와이어유닛(W), 보다 정확하게는 고정와이어(70)의 장력을 측정하게 되는데, 이러한 고정와이어(70)의 장력으로부터 고정와이어(70)가 인장된 길이가 연산되고, 인장된 길이를 고려하여 고정와이어(70) 일단의 위치를 예측할 수 있다.

예를 들어 도 6에서 보듯이 메인그라운드(100)와 연결된 와이어유닛(W)에 표준장력이 미칠 경우의 와이어유닛(W) 일단의 가능 위치는 제1범위(L1)를 형성하게 되나, 장력이 변할 경우 인장된 길이가 발생하여 와이어유닛(W) 일단의 가능위치는 제2범위(L1')로 변하게 된다. 이에 따라 상기 비행선(10)의 위치는 제2범위(L1') 중 특정 위치로 예측될 수 있다.

즉, 이를 위하여 측정된 장력으로부터 상기 와이어유닛(W)의 인장길이를 계산하여 상기 비행선(10)의 위치를 연산하는 위치연산단계가 이루어지게 된다.(S110)

위치연산 후에는, 상기 비행선(10)의 위치가 설정된 오차범위 이내인지 여부를 판단하는 비교단계가 이어진다.(S120) 만약 오차범위 내라면 비행선(10)의 위치보정이 불필요하기 때문이다.

만약, 상기 비행선(10)의 위치가 오차범위를 벗어날 경우 구동원을 조작하여(S130) 상기 와이어유닛(W)의 길이를 조절하는 위치보정단계가 이루어진다.(S140) 상기 위치보정단계는 앞서 설명한 와이어유닛(W) 일단의 가능위치를 계산하는 과정을 모든 와이어유닛(W)에 시행하여, 각 와이어유닛(W)의 가변된 제2범위(L1',L2',L3')의 접점을 찾아내고, 그 접점이 비행선(10)의 위치임을 예측단계로부터 시작된다.

비행선(10)의 가변된 위치가 예측되면, 이로부터 위치보정이 이루어지게 되는데, 이는 각 와이어유닛(W)의 장력을 조절함으로써 가능해진다.

반대로, 비행선(10)의 위치를 임의의 위치로 옮기고 싶을 경우 같은 방식으로 연산하여 와이어유닛(W)의 장력을 조절할 수도 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 비행선 W1,W2,W3: 와이어유닛
100: 메인그라운드 200,300: 서브그라운드

Claims

지상으로부터 높이가 10km이상인 성층권에 머무는 비행선을 운용하기 위한 시스템에 있어서,
내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선과,
지상에 설치되는 그라운드유닛과,
상기 비행선과 상기 그라운드유닛 사이를 연결하는 와이어유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
지상으로부터 높이가 10km이상인 성층권에 머무는 비행선을 운용하기 위한 시스템에 있어서,
내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선과,
지상의 적어도 2지점 이상에 서로 이격되어 설치되는 그라운드유닛과,
상기 비행선과 상기 그라운드유닛 사이를 연결하여 상기 다수개의 그라운드유닛 중 적어도 어느 하나 이상의 지점으로부터 상기 비행선에 전력을 공급하는 와이어유닛을 포함하여 구성되고,
상기 다수개의 그라운드유닛은 상기 비행선을 중심으로 서로 이격되도록 설치되어 상기 비행선의 위치를 유지시킴을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 와이어유닛은
상기 비행선과 상기 그라운드유닛 사이의 전기적 연결을 위한 전력와이어와,
상기 전력와이어와 함께 연장되고 인장력을 통해 상기 비행선이 상기 그라운드유닛으로부터 일정 거리 이상 멀어지는 것을 방지하는 고정와이어를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 고정와이어는 다수가닥의 고강도섬유 재질로 형성됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 전력와이어는 상기 고정와이어 외면에 꼬아지면서 상기 고정와이어와 함께 연장됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그라운드유닛은
메인그라운드와,
상기 메인그라운드와 이격되어 설치되고 지상의 적어도 하나 이상의 지점에 설치되는 서브그라운드를 포함하여 구성되며,
상기 메인그라운드 또는 서브그라운드 중 적어도 어느 하나에는 상기 비행선에 전력을 공급하기 위한 전력공급부가 구비됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 와이어유닛의 상기 그라운드유닛에 인접한 적어도 일부에는 상기 와이어유닛의 강도보강을 위한 보강커버가 구비되거나 상기 와이어유닛의 두께가 두꺼워지도록 형성됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 그라운드유닛에는 와이어유닛의 장력조절을 위한 와인더장치가 구비됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 그라운드유닛은
메인그라운드와,
상기 메인그라운드로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성되고,
상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 9 항에 있어서, 상기 그라운드유닛을 구성하는 메인그라운드는
제어부와,
상기 서브그라운드의 데이터, 상기 비행선의 데이터 또는 상기 비행선에 의해 관측되는 데이터 중 적어도 어느 하나 이상이 저장되는 데이터부와,
상기 비행선에 전력을 공급하기 위한 전력공급부와,
상기 와이어유닛의 길이조절을 위한 와인더장치의 제어를 위한 구동원을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 그라운드유닛에는 상기 비행선과 상기 다수개의 그라운드유닛 사이를 각각 연결하는 다수개의 와이어유닛의 인장력 및 인장길이에 대한 정보가 저장됨을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 비행선에는 상기 비행선에 회전가능하도록 연결되는 회전소켓이 구비되어, 상기 다수개의 와이어유닛의 일단을 분리하여 고정하고, 상기 비행선의 회전에 의해 상기 와이어유닛이 꼬이는 것을 방지함을 특징으로 하는 비행선 운용시스템.
성층권에 머무는 비행선의 위치를 일정하게 고정하기 위한 위치유지방법에 있어서,
내부에 기체가 채워져 공중에 머무는 비행선과 지상의 적어도 2지점 이상에 서로 이격되어 설치되는 그라운드유닛 사이를 연결하는 와이어유닛의 장력을 측정하는 장력측정단계와,
상기 측정된 장력으로부터 상기 와이어유닛의 인장길이를 계산하여 상기 비행선의 위치를 연산하는 위치연산단계와,
상기 비행선의 위치가 설정된 오차범위 이내인지 여부를 판단하는 비교단계와,
상기 비행선의 위치가 오차범위를 벗어날 경우 구동원을 조작하여 상기 와이어유닛의 길이를 조절하는 위치보정단계를 포함하여 구성되는 비행선 위치유지방법.
제 13 항에 있어서, 상기 그라운드유닛은 메인그라운드와 상기 메인그라운드로부터 각각 이격되는 한 쌍의 서브그라운드로 구성되고, 상기 메인드라운드와 한 쌍의 서브그라운드는 가상의 정삼각형 또는 이등변삼각형의 꼭지점에 해당하는 위치에 각각 설치됨을 특징으로 하는 비행선 위치유지방법.