KR20230061425A - 개선된 구조 및 배송 시스템을 구비한 공기보다 가벼운 비행선을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
공기보다 가벼운 비행선은 이등변 삼각형으로 구성된 일련의 연결된 헥사그램을 제작하도록 스포크 및 허브로 구성된 외골격을 갖고, 여기서 스포크는 비행선의 표면의 경사를 생성하도록 길이가 가변적이고 다양하다. 일 실시형태에 있어서, 외골격은 자율 및/또는 원격 조종 작동을 위한, 또한 재앙적 이벤트에 대응하여 외골격으로부터 물리적으로 분리될 수 있는 단일 위치로부터 비행선의 작동을 제어하기 위한 조종석 캐빈을 포함하는 노즈콘에 연결된다. 또한, 화물의 양륙 및 하역하기 위한 개선된 수단이 제공되며, 다른 실시형태에 있어서 무인 항공기의 사용을 통해, 비행선은 패키지와 같은 페이로드의 원격 픽업, 운송, 배송 및 반품을 위해 구성된다. 또 다른 실시형태에 있어서, 비행선은 상기 개시된 속성과의 조합을 포함한 빔포밍 전송 및 위성 신호 릴레이를 위한 통신 플랫폼을 제공한다.
Description
본 주제 기술은 일반적으로 공기보다 가벼운 비행선 설계, 페이로드의 운송, 및 빔포밍 전송 및 신호 릴레이의 분야에 관한 것이다. 본 주제 기술은 개선된 구조적 설계 및 시스템을 포함하는 비행선, 상기 비행선을 자율 및/또는 원격 조종 작동이 소망되는 경우, 또는 재앙적 이벤트에 대응하여 물리적으로 분리될 수 있는 단일 위치로부터 작동시키기 위한 방법 및 장치를 포함한다. 또한, 화물을 양륙 및 하역하기 위한 개선된 수단이 또한 제공되며, 또한 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 무인 항공기의 사용을 통해, 이러한 비행선은 페이로드를 원거리 원점으로부터 이러한 페이로드가 소망되는 개소로 효율적으로 픽업, 운송, 배송하고 반품을 행하도록 특별히 설계되고, 대안적으로는 빔포밍 전송 및 신호 릴레이용 통신 플랫폼, 또는 이들 용도의 조합으로서의 역할을 한다. 본 개시는 원거리 위치에서 제조된 패키지 상품을 개인 거주지 및 사무실과 같은 개별 소비자 위치로 픽업, 운송 및 배송하기 위한 특정한 유용성을 가지며, 이러한 유용성과 관련하여 설명될 것이지만; 광업을 포함한 다른 유용성, 기타 상업 및 군사적 유용성이 고려된다.
공기보다 가벼운 비행선은 당업계에 잘 알려져 있다. 경식 또는 반경식 비행선(airship/dirigible)은 비행선의 형상을 유지하고 그 구조적 하중을 운반하는 구조적 프레임워크를 갖고, 또한 수소 또는 헬륨과 같은 공기보다 가벼운 가스를 갖는 하나 또는 다수의 내장 백 또는 구획을 팽창시킴으로써 제공되는 리프트를 갖는 조종 가능한 비행선이다. 역사적으로, 이러한 비행선은 내부 케이블 및/또는 트러스(trusse)와 함께 비행선의 형상을 유지하도록 돕고 또한 곤돌라와 엔진을 지지하는 일종의 척추로서 작용하는 보트의 용골과 유사한 용골을 사용했다. 이 역사적인 접근 방식에 대한 개선으로서, 2013년 4월 3일에 출원된 출원인의 이전 미국 특허출원번호 13/855,923(현재 미국 특허번호 9,102,391('391 특허))은 특히 동일한 길이의 스포크와 동일한 사이즈의 허브로 형성된 정삼각형으로 구성되고, 6개의 스포크는 육각형의 세트를 형성하는 각각의 허브에서 종결되는 외골격을 개시했다. 이 연결된 육각형의 세트(각각 6개의 정삼각형으로 구성됨)는 다양한 스포크가 상이한 반경으로 구부려짐으로써 비행선의 3차원 형상을 형성했다. 2016년 11월 15일에 출원된 출원인의 후속하는 미국 특허출원번호 15/351,759(현재 미국 특허 10,308,340('340 특허))는 특히 다양한 목적을 위해 전기 에너지를 생성하도록 비행선의 표면에 복수의 태양 전지를 부착하는 것을 개시했고; 또한 2018년 4월 25일에 출원된 출원인의 다른 미국 특허출원번호 15/962,475(현재 미국 특허 10,589,969('969 특허))는 무엇보다도 운송 차량, 크레인 또는 레일을 사용하여 비행선의 선체로부터 화물을 운송, 적재 및 하역을 하기 위한 시스템 및 방법을 개시했다. 2008년 10월 29일에 출원된 출원인의 이전 미국 특허출원번호 12/290,453(현재 미국 특허 번호 8,336,810('810 특허))은 비행선을 이용하여 그린 수소를 생산하기에 가장 경제적인 위치로부터 가장 필요한 위치로 그린 수소를 운송하기 위한 시스템 및 방법, 및 무엇보다도 그 상단에 짐블(gimble)이 장착될 수 있음으로써 어떤 각도로든 회전할 수 있게 하는, 비행선의 직경의 적어도 절반보다 높은 기둥에 비행선을 수용하고 테더링하는 데 적합화된, 단일 발사 발사체와 착륙장 라인 수용 장치를 포함하는 비행선 전용 도킹 시스템을 개시했다.
이전에 등록된 이들 특허는 다른 종래 기술과 함께 수소 가스 및 대안적인 페이로드를 이들이 생산되는 위치로부터 시장 수요가 있는 위치로 운송하기 위한 개선된 방법을 개발할 필요성을 기재한다. 상기에서 언급된 바와 같이, 출원인의 '391 특허는 동일한 길이의 스포크와 동일한 허브로 구성된 비행선 외골격을 기재하며, 이러한 동일한 길이의 스포크는 헥사그램의 세트를 형성하도록 각각의 허브에서 종료된다. 그러나, 이러한 3차원 형상을 형성하기 위해 동일한 길이의 스포크에 기반한 정삼각형으로 구성된 연결된 이전의 헥사그램의 설계는 제한적이며, 변형 없이는 다양한 스포크를 상이한 반경으로 구부릴 수 있게 하는 것만으로 비행선(101)의 3차원 형상의 기울기와 둘레 변화를 충분히 수용할 수 없다. 마찬가지로, 출원인의 이전의 개시는 본 공개를 통해 확장되고 개선된다.
가장 잘 알려진 2개의 비행선은 그라프 체펠린(Graf Zeppelin)과 힌덴부르크(Hindenburg)이다. 그라프 체펠린은 1928년부터 1937년까지 상업적으로 운항되어, 144회의 대양 횡단을 포함하여 590회의 비행을 했으며, 사고 없이 100만 마일 이상을 여행했다. 그럼에도 불구하고, 1937년 힌덴부르크 참사에 근거하여, 비행선 이니셔티브, 특히 수소를 리프팅 가스로 사용하고자 하려 하는 것과 관하여 가장 일반적으로 언급되는 우려는 안전성이다. 본 주제 기술의 다양한 양태는 비행선의 안전성을 직접적으로 향상시키며, 무엇보다도 비행선이 세이브 작동을 위해 너무 가벼워지는 일없이, 이에 제한되지 않지만 화물 하역을 포함한 종래 기술에서의 오랜 문제를 극복하기 위해 필요로 된다.
그러나, 상업적인 관점에서, 이러한 비행선이 수용할 수 있는 주어진 화물 또는 승객의 페이로드를 위해 작동하는 데 필요한 승무원의 수가 불균형적으로 많은 것; 특히 소정의 악천후 조건에서 비행선의 구조적 무결성의 실패; 및 헬륨을 리프팅 가스로 사용하려고 할 때 높은 비용과 감소된 리프팅 용량을 포함한, 비행선이 전형적인 항공기, 기차 및 선박과 성공적으로 경쟁하는 것을 방해하는 다양한 다른 문제가 있다. 출원인의 이전 특허출원은 감소된 중량으로 더 큰 구조적 무결성을 생성하기 위해 외골격에 지오데식(geodesic) 설계 원리의 채용을 통하는 것, 우수한 공기역학적 특성을 제공하는 것, 및 더 빠른 순항 속도를 가능하게 하는 것을 포함한, 종래 기술의 한계를 극복하려고 하는 개선된 시스템 및 방법을 제공한다.
수개의 종래 기술의 개시는 전통적인 비행선 아래에 화물실로서 특대형 곤돌라형 구조를 추가하고, 이러한 추가 구조를 이용하여 화물을 보관하고 물품 배송을 위한 자율주행항공기(autonomous areal vehicle: UAV)를 발사하는 것을 제안해왔다. 종래 기술의 이러한 제안은 이들 중에서 2014년 12월 22일에 출원된 미국출원번호 14/580,046(현재 미국 특허번호 9,305,280('280 특허)에 개시된 Amazon Technologies, Inc.의 물품 배송을 위해 UAV를 활용하는 항공 주문 처리 센터(airborne fulfillment center)의 개시; 및 물품 배송을 위한 무인 항공기 시스템(UAS)을 활용하는 주문 처리 센터에 대해, 2016년 2월 12일에 출원된 미국 가출원번호 62/294,748의 이익을 주장하여 2017년 2월 8일에 출원된 Walmart Apollo LLC의 미국 출원번호 15/427,277(현재 미국 특허 번호 10,647,402('402 특허))을 포함한다.
근본적으로, 종래 기술의 이러한 개시는 공기보다 가벼운 비행선의 다수의 잘 알려진 특징으로부터, 특히 수소 또는 헬륨과 같은 공기보다 가벼운 가스의 주변 공기보다 낮은 밀도에 의해 제공되는 "자유 부력"; 소망하는 경우, 장기간 동안 상대적으로 지구 동기(geo-synchronous) 위치에 남아 있을 가능성; 및 VTOL(수직 이착륙)을 수행할 수 있는 능력으로부터 이익을 얻음으로써, 이러한 비행선이 원거리 위치에 있는 공장과 같은 원점으로부터 직접 물류 센터(및 UAV 또는 UAS를 통해, 복수의 개인 거주지 및 사업체와 같은 최종 목적지)로 페이로드가 비행할 수 있게 하려고 한다. 당업자는 이러한 특성으로 인해 비행선은 지나치게 붐비고 비효율적인 항만 시설, 공항, 및 다수의 인터모달 환승, 취급 단계 및 지상 기반 시설의 필요성을 회피할 잠재력이 있게 됨으로써, 비행선이 종래 기술의 문제를 극복할 수 있을 정도로 지연을 최소화하고 비용을 절감할 가능성이 있다는 것을 인식할 것이다.
적어도 하나의 양태에 있어서, 본 주제 기술은 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선에 관한 것이다. 비행선은 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의된 외골격을 포함하며, 각각의 스포크는 대향 단부에서 허브 중 하나에 결합된다. 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합된다. 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 허브에 연결된다. 스킨은 외골격에 결합되어 비행선의 외부를 정의한다.
일부 실시형태에 있어서, 비행선은 타원형 형상을 가질 수 있다. 외골격은 전방 영역, 후방 영역, 및 전방 영역과 후방 영역 사이의 하나 이상의 중앙 영역을 포함하는 복수의 영역을 가질 수 있다. 전방 및 후방 영역의 직경은, 각각의 경우, 하나 이상의 중앙 영역의 직경보다 작을 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 각각의 이등변 삼각형은 실질적으로 비행선의 길이를 따라 길이 방향으로 연장되는 동일한 길이의 2개의 스포크, 및 비행선의 둘레를 따라 길이 방향을 따르는 상이한 길이의 1개의 스포크를 포함한다. 일부 경우에 있어서, 이등변 삼각형은 비행선의 둘레를 따라 링을 형성하며, 각각의 링에 있어서의 스포크의 길이는 연속한 링에 있어서 링이 비행선의 중심으로부터 멀어져서 비행선의 단부에 가까워질수록 감소한다. 각각의 링에 있어서의 스포크의 길이는 연속한 링에 있어서 링이 비행선의 중심으로부터 멀어져서 단부에 가까워질수록 대략 2인치씩 감소될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 하나 이상의 중앙 영역의 링은 전방 또는 후방 영역의 링보다 스포크에 의해 형성된 더 많은 수의 이등변 삼각형을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 하나 이상의 중앙 영역의 링은 48개의 이등변 삼각형을 포함하고, 전방 영역의 링은 12개의 이등변 삼각형을 포함하고, 후방 영역의 링은 12개의 이등변 삼각형을 포함하고, 또한 외골격은 전방 영역과 하나 이상의 중앙 영역 사이에 제 1 중간 영역, 및 후방 영역과 중앙 영역 사이에 제 2 중간 영역을 갖고, 이러한 각각의 중간 영역은 24개의 이등변 삼각형을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 비행선의 둘레를 따라 길이 방향을 따르는 각각의 스포크는 대향하는 단부의 허브에 대한 연결을 통해 비행선의 둘레를 따르는 동일한 길이의 스포크에 연결된다.
일부 실시형태에 있어서, 스포크는 관상 벽에 의해 정의되며, 각각의 스포크는 동일한 직경 및 벽 두께를 갖는다. 허브는 중심부로부터 외방으로 연장되는 6개의 원통 형상의 인서트를 각각 포함할 수 있고, 각각의 인서트는 상기 허브가 상기 스포크에 결합되도록 대응하는 스포크의 관상 벽 내에 착좌된다. 일부 경우에 있어서, 각각의 허브는 허브의 중심부로부터 연장되는 6개의 개별 다중 갈래 소켓(muti-pronged socket)을 갖는다. 각각의 인서트는 허브의 중심부에 인접한 제 1 단부에 돌출부를 가질 수 있다. 각각의 돌출부는 인서트를 허브에 힌지식으로 연결하기 위해 다중 갈래 소켓 중 하나에 착좌되고 힌지식으로 연결될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 각각의 다중 갈래 소켓은 3개의 갈래를 포함하고, 각각의 돌출부는 2개의 갈래를 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 스포크는 탄소 섬유이고, 실질적으로 0.125인치의 벽 두께를 갖는 관상 벽에 의해 정의된다. 일부 경우에 있어서, 스킨은 복수의 커넥터 돌출부를 사용하여 허브에 결합된 곡선 패널에 의해 정의된다. 각각의 곡선 패널은 복수의 커넥터 돌출부를 포함할 수 있고, 각각의 허브는 중앙 개구부를 포함할 수 있다. 곡선 패널 중 하나를 외골격에 결합시키기 위해 하나 이상의 커넥터 돌출부가 중앙 개구부 중 하나 이상 내에 착좌될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 각각의 곡선 패널은 반원통형 형상을 갖는 복수의 몰딩된 돌출부를 포함한다. 하나 이상의 몰딩된 돌출부는 곡선 패널 중 하나를 외골격에 결합시키기 위해 하나 이상의 스포크와 계합될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 곡선 패널 중 적어도 하나는 내부에 매립된 박막 태양열 집열 전지(thin film solar collection cell)를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 스킨은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 코팅된 본디드 아라미드 섬유(bonded aramid fiber)이다. 일부 실시형태에 있어서, 비행선은 비행선의 전방 단부를 정의하기 위해 외골격에 결합된 노즈콘(nose cone)을 포함한다. 노즈콘은 비행선을 제어할 수 있는 조종실을 포함할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 노즈콘은 비행선으로부터 선택적으로 분리될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 노즈콘은 상기 노즈콘을 외골격으로부터 분리하는 폭발볼트를 통해 비행선으로부터 선택적으로 분리되도록 구성된다.
일부 실시형태에 있어서, 비행선의 외골격은 타원 형상을 형성한다. 비행선은 외골격에 결합된 뾰족한 전방 단부와 외골격에 결합된 뾰족한 후방 단부를 포함할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 비행선은 상이한 위치로부터 비행선의 외부 환경을 보기 위해 배치된 복수의 카메라를 포함할 수 있고, 카메라는 이미지 데이터를 생성하도록 구성된다. 디스플레이 스크린은 이미지 데이터를 기반으로 주변 환경의 가상 모델을 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 비행선은 외골격 내에 위치한 화물 보관 구역을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 적어도 하나의 곡선 패널은 화물 보관 구역과 외부 환경 사이에 통로를 제공하기 위해 선택적으로 개방하고, 또한 통로를 봉쇄하기 위해 폐쇄하는 도어로서 작용하도록 구성된다. 일부 실시형태에 있어서, 복수의 무인 항공기(UAV)는 페이로드를 운송하도록 구성되며, 상기 페이로드는 패키지 또는 소포, 사람, 통신 장비, 또는 원격 모니터링 장비 중 적어도 하나이다. 일부 경우에 있어서, UAV는 압축 수소 또는 액체 수소에 의해 구동될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, UAV는 비콘과 통신하도록 구성되고, 비콘은 목적지에서 화물을 배송하거나 또는 회수하기 위해 목적지를 지정한다. 일부 경우에 있어서, UAV 중 하나 이상은 카메라를 포함하며, 상기 하나 이상의 UAV는 패키지 배송의 사진 이미지를 캡처하도록 구성된다. 일부 경우에 있어서, UAV 중 하나 이상은 바코드 스캐너를 포함하고, 상기 하나 이상의 UAV는 상기 바코드 스캐너로 페이로드 상의 바코드를 스캔하도록 구성된다.
일부 실시형태에 있어서, 비행선은 복수의 신호를 재전송하도록 구성된 통신 장비를 포함하고, 상기 신호는 셀룰러 신호; 또는 위성 신호 중 적어도 하나이다. 일부 경우에 있어서, 비행선은 지역의 전송 범위 내에서 비교적 고정 위치에 유지되도록 추가로 구성되고, 통신 장비는 신호를 지역의 통신 장치로 재전송하도록 구성된다. 통신 장비는 첩보, 감시 및 정찰(ISR) 임무를 수행하도록 구성된 운영 플랫폼을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 양태에 있어서, 본 주제 기술은 비행선 및 비행선을 착륙시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 비행선은 공기보다 가벼운 가스를 포함하고, 또한 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브로 정의된 외골격을 갖고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 허브 중 하나에 결합된다. 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합된다. 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 허브에 연결된다. 비행선은 외골격에 결합되고 비행선의 외부를 정의하는 스킨을 포함한다. 또한, 비행선은 적어도 2개의 고정 케이블을 포함하고, 각각의 고정 케이블은 상기 외골격에 물리적으로 연결된 제 1 단부를 갖는다. 크래들은 비행선을 유지하도록 구성되며, 크래들은 적어도 2개의 앵커 포인트를 갖는다. 각각의 고정 케이블은 제 1 단부 반대측에 있는 제 2 단부를 포함하고, 제 2 단부는 비행선을 상기 크래들에 고정하기 위해 고정 케이블을 앵커 포인트에 부착하도록 구성된다. 일부 경우에 있어서, 비행선은 적어도 2개의 가이드-와이어 케이블로 추가로 구성되며, 각각의 가이드-와이어 케이블은 일단부가 고정 케이블에 연결되고, 타단부는 파일럿 로케이터(pilot locator)에 연결된다. 파일럿 로케이터는 앵커 포인트로 전자기적으로 유인되는 발사체, 앵커 포인트에서 호밍 비콘(homing beacon)에 유도되는 자율 드론, 또는 원격 제어 드론 중 하나일 수 있다. 각각의 파일럿 로케이터가 적절한 앵커 포인트에 위치되면, 가이드-와이어는 각각의 고정 케이블의 제 2 단부를 상기 앵커 포인트로 향하게 한다. 일부 경우에 있어서, 크래들은 휠을 갖고, 상기 크래들에 고정되면, 비행선이 이동할 수 있게 하는 트랙 상에 위치된다. 일부 실시형태에 있어서, 크래들은 턴테이블 구조 상에 배치되고, 턴테이블 구조는 비행선의 착륙 또는 이륙 동안에 다가오는 바람의 방향으로 비행선이 향하도록 회전시키도록 구성된다. 일부 경우에 있어서, 턴테이블 구조의 회전은 다가오는 바람의 방향을 고려하도록 자동화되고, 또한 각각의 고정 케이블은 윈치에 의해 각각의 앵커 포인트를 통해 당겨지도록 구성된다. 일부 경우에 있어서, 갱웨이(gangway)가 포함될 수 있고, 갱웨이는 비행선이 크래들에 고정된 경우, 화물을 적재 또는 하역하기 위해 비행선으로부터 또는 비행선까지 연장되도록 구성된다. 일부 경우에 있어서, 비행선이 크래들에 고정된 경우, 갱웨이와 크래들은 비행선이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
적어도 하나의 양태에 있어서, 본 주제 기술은 비행선을 이용하여 화물을 배송하는 방법에 관한 것이다. 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선이 제공된다. 비행선은 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의된 외골격을 포함하며, 각각의 스포크는 대향 단부에서 복수의 허브 중 하나에 결합된다. 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되고, 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 허브에 연결된다. 또한, 비행선은 외골격에 결합되어 비행선의 외부를 정의하는 스킨을 포함하며, 스킨은 복수의 곡선 패널에 의해 정의된다. 화물 보관 구역은 외골격 내에 위치된다. 상기 방법은 적어도 하나의 배송 목적지를 식별하는 단계, 및 적어도 하나의 목적지로 화물을 배송하는 단계를 포함한다. 일부 경우에 있어서, 비행선은 적어도 2개의 고정 케이블을 포함하고, 각각의 고정 케이블은 외골격에 물리적으로 연결된 제 1 단부를 갖는다. 상기 방법은 크래들을 제공하는 단계를 포함할 수 있고, 크래들은 비행선을 고정하기 위해 고정 케이블에 연결하도록 구성된 적어도 2개의 앵커 포인트를 포함한다. 상기 방법은 리프팅 가스를 방출 또는 재압축함으로써 비행선을 크래들로 하강시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 적어도 2개의 고정 케이블의 제 2 단부는 앵커 포인트에 고정되고, 제 2 단부는 각각의 제 1 단부의 반대측에 있다. 화물은 보관 구역으로부터 제거되고, 또한 보관 구역에 적재된다.
일부 실시형태에 있어서, 턴테이블 플랫폼이 제공되며, 턴테이블 플랫폼은 크래들과 비행선 모두를 유지하도록 구성된다. 비행선을 크래들로 하강시키기 전에, 턴테이블 플랫폼은 크래들이 다가오는 바람의 방향을 향하게 배향되도록 회전된다. 일부 실시형태에 있어서, 비행선은 비행선을 제어하도록 구성된 디스플레이 스크린 및 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 적어도 부분적으로 알고리즘에 기반하여 제어하고, 알고리즘은 리프팅 가스의 압축, 방출 또는 재압축; 비행선의 엔진의 추진력 및 배향의 양; 및 목적지에 대한 비행선의 상대 위치 중 하나 이상을 포함한 작동 조건을 설명한다. 상기 방법은 비행선을 목적지에 착륙시키라는 명령을 제어 시스템에 전달하기 위해, 조종사가 디스플레이 스크린을 사용하는 단계를 추가로 포함한다. 제어 시스템은: 비행선의 안전한 하강을 위해 계산된 속도로 리프트 가스를 방출 또는 재압축하도록 방출 밸브 및 압축 시스템에 영향을 미치고; 비행선의 안전한 하강을 위해 계산된 배향으로 각각의 엔진의 방향을 조정하도록 엔진 포지셔닝 시스템에 영향을 미치고; 비행선의 안전한 하강을 위해 계산된 속도로 각각의 엔진의 추진력을 조정하도록 엔진에 영향을 미치고; 또한 크래들이 다가오는 바람의 방향을 향하도록 턴테이블 플랫폼을 회전시키도록 턴테이블 플랫폼과 통신하기 위해 알고리즘을 채용할 수 있다.
적어도 하나의 양태에 있어서, 본 주제 기술은 비행선을 이용하여 상품을 배송하는 방법에 관한 것이다. 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선이 제공된다. 비행선은 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되는 외골격을 가지며, 각각의 스포크는 대향 단부에서 복수의 허브 중 하나에 결합된다. 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되고, 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 허브에 연결된다. 비행선은 외골격에 결합되고 비행선의 외부를 정의하는 스킨을 포함하며, 스킨은 복수의 곡선 패널에 의해 정의된다. 비행선은 외골격 내부에 위치한 화물 보관 구역과 화물을 운송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 배송 목적지를 식별하는 단계, 및 UAV에 의해 화물을 적어도 하나의 목적지에 배송하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, UAV는 글로벌 포지셔닝 시스템 및 목적지 좌표를 사용하여 적어도 하나의 목적지로 화물을 배송한다.
일부 실시형태에 있어서, 비행선은 UAV를 제어하기 위해 디스플레이 스크린 및 제어 유닛을 포함한다. 일부 경우에 있어서, UAV에 의한 화물 배송은 디스플레이 스크린과 제어 유닛을 사용하여 UAV를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에 있어서, UAV로 적어도 하나의 목적지에 화물을 배송한 후, 상기 방법은 UAV가 비행선으로 귀환 비행하고, 화물 보관 구역 내에 도킹하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, UAV로 적어도 하나의 목적지에 화물을 배송한 후, 상기 방법은 UAV를 제 1 추가 위치로 비행시키는 단계, 제 1 추가 위치로부터 패키지를 회수하는 단계, 및 패키지를 제 2 추가 위치로 배송하는 단계를 포함한다. 일부 경우에 있어서, 상기 방법은 곡선 패널 중 적어도 하나를 개방하는 단계, 및 UAV 중 하나가 개방 곡선 패널을 통해 비행선을 출입하도록 안내하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 양태에 있어서, 본 주제 기술은 비행선을 이용하여 상품을 배송하는 방법을 포함한다. 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선이 제공된다. 비행선은 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되는 외골격을 포함하며, 각각의 스포크는 대향 단부에서 복수의 허브 중 하나에 결합된다. 각각의 허브는 복수의 스포크 중 6개의 스포크에 결합되고, 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 허브에 연결된다. 비행선은 외골격에 결합되고 비행선의 외부를 정의하는 스킨을 포함하며, 스킨은 복수의 곡선 패널에 의해 정의된다. 비행선은 외골격 내부에 위치한 화물 보관 구역 및 화물을 운송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 회수 목적지를 식별하는 단계, 및 UAV에 의해 적어도 하나의 회수 목적지에서 화물을 회수하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 상기 방법은 비콘에 의해 적어도 하나의 UAV를 적어도 하나의 회수 목적지로 안내하는 단계를 포함한다. 비콘은 UAV를 안내하기 위해 UAV가 식별할 수 있는 신호를 펄싱하도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 양태에 있어서, 본 주제 기술은 비행선을 이용하여 무선 신호를 재전송하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선을 제공하는 단계를 포함한다. 비행선은 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되는 외골격을 포함하며, 각각의 스포크는 대향 단부에서 복수의 허브 중 하나에 결합된다. 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되며, 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 허브에 연결된다. 비행선은 외골격에 결합되고 비행선의 외부를 정의하는 스킨을 포함하며, 스킨은 복수의 곡선 패널에 의해 정의된다. 또한, 비행선은 무선 신호를 재전송하도록 구성된 통신 장비를 포함한다. 상기 방법은 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위 내에 비행선을 배치하는 단계, 및 통신 장비를 사용하여 상기 지역으로 무선 신호를 재전송하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은 무선 신호를 재전송함으로써 상기 지역 내에: 고속 인터넷; 전화 서비스; 텔레비전 방송 서비스; 및 글로벌 포지셔닝 시스템 서비스 중 하나 이상을 제공하는 단계를 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은 비행선에 대한 이동 경로를 설정하는 단계, 및 이동 경로 내에서 적어도 하나의 무선 신호 커버리지가 열악한 지역을 식별하는 단계를 포함한다. 무선 신호는 비행선이 이동 경로 내 적어도 하나의 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위 내에 있을 때 재전송될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 상기 방법은, 비행선이 무선 신호 커버리지가 열악한 지역 중 하나의 무선 전송 범위를 떠날 때, 상기 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위에 접근하는 제 2 비행선을 식별하는 단계를 포함한다. 그 다음, 제 2 비행선이 상기 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위 내인 후, 무선 신호가 제 2 비행선으로 재전송된다. 상기 방법은 화물을 운송하고 무선 신호를 재전송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음, 상기 방법은 UAV에 의해 무선 신호를 무선 신호 커버리지가 열악한 지역 내에 재전송하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 공기보다 가벼운 비행선을 도시한다.
도 2는 본 주제 기술의 하나의 바람직한 실시형태에 사용되는 공기보다 가벼운 비행선 구조의 노즈콘의 사시도이다.
도 3은 조종사가 비행선을 작동하기 위한 선택적 위치 및 조종사가 상기 비행선의 모든 주요 요소를 한 위치에서 볼 수 있게 하는 디스플레이 스크린의 위치를 도시하는, 상기 노즈콘의 상부 부분의 내부도를 도시한다.
도 4(a)~도 4(c)는 비행선의 외골격과 그 스킨 및 태양 전지판을 부착하는 수단을 도시한다. 도 4(a)는 비행선의 외골격을 구성하는 데 사용되는 개선된 동일한 허브와 가변 길이 스포크 설계를 도시한다. 4(b) 및 도 4(c)는 각각 상기 허브 및 스포크에 비행선 스킨을 부착하기 위한 선택적 수단을 도시한다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 주제 기술의 원리를 사용하여 구성된 외골격을 도시한다.
도 6은 도 2와 유사한 도면으로, 도 2는 상기 노즈콘이 외골격으로부터 분리된 다음 하나 이상의 안전 낙하산의 전개 후의 수직 하강 동안의 노즈콘을 예시한다.
도 7(a)는 착륙장에 비행선을 위치시키고 테더링(tethering)하기 위한 종래 기술을 도시한다. 도 7(b)는 본 주제 개시의 원리에 따라 비행선을 착륙 위치로 안내하고, 상기 비행선을 2개 이상의 앵커 포인트에 테더링하는 대안적인 방법을 도시한다.
도 8(a)은 크래들을 사용하여 비행선을 무어링(mooring)하기 위한 선택적인 바람직한 방법을 도시하고; 도 8(b)은 비행선이 다양한 바람 조건에서 이착륙할 수 있게 하지만, 트랙과 예인기를 사용하여 고정된 행거로 이동될 수 있게 하는, 크래들을 바람 방향으로 향하게 하기 위한 선택적인 턴테이블의 사용을 예시한다.
도 9(a)-도 9(c)는 보관용 공중 창고, 및 UAV, UAS 등에 의한 패키지 배송을 위한 런치패드(launchpad)로서 공기보다 가벼운 비행선의 곤돌라를 활용하는 종래 기술을 요약한 것이다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 빔포밍 전송 및 위성 신호 릴레이를 위한 통신 플랫폼으로서, 또한 이러한 페이로드가 필요한 원거리 원점으로부터 페이로드를 픽업, 전달 및 반품하기 위한 무인 항공기를 통합하기 위한 개선된 설계를 도시한다.
본원에서는 구현이 예로서 설명되지만, 당업자는 구현이 설명된 예 또는 도면에 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 도면과 그에 대한 상세한 설명은 개시된 특정 형태로 구현을 제한하려는 것이 아니라, 그와 반대로 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 등가물 및 대안을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원 전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, 단어 "할 수 있다(may)"는 의무적 의미(즉, 반드시 해야 함을 의미)보다는 허용적 의미(즉, ~할 가능성이 있음을 의미)로 사용된다. 마찬가지로, "포함하다(include)", "포함하는(including)" 및 "포함하다(includes)"라는 단어는 포함하지만, 이에 제한되지 않는 것을 의미한다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, "결합된" 또는 "부착된"이라는 용어는 그 연결이 영구적(예를 들면, 용접 또는 접착)이든 일시적(예를 들면, 볼트로 고정되거나, 핀에 의해 유지되거나, 마찰 또는 장력에 의한 또는 페어링을 통한 고정), 직접적 또는 간접적(즉, 매개물을 통해), 기계적, 화학적, 광학적 또는 전기적이든지 간에, 2개 이상의 구성요소가 함께 연결되는 것을 지칭할 수 있다.
도 2는 본 주제 기술의 하나의 바람직한 실시형태에 사용되는 공기보다 가벼운 비행선 구조의 노즈콘의 사시도이다.
도 3은 조종사가 비행선을 작동하기 위한 선택적 위치 및 조종사가 상기 비행선의 모든 주요 요소를 한 위치에서 볼 수 있게 하는 디스플레이 스크린의 위치를 도시하는, 상기 노즈콘의 상부 부분의 내부도를 도시한다.
도 4(a)~도 4(c)는 비행선의 외골격과 그 스킨 및 태양 전지판을 부착하는 수단을 도시한다. 도 4(a)는 비행선의 외골격을 구성하는 데 사용되는 개선된 동일한 허브와 가변 길이 스포크 설계를 도시한다. 4(b) 및 도 4(c)는 각각 상기 허브 및 스포크에 비행선 스킨을 부착하기 위한 선택적 수단을 도시한다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 주제 기술의 원리를 사용하여 구성된 외골격을 도시한다.
도 6은 도 2와 유사한 도면으로, 도 2는 상기 노즈콘이 외골격으로부터 분리된 다음 하나 이상의 안전 낙하산의 전개 후의 수직 하강 동안의 노즈콘을 예시한다.
도 7(a)는 착륙장에 비행선을 위치시키고 테더링(tethering)하기 위한 종래 기술을 도시한다. 도 7(b)는 본 주제 개시의 원리에 따라 비행선을 착륙 위치로 안내하고, 상기 비행선을 2개 이상의 앵커 포인트에 테더링하는 대안적인 방법을 도시한다.
도 8(a)은 크래들을 사용하여 비행선을 무어링(mooring)하기 위한 선택적인 바람직한 방법을 도시하고; 도 8(b)은 비행선이 다양한 바람 조건에서 이착륙할 수 있게 하지만, 트랙과 예인기를 사용하여 고정된 행거로 이동될 수 있게 하는, 크래들을 바람 방향으로 향하게 하기 위한 선택적인 턴테이블의 사용을 예시한다.
도 9(a)-도 9(c)는 보관용 공중 창고, 및 UAV, UAS 등에 의한 패키지 배송을 위한 런치패드(launchpad)로서 공기보다 가벼운 비행선의 곤돌라를 활용하는 종래 기술을 요약한 것이다.
도 10(a) 및 도 10(b)는 빔포밍 전송 및 위성 신호 릴레이를 위한 통신 플랫폼으로서, 또한 이러한 페이로드가 필요한 원거리 원점으로부터 페이로드를 픽업, 전달 및 반품하기 위한 무인 항공기를 통합하기 위한 개선된 설계를 도시한다.
본원에서는 구현이 예로서 설명되지만, 당업자는 구현이 설명된 예 또는 도면에 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 도면과 그에 대한 상세한 설명은 개시된 특정 형태로 구현을 제한하려는 것이 아니라, 그와 반대로 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정, 등가물 및 대안을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원 전반에 걸쳐 사용된 바와 같이, 단어 "할 수 있다(may)"는 의무적 의미(즉, 반드시 해야 함을 의미)보다는 허용적 의미(즉, ~할 가능성이 있음을 의미)로 사용된다. 마찬가지로, "포함하다(include)", "포함하는(including)" 및 "포함하다(includes)"라는 단어는 포함하지만, 이에 제한되지 않는 것을 의미한다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, "결합된" 또는 "부착된"이라는 용어는 그 연결이 영구적(예를 들면, 용접 또는 접착)이든 일시적(예를 들면, 볼트로 고정되거나, 핀에 의해 유지되거나, 마찰 또는 장력에 의한 또는 페어링을 통한 고정), 직접적 또는 간접적(즉, 매개물을 통해), 기계적, 화학적, 광학적 또는 전기적이든지 간에, 2개 이상의 구성요소가 함께 연결되는 것을 지칭할 수 있다.
본 주제 개시는 비행선의 외골격 구조; 비행선의 선체로부터 화물을 운송, 적재 및 하역하는 방법; 비행선의 위치 탐지하고 지상 기반 오퍼레이션에 테더링하고, 추가 안전성을 제공하고 우수한 운용성을 가능하게 하는 수단을 포함한 종래 기술에 대한 개선을 기재한다. 이와 관련하여, 본 개시는 표면을 따라 비행선의 둘레에 있어서의 상이한 경사 및 재료 변화에 추가하여, 가변 길이 스포크를 상이한 반경으로 구부리는 것이 가능하도록 개선된 허브 및 스포크 구조를 갖는 비행선을 제공하여, 바람직하게는 동일한 직경을 갖는 튜브, 및 바람직한 실시형태에 있어서는 동일한 허브 구조의 사용을 가능하게 함으로써, 실질적 생산 및 비용 효율성을 제공하고, 동시에 비행선 설계에 대한 종래 기술보다 우수한 강도를 생성한다.
또한, 본 개시는, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 폐쇄 및 가압될 수 있고, 및/또는 자율 및/또는 원격 조종 작동을 위해 또는 재앙적 이벤트에 대응하여 나머지 외골격으로부터 물리적으로 분리될 수 있는 조종사의 캐빈을 선택적으로 포함하는 조립식 노즈콘을 포함한다. 또한, 본 개시는 하나의 대안적인 바람직한 실시형태에 있어서 상품 및 다른 페이로드의 픽업, 운송 및 배송을 돕기 위한 무인 항공기의 사용을 통합하고; 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서 통신 장비가 이러한 페이로드의 픽업 및 배송을 정확하고 시기 적절하게 도울 뿐만 아니라, 선택적인 실시형태에 있어서는 빔포밍 및 위성 재전송 서비스를 위해 사용되는 시스템에 통합한다.
본 주재의 기술의 이들 및 다른 양태는 다음의 예시적인 도면을 사용하여 개시된다:
도 1은 본 주제 기술의 원리에 따른 공기보다 가벼운 비행선(101)을 도시한다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 이러한 비행선(101)은 선택적 태양광 패널(102)을 포함하고, 노즈(103)와 테일(104) 사이의 길이가 1000'이고; 중간점(105)에서 150' 직경을 갖는다. 대안적인 실시형태에 있어서, 정중선에서의 직경에 대한 길이의 상대적인 비율이 다를 수 있기 때문에, 본 개시의 원리를 준수하면서 더 길거나 더 짧은 길이의 비행선(101)이 사용될 수 있고, 다만 그 형상은 상기 비행선(101)의 외부 표면 위로 공기의 층류를 야기시킴으로써, 항력 계수를 최소화하는 것이 바람직한 것으로 간주된다. 이러한 속성은 비행선(101)이 전방 추진력에 필요한 에너지의 양을 최소화하면서 더 빠른 속도로 이동할 수 있게 하고; 양력을 제공하기 위해 수소 또는 헬륨과 같은 공기보다 가벼운 가스를 유지하기 위해 이용 가능한 구역을 최대화하기 위해 외골격을 사용하여 달성된 더 큰 내부 체적과 함께, 이들 속성의 조합은 개선된 비행선 구조를 제조하는 데 매우 바람직한 기준을 제시한다. 또한, 부착된 곤돌라 구조가 아닌 내부 화물 구역을 사용함으로써, 비행선(101)은 풍차용 부품, 항공기 및 우주선 조립체, 벌크 자동차 배송, 전해조 및 연료 전지 유닛을 포함한 대형 화물을 운송하는 것이 가능해진다.
도 2는 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 내부에 위치된 조종석 캐빈(202)을 포함하는 노즈콘(201)의 예시를 포함하며, 단지 예시 목적으로, 평균 신장의 사람이 상기 조종석 캐빈(202)에 착석한 2명의 조종사의 수 피트 뒤에 서 있는 것을 도시한다. 비행선(101)의 이러한 바람직한 실시형태에 있어서, 노즈콘(201)은 길이가 약 40피트이고, 가장 넓은 단부는 직경이 약 25피트이지만, 본 주제 개시의 원리를 벗어나지 않게 상이한 치수가 사용될 수 있다. 비행선(101)의 바람직한 실시형태에 있어서, 가장 큰 단부에서의 노즈콘(201)의 직경은, 바람직한 실시형태에 있어서는 동일한 내경 및 외경을 갖는 가변 길이 관상 스포크, 및 바람직하게는 동일한 허브 구조를 채용하는 개선된 허브 및 스포크 구조로 구성된 외골격(203)의 가장 좁은 지점에서의 직경에 상응하며, 각각은 도 4a와 관련하여 이하에 보다 구체적으로 설명된다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 이러한 조립식 노즈콘(201)의 충돌 안전성은 상기 구성요소의 기하학적 구조 및 고성능 경주용 자동차의 운전석을 구성할 때 사용되는 충격 에너지를 흡수하는 능력에 기초하여 휨 비틀림 강성(lateral and torsional rigidity)을 야기하는 것으로 알려진 구조 및 조인트의 통합에 의해 제공될 것이다. 본 주제의 기술의 또 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 외골격(203)이 상기 노즈콘(201)에 부착되는 접합 지점(204)과 같은 연결 지점에서, 상기 접합 지점(204)은 노즈콘(201)이 비행선(101)의 나머지 부분으로부터 이탈될 수 있도록 폭발볼트를 사용할 수 있고, 이는 도 6과 관련하여 이하에 더욱 자세히 설명된 바와 같이, 비행선의 재해적 고장일 경우에 승무원의 생명을 보호하는 데 유용할 수 있다.
노즈콘(201)은 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 비행선(101)의 전체 중량을 최소화하면서 동시에 탑승자의 안전에 기여하는 기계적 특성을 갖는 알루미늄 또는 티타늄과 같은 경량 복합 재료 또는 금속으로 제조된다. 또 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 노즈콘(201)은, 바람직하게는 이하에 도 3과 관련하여 더욱 구체적으로 기재되는 바와 같은 원격 카메라 및 다른 제어 장치로부터의 다양한 실시간 이미지와 조합하여, 비행선(101)을 운항하는 데 사용하기 위해 조종사와 비행선 승무원에게 가시성을 제공하는 하나 또는 다수의 강화 유리 또는 아크릴 창(205)을 포함한다.
상기 외골격(203)은 바람직하게는 동일한 벽 두께 및 외경으로 제조 또는 압출되는 가변 길이 관상 리브 또는 스포크(206)를 사용하여 구성되며; 또한 비행선(101)의 둘레를 포함하는 이러한 삼각형의 수가 변경될 때의 경우(이하의 도 5(a)-(b)와 관련하여 보다 구체적으로 기재됨) 및 외골격(203)이 노즈콘(201)(및 선택적 테일콘)에 부착되는 접합 지점(204)을 제외하고는, 바람직하게는 다수의 동일한 허브(207)에서 종료한다. 바람직하게는 이러한 동일한 각각의 허브(207)는 육각형 구조로 6개의 스포크(206)를 접합하는 데 사용되며, 그 기본 구조 단위는, 가능한 한 정삼각형(즉, 3개의 스포크(206) 모두의 길이가 정확히 동일하고, 또한 3개의 각도 모두가 각각 60°임을 의미함)에 가까운 도 4(a)~도 4(c)와 관련하여 보다 구체적으로 기재된 바와 같은 삼각형이다. 이러한 삼각형으로 이루어진 육각형은 외부 스킨(208)이 부착된 비행선(101)의 구조적 형상을 형성하도록 함께 접합되어, 결과적으로 비행선(101)은 종래 기술의 비행선보다 더 큰 구조적 무결성을 갖는다.
또 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 외골격 구조(203)가 노즈콘(201)에 부착되는 접합 지점(204)은 재앙적 이벤트의 경우에 비행선(101)의 균형으로부터 상기 노즈콘(201)을 물리적으로 분리하도록 촉발시키는 폭발볼트를 채용할 수 있다. 또 다른 선택적인 실시형태에 있어서, 케이블(209)은 노즈콘(201)을 선택적인 테일콘(미도시)에 연결하는 비행선(101)의 추가 측면 강성을 제공한다. 이 선택적인 실시형태에 있어서, 이러한 멀티스트랜드의 케이블(209)은 바람직하게는 비행선(101)의 전체 길이를 따르며, 측면 강성에 영향을 미치도록 조정(예를 들면, 조이거나 느슨해짐)될 수 있으며, 또한 재앙적 이벤트에 대응하여 노즈콘(201)의 분리를 허용하도록 지점(204)에서 폭발볼트와 함께 신속히 분리될 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하면, 하나의 선택적인 실시형태에 있어서 폐쇄되고 가압될 수 있는 상기 노즈콘(201)의 대략 절반의 상부를 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 포함하는 조종석 캐빈(202)의 내부가 도시되어 있다. 바닥(301)은 한 명 이상의 평균 신장의 성인이 이러한 캐빈(202)의 후방에 편안하게 서 있을 수 있고, 또한 후방 창문(205)을 통해 가시성을 갖는 것을 가능하게 하기 위해 제공된다. 선택적으로, 이 공간뿐만 아니라, 노즈콘(201)의 대략 절반의 하부는 화장실, 숙박 시설, 전자 장비 및 보급품을 위해 사용될 수 있다. 2명의 조종사가 앉을 수 있는 충분한 공간이 제공되는 것이 바람직하며, 각 조종사는 전방 창(205)을 통해 전방으로 및 각 측면에 대해 적어도 부분적인 가시성을 갖는다.
비행선 분야의 당업자는 비행선의 순전한 크기를 고려해 볼 때, 조종사가 모든 6개 방향에서 직접 가시선 가시성(direct line of sight visibility)을 갖는 것은 어떠한 유리한 지점으로부터도 불가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이러한 이유로, 모든 중요한 작동 구성요소 및 관련 기기 판독값에 대한 가시성을 제공하기 위해, 디스플레이 스크린(302)(대형 전자 디스플레이 스크린 또는 패널, 또는 다수의 소형 스크린, 패널 또는 스크린 내 스크린(screen-within-a screen) 디스플레이일 수 있음)은 비행선(101)의 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 조종사 바로 앞에 위치된다. 이러한 디스플레이 스크린(302)의 표면은 형태가 평평하거나 또는 곡선일 수 있고, 이미지는, 이러한 바람직한 실시형태에 있어서, 그 위에 표시된 실시간 이미지의 유용성을 증가시키기 위해, 3D 시각화, 증강 현실 향상, 헤드업 디스플레이 데이터(head-up displayed data) 및 사전 프로그래밍된 참조 정보 및 이미지를 통합할 수 있다.
원격 카메라의 사용을 통해, 이러한 디스플레이 스크린(302)은 비행선(101) 조종사에게 전방 및 후방의 무제한 가시성을 제공할 것이다. 또한, 비행선의 길이를 따라 다양한 유리한 지점으로부터, 비행선(101)의 상하뿐만 아니라, 좌측 및 우측 모두에 대해 가시성이 제공될 것이다. 비제한적 예로서, 이러한 실시간 이미지는 이동 방향, 비행선(101) 배향, 대지 속도, 및 가시선에 표시된 물리적 물체로부터의 거리를 식별 및 지정하는 정보뿐만 아니라, 비행선(101)이 접근하는 장애물을 피하기 위해 또는 비행선의 작동을 위협할 수 있는 확실성이 있는 기상 조건을 우회하기 위해 취해야 하는 경로의 컴퓨터 생성 플롯을 사용하여 향상될 수 있다. 또한, 실시간 및 저장된 이미지로 구성된 3D 이미지 및 복합 시각화(composite visualization)는 비행선(101)의 조종을 용이하게 하는 것을 돕고, 또한 실시간 관찰 조건에 대한 참조로서 사용될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 디스플레이 스크린(302)은 또한 비행선(101) 조종사가 비제한적인 예로서 개별 보조 기낭, 압축기, 엔진, 연료 저장 탱크, 및 연료 전지(만약에 있는 경우)를 포함하는 모든 중요한 작동 구성요소의 실시간 원격 카메라 뷰를 볼 수 있게 할 것이다. 이러한 이미지는 온도, 압력, 가스 속도, 압축률, 전력 수준, 예상 성능의 백분율, 허용 범위, 경계 이탈 경고 및 안전 경고와 같은 작동 데이터로 보강될 수 있다. 또한, 디스플레이 스크린(302)은 인공 수평기, 고도계, 방향 자이로스코프, 수평자세 지시계(horizontal situation indicator), 풍향 등과 같은 하나 이상의 비행 계기의 그래픽 표현을 나타낼 수 있다.
이들 이미지 및 정보는 비행선(101)을 조정시 상기 조종사에 의해 이러한 디스플레이 스크린(302) 상의 터치스크린 제어 장치; 휠, 마우스, 마우스 패드, 컨트롤 스틱 등(303)(미도시); 및/또는 제어 패널 콘솔(304)에 위치한 다양한 컨트롤러의 사용을 통해 이용될 수 있어서, 결과적으로 테일의 제어 표면을 터닝 및 작동시키는 것, 엔진의 추진력을 틸딩 및/또는 조정하는 것, 양력의 증가 또는 감소에 각각 영향을 미치도록 보조 기낭을 팽창 또는 수축시키는 것 등을 가능하게 한다. 더욱이, 또 다른 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 인공 지능(AI)의 사용을 통해, 이하에 도 7 및 도 8을 참조하여 더욱 구체적으로 설명된 바와 같은 물류를 양륙시키는 것을 포함한 이러한 기동의 일부가 사전 프로그래밍될 수 있다. 비제한적 예로서, 비행선(101)을 좌측으로 20° 돌리고 또한 선택된 목적 지점을 향해 천천히 하강하려는 조종사의 표시된 소망은 AI를 통해 엔진의 출력 및 회전의 수준의 적절한 조정으로 번역될 수 있어서, 다른 것보다 더 빠른 속도로 전방의 좌측 보조 기낭을 점진적으로 수축하고, 그에 상응하여 적절한 에일러론 위치를 작동시키고; 또한 상술한 예시적인 예에 있어서, 디스플레이 스크린(302)은 비행선(101)이 표시된 목적지에 도달할 추정 고도, 대지 속도 및 시간을 반영할 수 있다.
화물과 같은 페이로드를 운반하기 위한 비행선(101)의 사용은 AI 및 증강 현실을 포함하는 이러한 제어 시스템의 관련성의 유용한 추가적인 비제한적 예시뿐만 아니라, 본 주제 기술의 하나의 바람직한 실시형태에 있어서의 실시간 비디오 디스플레이 스크린(302)의 유용성을 제공한다. 바람직한 실시형태에 있어서, 비행선(101)은 비행 중일 때뿐만 아니라 "지상에" 있는 동안에(일반적으로 지면에 닿기 수 피트 이내에 있는 것을 의미함), 항상 중성적으로 부력이 유지된다. 예를 들면 도 8(a)-(b)과 관련하여 설명된 바와 같이 지상 기반 크래들 또는 갠트리(gantry)에 안전하게 안착되도록, 비행선(101)이 의도적으로 공기보다 무겁게 제작된 경우라도, 적당량의 공기보다 가벼운 가스에 의해 전체 중량의 일부가 리프팅되는 것이 바람직할 수 있다.
당업자는, 페이로드가 비행선(101)에 적재됨에 따라, 또한 도 10(a)-(b)과 관련하여 설명된 바와 같이 나중에 벌크 컨테이너에서 또는 최종 사용자에게로 직송시 제거되는 경우, 중성 부력(또는 최대 제어 중량) 상태를 유지하기 위해서는 상이한 양의 리프팅 가스가 필요로 된다는 것은 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 이러한 페이로드의 중량은 정확하게 칭량되어야 하고; 또한 중성 부력을 유지하기 위해, 리프팅 가스의 정확한 양을 조정할 때, 화물 중량의 순 증가 또는 감소가 고려되어야 한다. 중성 부력을 유지하기 위해 비행선(101)에 필요한 리프트 가스의 양의 유사한 증가 조정은 바이오 디젤 또는 항공 가스와 같은 운송 연료가 수송 중에 소비되기 때문에; 또는 연료 전지의 경우에, 가스 또는 액체 수소가 소비됨으로써 부산물로 물이 생성되기 때문에, 이루어져야 한다. 비행선(101)의 바람직한 실시형태에 있어서, 이러한 계산은 이러한 AI 시스템을 사용하여 사전 프로그래밍된 착륙 루틴의 일부로서 화물을 적재 또는 하역하려는 승무원의 결정에 응답하여 압축기, 보조 기낭, 벤팅 라인 등과 같은 작동 구성요소를 조정하기 위해, 또는 고도 또는 대지 속도를 변경함으로써 연료가 소비되는 속도를 변경하기 위해 이루어진다.
선택적인 실시형태에 있어서, 조종석 캐빈(202)은 창이 없을 수 있고, 조종사가 완전한 몰입감을 생성함으로써 효능과 안전성을 높이기 위해 동작의 중심에서 3차원 우주에 조종사를 몰입시키는 방식으로 구성될 수 있다.
비행선(101)을 제어하는 데 사용되는 것 외에도, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 이러한 제어 시스템 및 디스플레이 스크린(302)은 도 7(a)-(b)와 관련하여 설명된 바와 같이 비행선의 위치 탐지 및 테더링하는 데 사용되는 하나 또는 다수의 무인 항공기를 제어하기 위해, 및/또는 이하에 도 10(a)-(b)과 관련하여 더욱 구체적으로 설명된 바와 같이 페이로드 배송 또는 픽업을 수행하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 하나의 선택적인 실시형태에 있어서, 드론 항공기의 제어와 관련하여 잘 알려진 원리를 이용하여, 이들 제어 시스템 및 디스플레이는 디지털 원격 측정된 지휘 신호를 비행선(101)(또는 하나 이상의 선택된 UAV)으로 전송하는 지상 스테이션에 물리적으로 위치된 장소로부터 비행선(101)을 원격으로 제어하는 데 사용될 수 있다. 그리고 또 다른 선택적인 실시형태에 있어서, 이들 제어 시스템은 비행선(101) 및/또는 UAV가 각각의 사전 프로그래밍된 학습에 기반하여 자율적으로 작동하거나, 또는 특정 조건 또는 선택 명령에 대한 응답으로 자율 모드로부터 원격 조종 차량(RPV) 모드로 또는 그 반대로 변경될 수 있게 한다.
상술한 제어 장치 및 디스플레이는 외부 조건의 조종사의 인식을 실질적으로 개선하고, 또한 비행선(101)의 주요 작동 구성요소를 볼 수 있는 빠른 접근을 제공함으로써, 안전성이 더욱 우수하게 되고, 문제가 되는 기상 조건에 대한 취약성이 감소하게 되고, 또한 종래 기술의 비행선의 경우, 필요에 따라, 개선된 비행선 설계에서는 해결할 수 있는 비행선(101)으로부터 물리적으로 분리될 수 있는 단일 위치로부터 이러한 조건을 직접 관찰하고 조정을 수행하도록 요구되었던 승무원의 수가 감소하게 된다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 디스플레이 스크린(302) 뒤(따라서 도 3에서는 보이지 않음)에는, 노즈콘(201)의 나머지 전방 부분은 비행선(101)용 안테나 및 항공전자 패키지뿐만 아니라, 상술한 실시간 비디오 이미지 중 선택된 이미지를 제공하기 위해 사용되는 전방을 향하는 카메라의 위치이다. 상기에서 언급된 바와 같이, 컴퓨터, 데이터 저장 장치, 계기, 텔레메트리(telemetry), 추가 디스플레이 패널 및 통신 장비를 포함한 전자 장비는 비행선(101)의 승무원의 주의가 필요한 경우에 이 장비에 쉽게 접근할 수 있는 바닥(301) 아래 및/또는 조종석 캐빈(202)의 후방 부분에 위치될 수 있다.
도 4(a)-4(c)를 참조하면, 도 4(a)에는 본 주제 기술의 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 비행선(101)의 외골격(203)의 개선된 설계에 사용되는 허브 및 스포크 시스템의 상세도를 제공한다. 비행선(101)이 호버링하고, 고도로 상승하고, 하강하고, 페이로드를 적재 및 하역하고, 또한 선회할 때, 골격 응력(skeletal stress)을 분산시키기 위해, 이러한 외골격(203)은 바람직하게는 직경 및 벽 두께가 동일한 스포크(206) 및 바람직하게는 모두 동일한 허브(207)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 가변 길이 스포크(206)는 6개의 정삼각형으로 가능한 한 가깝게 구성된 헥사그램의 세트를 형성하도록 각각의 허브(207)에서 종료된다. 이 연결된 헥사그램의 세트는 비행선(101)의 표면을 따라 각 지점에서 기울기와 소망하는 둘레를 생성하도록 스포크(206)가 상이한 반경으로 구부러지고 상이한 길이로 조정되게 함으로써 비행선(101)의 3차원 형상을 형성한다. 본 주제 기술의 원리에 따르면, 이 새로운 조합은 최소량의 구조를 사용하여 비행선(101)의 강도를 최대화함으로써, 비행선(101)의 중량을 최소화하고 사용 가능한 페이로드 용량을 최대화한다. 또한, 바람직한 실시형태에 있어서 동일한 허브(207) 및 동일한 직경 및 두께의 스포크(206)의 사용은 이러한 구성요소의 제조에서 대량 생산의 경제를 달성할 수 있는 능력을 가져오고, 그에 따라 비행선(101)을 구성하는 비용을 최소화한다.
상술한 원리를 적용하는 것에 기반하여, 비행선(101)의 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 스포크(206)는 2" 외경 스펀(spun) 또는 0.125"의 벽 두께를 갖는 압출된 탄소 섬유 재료를 사용하여 제조되고; 상기 허브(207)는 티타늄, 탄소 섬유 또는 다른 경량 재료를 사용하여 제조된다. 그러나, 다른 선택적 실시형태에 있어서, 스포크(206)는 더 크거나 더 작은 외경 및/또는 벽 두께를 가질 수 있다. 또한, 본 주제 기술의 원리를 벗어나지 않고 스포크(206) 및 허브(207)를 제조하는 데 상이한 재료가 사용될 수 있다.
도 4(a)-4(c)에 도시된 바와 같이, 상기 스포크(206) 중 6개는 가능한 한 거의 등변인 6개의 삼각형을 구성하고, 또한 함께 육각형 형상을 포함하도록 허브(207)에 부착된다. 이러한 삼각형이 등변이 되기 위해서는 각각의 스포크(206)의 길이가 동일하고, 3개의 각도 모두가 60°이어야 한다. 그러나, 도 5(a)-(b)에 도시된 바와 같이, 완만하게 경사진 타원형 형상의 비행선(101) 및 외골격(203)을 제조하기 위해서, 각각의 연속한 삼각형의 한 변의 길이에 약간의 변화가 발생할 수 있고, 또한 적어도 하나의 각도가 60° 미만일 수 있다. 상술한 예시적인 경우에 있어서, 가능한 한 거의 등변인 총 48개의 이등변 삼각형이 직경 150피트 비행선(101)의 외골격(203)의 중간점에서 삼각형의 링의 대략 471피트 둘레를 구성하는 데 사용되며, 이러한 삼각형의 각 변은 허브(207)의 비례적 몫을 포함하여 길이가 대략 9.8피트(118인치)이다.
비행선(101)의 정중선으로부터 양 단부를 향해 멀어지는 삼각형의 다음 링의 둘레는 바람직한 실시형태에 있어서 다소 더 짧기 때문에, 삼각형의 각각의 연속한 링이 연속함에 따라, 스포크(206)의 길이는 점점 더 짧아진다. 예를 들면, 삼각형의 다음 링에서 직경이 148피트이고, 링의 둘레 길이가 대략 465피트라고 가정하면, 이들 48개의 삼각형의 각 변의 길이는 허브(207)의 비례적 몫을 포함하여 대략 2인치(116인치로)씩 길이가 감소하게 된다. 이 링의 다른 모든 삼각형의 한 변이 이전 링의 삼각형과 공유되기 때문에, 약 2인치의 길이 차이는 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 각각의 스포크(206)의 단부 내로 대략 7인치 인서트(401)의 도입을 통해 해결된다. 인서트(401)는 인접하여 있는 2개의 행에서의 삼각형 사이의 길이 차이를 해결함과 아울러, 가능한 한 거의 정삼각형 패턴을 유지하게 함으로써, 외골격(203)의 지오데식 구조의 강도/중량 이점을 달성하게 한다.
도 4(a)에 도식적으로 도시된 바와 같이, 각각의 허브(207) 및 각각의 인서트(401)의 일단부는 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 외골격(203)이 비행선(101)의 중간점에서의 직경 150피트로부터 외골격(203)이 노즈콘(201)과 결합하는 개소의 대략 24.3피트의 직경까지 진행함에 따라 각도를 변경시킬 수 있는 방식으로 형성된다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 이러한 가변 경사는 각각의 인서트(401)의 2갈래 돌출부(402)가 허브(207)의 6개 측면 모두에 힌지를 생성하도록 6개의 3갈래 소켓(403) 각각에 삽입되고, 바람직하게는 각각이 삽입 핀(404)에 의해 제 위치에 유지되는 결합에 수용된다. 하나의 대안적인 실시형태에 있어서, 인서트(401)는 허브(207)의 모든 측면에 이러한 힌지를 생성하도록 클레비스 패스너 또는 포크 조인트와 유사한 6개의 2갈래 소켓 각각에 삽입되는 단일 갈래 돌출부를 갖고, 삽입 핀(404)에 의해 제 위치에 유지된다. 본 주제 기술의 원리를 달성하기 위해 대안적 힌지 수단이 사용될 수도 있다.
또한, 도 4(a)는 상기 허브(207)의 중량을 감소시키는 동시에 스킨(208)을 외골격(203)에 부착하는 것을 보조하는 역할을 하는 개구부(405)를 도시한다. 도 4(b)는 허브(207)를 사용하여 외골격(203)에 스킨(208)을 결합시키는 하나의 선택적 수단을 예시하기 위해 도 4(a)에 도시된 섹션 A-A의 단면도를 제공한다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 비행선(101)의 스킨(208)은 극한 기온(-50℃~+200℃)에 대한 내성이 강하고, 내화성 및 난연성인 매끄러운 비습윤성 표면을 갖는 저밀도 및 고인장강도 커버링을 생성하기 위해 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)로 코팅된 본디드 아라미드 섬유와 같은 경량의 복합 재료로 이루어진 평면 또는 곡선 패널(406)로 제조된다. 비행선(101)이 태양에 가장 오래 노출될 가능성이 있는 표면 영역에서, 또 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 박막 태양열 집열 전지(407)는 솔라 어레이(102)를 생성하도록 이러한 평면 또는 곡선으로 제조된 패널(406)에 내장될 수 있다. 이러한 태양 전지(407)는 바람직하게는 매우 얇고, 경량이고, 또한 갈륨 비소(GaAs) 및 기타 기재와 같은 재료를 사용하여, 15%~20%를 초과하는 집열 효율을 가능하게 할 수 있다. 당업자는 상술한 모든 자료는 예시적인 목적으로 기재된 것이며, 본 주제 기술의 원리를 벗어나지 않는 한, 다른 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 경량의 압출재 또는 접합재로 만들어진 성형 돌출부(408)는 스킨(208)을 포함하는 패널(406)(내장된 태양광 집열재(407)을 선택적으로 포함함)의 후면에 결합될 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 돌출부(408)는 하나의 선택적인 실시형태에 있어서 허브 개구부(405)에 삽입되고, 클램프(409) 및 조임 볼트(410)를 포함한 다양한 수단을 사용하여 제 위치에 단단히 유지될 수 있다. 개별 패널(406)이 하나의 삼각형 공간을 덮고, 각각의 인접한 삼각형 상의 다른 패널(406)에 바로 인접할 정도까지, 이러한 돌출부(408)는 이러한 개구 영역(405)의 1/6을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 허브(207)를 덮는 이러한 패널(406)의 수 및 형상에 따라, 대안적인 실시형태에 있어서, 이러한 돌출부(408)는 1/6보다 큰 일부 부분, 및 상기 개구 영역(405) 전체까지 채울 수 있다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 스킨(208)이 매끄럽게 만곡되고 허브(207)가 동일한 정도까지, 다양한 치수의 공소(void space)가 곡선 패널(406)과 적어도 몇몇 허브(207)의 일부 사이에 생성될 수 있다. 스킨(208)의 만곡된 형상의 무결성을 보존할 필요가 있는 경우, 선택적인 실시형태에 있어서, 이 공소는 패널(406)(내장된 태양광 집열 재료(407)를 선택적으로 포함함)의 곡선 형상을 반영하도록 커스터마이징된 상부 표면 형상을 갖는 허브(207)를 제조함으로써 또는 이러한 공소를 채우기 위해 컨투어링된 심(shim)(411)의 사용을 통해 회피될 수 있다.
도 4(c)는 스포크(206)를 사용하여 상기 외골격(203)에 피부(208)를 결합시키는 또 다른 선택적 수단을 예시하기 위해 도 4(a)에 도시된 섹션 B-B의 단면도를 제공한다. 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 몰딩된 돌출부(412)는 스킨(208)을 포함하는 패널(406)(내장된 태양광 집열 재료(407)를 선택적으로 포함함)의 후면에 결합되는 경량의 압출재 또는 접합재로 제작될 수 있다. 그 다음, 하나의 선택적 실시형태에 있어서의 클램프 형상의 몰딩된 돌출부(412)를 포함한 다양한 공지된 수단을 사용하여, 돌출부(412)가 스포크(206)에 대해 압박하여 제 위치에 단단히 유지될 수 있다. 비행선(101)의 스킨(208)을 허브(207) 및 스포크(206)에 결합시키는 다른 수단은 본 주제 기술의 원리와 일치하게 채용될 수 있다.
다음에 도 5(a)-(b)를 참조하면, 비행선(101)의 바람직한 실시형태에 있어서의 외골격(203)을 예시한다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 라인(501)은 비행선(101)의 정중선에 대략적으로 대응한다. 상술한 바와 같이, 상기 정중선(501)에서의 직경이 150피트라고 가정하면, 비행선(101)의 둘레는 상기 정중선(501)에서 대략 471피트의 길이이다. 이러한 48개의 삼각형의 기본 변을 연결하는 허브(207)의 비례적 몫을 포함한 길이가 각각 118인치인 스포크(206)를 형성하는 48개의 동일한 이등변 삼각형의 밑변으로 구성된 링이 제공된다. 이들 이등변 삼각형의 다른 2개의 스포크(206)는 다음 삼각형의 연속한 링에 있는 스포크(206)의 길이도 고려하지만, 상기 밑변과 길이가 거의 동일하다. 선택적인 실시형태에 있어서, 정중선에서의 삼각형의 수는 48개보다 많거나 적을 수 있고, 단 선택된 수는, 바람직한 실시형태에 있어서, 스포크(206)의 길이가 최소 허용 길이에 도달할 때마다 해당 수를 연속적으로 절반으로 나눌 수 있는 12의 배수(예를 들면, 24, 36, 48, 60, 72)와 같은 수이어야 한다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 가장 긴 삼각형 스포크(206)의 길이는 120인치(10피트)의 길이이거나, 가장 짧은 삼각형 스포크의 길이는 60인치(5피트)(각각의 이러한 측정은 연관된 허브(207)의 비례적 몫을 포함함)이다. 이러한 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 스포크(206)의 길이가 60인치에 근접하면, 삼각형의 수는 절반으로 감소될 수 있고(즉, 상술한 예시의 경우, 삼각형이 48개에서 24개로), 그 다음 좁은 둘레를 포함하는 다른 모든 삼각형의 대향하는 스포크(206)는 2배의 수의 삼각형으로 구성된 이전 링의 스포크(206)의 밑변의 길이의 2배이다.
상술한 원리는 지점(502)에서의 이러한 하나의 바람직한 실시형태에서 예시되며, 여기서 각각의 이등변 삼각형의 연속한 링의 경우의 수 인치의 누적 감소는 그 다음 링을 포함하는 삼각형의 수에서 변화가 결정되는 충분한 길이에 도달한다. 따라서, 이러한 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 지점(502)에서, 외골격(203)의 삼각형의 수는 그 다음으로 더 작은 링에서 48개에서 24개로 감소하고, 이들 삼각형의 스포크(206)의 길이는 이전의 링에서보다 2배 길다. 이러한 절반의 감소는, 이등변 삼각형의 수가 이러한 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 24개에서 12개로 감소되고, 스포크(206)의 길이가 다시 이전의 링의 스포크(206) 길이의 2배일 때, 지점(503)에서 다시 발생한다. 이러한 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 이 삼각형의 수는 최종 링이, 상기 도 2와 관련하여 이전에 논의된 바와 같이, 외골격(203)이 노즈콘(202)에 부착될 지점(204)에서 대략 24.3피트의 직경을 가질 때까지 사용된다.
상술한 바와 같이, 이등변 삼각형의 수가 반으로 감소하고, 이에 상응하는 스포크(206)의 길이가 2배가 되는 개소(502 및 503)가 도 5(a)의 섹션 A-A의 단면도를 제공하는 도 5(b)에 도시되어 있다. 상술한 원리의 적용에 기반하고, 또한 각도의 모두가 가능한 한 60도에 가까워지도록 이등변 삼각형의 밑변을 필요한 만큼 적게 저감시키는 각각의 경우에 있어서, 이러한 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 1000' 길이 비행선(101)의 외골격(203)은 대략 5,600개의 허브(207)를 필요로 하고, 또한 전체적으로는 대략 120,000 직선 피트의 2" 직경 탄소 섬유 튜빙(206)을 이용함으로써, 종래 기술의 이전 비행선에 비해 중량을 줄이고 구조적 무결성이 향상되게 된다. 더욱이, 상술한 예시적인 개시에 기재된 재료를 이용하는 것에 기반하여, 상술한 구조 시스템의 유한 요소 분석은 비행선(101)이 0.2g(2.6분마다 개략적으로 6.43ft/s2, 또는 대략 1,000')의 수직 가속률로 상승할 수 있고 또한 이러한 구조에 문제가 되는 응력 없이 초당 2°의 속도로 선회(45초에 90° 선회 완료)할 수 있다 것을 나타낸다.
이제 도 6을 참조하면, 조종석 캐빈(202)을 포함하는 노즈콘(201)은 마치 이러한 노즈콘(201)의 분리를 촉발시킨 재앙적 이벤트에 이어지는 것처럼, 하나 또는 다수의 전개된 낙하산(601) 아래에 현수된 것을 도시하고 있다. 이러한 이벤트에 있어서, 상기 도 2와 관련하여 보다 구체적으로 기재된 바와 같이, 노즈콘(201)이 접합 지점(204)에서 분리됨으로써 외골격(203)으로부터 이탈되는 것과 일치하여, 상기 하나 이상의 낙하산(601)이 하나 또는 다수의 수납실(602)로부터 공지된 기술을 사용하여 기계적으로 또는 폭발적으로 배출된다. 상응하는 수납실 캡(들)(603)은 이러한 방출의 힘에 의해 강제로 밀려나와 폐기되고, 하나 이상의 낙하산(601)이 전개되어 펴지고, 결과적으로 상기 노즈콘(201)에 단단히 부착된 라이저(605)에 연결된 시라우드 라인(604)의 전체 범위까지 잘 알려진 원리에 기초하여 공기로 충전된다. 당업자는 이러한 하나 또는 다수의 낙하산(601)의 사용이 노즈콘(201)의 하강 속도 및 그 충격력을 감소시킴으로써 조종석 캐빈(202)의 탑승자가 재앙적인 이벤트를 극복할 가능성을 증가시킬 것이라는 것을 이해할 것이다. 대안적인 실시형태에 있어서, 파라포일은 하나 또는 복수의 낙하산(601) 대신에 사용되고, 바람직하게는 직접 또는 간접적으로 라이저(605)를 잡아당김으로써 연착륙이 되도록 노즈콘(201)의 하강 프로파일을 조작하기 위해 수동 또는 자율적으로 사용될 수 있다. 또한, 바람직한 실시형태에 있어서, GPS 좌표 및 추적 신호를 포함한 조난 호출이 자동으로 전송되고, 노즈콘(201)은 이러한 재앙적 이벤트가 수상 또는 외딴 지역에서 발생한 경우에, 긴급 지원이 도착할 때까지 상기 승무원의 보호를 위해 수동 또는 자동으로 전개될 수 있는 공기 팽창식 래프트 및 비상식(미도시)을 구비한다.
도 7(a)를 참조하면, 공기보다 가벼운 비행선을 위치 탐지하고 도킹하는 종래 기술을 도시한다. 이전의 '810 특허로 완성된 출원인의 이전 개시에 개시된 바와 같이, 비행선의 작동 상의 역사적 과제 중 하나는 특히 착륙장이 좁은 경우 및/또는 착륙 구역 내 또는 근방에 강풍과 같은 기상 조건이 이러한 큰 풋프린트(footprint)를 갖는 항공기를 제어하는 것을 곤란하게 만드는 경우의 상황에서, 비행선의 착률을 제어하는 것이었다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 출원인은 상기 비행선의 전방에 또는 전방 근방의 적절한 지점에서 커넥터(702)에 물리적으로 부착된 경량 가이드-와이어 케이블(701)의 사용을 이전에 개시했다.
출원인에 의해 이전에 개시된 바와 같이, 비행선 직경의 적어도 절반보다 더 큰 폴 또는 마스트에는 그 상부에 임의의 각도로 회전할 수 있는 짐블이 장착될 수 있다. 상기 선행 기술에서, 출원인은 부착 지점(703)이 이 짐블에 기계적으로 결합됨으로써, 폴 또는 마스트에 단단히 테터링된 비행선이 상기 앵커 포인트 주위로 360°이동할 수 있게 하고, 아울러 비행선은 그 노즈(702)가 다가오는 바람을 향하도록 그 자체가 재배향될 수 있다는 것을 개시했다.
출원인은 가이드-와이어 케이블(701)이 가이드-와이어(701)의 단부에 연결된 발사체를 선택적으로 전자기장이 장착될 수 있는 수용 포트로 발사함으로써, 또는 비행선의 조종사 또는 착륙 장교가 원격제어 콘솔에서 조종할 수 있는 드론(704)의 사용을 통해 부가 장치(703)를 위치 탐지할 수 있다고 이전에 개시했다. 상술한 앵커 포인트를 위치 탐지하기 위한 수단, 비행선을 테더링 및 도킹하는 수단이 본 주제 개시의 비행선(201)에 대해 사용될 수 있음과 아울러, 도 7(b)는 비행선이 강풍 조건과 관계없이 훨씬 더 작은 장소에 착륙하게 할 수 있는, 항공기를 도킹하고 단단히 고정시키는 개선된 방법을 예시한다.
도 7(b)는 도 5(a)의 섹션 A-A로 지정된 외골격(203)의 단면도를 도시하고, 상기 공기보다 가벼운 비행선의 화물 구역에 있는 다수의 컨테이너(705)를 나타낸다. 이러한 컨테이너(705)는 일반적으로 페이로드를 포함하고, 하나의 선택적인 실시형태에 있어서는 Hexagon Lincoln에 의해 제조된 Titan® ISO 컨테이너 모듈과 같은 압축 가스용 사전충전형 고압 탱크, 및/또는 출원인의 '802 특허에 기재된 바와 같은 및/또는 계획된 작전 임무에 가장 적합한 연료의 사용을 가능하게 하기 위해 수소 수송용으로 호환 가능한 구성의 액체 저장 탱크를 포함할 수 있다. 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 2개 이상의 경량 가이드-와이어 케이블(706)은 더 큰 직경의 고정 케이블(707(a) 및 707(b))에 물리적으로 부착되고, 결과적으로 더 무거운 고정 케이블이 부착 지점(708(a) 및 708(b))에서 외골격(203)에 물리적으로 부착된다. 각각의 상기 경량 가이드-와이어 케이블(706)의 반대측 단부에서, 파일럿 로케이터(709)는 크래들 또는 갠트리 구조의 벽(711) 상의 대응하는 앵커 포인트(710)로 안내된다. 도시된 바와 같이, 상기 파일럿 로케이터(709)는 수동으로 검색되는 드롭 라인(dropped line), 전자기적으로 유인되는 발사된 발사체, 호밍 비콘에 유도되는 자율 드론, 및 원격 제어 드론을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 수의 로케이팅 수단을 포함할 수 있다. 도 7(b)는 단지 2개의 앵커 포인트(710)로 도시되어 있지만, 비행선을 작동시키고 넓은 표면적을 갖는 다른 선박을 도킹하는 기술 분야의 당업자는, 후술하는 바와 같이, 외골격(203)에 가해지는 하중을 더 잘 분배하고 또한 비행선이 크래들(711)에 위치할 때 상기 비행선의 전방, 중간 및 후방을 선택적으로 제어하기 위해 비행선의 양 측면을 따라 다수의 로케이터(709) 및 상응하는 앵커 포인트(710)를 갖는 것이 바람직할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
도 8(a)-(b)는 본 주제 기술의 하나의 바람직한 실시형태에 사용되는 상기 크래들 또는 갠트리 구조(711)에 관한 추가적인 세부사항을 제공한다. 도 8(a)는 각각 윈치(801(a) 및 801(b))에 의해 앵커 포인트(710(a) 및 710(b))를 통해 당겨지는 고정 케이블(707(a) 및 707(b))에 의해 상기 크래들(711)에 테터링되어 있는 공기보다 가벼운 비행선(101)의 외골격(203)을 도시한다. 하나의 실시형태에 있어서는 크래들(711)이 고정될 수 있지만, 바람직한 실시형태에 있어서 크래들(711)ㅇ에는, 도 8(b)에 관하여 더욱 구체적으로 기재된 바와 같이, 비행선이 행거 구조 내외로 이동될 수 있도록 휠(802) 및 트랙(803)이 부착된다. 비행선 운항 분야의 당업자는, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 비행선이 크래들에 고정된 경우에도, 상기 비행선의 총 중량의 일부를 줄이기 위해 일부 리프팅 가스가 비행선(101)의 보조 기낭에 유지될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이것이 상기 크래들(711)에 의해 운반될 필요가 있는 비행선 및 그 화물의 총 중량보다 결코 작아지지 않게 함으로써, 크래들을 상대적으로 소형의 예인차 또는 도르래 시스템(미도시)에 의해 트랙(803) 상으로 이동시킬 수 있다.
크래들(711)은 랜드(804)의 표면 상에 위치하거나 또는 선택적으로 부분적으로 또는 완전히 그 안에 침몰될 수 있다(도 8(a)에 도시된 바와 같음). 추가적으로, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 크래들(711)은 선택적으로 턴테이블 구조(805) 상에 위치될 수 있음으로써, 전체 구조가 원형 트랙(807)을 따라 휠(806) 상에서 또는 이러한 구조를 선회시키기 위한 다른 잘 알려진 수단 상에서 회전시키는 것이 가능하게 된다. 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 비행선이 적절하게 테터링되고 정렬되면, 갱웨이(808)는 롤러(809) 또는 그 등가물에 의해 화물칸 도어를 통해 비행선의 화물 구역으로 연장될 수 있어, 비행선이 단단히 무어링되는 동안 화물(705)이 적재 또는 하역될 수 있게 한다. 이러한 롤러(809)가 도 8(a)에 크래들(711)의 통합 부분으로서 갱웨이(808) 아래에 있는 것으로 도시되어 있지만, 하나의 대안적인 실시형태에 있어서, 이러한 롤러(809)는 또한 전략적으로 크래들(711), 선택적인 턴테이블 구조(805), 영구 랜드사이드(804) 설비, 및 비행선(101) 자체의 화물 적재실 내부의 일부로서 갱웨이(808)의 위와 아래 모두에 배치될 수 있음으로써, 갱웨이(808)가 출원인의 이전 특허 개시에서 보다 구체적으로 기재된 바와 같이 보조 기낭 내의 리프팅 가스가 감소될 때까지, 상기 비행선의 추가적인 물리적 억제를 제공하게 된다.
비행선 운항의 당업자는 대량의 화물을 운송하는 데 사용되는 공기보다 가벼운 비행선과 연관된 오랜 과제 중 하나가 소위 "로프트 밸러스트(loft ballast)"라는 물류 문제라는 것을 이해할 것이다. 이 문제는 비행선으로부터 40 또는 50톤의 페이로드가 제거되고, 이에 따라 즉시 비행선이 40 또는 50톤이 가벼워지고, 완화 조치가 없으면 비행선이 매우 빠르게 상승하게 되는 예를 통해 이해될 수 있다. 리프팅 가스의 방출 또는 재압축까지 크래들(711)에 비행선을 테터링하는 것과 갱웨이(808)를 사용하는 것의 상술한 조합(출원인의 초기 '810 특허에 개시된 바와 같음)은 화물 적재의 이러한 변화를 보상한다. 이 오랜 기술적 문제의 해결은 신속하고 안전한 화물의 적재 및 제거를 가능하게 함으로써 물류 비행선을 상업적으로 실행 가능하게 만드는 데 도움이 될 것이다.
도 8(b)는 선택적인 턴테이블(805)이 강풍 조건을 처리하는 데 어떻게 도움이 되는지를 예시한다. 바람 부호(810)는 본 주제 기술의 원리를 설명하기 위해 남서쪽에서 75노트의 속도로 부는 바람을 나타낸다. 이에 대응하여, 화살표(811)로 도시된 바와 같이, 턴테이블(805)은 공기보다 가벼운 비행선(101)의 노즈(103)가 비행선의 안전한 착륙을 보조하고, 또한 이러한 대형 항공기에 대한 바람의 영향을 최소화하기 위해 바람을 향하도록 회전된다. 일단 비행선이 도 8(a)과 관련하여 기재된 바와 같이 크래들(711)에 단단히 테터링되면. 턴테이블(805)은 상기 턴테이블 상의 크래들 트랙(803)이 랜드(804) 상의 트랙(803)과 정렬되도록 회전 화살표(811)의 방향으로 회전될 수 있다. 그 다음, 크래들(711)(이것에 비행선(101)이 무어링되어 있음)은 행거 구조(812) 내로 이동될 수 있고, 하나 이상의 갱웨이(808)는 비행선의 화물 구역으로부터 또는 그 영역 내로 연장될 수 있다. 상술한 단계는 이러한 노즈(103)가 바람을 향하여 직접 회전하지 못할 정도로 너무 강한 강풍에서는, 안전하게 이륙할 수 있도록 역으로 수행될 수 있다.
하기 표는 길이가 1000'이고, 직경이 150'인 것으로 가정하고, 또한 바람 움직임에 노출될 때, 운항 안전을 위한 마진이 20%이고 또한 이것으로 보호되었을 때 마진이 10%라고 가정했을 때, 공기보다 가벼운 비행선을 지원하기 위해 다양한 선택적인 착륙 조건에 필요한 면적을 요약한 것이다.
도 9(a)-(c)을 참조하면, 3개의 하위 부분은 공기보다 가벼운 비행선을 공중 창고 또는 특정 지역으로의 소형 패키지 및 화물의 운송 수단으로서, 또는 이러한 상품을 구매자에게 배송하는 무인 항공기(또는 "UAV")용 발사대로서 사용하는 것과 관련된 최신 기술을 예시한다. 당업자는 가정, 사무실 또는 기타 사용자 지정 위치로의 물리적 물품의 최종 또는 라스트 마일 배송(last mile delivery)이 전통적으로 인간 제어 자동차, 트럭, 자전거, 카트 등을 사용하여 수행된다는 것을 이해할 것이다.
예를 들면, 사용자는 물품을 주문하고, 개인 거주지 또는 사무실로 배송되어야 한다고 지정할 수 있다. 일반적으로 말하자면, 수개월 기간 전에는 다른 지역, 국가 또는 (자주) 다른 대륙에서 물품이 제조 및/또는 조립되고, 보트, 기차 및/또는 트럭에 의해 지역 창고 시설로 발송된다. 물품에 대한 주문이 접수되면, 해당 창고 시설에서 픽업하고, 포장한 후, 운송업체에 의한 최종 배송을 위해 고객에게 발송될 수 있다. 일반적으로 말하면, 운송업체는 인간이 운전하는 트럭에 물품을 적재하고, 물류 허브로 발송하고, 분류하고, 다른 트럭으로 이동하는 공항까지 이동하고, 가장 가까운 지역 물류 센터로 이동시키고, 최종 배송 장소로 운송하는 또 다른 트럭에 실려 공항까지 이동하고, 또한 인간 운전자 또는 상기 운전자와 함께 또 다른 인간 동반자는 트럭에서 물품을 회수하여 목적지까지 배송을 완료할 것이다. 예를 들면, 인간이 물품을 수령인에게 물품을 인도하고, 물품을 사용자의 현관문 밖에 두거나, 사서함이나 우편물실과 같은 미리 지정된 수거 장소에 놓을 수 있다.
온라인 구매가 증가함에 따라, 현지 배송의 속도, 편리성 및 비용은 종종 소비자가 판매자 및 상품을 선택할 때 중요한 고려 사항이 된다. 일반적으로 말하면, 이러한 방법은 "라스트 마일(last mile)"을 개선하는 데 치중하였고; 또한 이러한 최신 제안의 경우, UAV는 인벤토리 정보와 목적지 위치를 수신하고, 비행선 내의 위치로부터 인벤토리를 자율적으로 검색하고, 목적지까지의 경로를 계산하고, 그 목적지로 자율적으로 이동하여 상품을 배송할 수 있다. 배송이 완료되면, UAV는 비행선, 공기보다 가벼운 다른 비행선을 포함한 셔틀 교체 위치, 인근 자재 취급 시설, 또는 재충전할 다른 위치로 복귀하고 다음 배송을 위한 상품을 수령할 수 있다.
도 9(a)는 이러한 아마존 테크놀로지스의 '280 특허인 발명의 명칭이 "물품 배송을 위한 무인 항공기를 활용하는 항공 주문 처리 센터"에 개시된 바와 같은 서비스를 예시한다. 여기에 도시된 바와 같이, '280 특허에서 항공 주문 처리 센터 또는 AFC로 칭해지는 공기보다 가벼운 비행선(901(a))은 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 리프팅부(902(a)), 및 재고를 보관하고, UAV를 배치하는 등에 사용되고, 도 9(a)에서 강조하기 위해 음영 처리된 별도의 주문 처리 센터(903(a))로 구성된다. 작성된 명세서에 따르면, 주문 처리 센터(903(a))는 도 9(a)(상기 '280 특허의 도 3 및 4의 복합물임)에 도시된 바와 같은 다양한 기술을 사용하는 리프팅부(902(a))와 결합될 수 있고, 주문 처리 센터(903(a))는 AFC(901(a))의 리프팅부(902(a))로부터 케이블을 사용하여 현수될 수 있고, 다른 구현에 있어서, 주문 처리 센터(903(a))는 리프팅부(902(a))에 직접 실장되거나 또는 그와 일체화될 수 있다.
UAV(904(a))는 하나 이상의 UAV 배치 베이(905(a))에서 출발하고, 비행 지시 및/또는 무선 통신에 기반하여, 상기 '280 특허에 더욱 구체적으로 설명된 바와 같이, 날개 및/또는 프로펠러를 사용하여, 이러한 UAV(904(a))가 대도시 지역(906(a)) 내의 사용자 지정 배송 위치로 항행한다. 도 9(a)에는 도시되어 있지 않지만, '280 특허 명세서에는 각각의 물품 배송 완료 시, 이러한 UAV(904(a))는 UAV 네트워크에 통합되어, 다른 물품을 배송하거나 또는 자재 취급 시설, 셔틀 보급, 또는 인바운드 및 아웃바운드 물품의 운송을 용이하게 하기 위해 AFC(901(a))로부터 연장되고 상기 셔틀에 도킹 또는 결합될 수 있는 하나 이상의 도킹 베이(907) 또는 도킹 암(908)을 활용하는 셔틀을 통해 UAV(904(a))가 AFC(901(a))로 복귀될 수 있는 다른 위치로 항행하도록 지시받을 수 있다는 것을 개시한다.
도 9(b)는 2015년 8월 4일에 판데티 제랄드(Fandetti, Gerald)가 출원한 후 포기한 발명의 명칭이 "항공기를 이용한 드론 배송 방법"인 미국 특허출원번호 14/817,356('356 출원)에서 예측되는 또 다른 배송 서비스를 도시한다. 이 서비스는 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 리프팅부(902(b))와, 사용자가 비행선을 비행할 수 있는, 조종실(910)을 포함하는 별도의 제어 곤돌라(909), 및 도 9(b)에서 강조를 위해 음영 처리된 화물 구역(903(b))으로 구성된 소형 연식 비행선 또는 체펠린 비행선과 같은 공기보다 가벼운 비행선(901(b))을 사용한다. 제어 곤돌라(909)는 개폐가 가능한 피봇식 도어(911)를 포함할 수 있고, 이에 따라 UAV(904(b))에 방출 및 회수 단계 동안 화물 구역(903(b))으로부터의 출구를 제공할 수 있다.
'356 출원에 기재된 바와 같이, 화물 구역(903(b))에는 비행선(901(b))이 지상으로부터 이륙하기 전에 복수의 패키지(912(b))가 적재될 수 있다. 비행선(901(b))은 각각 가정 또는 사업체(906(b))와 같은 하나 이상의 배송 목적지에 매우 근접한 복수의 상이한 위치로 비행할 수 있다. 비행선(901(b))이 제 1 위치에 도달하면, 화물 도어(911)가 피봇 개방될 수 있고, 복수의 UAV(904(b))가 화물 구역(903(b))으로부터 방출될 수 있다. 비행선(901(b))은 해당 지역의 목적지로 모든 패키지를 배송하고, 또한 일단 이러한 배송이 완료되면 UAV(904(b))를 회수하기 위해 일정 기간 동안 그 위치에 남아 있을 수 있다. 각각의 UAV(904(b))는 패키지(912(b))를 방출하는 상이한 배송 목적지로 안내될 수 있다. 그 다음, UAV(904(b))는 개방된 피봇 도어(911)를 통해 화물 구역(903(b))으로 다시 안내될 수 있고, 비행선(901(b))은 위의 단계가 반복되는 다음 위치로 비행할 수 있다.
도 9(c)는 월마트 아폴로(Walmart Apollo)의 발명의 명칭이 "가스 충전 캐리어 항공기 및 제품 배송 시 무인 항공기 시스템을 분산시키는 방법"인 '402 특허에서 예측되는 제 3자 배송 서비스를 도시한다. 이 서비스는 가열된 가스, 헬륨, 다른 관련 가스, 또는 도 9(c)에서 강조하기 위해 음영 처리된 캐리어 컴파트먼트(carrier compartment)(903(c))에 대해 양력을 유도하는 2개 이상의 이러한 가스의 조합으로 충전된 가스 챔버 및/또는 서브 챔버(902(c))로 구성된 가스가 충전된 공중 수송 및 발사 시스템(901(c))을 사용한다.
'402 특허 명세서에 따르면, 하나 이상의 추진 시스템(913)에는 가스 챔버(902(c)) 및/또는 캐리어 컴파트먼트(903(c))가 고정된다. 캐리어 컴파트먼트(903(c))는 제품 배송 시 발사되도록 준비된 다수의 UAS(904(c))(미도시)를 수용하도록 구성된 무인 항공기 시스템(UAS) 보관소를 포함한다. 하나 이상의 UAS 발사 베이(905(c))는 운송 항공기(901(c))가 비행하는 동안, 및 UAS(904(c))의 발사시 운송 항공기의 위치로부터 UAS 비행 한계점 내에 있는 목적한 해당하는 배송 위치로 배송될 제품 또는 패키지를 운반하는 동안, UAS(904(c))가 다양한 방식으로 발사되게 하는 캐리어 컴파트먼트(903(c)) 또는 그 바닥(914)에 포함된다. 발사 베이(905(c)) 도어는 배송에서 복귀하는 UAS(904(c))의 회수시 추가로 사용될 수 있다.
'402 특허의 일부 실시형태에 있어서, 캐리어 컴파트먼트(903(c))는 캐리어 컴파트먼트(903(c))가 용이하게 분리 및 재부착될 수 있도록 가스 챔버(902(c))와 제거 가능하게 결합될 수 있다. 가스 챔버(902(c))로부터 캐리어 컴파트먼트(903(c))를 분리하는 능력은 UAS(904(c)) 및/또는 패키지가 미리 적재된 캐리어 컴파트먼트를 가스 챔버와 쉽게 결합하게 할 수 있고, 또한 이어서 패키지가 배송될 때 및 출력 수준 및/또는 연료가 임계값 미만일 때, 또는 기타 그러한 이유가 있을 때 분리되게 할 수 있다, 제 1 캐리어 컴파트먼트(903(c))의 분리시, 충전된 전원을 갖는 상이한 미리 적재된 캐리어 컴파트먼트(903(c))가 가스실(902(c))에 결합될 수 있어서, 운송 비행선(901(c))이 신속하게 상공으로 복귀하고, 패키지를 계속해서 배송할 수 있게 한다. 일부 실시형태에 있어서, 가스 챔버(902(c))는 캐리어 컴파트먼트(903(c))의 하나 이상의 커플링 시스템(916)과 단단히 결합하도록 구성된 하나 이상의 캐리어 마운팅(915)을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 상기 캐리어 마운팅(915) 및 결합 시스템(916)은 결합시 전력 및/또는 통신이 가스 챔버(902c), 추진 시스템(913) 및/또는 캐리어 컴파트먼트(903(c)) 사이에서 전달될 수 있도록 접속부를 포함할 수 있다.
도 9(a)-(c)에 도시된 음영 영역에 의해 예시된 바와 같이, 또한 상술한 논의에서 요약된 바와 같이, 종래 기술의 모든 시스템은 이러한 무인 항공기용 캐리어 및 이들에 의해 배송될 곤돌라 또는 비행선에 대한 다른 부속물로부터의 패키지를 통합함으로써, 상기 비행선의 항공 효율성이 감소하고, 순항 속도가 저감되고, 또한 에너지 요구 사항이 증가한다. 본 주제 기술의 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 이러한 문제는 종래 기술의 주문 처리 센터(903(a)), 화물 구역(903(b)) 또는 캐리어 컴파트먼트(903)와 같은 별도의 구조를 첨부하기보다는 비행선(101)의 외골격(203) 내부에 화물 구역을 위치시킴으로써 극복된다.
마지막으로, 2개의 하위 부분: 도 5(a)의 섹션 B-B에 대응하는 도 10(a); 및 도 5(a)의 섹션 A-A에 대응하는 도 10(b)으로 구성된 도 10(a)-(b)를 참조한다. 도 10(a)-(b)에 도시된 바와 같이, 비행선(101)에 부착되기보다는 개선된 비행선 설계에서는 화물 구역이 외골격(203) 내에 위치된다. 출원인의 '969 특허에 더욱 구체적으로 기재된 바와 같이, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상품은 선박, 기차 및 트럭으로 화물을 발송하는 데 일반적으로 사용되는 인터모달(ISO) 선적 컨테이너(705)에 보관될 수 있고; 일 실시형태에 있어서, 비행선(101)의 하부 약 15%에 위치한 레일에 매달려 있을 수 있다. 이러한 표준 ISO 선적 컨테이너(705)는 전통적으로 길이가 10', 20' 또는 40'이고; 너비가 8'0"이고, 높이 8'6"이다. 그러나, 다른 실시형태에 있어서, 상이한 벌크 선적 컨테이너(복합 플라스틱 및 직물과 같은 더욱 경량의 재료로 제작된 컨테이너 포함) 및 윈드밀용 부품, 항공기 및 우주선 어셈블리, 벌크 자동차 납차, 및 전해조 및 연료 전지 유닛과 같은 불규칙한 형상의 특대의 페이로드 등이 운반될 수 있고, 또한 선택적으로 상기 언급된 오버헤드 랙 아래의 대략 10'~12'인 비행선(101)의 설치 바닥 상에 보관될 수 있다. 따라서, 도 10(a)-(b)에 도시된 바와 같이, 페이로드(1001)는 표준 선적 컨테이너(705) 및 임의의 이러한 대체 페이로드를 총체적으로 포함한다. 창고 관리 분야의 당업자는 이러한 페이로드(1001)를 이동시키기 위한 시스템이 완전히 자동화되지 않은 범위 내에서, 이러한 바닥 구역이 창고 및 운송 인력 및 장비의 이동을 위해 사용될 수도 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 화물 보관 구역에 인접한 외골격(203) 및 스킨(406)을 포함하는 선택된 하나 또는 다수의 삼각형의 일부 또는 전부로 구축된 하나 또는 다수의 패널(1002)은, 이하에 더욱 구체적으로 기재된 바와 같이, 엔드 포인트 픽업 및 배송 서비스를 직접 지원하게 개폐할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 하나 또는 다수의 선택된 패널(1002)은 수동 또는 사전 프로그래밍된 명령 또는 근접 스위치에 응답하여, 하나 이상의 무인 항공기(UAV)(1003)가 상기 개구부 밖으로 비행할 수 있도록, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 일시적으로 스윙 개방하거나, 슬라이딩하거나, 또는 그렇지 않으면 개방 위치까지 이동할 수 있다. 대안적인 실시형태에 있어서, 하나 또는 다수의 비행 데크는 상기 내부 화물 공간의 후방과 같은 지정된 구역에 위치될 수 있고, 또한 비행선(101)으로부터 UAV(1003)를 발사하기 위한 중심점 역할을 할 수 있다. 이러한 용어는 다음의 개시에서 사용된 바와 같이, 이러한 UAV(1003)는 임의의 무인 고정익, 단일 또는 다중 로터 항공기, UAS, 드론 등일 수 있다. 임의의 연료로 구동될 수 있지만, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, UAV(1003)는 사용 기간을 연장하고, 운반할 수 있는 중량을 최대화하고, 연료 보급에 필요한 시간을 최소화하고, 이러한 작동으로 인한 탄소 발자국이 최소화 또는 전혀 발생하지 않도록 압축 또는 액체 수소에 의해 구동된다.
도 10(a)-(b)에 예시된 바와 같이, 이러한 UAV(1003)는 상기 UAV가 패키지(1005)에 단단히 파지되고, 또한 적절한 시간에 패키지(1005)를 방출하게 할 수 있도록 클래스프 암(clasping arm)(1004)을 포함한다. 선택적인 실시형태에 있어서, UAV(1003)는 UAV가 애완동물, 어린이, 성인 및 기타 물체 근처에 있을 때, 안전을 강화하는 데 도움이 되도록 의도된 낙하 영역 위에 어느 정도 손이 닿지 않는 곳에 유지될 수 있게 하는 개폐식 케이블(1006)을 포함할 수 있다. 또 다른 선택적인 바람직한 실시형태에 있어서, UAV(1003)는 무선 카메라(1007)를 포함하여, 조종석 캐빈(202)의 디스플레이 스크린(302)으로부터 필요할 때 가시성을 가능하게 하고, 상품을 두고 온 장소 및 시간의 정확한 지리적 위치 및 타임스탬프의 표시를 포함한 이러한 배송의 사진 확인을 제공한다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 복수의 패키지(1005)가 선적 컨테이너(1001)에 적재되고, 비행선(101)에 의해 공장 또는 물류 센터로부터 가정 또는 사업체(1008)와 같은 다수의 배송 목적지가 위치된 하나 이상의 지역으로 직접 운송될 수 있다. 비행선(101)의 향상된 공기역학적 특성은 전통적 비행선보다 현저히 더 빠른 속도로 이동할 수 있게 하여, 몇몇 지역 창고로부터의 익일 도착 택배(door-to-door overnight delivery), 및 아시아, 남미 또는 유럽에서와 같은 원거리 지역에서 제조된 상품의 미국 전역(및 그 반대)까지 중간 정류장 또는 복합 환승 없이 2일내 도착 택배(second day door-to-door delivery)를 가능하게 한다. 공장 또는 몇몇 대규모 지역 물류 센터로부터 직접 최종 사용자에게 신속하게 서비스를 제공할 수 있는 이 기능은 라스트 마일 문제를 해결하고 강력한 경쟁 우위를 제공한다.
화살표(1009(a))로 표시된 바와 같이, 일단 비행선(101)이 제 1 낙하 위치에 도달하면, 하나 이상의 패널(1002)(또는 대안적인 실시형태에 있어서 비행 데크 도어)이 개방되고, 하나 이상의 UAV(1003)가 비행선(101)의 위치에서 제공되는 목적지(1008)로 의도된 물품(1005)을 운반하는 비행선(101) 밖으로 비행한다. 화살표(1009(c))로 표시된 바와 같이, 상기 UAV(1003)은 이러한 목적지의 인접 지역으로 빠르게 하강하고; 이에 화살표(1003(c)로 나타낸 바와 같이, 사전 프로그래밍된 GPS 좌표 또는 다른 배송 정보에 기반하여 목적지(1008)로 진행한다. 선호하는 목적지가 어떤 이유로 혼동되는 상황에서 인접 지역에 도달하면, 선택적인 바람직한 실시형태에 있어서, UAV(1003)는 상기 도 3과 관련하여 더욱 구체적으로 기재된 원격 제어 장치를 사용하여 스크린(302)으로부터 RPV 모드에서 안내되어질 수 있다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 무선 신호(1011)를 전송하는 센티넬 비콘(1010)은 목적지(1008)에서의 바람직한 하차 위치와 같은 특정 엔드 포인트를 지정한다. 이러한 비콘(1010)은 상품(1005)에 대한 소망하는 배치 위치를 지정하기 위해, 고객 충성도를 강화하기 위해, 및 이러한 목적지(1008)로의 시기 적절하고 정확한 배송을 보장하기 위해 추가적인 편의로서 고객에게 판매, 임대, 또는 그렇지 않으면 제공될 수 있다. 이러한 비콘(1010)은 UAV(1003)와 직접 통신할 수 있고, 또는 이러한 통신은 상기 비행선(101)의 바닥면, 노즈콘(201) 내, 또는 다른 적절한 위치와 같은 적절한 위치에 실장된 재전송 장비(1012)에 의해 안내될 수 있다.
또한, 선택적인 바람직한 실시형태에 있어서, 통신 장비(1012)는 단독으로 또는 하나 이상의 UAV(1003)와 협력하여 셀룰러 신호의 빔포밍 전송을 위한 통신 플랫폼을 위성 신호 릴레이 스테이션(signal relay station)으로서 제공할 수 있다. 비제한적인 예로서, 빔포밍 기술을 사용하여, 그러한 통신 장비(1012) 및 하나 또는 다수의 UAV(1003)는 서비스가 부족한 셀룰러 영역 및 정상적인 통신 서비스의 긴급 중단에 의해 영향을 받는 커버리지 영역에서 사용자에게 통신 서비스를 제공하는 데 사용될 수 있다.
또 다른 하나의 선택적 실시형태에 있어서, 통신 장비(1012)는 대규모의 서비스가 부족한 지역 및 외딴 지역에 고속 인터넷, 이메일, 전화 통신, 텔레비전 방송 서비스, 게임, 주문형 비디오 및 글로벌 포지셔닝 시스템을 제공하기 위한 위성 통신 중계 플랫폼으로서 사용될 수 있다. 당업자는, 이러한 서비스에만 독점적으로 전념하면, 비행선(101)의 운영 시스템은 비행선이 표준 휴대폰 및 무선 내부 컴퓨터 안테나용 전송 범위 내에 있는 상대적으로 고정 위치에 장기간 동안 유지되게 하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 배치에 의해, 위성이 범위 외에 있는 이러한 지상 기반 유닛 신호 액세스를 가능하게 할 수 있어서, 불량한 수신을 제공하게 되고 및/또는 전송 레이턴시가 높아지게 된다. 비행선(101)은 통신 장비(1012)를 활용하여, 상당한 비용과 스페이스 클러터(space clutter)를 점점 더 야기시킬 수 있는 양의 현저한 탄소 발자국을 가진 재래식 로켓에 의해 낮은 지구 궤도로 발사되어야 하는 큐브 릴레이 세트에 대한 대안으로서 이 릴레이 기능을 제공할 수 있다.
더욱이, 하이브리드 사용에 대한 기회가 존재한다. 다수의 비행선(101)이 표준 항공 화물 경로의 일부로서 지역 상공을 비행하고, 전통적인 스위칭 장비를 사용하는 경우, 하나의 비행선(101)으로부터의 통신 장비(1012)는 서비스 지역 상공에 있는 기간의 일부 동안 사용될 수 있으며, 그 트래픽은 제 1 비행선이 범위를 벗어나려고 할 때, 해당 경로에 있는 다른 비행선(101)의 통신 장비(1012)로 전달된다. 이러한 능력은 단독으로 또는 상술한 화물 운송 및 배송 포커스와 협력하여, 또한 비행선(101)의 운항 비용의 일부를 지불하는 데 보조하는 방식으로 사용될 수 있다. 당업자는, 이러한 사용의 조합이 비행선(101)의 서비스를 한편으로는 화물을 운반하는 것과 다른 한편으로는 극도로 서비스가 부족한 지역에서 절실히 필요한 통신 기능에 대한 액세스를 제공하는 것 모두에 있어서 더욱 재정적으로 매력적인 서비스를 만드는 데 어떻게 보조할 것인지는 쉽게 잘 인지할 것이다.
이제 도 10(a)로 되돌아가서, UAV(1003)가 패키지(1005)를 배송하기 위한 적절한 위치에 도달하면, 착륙한 다음 클래스프 암(1004)을 해제하거나, 또는 대안적으로 이러한 패키지를 방출하기 전에 화살표(1009(d))로 표시된 바와 같이 개폐식 케이블(1006)을 사용하여 상품(1005)을 내린다. 선택적인 카메라(1007)를 사용하여, UAV(1003)는 상술된 바와 같이 배송의 사진 인증을 제공하는 이미지를 캡처할 수 있고, 및/또는 이러한 배송 세부사항을 확인하기 위해 전화 또는 이메일 메시지를 자동으로 개시(또는 개시 유발)할 수 있다.
하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 상품(1005)의 각각의 배송을 완료한 후, UAV(1003)는 화살표(1009(e))로 표시된 바와 같이 가정 또는 사무실(1008)로부터 멀어질 수 있고, 그 다음 화살표(1009(f))로 표시된 바와 같이 비행선(101)으로 귀환 비행할 수 있고, 또한 화살표(1009(g))로 표시된 화물 구역으로 되돌아간다. 하나의 대안적인 실시형태에 있어서, UAV(1003)의 몇몇 일부 또는 전부는 가까운 물류 센터, 또는 고객이 반품을 원하다고 나타낸 상품을 갖고 있는 다른 가정 또는 사무실(1008)로 안내될 수 있다. 이 경우, UAV(1003)는 화살표(1013(d))로 도시된 바와 같이 상기 반품 패키지를 픽업한 다음, 화살표(1013(e) 및 1013(f))로 표시된 바와 같이 근처의 물류 센터 또는 비행선(101)으로 복귀할 수 있으며, 후자의 경우 개방된 하나 이상의 패널(1002) 또는 대안적인 비행 데크를 통해 화살표(1013(g))로 표시된 바와 같은 화물 구역으로 귀환 비행하면, 비행선(101)은 다음 낙하 구역으로 이동할 수 있고, 상기 단계는 반복된다. 조종사의 재량에 따라 또는 표준 절차에 따라, 비행선(101)은 UAV(1003)가 상술한 활동을 수행하는 동안 본질적으로 동일한 위치에서 호버링할 수 있고, 또는 상기 비행선(101)은 비행선(101)이 다음 낙하 지역으로 출발하기 전에 화물 구역으로 복귀하도록 프로그래밍된 UAV가 그것을 따라잡을 수 있을 정도로 최적의 경로를 따라 천천히 이동할 수 있다.
또한, 도 10(a)은 다수의 기원 발송인 위치로부터 상품을 수거하는데 사용하기 위한 하나의 대안적인 바람직한 실시형태를 도시한다. 이 대안적인 실시형태에 있어서, 상술한 시스템은 반대 방향으로 적용된다. 이러한 발송인 위치(1008)에 있는 비콘(1010)은 완제품 또는 작품을 픽업할 수 있음을 비행선(101)에 알리는 데 사용될 수 있다. 비행선(101)이 지역 상공에 있으면, 하나 또는 다수의 패널(1002)이 개방되고, 화살표(1013(a))로 도시된 바와 같이, UAV(1003)는 화물 구역 밖으로 비행하고, 화살표(1013(b))로 표시된 바와 같이 픽업 위치(1008)의 지역으로 하강하고, 그 다음 화살표(1013(c))로 표시된 바와 같이, 이들 픽업 위치(1008)로 이동한다. 비콘(1010) 바로 위에 있으면, 이들 UAV(1003)는 개폐식 케이블(1006)을 선택적으로 사용하여 화살표(1013(d))로 표시된 바와 같이 클래스프 암(1004)을 내려서, 패키지(1005)를 픽업할 수 있다. 선택적으로, UAV(1003)는 화살표(1013(e), 1013(f))에 의해 비행선(101)으로 복귀하여 화물 구역(1013(g))으로 들어가기 전에, 이러한 픽업 시간, 지리적 위치 및 소포(1005)의 중량을 확인하기 위해 비디오 카메라(1007)를 사용할 수 있다.
당업자는 종래의 비행선 설계에 비해 상술한 개선이 어떻게 종래 기술에 비해 다수의 이점이 각각 얻어지는 다수의 상이한 작동 모드를 가능하게 하는지를 알 수 있을 것이며, 개별 상황이 이들 모드 중 어느 것 또는 이들의 선택된 어느 조합이 특정 상황에 가장 적합할 수 있는지를 지시할 것이라는 것을 이해할 것이다. 이러한 각 모드에 명칭이 지정될 수 있지만, 이는 참조를 용이하게 하기 위한 것일 뿐이며, 이러한 명칭은 본질적으로 제한되지 않는다. 또한, 특허 출원인이 자신의 사전 편찬자가 될 권리가 있다는 것은 잘 인정되어 있고; 이를 염두에 두고 하기 용어는 상품, 화물, 인력, 및 기타 유형의 페이로드의 발송 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 의미를 대신하는 것이 아니라 추가하여 하기과 같은 특별한 의미를 갖도록 의도된 것이다. 하기 설명에서 사용되는 전통적인 의미 외에도, "공장"이라는 용어는, 예를 들면 제조 시설, 생산 공장, 농장, 광산, 인력 기지 등을 포함한 상품 또는 페이로드의 기원의 임의의 또는 모든 개소를 포함하고; "소비자"라는 용어는 하나 또는 비교적 소량 정도의 상품 또는 기타 페이로드의 임의의 또는 모든 수취인 위치를 포함하고; "물류 센터"라는 용어는 상품 또는 기타 페이로드의 수송물이 수취되고 및/또는 이러한 상품 또는 페이로드(단독으로 또는 하나 이상의 다른 출처로부터 유래하는 상품 또는 기타 페이로드와 조합)가 공장, 소비자 또는 다른 물류 센터로 보내지는 임의의 모든 위치를 포함한다.
공장-투-소비자 직접 배송 모드에 있어서, 비행선(101)은 아마도 많은 경우에 그 VTOL 능력에 의해 지원되는 공장에서 상품 또는 기타 페이로드를 직접 픽업하고, 도 10(a)-(b)에 기재된 바와 같이 UAV(1003)를 배치함으로써 이러한 페이로드를 소비자에게 직접 배송한다. 컨테이너 픽업 및 배송 모드에 있어서, 비행선(101)에 의한 상품 및 기타 페이로드의 수거 및 배송은, 하나의 바람직한 실시형태에 있어서 표준 ISO 선적 컨테이너에 포장되는 대량 위주이다. 이 모드에서, 이러한 컨테이너는 공장에서 직접 비행선(101)에 의해 픽업되고, 상기 비행선(101)에 의해 물류 센터 또는 소비자 창고 매장 위치로 직접 배송된다.
물류 센터-투-엔드 포인트 배송 모드에 있어서, 페이로드(1005)를 포함하는 하나 이상의 컨테이너(1001) 및 UAV(1003)가 비행선(101)에 적재된다. 하나의 선택적인 실시형태에 있어서, 상품(1005)의 각 단위는 소비자 목적지(1008)에 이러한 상품을 배송하기 위해 사용될 수 있는 UAV(1003)와 이미 페어링된다. 다른 하나의 선택적인 실시형태에 있어서, 비행선(101)이 표준 ISO 컨테이너와 같은 컨테이너를 사용하지 않고 물류 센터에 도착하는 경우, 이러한 사전 페어링된 UAV(1003)는 상기 비행선(101)으로 직접 자율적으로 비행하여, 미리 지정된 위치 또는 횃대(perch)를 차지하고, 적절한 낙하 지역에 도달할 때까지 남아 있고, 상술한 이벤트의 배송 순서가 계속된다. 다른 하나의 선택적 실시형태에 있어서, 선적 컨테이너(1001)는 배송될 상품(1005)으로 채워지며, 각각의 이러한 패키지의 외부면은 스캔 가능한 바코드를 포함한다. UAV(1003)는 별도의 컨테이너(1001)에 적재되거나 또는 연속 비행을 위해 상기 비행선(101)에 남아 있다. 이 경우에, UAV(1003)는 이러한 스캔 가능한 바코드에 기반하여 패키지의 위치 탐지를 위해 프로그래밍되거나, 또는 대안적으로 비행선(101)의 화물 구역에 있는 창고 자동화 장비가 낙하 지역으로 비행하는 동안 또는 그 지역 상공에 있는 동안 적절한 배송에 대응하는 바코드의 위치 탐지를 위해 프로그래밍되어, UAV(1003) 중 하나에 의한 픽업을 위해 그것을 컨테이너로부터 꺼내어 노출시켜 상술한 배송 단계를 수행한다. 상술한 모드는 단독으로 사용되거나, 다른 것과 조합되거나, 또는 상황에 따라 상이한 순서로 사용될 수 있지만, 상품 및 기타 페이로드 수거 및 배송 서비스의 대량 이동을 위해 종래 기술에서 일반적으로 요구되는 공항, 항구 및 인터모달 물류 센터와 같은 전통적인 인터모달 운송 및/또는 기반시설을 회피하는 이점을 공유한다.
당업자는 다양한 조합 및 다른 대안적 작동 모드가 가능하다는 것을 인식할 것이고; 특정 요구 사항에 따라 호환적으로 사용할 수 있다. 또한, 각 UAV(1003)의 동력 시스템 및 리프트 용량은 배송될 상품(1005)의 중량에 대해 최적화될 수 있으며, 또한 UAV(1003)는 공장 또는 물류 센터로부터 소비자 목적지(1008)의 바로 근처까지 비행하기 위해 자신의 동력을 사용할 필요가 없기 때문에, 상당량의 기계적/전기적 에너지를 회피할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 주제 기술의 유용성이 화물 및 상업적 적용과 관련하여 설명되었지만, 이 기술은 정확하게 표적화된 요원 전개 및/또는 추출 작전을 위해 클래스프 암(1004)을 바디 하네스로 교체함으로써 개별 군대 및/또는 상품을 배치 또는 추출함에 있어서, 응급 서비스 및 군사 용도 사례를 포함한 다른 적용의 요건에 매우 적합하다.
추가 예로서, 비행선(101)의 또 다른 중요한 용도는 지상 및 해상 감시 요구에 대해 국방부, 정부 및 민간단체를 위한 첩보, 감시 및 정찰(ISR) 임무를 수행하기 위한 운용 플랫폼으로서의 용도이다. 이러한 하나의 선택적인 실시형태에 있어서, 통신 장비(1012)는, 이에 제안되지 않지만, 카메라, 레이더, 자동 식별 시스템(AIS), 전자 지원 지원책(ESM) 위치 추적기, 능동 전자 주사식 위상 배열(AESA) 안테나, 전기 광학 및 적외선 시스템, ISR 목적을 위한 기타 최첨단 장비를 포함한 풀 미션 시스템(full mission system)을 포함하도록 확대될 수 있다. 하나의 이러한 선택적인 실시형태에 있어서, 추가 리프팅 가스가, 비행선(101)이 훨씬 더 높은 고도에서 비행할 수 있게 하기 위해 보다 낮은 페이로드 중량과 조합하여 사용될 수 있고, 또한 출원인이 이전에 출원한 '340 특허에 기재된 바와 같은 태양광 패널(102)에 의해 제공되는 전력을 사용하여 전기분해를 통해 생성되는, 확장 배치를 지원하는 보충 수소와 조합하여 사용될 수 있다.
고도의 군사 및 레이저전 분야의 당업자는 하나의 선택적인 실시형태에 있어서 상술한 ISR 능력을 제공하는 이러한 고 고도 플랫폼은 또한 적의 지상, 우주 또는 해상 기반 미사일의 발사로 인한 긴급한 위협을 즉시 식별하고 무력화시키거나, 또는 상업용 해상 선박에 대한 해적 공격을 패배시킬 수 있는 강력한 레이저, 중성 입자 빔 및 기타 지향성 에너지 시스템을 구비할 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 배치는 우주 공간에 무기를 배치하는 것을 금지하는 기존 또는 미래의 조약을 위반할 정도의 사용에 대한 우려 없이 발생할 수 있다. 더욱이, 또 다른 선택적 실시형태에 있어서, 이러한 ISR 능력은 근접 확인 및 관찰, 수중 정찰, 수색 구조, 국경 감시, 파이프라인 감시 및 출입국 관리 임무를 위해, 또한 기존의 ISR 항공기나 종래 기술의 비행선으로는 지원할 수 없는 구명 뗏목, 연막 표시기, 비상 보급품, 폭약 및 조명탄의 고정밀 배치를 위해 통신 장비(1012)와 결합된 임의의 하나 이상의 UAV(1003)를 사용함으로써 향상될 수 있다.
상술한 개시로부터, 예시의 목적으로 특정 구현이 본원에 기재되었지만, 첨부된 청구범위 및 그 것에 인용된 요소의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있다는 것은 이해될 것이다. 또한, 특정 양태가 선택적 또는 바람직한 실시형태로서 제시되었지만, 이러한 모든 실시형태가 요구되는 것은 아니므로, 원하는 결과를 달성하기 위해 사정에 따라 통합될 수 있다. 더욱이, 특정 양태가 소정의 청구범위 형태로 아래에 제시되지만, 본 발명자는 임의의 이용가능한 청구범위의 형태에서 다양한 양태를 고려한다. 본 개시의 이점을 갖는 당업자에게 자명한 바와 같이 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다. 이는 이러한 모든 수정 및 변경을 포함하는 것으로 의도되며, 따라서 상기 기재는 제한적인 의미가 아닌 예시적인 의미로 간주되어야 한다.
Claims (57)
- 다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 상기 허브 중 하나에 결합되고, 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되는 외골격으로서, 상기 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 상기 허브에 연결되는 외골격; 및
상기 외골격에 결합되어 비행선의 외부를 정의하는 스킨을 포함하는 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
상기 비행선은 타원 형상이고;
상기 외골격은 전방 영역, 후방 영역, 및 상기 전방 영역과 상기 후방 영역 사이의 하나 이상의 중앙 영역을 포함하는 복수의 영역을 갖고; 또한
상기 전방 영역 및 상기 후방 영역의 직경은 각각의 경우에 있어서 상기 하나 이상의 중앙 영역의 직경보다 작은 비행선. - 제 2 항에 있어서,
각각의 이등변 삼각형은 실질적으로 비행선의 길이를 따라 길이 방향으로 연장되는 동일한 길이의 2개의 스포크, 및 비행선의 둘레를 따라 길이 방향을 따르는 상이한 길이의 하나의 스포크를 포함하는 비행선. - 제 3 항에 있어서,
상기 이등변 삼각형은 비행선의 둘레를 따라 링을 형성하고, 각각의 링에 있어서의 스포크의 길이는 연속한 링에 있어서 링이 비행선의 중심에서 멀어져서 비행선의 단부에 가까워질수록 감소하는 비행선. - 제 4 항에 있어서,
각각의 링에 있어서의 스포크의 길이는 연속한 링에 있어서 링이 비행선의 중심으로부터 멀어져서 단부에 가까워질수록 대략 2인치씩 감소하는 비행선. - 제 4 항에 있어서,
하나 이상의 중앙 영역의 링은 상기 전방 영역 또는 상기 후방 영역의 링보다 더 많은 수의 스포크에 의해 형성된 이등변 삼각형을 포함하는 비행선. - 제 6 항에 있어서,
상기 하나 이상의 중앙 영역의 링은 48개의 이등변 삼각형을 포함하고;
상기 전방 영역의 링은 12개의 이등변 삼각형을 포함하고;
상기 후방 영역의 링은 12개의 이등변 삼각형을 포함하고; 또한
상기 외골격은 상기 전방 영역과 상기 하나 이상의 중앙 영역 사이에 제 1 중간 영역, 및 상기 후방 영역과 상기 중앙 영역 사이에 제 2 중간 영역을 갖고, 각각의 이러한 중간 영역은 24개의 이등변 삼각형을 포함하는 비행선. - 제 3 항에 있어서,
비행선의 둘레를 따라 길이 방향을 따르는 각각의 스포크는 대향하는 단부의 허브에 대한 연결을 통해 상기 비행선의 둘레를 따르는 동일한 길이의 스포크에 연결되는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
상기 스포크는 관상 벽에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 동일한 직경과 벽 두께를 갖고; 또한
상기 허브 각각은 중심부로부터 외측으로 연장되는 6개의 원통형 형상의 인서트를 포함하고, 각각의 인서트는 상기 허브가 상기 스포크에 결합하도록 대응하는 스포크의 관상 벽 내에 착좌되는 비행선. - 제 9 항에 있어서,
각각의 허브는 상기 허브의 중심부에서 연장되는 6개의 개별 다중 갈래 소켓을 포함하고;
각각의 인서트는 상기 허브의 중심부에 인접한 제 1 단부에 돌출부를 포함하고; 또한
각각의 돌출부는 상기 인서트를 상기 허브에 힌지식으로 연결하기 위해 상기 다중 갈래 소켓 중 하나 내에 착좌되고 힌지식으로 연결되는 비행선. - 제 10 항에 있어서,
각각의 다중 갈래 소켓은 3개의 갈래를 포함하고, 각각의 돌출부는 2개의 갈래를 포함하는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
상기 스포크는 탄소 섬유이고, 실질적으로 0.125인치의 벽 두께를 갖는 관상 벽에 의해 정의되는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
상기 스킨은 복수의 커넥터 돌출부를 사용하여 상기 허브에 결합된 곡선 패널에 의해 정의되는 비행선. - 제 13 항에 있어서,
각각의 곡선 패널은 복수의 커넥터 돌출부를 포함하고;
각각의 허브는 중앙 개구부를 포함하고; 또한
상기 복수의 커넥터 돌출부 중 하나 이상은 상기 곡선 패널 중 하나를 상기 외골격에 결합시키기 위해 상기 중앙 개구부 중 하나 이상 내에 착좌되는 비행선. - 제 13 항에 있어서,
각각의 곡선 패널은 반원통형 형상을 갖는 복수의 몰딩된 돌출부를 포함하고;
상기 복수의 몰딩된 돌출부 중 하나 이상은 상기 외골격에 상기 곡선 패널 중 하나를 결합시키기 위해 스포크 중 하나 이상과 계합하는 비행선. - 제 13 항에 있어서,
상기 곡선 패널 중 적어도 하나는 내부에 내장된 박막 태양열 집열 전지를 포함하는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
상기 스킨은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 코팅된 본디드 아라미드 섬유인 비행선. - 제 1 항에 있어서,
비행선의 전방 단부를 정의하기 위해 상기 외골격에 결합된 노즈콘을 추가로 포함하는 비행선. - 제 18 항에 있어서,
상기 노즈콘은 비행선을 제어할 수 있는 조종실을 포함하고; 또한
상기 노즈콘은 비행선으로부터 선택적으로 분리될 수 있는 비행선. - 제 19 항에 있어서,
상기 노즈콘은 상기 외골격으로부터 상기 노즈콘을 분리하는 폭발볼트를 통해 비행선으로부터 선택적으로 분리하도록 구성되는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
비행선의 외골격은 타원 형상을 형성하고;
비행선은 상기 외골격에 결합된 뾰족한 전방 단부를 포함하고; 또한
비행선은 상기 외골격에 결합된 뾰족한 후방 단부를 포함하는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
상이한 위치로부터 비행선의 외부 환경을 보기 위해 배치되고, 이미지 데이터를 생성하도록 구성된 복수의 카메라; 및
상기 이미지 데이터에 기반하여 주변 환경의 가상 모델을 생성하도록 구성된 디스플레이 스크린을 추가로 포함하는 비행선. - 제 13 항에 있어서,
상기 외골격 내에 위치한 화물 보관 구역을 추가로 포함하는 비행선. - 제 23 항에 있어서,
적어도 하나의 곡선 패널은 상기 화물 보관 구역과 외부 환경 사이에 통로를 제공하기 위해 선택적으로 개방되고, 또한 상기 통로를 봉쇄하기 위해 폐쇄되는 도어로서 작용하도록 구성되는 비행선. - 제 24 항에 있어서,
페이로드를 운송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 추가로 포함하고, 상기 페이로드는 패키지 또는 소포, 사람, 통신 장비, 또는 원격 모니터링 장비 중 적어도 하나인 비행선. - 제 25 항에 있어서,
상기 UAV는 압축 수소 또는 액체 수소에 의해 구동되는 비행선. - 제 25 항에 있어서,
상기 UAV는 비콘과 통신하도록 구성되고, 상기 비콘은 목적지에서 화물을 배송하거나 또는 회수하기 위해 목적지를 지정하는 비행선. - 제 25 항에 있어서,
상기 UAV 중 하나 이상은 카메라를 포함하고, 상기 하나 이상의 UAV는 패키지 배송의 사진 이미지를 캡처하도록 구성되는 비행선. - 제 25 항에 있어서,
상기 UAV 중 하나 이상은 바코드 스캐너를 포함하고, 상기 하나 이상의 UAV는 상기 바코드 스캐너로 상기 페이로드 상의 바코드를 스캔하도록 구성되는 비행선. - 제 1 항에 있어서,
복수의 신호를 재전송하도록 구성된 통신 장비를 추가로 포함하고, 상기 신호는 셀룰러 신호; 또는 위성 신호 중 적어도 하나인 비행선. - 제 30 항에 있어서,
비행선은 지역의 전송 범위 내에서 비교적 고정 위치에 유지하도록 추가로 구성되고; 또한
상기 통신 장비는 신호를 상기 지역의 통신 장치로 재전송하도록 구성되는 비행선. - 제 30 항에 있어서,
상기 통신 장비는 첩보, 감시 및 정찰(ISR) 임무를 수행하도록 구성된 운영 플랫폼을 포함하는 비행선. - 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선으로서,
다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 상기 허브 중 하나에 결합되고, 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되는 외골격으로서, 상기 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 상기 허브에 연결되는 외골격;
상기 외골격에 결합되어 비행선의 외부를 정의하는 스킨; 및
각각 상기 외골격에 물리적으로 연결된 제 1 단부를 갖는 적어도 2개의 고정 케이블을 포함하는 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선; 및
비행선을 유지하도록 구성되는 크래들로서, 적어도 2개의 앵커 포인트를 갖는 크래들을 포함하는 비행선 및 비행선 착륙 시스템으로서:
상기 각각의 고정 케이블은 상기 제 1 단부 반대측에 제 2 단부를 포함하고, 상기 제 2 단부는 상기 크래들에 비행선을 고정하기 위해 상기 앵커 포인트에 상기 고정 케이블을 부착하도록 구성되는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 비행선은 적어도 2개의 가이드-와이어 케이블로 추가로 구성되고, 각각의 이러한 가이드-와이어 케이블은 일단부가 고정 케이블에 연결되고, 타단부가 파일럿 로케이터에 연결되고;
상기 파일럿 로케이터는 앵커 포인트에 전자기적으로 유인되는 발사체, 앵커 포인트에서 호밍 비콘에 유도되는 자율 드론, 또는 원격 제어 드론 중 하나이고; 또한
상기 가이드-와이어는 각각의 고정 케이블의 상기 제 2 단부를 앵커 포인트로 안내하는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 크래들은 휠을 갖고, 상기 비행선이, 상기 크래들에 고정되면, 이동할 수 있게 하는 트랙 상에 위치되는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 크래들은 턴테이블 구조 상에 배치되고, 상기 턴테이블 구조는 상기 비행선의 착륙 또는 이륙 동안 다가오는 바람의 방향으로 상기 비행선이 향하게 회전시키도록 구성되는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 제 36 항에 있어서,
상기 턴테이블 구조의 회전은 상기 다가오는 바람의 방향을 고려하도록 자동화되고, 또한
각각의 고정 케이블은 윈치에 의해 각각의 앵커 포인트를 통해 당겨지도록 구성되는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 제 33 항에 있어서,
상기 비행선이 크래들에 고정된 경우, 화물을 적재 또는 하역하기 위해 상기 비행선으로부터 또는 비행선까지 연장되도록 구성된 갱웨이를 추가로 포함하는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 제 38 항에 있어서,
상기 비행선이 크래들에 고정된 경우, 상기 갱웨이와 크래들은 상기 비행선이 상승하는 것을 방지하는 비행선 및 비행선 착륙 시스템. - 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선을 제공하는 단계로서, 상기 비행선은:
다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 상기 복수의 허브 중 하나에 결합되고, 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되는 외골격으로서, 상기 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 상기 허브에 연결되는 외골격;
상기 외골격에 결합되어 상기 비행선의 외부를 정의하는 스킨으로서, 복수의 곡선 패널에 의해 정의되는 스킨; 및
상기 외골격 내에 위치한 화물 보관 구역을 포함하는 단계;
적어도 하나의 배송 목적지를 식별하는 단계; 및
적어도 하나의 목적지로 화물을 배송하는 단계를 포함하는 비행선을 이용한 화물 배송 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 비행선은 적어도 2개의 고정 케이블을 추가로 포함하고, 각각의 고정 케이블은 상기 외골격에 물리적으로 연결된 제 1 단부를 갖고; 또한
상기 방법은:
크래들을 제공하는 단계로서, 상기 크래들은 상기 비행선을 고정하기 위해 상기 고정 케이블에 연결하도록 구성된 적어도 2개의 앵커 포인트를 포함하는 단계;
리프팅 가스를 방출 또는 재압축함으로써 상기 비행선을 상기 크래들로 하강시키는 단계;
상기 적어도 2개의 고정 케이블의 제 2 단부를 앵커 포인트에 고정하는 단계로서, 상기 제 2 단부는 각각의 제 1 단부의 반대측에 있는 단계;
상기 보관소로부터 화물을 제거하는 단계; 및
상기 보관소에 화물을 적재하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 41 항에 있어서,
상기 크래들과 상기 비행선 모두를 유지하도록 구성된 턴테이블 플랫폼을 제공하는 단계; 및
상기 비행선을 상기 크래들로 하강시키기 전에, 상기 턴테이블 플랫폼을 상기 크래들이 다가오는 바람의 방향을 향하게 배향되도록 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 40 항에 있어서,
상기 비행선은 상기 비행선을 제어하도록 구성된 디스플레이 스크린 및 제어 유닛을 포함하고;
상기 제어 유닛은 적어도 부분적으로 알고리즘에 기반하여 제어하고, 상기 알고리즘은:
리프팅 가스의 압축, 방출 또는 재압축;
상기 비행선의 엔진의 추진력 및 배향의 양; 및
목적지에 대한 상기 비행선의 상대 위치 중 하나 이상을 포함한 작동 조건을 설명하고;
상기 방법은 상기 비행선을 목적지에 착륙시키라는 명령을 상기 제어 시스템에 전달하기 위해, 조종사가 디스플레이 스크린을 사용하는 단계를 추가로 포함하고;
상기 제어 시스템은:
상기 비행선의 안전한 하강을 위해 계산된 속도로 리프트 가스를 방출 또는 재압축하도록 방출 밸브 및 압축 시스템에 영향을 미치고;
상기 비행선의 안전한 하강을 위해 계산된 배향으로 각각의 엔진의 방향을 조정하도록 엔진 포지셔닝 시스템에 영향을 미치고;
상기 비행선의 안전한 하강을 위해 계산된 속도로 각각의 엔진의 추진력을 조정하도록 엔진에 영향을 미치고; 또한
상기 크래들이 다가오는 바람의 방향을 향하도록 상기 턴테이블 플랫폼을 회전시키도록 턴테이블 플랫폼과 통신하는 알고리즘을 채용하는 방법. - 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선을 제공하는 단계로서, 상기 비행선은:
다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 상기 복수의 허브 중 하나에 결합되고, 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되는 외골격으로서, 상기 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 상기 허브에 연결되는 외골격;
상기 외골격에 결합되어 상기 비행선의 외부를 정의하는 스킨으로서, 복수의 곡선 패널에 의해 정의되는 스킨;
상기 외골격 내부에 위치한 화물 보관 구역; 및
화물을 운송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 포함하는 단계;
적어도 하나의 배송 목적지를 식별하는 단계; 및
상기 UAV에 의해 화물을 상기 적어도 하나의 목적지에 배송하는 단계를 포함하는 비행선을 이용한 상품 배송 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 UAV는 글로벌 포지셔닝 시스템 및 목적지 좌표를 사용하여 적어도 하나의 목적지로 화물을 배송하는 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 비행선은 상기 UAV를 제어하기 위한 디스플레이 스크린 및 제어 유닛을 포함하고; 또한
상기 UAV에 의한 화물을 배송하는 단계는 상기 디스플레이 스크린과 제어 유닛을 사용하여 상기 UAV를 제어하는 단계를 포함하는 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 UAV로 상기 적어도 하나의 목적지에서 화물을 배송한 후, 상기 UAV가 상기 비행선으로 귀환 비행하고 상기 화물 보관 구역 내에 도킹하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 UAV로 상기 적어도 하나의 목적지에서 화물을 배송한 후, 제 1 추가 위치로 비행시키는 단계,
상기 제 1 추가 위치로부터 패키지를 회수하는 단계, 및
상기 패키지를 제 2 추가 위치로 배송하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 44 항에 있어서,
상기 곡선 패널 중 적어도 하나를 개방하는 단계, 및
상기 UAV 중 하나가 개방 곡선 패널을 통해 상기 비행선을 출입하도록 안내하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선을 제공하는 단계로서, 상기 비행선은:
다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 복수의 허브 중 하나에 결합되고, 각각의 허브는 상기 복수의 스포크 중 6개의 스포크에 결합되는 외골격으로서, 상기 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 상기 허브에 연결되는 외골격;
상기 외골격에 결합되어 상기 비행선의 외부를 정의하는 스킨으로서, 복수의 곡선 패널에 의해 정의되는 스킨;
상기 외골격 내부에 위치한 화물 보관 구역; 및
화물을 운송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 포함하는 단계;
적어도 하나의 회수 목적지를 식별하는 단계; 및
상기 UAV에 의해 상기 적어도 하나의 회수 목적지에서 화물을 회수하는 단계를 포함하는 비행선을 사용한 상품 배송 방법. - 제 50 항에 있어서,
비콘에 의해 상기 적어도 하나의 UAV를 상기 적어도 하나의 회수 목적지로 안내하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 51 항에 있어서,
상기 비콘은 상기 UAV를 안내하기 위해 상기 UAV가 식별할 수 있는 신호를 펄싱하도록 구성되는 방법. - 공기보다 가벼운 가스를 포함하는 비행선을 제공하는 단계로서, 상기 비행선은:
다양한 길이의 복수의 스포크 및 복수의 허브에 의해 정의되고, 각각의 스포크는 대향 단부에서 복수의 허브 중 하나에 결합되고, 각각의 허브는 6개의 스포크에 결합되는 외골격으로서, 상기 스포크는 인접한 스포크 사이에 이등변 삼각형을 형성하도록 상기 허브에 연결되는 외골격;
상기 외골격에 결합되어 상기 비행선의 외부를 정의하는 스킨으로서, 복수의 곡선 패널에 의해 정의되는 스킨; 및
무선 신호를 재전송하도록 구성된 통신 장비를 포함하는 단계;
상기 비행선을 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위 내에 배치하는 단계; 및
상기 통신 장비를 사용하여 상기 지역으로 무선 신호를 재전송하는 단계를 포함하는 무선 신호 재전송 방법. - 제 53 항에 있어서,
무선 신호를 재전송함으로써 상기 지역 내에: 고속 인터넷; 전화 서비스; 텔레비전 방송 서비스; 및 글로벌 포지셔닝 시스템 서비스 중 하나 이상을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 53 항에 있어서,
상기 비행선에 대한 이동 경로를 설정하는 단계;
상기 이동 경로 내에서 적어도 하나의 무선 신호 커버리지가 열악한 지역을 식별하는 단계; 및
상기 비행선이 상기 이동 경로 내 상기 적어도 하나의 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위 내에 있을 때, 무선 신호를 재전송하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 53 항에 있어서,
상기 비행선이 상기 무선 신호 커버리지가 열악한 지역 중 하나의 무선 전송 범위를 떠날 때, 상기 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위에 접근하는 제 2 비행선을 식별하는 단계; 및
상기 제 2 비행선이 상기 무선 신호 커버리지가 열악한 지역의 무선 전송 범위 내인 후, 무선 신호를 상기 제 2 비행선으로 재전송하는 단계를 추가로 포함하는 방법. - 제 53 항에 있어서,
화물을 운송하고 무선 신호를 재전송하도록 구성된 복수의 무인 항공기(UAV)를 제공하는 단계; 및
상기 UAV가 무선 신호를 상기 무선 신호 커버리지가 열악한 지역 내에 재전송하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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