经由气球的旋转来调节气球密度而进行的高度控制的制作方法
【专利摘要】一种包括气囊的气球，气体容纳在气囊中，并且有效负载连接到气囊，其中气囊具有第一部分和第二部分，该第一部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第一吸收或反射性能，该第二部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中所述第二吸收或反射性能不同于所述第一吸收或反射性能，并且其中所述气囊是可旋转的以允许优选比率的气囊的第一和第二部分面向太阳定位。
【专利说明】经由气球的旋转来调节气球密度而进行的高度控制
[0001]本申请要求享有于2013年I月9日提交的美国专利申请序号好N0.13/346, 620的优先权，该申请以其全文通过引用合并于此。
【背景技术】
[0002]除非本文中另外说明，在本部分所描述的材料并不是关于本申请的权利要求的现有技术，并且不由于包括在本部分中而被认为是现有技术。
[0003]诸如个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话等计算装置和无数能够联网的装置类型在现代生活的多个方面逐渐变得普遍。这样，对经由互联网络、移动数据网络和其他这样的网络的数据连接的需求正在增加。然而，世界上存在的很多区域，其中数据连接仍是不可用的，或者即使可用，也不可靠和/或昂贵。因而，需要其他的网络基础设施。
【发明内容】
[0004]在第一方面，提供了一种气球。所述气球包括气囊，气囊中容纳有气体，并且有效负载连接到气囊。气球的气囊具有第一部分和第二部分，其中第一部分具有关于允许太阳能被传递到气囊中的气体的第一吸收或反射性能，第二部分具有关于允许太阳能被传递到气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中第二吸收或反射性能与第一吸收或反射性能不同。气球的气囊是可旋转的以允许气囊的第一和第二部分或者优选比率的第一和第二部分被定位为面向太阳。
[0005]在第二方面，提供了一种方法。该方法涉及控制气球的高度。所述方法包括确定气球相对于太阳的位置的步骤。气球具有气囊，气囊中容纳有气体，并且有效负载连接到气囊。气球的气囊具有第一部分和第二部分，其中第一部分具有关于允许太阳能被传递到气囊中的气体的第一吸收或反射性能，第二部分具有关于允许太阳能被传递到气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中第二吸收或反射性能与第一吸收或反射性能不同。该方法还包括旋转气球的气囊将气囊的第一部分和第二部分或者将优选比率的第一和第二部分面向太阳定位的步骤。
[0006]在第三方面，提供了一种具有储存的指令的非临时计算机可读媒介。所述指令能够通过计算装置执行以使得计算装置进行功能。该功能包括确定气球相对于太阳的位置。气球具有气囊，气囊中容纳有气体，并且有效负载连接到气囊。气球的气囊具有第一部分和第二部分，其中第一部分具有关于允许太阳能被传递到气囊中的气体的第一吸收或反射性能，第二部分具有关于允许太阳能被传递到气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中第二吸收或反射性能与第一吸收或反射性能不同。所述功能还包括旋转气球的气囊以将气囊的第一部分和第二部分或者将优选比率的第一和第二部分面向太阳定位的步骤。
[0007]这些方面、优势和替代形式以及其他方面、优势和替代形式在本领域技术人员通过适时地参考附图阅读了以下详细描述后将变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是示出了根据示例性实施例的气球网络的简化的框图。
[0009]图2是示出了根据示例性实施例的气球网络控制系统的框图。
[0010]图3是示出了根据示例性实施例的高空气球的简化的框图。
[0011]图4显示了包括根据示例性实施例的超节点和子节点的气球网络。
[0012]图5A显示了根据示例性实施例的气球。
[0013]图5B显示了图5A中示出的气球的俯视图。
[0014]图6A显示了根据示例性实施例的气球。
[0015]图6B显示了图6A中示出的气球的俯视图。
[0016]图6C显示了可用于图6A中示出的气球上的表面的示例。
[0017]图7是根据示例性实施例的方法。
【具体实施方式】
[0018]本文中描述了示例性的方法和系统。在此描述的任何示例性的实施例或特征无需解释为比其他的实施例或特征更优选或有利。在此描述的示例性实施例并不意图是限制性的。将容易理解的是，公开的系统和方法的某些方面能够以多种不同的构造布置或组合，本文考虑了所有的构造。
[0019]此外，附图中示出的特定的布置不应视为限制性的。应理解的是，其他的实施例可包括相比于给出的附图中的每个元件更多或更少的元件。此外，一些示出的元件可被组合或省略。另外，示例性实施例可包括附图中未示出的元件。
[0020]1、概述
[0021]示例性实施例帮助提供包括多个气球的数据网络:例如，通过在平流层展开的高空气球形成的网状网络。因为平流层中的风可以不同的方式影响气球的位置，示例性网络中的每个气球可被构造为通过调节其竖直位置(即，高度)改变其水平位置。例如，通过调节其高度，气球可能够发现将该气球水平地(例如，沿维度方向和/或沿经度方向)运送到预期的水平位置的风。
[0022]此外，在示例性气球网络中，气球可利用自由空间光学通信彼此通信。例如，气球可被构造为利用超亮LED(也称为“高功率”或“高输出” LED)进行光学通信。在一些情况中，激光可用于代替LED或除了 LED之外可使用激光，但是激光通信的规定可能限制激光使用。此外，气球可利用无线电频率(RF)通信与一个或多个地面基站进行通信。
[0023]在一些实施例中，高空气球网络可以是均质的。也就是说，高空气球网络中的气球可在一个或多个方面大致类似于彼此。更具体地，在均质高空气球网络中，每个气球被构造为经由自由空间光学链路与一个或多个其他气球通信。此外，在这样的网络中的一些或全部气球可被额外地构造为利用RF和/或光学通信与一个或多个地面基站和/或卫星基站通信。因而，在一些实施例中，气球在每个气球被构造为与其他气球进行自由空间光学通信方面可以是相似的，但是关于与一个或多个地面基站的RF通信可以是完全不同的。
[0024]在其他实施例在，高空气球网络可以是异质的，并且因而可包括两种或多种不同类型的气球。例如，异质网络中的一些气球可被构造为超节点，而其他气球可被构造为子节点。异质网络中的一些气球可被构造为既是超节点又是子节点也是可能的。这样的气球根据情况可在特定的时间用作超节点或子节点，或者替代地，同时地用作两者。例如，示例性气球可集合第一类型的搜索请求以传递至地面基站。该示例性气球还可发送第二类型的搜索请求到另一个气球，在该情况中该示例性气球可用作超节点。此外，在示例性实施例中可作为超节点的一些气球能够被构造为经由光学链路与地面基站和/或卫星通信。
[0025]在示例性实施例中，超节点气球可被构造为经由自由空间光学链路与附近的超节点气球通信。然而，子节点气球可不被构造为进行自由空间光学通信，并且可替代地构造为进行一些其他类型的通信，比如RF通信。在那种情况中，超节点可被进一步构造为利用RF通信与子节点通信。因此，子节点可利用RF通信在超节点与一个或多个地面基站之间接力通信。这样，超节点可全部用作气球网络的回程，而子节点用于从超节点到地面基站的接力通信。
[0026]在现在公开的实施例中，气球的浮力可通过调节气球的气囊中的气体温度来控制。应指出的是，气囊中的气体温度本身并不改变气球的浮力。为了使温度改变浮力，气囊能够是有些弹性的，从而气囊能够在被加热或其中的气体被加热时膨胀，因为根据定义，改变气球浮力的是气球中的气体的密度变化。在任何情形中，在适当的情况下，气球的高度可通过升高或降低气囊中的气体的温度来控制。
[0027]如果气球气囊的表面的吸收/反射性能被调节，则气球气囊中的气体吸收的太阳能的量，并且因而气体的温度可以被控制。气球气囊的表面的吸收/反射性能可通过提供给气球这样的气囊来调节或改变:气囊的第一部分关于反射或吸收太阳能的性能具有与气囊的第二部分不同的性能。
[0028]在示例性实施例中，气囊的第一部分可被涂成白色，或者一些其他亮的颜色，其相比于暗色表面反射更多的太阳能以帮助防止气囊中的气体温度升高。气囊的第二部分可以涂成黑色，或一些其他暗的颜色，其相比于亮色表面吸收更多的太阳能以允许气囊中的气体吸收更多的太阳能，使得气囊中的气体的温度升高。
[0029]通过控制气球气囊的哪个部分面向太阳，气球气囊中的气体的温度可以被控制。在示例性实施例中，气球可具有旋转气球气囊的能力，从而气囊的第一部分或气囊的第二部分被定位成面向太阳。在期望提高气球的高度的情况下，气球气囊的允许气囊中的气体吸收更多的太阳能的第一部分可被定位成面向太阳以提高气囊中的气体温度(并且提高气球的高度)。类似地，在期望降低气球高度的情况下，气囊的允许气球气囊中的气体吸收更少的太阳能的第二部分可被定位成面向太阳以降低气球气囊中的气体温度(并且降低气球的高度)。依赖太阳热以升高或降低气球可能不是实现气球的位置保持目标的最可靠的方法。然而，利用太阳能的优势是其非常节能。具体地，相比于通过诸如运行电动空气压缩机的方法改变高度，利用太阳能能够消耗更少的能量以转动气球。因此，相比于控制气球高度的其他方法，利用太阳能控制气球高度可有利地利用更少的能量。
[0030]2、示例性气球网络
[0031]图1是根据示例性实施例示出了气球网络100的简化的框图。如图所示，气球网络100包括气球201A至102F，它们被构造为经由自由空间光学链路104与彼此通信。气球102A至102F可另外地或替代地被构造为经由RF链路114与彼此通信。气球102A至102F可全部用作用于分组数据通信的网状网络。此外，气球102A和102B中的至少一些可构造为用于经由各自的RF链路108与地面基站106和112进行RF通信。此外，诸如气球102F的一些气球可被构造为经由光学链路110与地面基站112通信。
[0032]在示例性实施例中，气球102A至102F是高空气球，它们在平流层中被展开。在适当的纬度，平流层包括在地面上约10千米(km)至50km范围内的高度。在极地，平流层开始于约8km的高度。在示例性实施例中，高空气球可被总体构造为在具有相对低的风速(例如，在5至20英里每小时(mph))的平流层中的高度范围内操作。
[0033]更具体地，在高空气球网络中，气球102A至102F可总体被构造为在18km至25km范围内的高度操作(虽然其他高度也是可以的)。该高度范围基于几个原因是有利的。特定地，该层平流层总体具有相对低的风速(例如，风速在5到20mph范围内)并且具有相对小的湍流。此外，虽然在18km至25km范围内的高度范围内的风可随着纬度并根据季节变化，但是这些变化能够以合理精确的方式模拟。另外，高于18km的高度一般高于商用空中交通指定的最高飞行高度。因此，当气球在18km至25km范围内展开时,不会有干扰商用飞机的问题。
[0034]为了将数据传递至另一个气球，给定的气球102A至102F可被构造为经由光学链路104传递光学信号。在示例性实施例中，给定的气球102A至102F可利用一个或多个高功率发光二极管(LED)以传递光学信号。替代地，气球102A至102F中的一些或全部可包括用于在光学链路104上进行自由空间光学通信的激光系统。其他类型的自由空间光学通信也是可能的。此外，为了从另一个气球经由光学链路104接收光学信号，给定的气球102A至102F可包括一个或多个光学接收器。示例性气球的其他细节将在下文中参考图3进行更详细讨论。
[0035]在另一个方面，气球102A至102F可使用多种不同的RF空中接口协议中的一种或多种用于经由各自的RF链路108与地面基站106和112的通信。例如，气球102A至102F的一些或全部可被构造为(除了其他可能性以外)利用IEEE802.11(包括IEEE802.11修订中的任何内容)中描述的任何协议、多种蜂窝网络协议(比如GSM、CDMA, UMTS, EV-DO,WiMAX和/或LTE)和/或为了气球-地面RF通信开发的一个或多个适当的协议与地面基站106和112通信。
[0036]在另一方面，可能存在RF链路108不提供期望的气球到地面通信的链路容量的情形。例如，可能期望提高的容量以提供来自基于地面的网关的回程链路，并且在其他情形中也是这样。因而，示例性网络还可包括下行链路气球，其可提供高容量空地链路。
[0037]例如，在气球网络100中，气球102F被构造为下行链路气球。与示例性网络中的其他气球类似，下行链路气球102F能够操作用于经由光学链路104与其他气球进行光学通信。然而，下行链路气球102F也可构造为用于经由光学链路110与地面基站112进行自由空间光学通信。因此，光学链路110可用作气球网络100与地面基站112之间的高容量链路(相比于RF链路108)。
[0038]注意到，在一些实施方式中，下行链路气球102F可能额外地操作用于与地面基站106进行RF通信。在其他情况中，下行链路气球102F可仅利用光学链路进行气球对地面通信。此外，虽然图1中示出的布置仅包括一个下行链路气球102F，但是示例性气球网络还能够包括多个下行链路气球。另一方面，气球网络还能够在没有任何下行链路气球的情况下实施。
[0039]在其他实施方式中，代替或除了自由空间光学通信系统，下行链路气球可配备有用于气球对地面通信的专门的高带宽RF通信系统，以。高带宽RF通信系统可采取超宽带系统的形式，该超宽带系统可提供给RF链路与光学链路104中的一个大致相同的容量。其他的形式也是可能的。
[0040]地面基站，比如地面基站106和/或112可采取多种形式。总的来说,地面基站可包括用于经由RF链路和/或光学链路与气球网络通信的诸如收发器、发射器和/或接收器等部件。此外，地面基站可利用多种空中接口协议以在RF链路108上与气球102A至102F通信。这样，地面基站106和112可构造为接入点，经由该接入点，多种装置能够连接到气球网络100。地面基站106和112可在不脱离本发明的范围的情况下具有其他的构造和/或用于其他的目的。
[0041 ] 在另一方面，除了或替代基于地面的通信链路，气球102A至102F中的一些或全部可构造为与基于空间的卫星建立通信链路。在一些实施例中，气球可经由光学链路与卫星通信。然而，其他类型的卫星通信也是可以的。
[0042]此外,一些地面基站，比如地面基站106和112，可构造为气球网络100与一个或多个其他网络之间的网关。这样的地面基站106和112可因而用作气球网络和英特网、蜂窝服务提供商的网络和/或其他类型的网络之间的接口。地面基站106和112的这种构造的变型和其他构造也是可能的。
[0043]2a)网状网络功能
[0044]如上所述，气球102A至102F可全部用作网状网络。更具体地，因为气球102A至102F可利用自由空间光学链路与彼此通信，因此气球可全部用作自由空间光学网状网络。
[0045]在网状网络构造中，每个气球102A至102F可用作网状网络的节点，其能够操作以接收导向该节点的数据并且将该数据经过特定路线发送到其他气球。这样，通过确定源气球与终点气球之间光学链路的适当的顺序，数据可从源气球通过特定路线发送到终点气球。这些光学链路可全部称为用于源气球和终点气球之间的连接的“光路”。此外，每个这些光学链路可称为光路上的“中继段”。
[0046]为了以网状网络操作，气球102A至102F可采用多种路由技术和自愈算法。在一些实施例中，气球网络100可采用自适应或动态路由，其中源气球和终点气球之间的光路在需要连接时被确定并建立，然后之后被释放。此外，当使用自适应路由时，光路可根据气球网络的当前的状态、过去的状态和/或预测的状态来动态地确定。
[0047]此外，当气球102A至102F相对于彼此和/或相对于地面运动时，网络拓扑结构可改变。因而，示例性气球网络100可在网络拓扑结构改变时应用网协议以更新网络的状态。例如，为了解决气球102A至102F的移动性，气球网络100可采用和/或适应移动自组织网络(MANET)中采用的多种技术。其他的示例也是可能的。
[0048]在一些实施方式中，气球网络100可构造为透明的网状网络。更具体地，在透明的网状网络中，气球可包括用于完全光学的物理切换部件，而在光学信号的物理路由中没有涉及任何电气部件。因而，在具有光学切换的透明构造中，信号通过完全光学的多中继段光路。
[0049]在其他实施方式中，气球网路100可实施完全不透明的自由空间光学网状网络。在不透明的构造中，气球102A至102F中的一些或全部可实施光电光(OEO)切换。例如，一些或全部气球可包括用于光学信号的OEO转换的光交叉连接设备(OXC)。其他的不透明构造也是可能的。另外，包括具有透明和不透明部分的路由路径的网络构造是可能的。
[0050]在另一方面，示例性气球网络100中的气球可实施波分复用(WDM)，其可帮助提高链路容量。当WDM以透明切换实施时，通过气球网络的物理光路可经受“波长连续性限制”。更具体地，因为透明网络中的切换是完全光学的，可能需要赋予相同的波长到给定光路上的所有光学链路。
[0051]另一方面，不透明构造可避免波长连续性限制。特别地，不透明气球网络中的气球可包括能够操作用于波长转换的OEO切换系统。结果，气球能够沿着光路在每个中继段处转换光学信号的波长。替代地，光学波长转换可仅在沿着光路的选择的中继段处进行。
[0052]此外，不透明的构造中可采用多种路由算法。例如，为了确定用于给定连接的一个或多个不同的备用光路和/或主光路，示例性气球可应用或考虑诸如Dijkstra算法和k最短路径的最短路径路由技术和/或诸如Suurballe算法的边缘和节点相异或不相交路由等。另外或替代地，用于保持特定服务质量(QoS)的技术可在确定光路时采用。其他技术也是可能的。
[0053]2b)位置保持功能
[0054]在示例性实施例中，气球网络100可实施位置保持功能以帮助提供预期的网络拓扑结构。例如，位置保持可涉及每个气球102A至102F相对于网络中的一个或多个其他气球保持和/或运动到某个位置(并可能在相对于地面的某个位置)。作为该过程的部分，每个气球102A至102F可实施位置保持功能以确定其在期望的拓扑结构中的期望定位，并且如果需要，确定如何运动到期望位置。
[0055]期望的拓扑结构可根据特定的实施方式发生变化。在一些情况中，气球可实施位置保持以提供大致相同的拓扑结构。在这些情况中，给定的气球102A至102F可实施位置保持功能以将其自身定位在与气球网络100中相邻的气球大致相等的距离(或在某个距离范围内)处。
[0056]在其他情况中，气球网络100可具有非相同的拓扑结构。例如，示例性实施例可涉及其中气球由于多种原因在某些区域中更密集或更不密集地分布的拓扑结构。例如，为了帮助满足通常在城市地区中的更高的带宽需求，气球可在城市地区上空聚集得更紧密。基于类似的理由，气球在陆地上方的分布可比在大的水域上方的分布更密集。非相同拓扑结构的许多其他示例是可能的。
[0057]另一方面，示例性气球网络的拓扑结构可为可自适应。特别地，示例性气球的位置保持功能可允许气球根据期望的网络拓扑结构中的改变调节它们各自的定位。例如，一个或多个气球可运动到新的位置以提高或降低给定区域中的气球的密度。其他的示例是可能的。
[0058]在一些实施例中，气球网络100可采用能量函数以确定是否气球应运动以提供期望的拓扑结构和/或气球如何运动以提供期望的拓扑结构。特别地，给定气球的状态和附近气球中的一些或全部的状态可能被输入到能量函数。该能量函数可将给定气球和附近气球的当前状态应用至期望的网络状态(例如，对应于期望的拓扑结构的状态)。表示给定气球的期望的运动的向量可然后通过确定能量函数的梯度而被确定。给定的气球可然后确定适当的要采取的行动以实行期望的运动。例如，气球可确定一种或多种高度调节，使得风将以期望的方式使气球运动。
[0059]2c)气球网络中的气球的控制
[0060]在一些实施例中，网状网络和/或位置保持功能可被集中。例如，图2是示出根据示例性实施例的气球网络控制系统的框图。特别地，图2显示了分布的控制系统，其包括中央控制系统200和多个区域控制系统202A至202C。这样的控制系统可被构造为协调气球网络204的某些功能，并且这样，可被构造为控制和/或协调气球206A至2061的某些功能。
[0061]在示出的实施例中，中央控制系统200可被构造为经由多个区域控制系统202A至202C与气球206A至2061通信。这些区域控制系统202A至202C可被构造为从气球在它们覆盖的各自地理区域中接收通信和/或聚集数据，并且转送这些通信和/或数据到中央控制系统200。此外，区域控制系统202A至202C可被构造为将来自中央控制系统200的通信经过特定路线发送到它们各自的地理区域中的气球。例如，如图2所示，区域控制系统202A可在气球206A至206C与中央控制系统200之间转送通信和/或数据，区域控制系统202B可在气球206D至206F与中央控制系统200之间转送通信和/或数据，并且区域控制系统202C可在气球206G至2061与中央控制系统200之间转送通信和/或数据。
[0062]为了便于中央控制系统200和气球206A至2061之间的通信，某些气球可被构造为对下行链路气球，其能够操作以与区域控制系统202A至202C通信。因而，每个区域控制系统202A至202C可被构造为与一个或多个下行链路气球在其覆盖的区域中通信。例如，在示出的实施例中，气球206A、206F和2061被构造为下行链路气球。这样，区域控制系统202A至202C可分别经由相应的光学链路206、208和210与气球206A、206F和2061通信。
[0063]在示出的构造中，气球206A至2061中仅有一些被构造为下行链路气球。被构造为下行链路气球的气球206A、206F和2061可将来自中央控制系统200的通信转送到气球网络中的其他气球，比如气球206B至206E、206G和206H。然而，应理解，在一些实施方式中，所有的气球可用作下行链路气球是可能的。此外，虽然图2显示了多个构造为下行链路气球的气球，但是气球网络仅包括一个下行链路气球也是可能的，或者可能甚至没有下行链路气球。
[0064]注意，区域控制系统202A至202C事实上可以只是被构造为与下行链路气球通信的特定类型的地面基站(例如，比如图1的地面基站112)。因此，虽然图2中没有示出，但是控制系统可以结合其他类型的地面基站(例如，接入点、网关等)实施。
[0065]在比如图2所不的集中控制布直中，中央控制系统200 (并且可能还有区域控制系统202A至202C)可协调气球网络204的某些网状网络功能。例如，气球206A至2061可向中央控制系统200发送某些状态信息，中央控制系统200可使用这些信息确定气球网络204的状态。来自给定气球的状态信息可包括位置数据、光学链路信息(例如，该气球与其已经建立光学链路的其他气球的识别、链路的带宽、链路上的波长使用和/或可用性等)、气球收集的风的数据、和/或其他类型的信息。因而，中央控制系统200可聚集来自气球206A至2061中的一些或全部的状态信息以确定网络的总体状态。
[0066]网络的总体状态然后可用于协调和/或便于某些网状网络功能，比如确定用于连接的光路。例如，中央控制系统200可基于来自气球206A至2061中的一些或全部的聚集状态信息确定当前的拓扑结构。拓扑结构可提供气球网络中可用的当前光学链路和/或链路上的波长可用性的图片。该拓扑结构然后可被发送到气球中的一些或全部，从而可采用路由技术选择合适的光路(以及可能的备用光路)用于通过气球网络204进行通信。
[0067]在另一方面，中央控制系统200 (以及可能的区域控制系统202A至202C)还可协调气球网络204的某些位置保持功能。例如，中央控制系统200可将从气球206A至2061接收的状态信息输入至能量函数，能量函数可将网络的当前拓扑结构与期望的拓扑结构有效地进行比较，并且提供表示每个气球的运动方向(如果有的话)的向量，使得气球能够朝向期望的拓扑结构运动。此外，中央控制系统200可利用高空的风数据来确定相应的高度调节，可开始该高度调节以实现朝向期望的拓扑结构的运动。中央控制系统200还可提供和/或支持其他位置保持功能。
[0068]图2显示了提供集中控制的分布布置，其中区域控制系统202A至202C协调中央控制系统200与气球网络204之间的通信。这样的布置对于提供覆盖大的地理区域的气球网络的集中控制来说是有用的。在一些实施例中，分布的布置甚至可甚至支持全球气球网络，该全球气球网络提供地球上任何地方的覆盖。当然，分布控制布置在其他情形中也是有用的。
[0069]此外，应理解，其他控制系统布置也是可能的。例如，一些实施方式可涉及具有额外的层的集中控制系统(例如，区域控制系统中的子区域系统等)。替代地，控制功能可由单个、集中控制系统提供，该控制系统与一个或多个下行链路气球直接通信。
[0070]在一些实施例中，气球网络的控制和协调可根据实施方式以不同程度被基于地面的控制系统和气球网络共享。事实上，在一些实施例中可没有基于地面的控制系统。在这样的实施例中，所有网络控制和协调功能可通过气球网络自身实施。例如，某些气球可被构造为提供与中央控制系统200和/或区域控制系统202A至202C相同或相似的功能。其他示例也是可能的。
[0071]此外，气球网络的控制和/或协调可以是非集中的。例如，每个气球可转送状态信息到附接气球中的一些或全部和从附近气球中的一些或全部接受状态信息。此外，每个气球可将其从附近气球接收的状态信息转送到附近气球中的一些或全部。当所有的气球这么做时，每个气球可能够单独地确定网络的状态。替代地，某些气球可以被指定来聚集网络的给定部分的状态信息。这些气球可然后彼此协调以确定网络的总体状态。
[0072]此外，在一些方面，气球网络的控制可以部分或完全本地化，使得控制不取决于网络的总体状态。例如，单独的气球可实施仅考虑附近气球的位置保持功能。特别地，每个气球可实施考虑了其自身状态和附近气球的状态的能量函数。该能量函数可用于相对于附近气球保持和/或运动到期望的位置，而不需要整体考虑期望的网络拓扑结构。然而，当每个气球实施这样的用于位置保持的能量函数时，气球网络作为整体可保持和/或运动朝向期忘的拓扑结构。
[0073]例如，每个气球A可接收相对于该气球的k个最近的气球的距离信息Cl1至dk。每个气球A可将到k个气球的每个的距离当做虚拟的弹簧，向量表示从第一最近气球i朝向气球A的力的方向，并且力的大小与距离Cli成比例。气球A可加和k个向量中的每个并且加和的向量是气球A期望运动的向量。气球A可尝试通过控制其高度而实现期望的运动。
[0074]替代地，该过程可将这些虚拟的力的每个的力大小赋值等于例如φΧφ。用于对网状网络中的各个气球的力大小赋值的其他算法也是可能的。
[0075]在其他实施例中，类似的过程可针对k个气球的每个进行，并且每个气球可将其计划的运动向量传送至其本地邻居。能够基于该气球的邻居的对应的计划的运动向量进行对每个气球的计划运动向量再进行几轮精确化。将对于本领域技术人员明显的是，可在气球网络中执行其他的算法以在给定的地理位置上方保持一组气球的间距和/或具体的网络容量水平。
[0076]2d)示例性气球构造
[0077]气球系统的多种类型可被结合到示例性气球网络中。如上所述，示例性实施例可使用通常在18km到25km的高度范围内操作的高空气球。图3显示了根据示例性实施例的高空气球300。如图所示，所述气球300包括气囊302、裙部304、有效负载306和附接在气球302和有效负载304之间的切断系统308。
[0078]气囊302和裙部304可采取多种形式，该多种形式可以是当前众所周知的或者仍待研发的。例如，气囊302和/或裙部304可由包括金属化的聚酯薄膜(Mylar)或拉伸聚酯薄膜(BoPet)的材料制成。另外或替代地，气囊302和/或裙部304的全部或一些可由高度柔韧的诸如氯丁二烯的乳胶材料或橡胶材料构造。其他的材料也是可能的。另外，气囊302和裙部304的尺寸和形状可根据特定的实施方式而变化。另外，气囊302可用诸如氦气和/或氢气等不同类型的气体填充。其他类型的气体也是可能的。
[0079]气球300的有效负载306可包括处理器312和装载的数据储存器，比如存储器314。存储器314可采取或包括非临时计算机可读媒介的形式。非临时计算机可读媒介可具有储存其上的指令，该指令能够由处理器312访问和执行以实现本文描述的气球功能。因此，处理器312可与储存在存储器314中的指令和/或其他部件一起用作气球300的控制器。
[0080]气球300的有效负载306还可包括多种其他类型的设备和系统以提供多种不同的功能。例如，有效负载306可包括光学通信系统316，该光学通信系统316可经由超亮LED系统320传送光学信号，并且该光学通信系统316可经由光学通信接收器322 (例如，光电二极管接收器系统)接收光学信号。另外，有效负载306可包括RF通信系统318，该RF通信系统318可经由天线系统340传送和/或接收RF通信。
[0081]有效负载306还可包括电源326以向气球300的多个部件供给电力。电源326可包括可再充电电池。在其他实施例中，电源326可另外或替代地表示现有技术中用于产生电力的已知的其他器件。此外，气球300可包括太阳能发电系统327。太阳能发电系统327可包括太阳能板，并且可用于产生充电和/或被电源326分配的电力。
[0082]有效负载306可另外包括定位系统324。定位系统324可包括例如全球定位系统(GPS)、惯性导航系统、和/或星体跟踪系统。定位系统324可另外或替代地包括多种运动传感器(例如，加速计、磁力计、陀螺仪、和/或指南针)。
[0083]定位系统324可另外或替代地包括一个或多个摄像机和/或照像机、和/或用于捕捉环境数据的多种传感器。
[0084]有效负载306中的部件和系统中的全部或一些可以无线电探空仪器或其他探测器实施，它们可能够操作以测量例如压力、高度、地理位置(维度和经度)、温度、相对湿度、和/或风速和/或风向等。
[0085]如上所述，气球300包括超亮LED系统320，用于与其他气球进行自由空间光学通信。这样，光学通信系统316可被构造为通过调制超亮LED系统320传送自由空间光学信号。光学通信系统316可与机械系统和/或硬件、固件和/或软件一起实施。总的来说，根据特定的应用，光学通信系统被实施的方式可变化。光学通信系统316和其他相关的部件在下文中将被进一步详细地描述。
[0086]在另一方面，气球300可被构造为用于高度控制。例如，气球300可包括可变浮力系统，该可变浮力系统被构造为通过调节气球300中的气体的体量和/或密度改变气球300的高度。可变浮力系统可采取多种形式，并且可总体为能够改变气囊302中的气体的体量和/或密度的任何系统。
[0087]在示例性实施例中，可变浮力系统可包括位于气囊302内部的袋子310。袋子310可以是构造为保持液体和/或气体的弹性腔室。替代地，袋子310不需要在气囊302内部。例如，袋子310可以是能够被很好地加压超过中性压力的刚性袋子。因此，气球300的浮力可通过改变袋子310中的气体的密度和/或体积而改变。为了改变袋子310中的密度，气球300可构造为具有用于加热和/或冷却袋子300中的气体的系统和/或机构。另外，为了改变体积，气球300可包括用于增加气体至袋子310和/或从袋子310移除气体的泵或其他特征结构。另外或替代地，为了改变袋子310的容量，袋子300可包括排出阀或能够被控制以允许气体从袋子310逸出的其他特征结构。多个袋子310可以在本公开的范围内实施。例如，多个袋子可以用于改善气球的稳定性。
[0088]在示例性实施例中，气囊302可用氦气、氢气或其他比空气轻的材料填充。气囊302由此可具有相关的向上的浮力。在这样的实施例中，袋子310中的空气可被考虑为沉浮箱，该沉浮箱具有相关的向下的压载力。在另一个示例性实施例中，袋子310中的空气的量可通过将空气泵送(例如，通过空气压缩机)进入或离开袋子310而改变。通过调节袋子310中空气的量,压载力可被控制。在一些实施例中,压载力可已被部分地用于抵消浮力和/或提供高度稳定性。
[0089]在其他实施例中，气囊302可以是大致刚性的并且包括封闭的体积。空气能够从气囊302排出，而封闭的体积被大致保持。换句话说，至少局部真空能够产生并且被保持在封闭的体积内。因而，气囊302和封闭的体积可变得比空气更轻并且提供浮力。在又一实施例中，空气或其他材料可以被可控制地引入封闭体积的部分真空中，以试图调节总浮力和/或提供高度控制。
[0090]在另一实施例中，气囊302的部分可以是与气囊302的剩余部分不同的第一颜色(例如，黑色)和/或第一材料，气囊302的剩余部分可具有第二颜色(例如，白色)和/或第二材料。例如，第一颜色和/或第一材料可被构造为相比于第二颜色和/或第二材料吸收更大量的太阳能。因而，旋转气球使得第一材料面向太阳可用于加热气囊302以及气囊302内部的气体。这样，气囊302的浮力可提高。通过旋转气球使得第二材料面向太阳，气囊302内部的气体的温度可降低。因而，浮力可降低。以这种方式，气球的浮力可以通过利用太阳能改变气囊302内部的气体的温度/体积而被调节。在这样的实施例中，袋子310可不是气球300必要的元件是可能的。因而，在多个预期的实施例中，气球300的高度控制可至少部分地通过相对于太阳调节气球的旋转而被实现。
[0091]另外，气球306可包括导航系统(未示出)。导航系统可实施位置保持功能以保持在期望的拓扑结构中的位置和/或移动到根据期望的拓扑结构的位置。特别地，导航系统可利用高空风数据以确定使得风沿期望方向运送气球和/或将气球运送到期望位置的高度调节。高度控制系统可然后调节气球腔室的密度以实现确定的高度调节并导致气球横向地运动到期望方向和/或期望位置。替代地，高度调节可通过基于地面或基于卫星的控制系统计算并传送到高空气球。在其他实施例中，均质气球网络中的特定气球可被构造为计算用于其他气球的高度调节并且将调节命令传送至其他气球。
[0092]如图所示，气球300还包括切断系统308。切断系统308可被激活以将有效负载306从气球300的其余部分分开。切断系统308可包括将有效负载306连接到气囊302的至少一个连接器，诸如气球绳，和用于截断连接器的装置(例如，剪切机构或分裂螺栓)。在示例性实施例中，气球绳(可以为尼龙的)被镍铬合金丝缠绕。电流将通过所述镍铬合金丝以将镍铬合金丝加热并且熔断气球绳，将有效负载306从气囊302切离。
[0093]切断功能可在有效负载需要被在地面上取用的任何时候使用，比如，当将气球300从气球网络移除的的时候、当应该对有效负载306中的系统进行维护的时候和/或当电源326需要被充电或更换的时候。
[0094]在替代的布置中，气球可不包括切断系统。在这样的布置中，导航系统可能够被操作以在气球需要被从网络移除和/或被在地面上取用时将气球导航至着陆位置。另外，气球可自持是可能的，使得气球不需要被在地面上取用。在又一实施例中，飞行中的气球可由特定的维修气球或另一种类型的维修航空器或维修飞机维修。
[0095]3、气球之间具有光学和RF链路的气球网络
[0096]在一些实施例中，高空气球网络可包括经由光学链路与彼此通信的超节点气球和经由RF链路与超节点气球通信的子节点气球。总的来说，超节点气球之间的光学链路可被构造为相比于超节点和子节点气球之间的RF链路具有更大的带宽。这样，超节点气球可用作气球网络的中枢，而子节点可提供子网络，子网络提供到气球网络的入口和/或将气球网络连接到其他网络。
[0097]图4是示出包括根据示例性实施例的超节点和子节点的气球网络的简化的框图。更具体地，图4示出了包括超节点气球410A至410C(其可称为“超节点”)和子节点气球420 (其可称为“子节点”)的气球网络400的一部分。
[0098]每个超节点气球41OA至410C可包括自由空间光学通信系统，该自由空间光学通信系统能够操作用于与其他超节点气球进行分组数据通信。这样，超节点可在光学链路上彼此通信。例如，在示出的实施例中，超节点410A和超节点410B可在光学链路402上彼此通信，并且超节点410A和超节点410C可在光学链路404上彼此通信。
[0099]每个子节点气球420可包括射频(RF)通信系统，该射频(RF)通信系统能够操作用于在一个或多个RF空中接口上进行分组数据通信。因而，每个超节点气球410A至410C可包括RF通信系统，该RF通信系统能够操作以将分组数据通过特定路线发送到一个或多个附近的子节点气球420。当子节点420从超节点410接收分组数据时，子节点420可使用其RF通信系统以将分组数据经由RF空中接口通过特定路线发送到地面基站430。
[0100]如上所述，超节点410A至410C可构造为用于与其他超节点的较长距离光学通信和与附近的子节点420的较短距离RF通信。例如，超节点410A至410C可利用高功率或超亮LED在光学链路402、404上传送光学信号，所述光学链路402、404可延伸长差不多100英里，或可能更长。有了这样的构造，超节点410A至410C可能够在10至50G字节/每秒或更高的数据速率进行光学通信。
[0101]大量的高空气球可然后被构造为子节点，该子节点可以约1M字节/每秒的量级的数据速率与基于地面的英特网节点通信。例如，在示出的实施方式中，子节点420可被构造为将超节点410连接至其他网络和/或直接连接至客户装置。
[0102]注意到，上述示例和本文其他地方描述的数据速度和链路距离是出于示例的目的提供的并且不应认为是限制性的，其他的数据速度和链路距离是可能的。
[0103]在一些实施例中，超节点410A至410C可用作核心网络，而子节点420用作到核心网络的一个或多个入口网络。在这样的实施例中，子节点420的全部或一些还可用作到气球网络400的网关。另外或替代地，地面基站430的全部或一些可用作到气球网络400的网关。
[0104]4、通过使气囊的部分具有相对于反射或吸收太阳能具有不同性能，并且使气囊能够旋转以将气囊的期望部分沿面向太阳的方向定位来控制气球的高度。
[0105]在一个实施例中，如图5A所示，显示了气球500，图5B显示了气球500的俯视图。气球500的浮力(以及由此气球的高度)可通过调节气囊502中的气体的温度来控制。随着气囊502中的气体的温度的升高，气囊502中的气体的相对密度减小并且气体的体积增大，这可导致在气球500上的更大的浮力(或向上的力)，这可导致气球的高度提高。类似地,随着气囊502中的气体的温度降低，气囊502中的气体的相对密度增大并且气体的体积减小，这可导致气球500上更小的浮力(或向上的力)，这可导致气球的高度降低。因而，气球500的高度可通过升高或降低气囊502中的气体的温度而控制。
[0106]已知白色表面或亮色表面相比于黑色表面或暗色表面吸收更少的太阳能。因此，如果气囊502的表面的吸收/反射性能可被调节，则由气囊502中的气体吸收的太阳能的量以及由此气体的温度可被控制。气囊502的表面的吸收/反射性能可通过提供给气球气囊502，气囊的第一部分502a具有与气囊的第二部分502b关于反射或吸收太阳能不同的性能，而被调节或改变。
[0107]例如，气囊的第一部分502a可被涂成白色或一些其他亮的颜色，其相比于暗色表面反射更多的太阳能以帮助防止气囊502中的气体的温度上升。气囊的第二部分502b可涂成黑色或一些其他暗的颜色，其相比于亮色表面吸收更多的太阳能以允许更多的太阳能被气囊502中的气体吸收，导致气囊502中的气体的温度上升。
[0108]替代地，但基于相似的原理操作，气囊的第一部分502a可以是不透明的或反射性的，由此防止太阳光穿过气囊502，以帮助防止气囊502中的气体的温度上升。气囊的第二部分502b可以是半透明的或透射性的，允许太阳光穿过气囊的第二部分502b并且由此气囊502内部的气体吸收更多的太阳能，导致气囊502中的气体的温度上升。
[0109]通过控制气囊502的部分502a或502b是否面向太阳，气球500的气囊502中的气体的温度可被控制。如以下更详细地讨论的，气球500可配备有旋转气囊502使得气囊的第一部分502a或者气囊的第二部分502b被定位成面向太阳的能力。在期望提高气球500的高度的情况下，允许更多的太阳能被气囊502中的气体吸收的气囊的第一部分502a可被定位成面向太阳以升高气囊502中气体的温度(以及提高气球500的高度)。类似地，在期望降低气球500的高度的情况下，允许气囊502中的气体吸收更少的太阳能的气囊的第二部分502b可定位成面向太阳以降低气囊502中的气体的温度(并且降低气体500的高度)。
[0110]在一个实施例中，如图6A所示，显示了气球600，图6B显示了气球600的俯视图。类似于图5中的气球500，气球600包括气囊602，气囊的第一部分602a与气囊的第二部分602b关于反射或吸收太阳能具有不同的性能。例如，气囊602a的第一部分可被涂成白色或一些其他亮的颜色，其相比于暗色表面反射更多的太阳能以帮助防止气囊602中的气体的温度上升。气囊的第二部分602b可涂成黑色或一些其他暗的颜色，其相比于亮色表面吸收更多的太阳能以允许更多的太阳能被气囊602中的气体吸收，导致气囊602中的气体的温度上升。
[0111]此外，气囊602可包括气囊的第三部分602c，其具有不同于气囊第一和第二部分602a和602b的反射/吸收性能。气囊的第三部分602c的反射/吸收性能可落在气囊的第一和第二部分602a和602c之间，使得当气囊的第三部分602c定位成面向太阳时，其允许气囊602中的气体相比于当气囊的第一部分602a定位成面向太阳时吸收更多的太阳能，但相比于当气囊的第二部分602b定位成面向太阳时吸收更少的太阳能。
[0112]与图5中所示的气球500—样，气囊的第一部分602a可以被涂成白色或一些其他亮色，其相比于暗色表面反射更多的太阳能以帮助防止气囊602中的气体的温度上升。气囊的第二部分602b可以被涂成黑色或一些其他暗色，其相比于亮色表面吸收更多的太阳能以允许气囊602中的气体吸收更多的太阳能，导致气囊602中的气体的温度上升。类似地，气囊的第一部分602a可以是半透明或反射性的，由此防止太阳光进入气囊602，以帮助防止气囊602中的气体温度上升。气囊的第二部分602b可以是半透明的或透射性的，允许太阳光更容易地穿过气囊的第二部分602b并且由此气囊602中的气体吸收更多的太阳能，导致气囊602中的气体的温度上升。
[0113]如图6C所示，气囊的第三部分602C可具有灰色606或介于被涂成亮色的气囊的第一部分602a的白色与被涂成暗色的气囊的第二部分602b的黑色之间某处的颜色。气囊的第三部分602c还可具有部分透射性的、部分不透明的表面608，或者不透明度在透射性表面和不透明或反射表面之间的某处的表面。在气囊的三个部分602a、602b、602c具有不同的吸收/反射性能水平的情况下，可通过选择气囊的三个部分602a、602b、602c中的哪个被定位成面向太阳而实现加热气囊602中的气体的三个不同的太阳能水平。如果需要，可以增加具有其他不同的反射/吸收性能的额外的部分，以提供可被气囊中的气体吸收的太阳能的额外的变化。应理解，期望具有优选比率的气囊的第一或第二部分(或甚至第三或更多部分)面向太阳。因此，例如，可优选的是使气囊的第一部分100%面向太阳，气囊的第二部分0%面向太阳，或反之亦然。替代地，可能期望气囊的第一部分的30%和气囊的第二部分的70%的优选比率面向太阳。因此，气球气囊吸收或反射的太阳能的量可通过控制和/或调节气球气囊的部分面向太阳的比率控制和/或调节。以这种方式，气球中的气体或空气的能量吸收可通过改变气球气囊的部分面向太阳的比率而被以连续的方式控制。
[0114]图5、5A、6和6A显示了气囊的不同部分之间的明显的分界线。然而，将理解，气囊的第一和第二部分之间的分界可以是逐渐的，以随着气囊的更暗或更透射性的部分旋转远离面向太阳的位置到气囊的更亮或更不透明或反射性的部分被定位成面向太阳定位，气囊中的气体吸收的太阳能的量连续地减少。因而，随着气囊的缓慢旋转，在气囊的第一和第二部分之间逐渐变化的情况下，气囊中的气体可吸收的太阳能的量可慢慢减少。气球气囊的部分可由吸收光或反射光以改变气球的内侧的温度(并且因此改变气体的压力和密度)的材料制成，，以及可由当它们中的气体被加热和/或冷却时改变它们的弹性和膨胀和/或收缩率的材料制成，。
[0115]此外，气球的尺寸和形状可被更改以进一步允许气囊的第一和第二部分之间更清晰的区分。例如，气球的气囊可具有总体矩形的形状，两个相对布置的主表面对应于气囊的第一和第二部分。
[0116]图5和6中所示的气球500和600可进一步包括袋子，类似于图3中描述的袋子310，但是不是必需的。袋子可用于用作一种类型的浮沉箱以进一步控制气球500或600的高度。随着袋子被填充更多的气体，气囊中的气体的密度增大，导致气球的浮力(向上的力)减小，这导致气球的高度降低。类似地，为了增大气球的浮力(向上的力)并提高气球的高度，空气可被从袋子移除或泄放，导致气囊中的气体的更低的密度和气球的更高的浮力(向上的力)，这导致气球的高度的提高。
[0117]此外，还存在使用自然环境和/或自然温度变化以控制气球中(气球气囊或袋子内)的气体和/或空气的温度，从而控制或改变气球的高度的替代方法。例如，可将气球制成相当地绝热，例如具有低的辐射率，然后包括散热器(其可采取金属鳍片的形式，或由诸如铍铜等导热材料制成的鳍片)，该散热器能够从气球伸展和/或缩回，使得鳍片可定位在气球的下方并且热联接到气球中的气体(例如经由杆)。以这种方式，当期望更快地冷却气球中(袋子或气囊内)的气体时，散热器可展开并且金属鳍片伸出进入大气，在大气中来自于气球中的热可传递至大气。类似地，当期望更慢地冷却气球中的空气或气体时，散热器或鳍片可缩回从而更少的热量从气球中的气体或空气传递至大气。因此，散热器或鳍片可在期望更快递冷却气球中的空气或气体时伸出，并且散热器或鳍片可在期望更慢地冷却气球中的气体或空气时缩回。
[0118]气囊的旋转可通过使用定位在气球500的部件中的一个上并且从其伸出的一个或多个偏置风扇完成。风扇放置得离气球的质心越远，用于旋转气球的气囊的旋转力越大。当不需要操作时，一个或多个风扇可附接到可缩回臂或支架。
[0119]此外，压缩空气的定向套管或朝向定位在气球500的部件上并且从其伸出的推力板或推力偏转器(如果需要的话是可缩回的和/或可调节的)导向的压缩空气也可用于实现气囊的期望的旋转。定向套管或压缩空气被放置得离气球的质心越远，用于旋转气球的气囊的旋转力越大。可操纵的鳍片或翼可用于气球的旋转或控制气球的旋转。
[0120]在一些应用中，可能期望使气球500的气囊502可围绕有效负载、切断系统或裙部旋转。例如，气囊502可利用万向支架或球形滚轴轴承可旋转地连接，由此允许三个自由度，即在连接点处的滚动、俯仰和偏航。此外，可旋转连接可以利用各种轴承(包括滑动轴承、摩擦轴承或滚轴轴承，甚至空气轴承)进行。
[0121]气囊502的旋转可被电动机或伺服电动机控制。气囊500的旋转可进一步被分度机构控制。这样的分度机构可包括棘轮和棘爪分度机构，其允许带齿的棘轮或齿轮沿一个方向自由地旋转，但沿相反的方向其被棘爪防止旋转，其中棘爪可以是弹簧加载的。棘齿滚轮或带切口的轮也可用于分度。
[0122]参见图3，气球的气囊可被控制以将气囊的期望的部分旋转朝向太阳。
[0123]气囊的期望部分朝向太阳的定位可以由气囊所附接的气球实施，例如利用处理器312或存储器314以控制气囊的可旋转连接。替代地，气球的期望部分的定位可通过另一个气球或地面基站或卫星基站远程地控制。
[0124]一旦处于本地或远程控制，气囊的定位可以随着太阳的移动而调节以将气囊的期望部分指向太阳。换句话说，调节可以通过试图保持气囊的期望部分朝向太阳的定位而进行。或者气囊的期望部分的定位可考虑太阳的连续运动被连续地调节。
[0125]图7显示了提供的方法700，该方法700包括确定气球相对于太阳的位置的步骤702，其中气球具有气囊，气囊中容纳气体，且有效负载连接至气囊，并且气囊具有第一部分和第二部分，该第一部分具有关于允许太阳能被传递至气囊中的气体的第一吸收或反射性能，第二部分具有不同于第一吸收或反射性能的第二吸收或反射性能。方法700还包括旋转气球的气囊以使气囊的第一部分或第二部分面向太阳定位的步骤704。方法700可进一步可选地包括导入气体到定位在气囊中的袋子或从其释放气体以升高或降低气球的高度的步骤706。可适当地使气囊的期望部分面向太阳定位的本领域中已知的其他技术可合理地用在本公开的情形中。
[0126]5、具有用于控制气囊的期望部分朝向太阳定位的指令的非临时计算机可读媒介。
[0127]以上描述的且在图3、5A、5B、6A、6B和6C中示出的一些或全部功能可通过计算装置进行以响应在非临时计算机可读媒介中储存的指令的执行。非临时计算机可读媒介可例如是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、高速缓冲存储器、一个或多个磁编码盘、一个或多个光编码盘或者其它任何形式的非临时数据储存器。非临时计算机可读媒介还可分布在多个数据储存元件中，这些数据储存元件可彼此远离地定位。执行储存的指令的计算装置可以是诸如图3中示出的处理器312等计算装置。替代地，执行储存的指令的计算装置可以是另一个计算装置，例如服务器网络中的服务器或地面基站。
[0128]非临时计算机可读媒介可储存可由处理器312执行的指令以进行多个功能。所述功能可包括确定第一气球的位置和将气球的气囊的部分相对于太阳定位。第一气球可包括光通信部件，该光通信部件被构造为经由自由空间光学链路与第二气球通信。
[0129]上述的详细说明参照附图描述了公开的系统、装置和方法的多个特征和功能。虽然本文中已经公开了多个方面和实施例，但是其他的方面和实施例对于本领域技术人员来说是明显的。本文公开的多个方面和实施例是出于示例的目的并且不意图限制，真正的范围和精神由下面的权利要求指出。
【权利要求】
1.一种气球，包括: 气囊； 气体，其被容纳在所述气囊中； 有效负载，其连接到所述气囊； 其中所述气囊具有第一部分和第二部分，该第一部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第一吸收或反射性能，该第二部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中所述第二吸收或反射性能不同于所述第一吸收或反射性能；并且 其中所述气囊是可旋转的以允许优选比率的气囊的第一和第二部分面向太阳定位。
2.如权利要求1所述的气球,其中所述气球是高空气球网状网络中的高空气球。
3.如权利要求1所述的气球，其中所述气囊的第一部分提供有比所述气囊的第二部分的颜色更亮的颜色。
4.如权利要求3所述的气球，其中所述气囊的第一部分提供有涂成亮色的表面并且所述气囊的第二部分提供有涂成暗色的表面。
5.如权利要求4所述的气球，其中所述气囊的第一部分被涂成白色。
6.如权利要求4所述的气球，其中所述气囊的第二部分被涂成黑色。
7.如权利要求1所述的气球，其中所述气囊的第一部分是透射性的以允许太阳光穿过所述气囊。
8.如权利要求1所述的气球，其中所述气囊的第二部分是不透明的或反射性的。
9.如权利要求1所述的气球，其中所述气囊进一步包括第三部分，该第三部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的不同于所述第一或第二吸收或反射性能的第三吸收或反射性能。
10.如权利要求1所述的气球，其中在所述气囊的第一和第二部分之间存在明显的分界线。
11.如权利要求1所述的气球，其中从所述气囊的第一部分到所述气囊的第二部分的过渡是逐渐的。
12.如权利要求9所述的气球，其中所述气囊的第三部分相比于所述气囊的第二部分允许更多的太阳能传递到所述气囊中的气体，并且所述气囊的第三部分相比于所述气囊的第一部分允许更少的太阳能传递到所述气囊中的气体。
13.如权利要求1所述的气球，其包括用于旋转所述气囊以使所述气囊的第一或第二部分面向太阳定位的器件。
14.如权利要求1所述的气球，其进一步包括连接到所述气球或有效负载以使所述气囊旋转的一个或多个风扇。
15.如权利要求14所述的气球，其中所述一个或多个风扇从所述气球的中心线偏置。
16.如权利要求1所述的气球，其进一步包括导向套管，其连接到所述气球或有效负载，用于释放压缩空气以旋转气囊。
17.如权利要求1所述的气球，其中压缩空气可对着连接到所述气球的推力板释放以旋转所述气囊。
18.如权利要求1所述的气球，其进一步包括用于将优选比率的所述气囊的第一和第二部分面向太阳定位的器件。
19.如权利要求1所述的气球，其进一步包括控制器，该控制器构造为将优选的比率的所述气囊的第一和第二部分面向太阳定位。
20.如权利要求1所述的气球，其进一步包括在所述气囊中的袋子，所示袋子允许空气导入和释放，用作沉浮箱。
21.如权利要求19所述的气囊，其进一步包括全球定位系统，所述全球定位系统构造为获取全球定位系统数据，其中所述控制器构造为确定所述气球相对于太阳的定位。
22.一种控制所述气球的高度的方法，包括: 确定气球相对于太阳的位置； 其中所述气球具有气囊，气囊中容纳气体，并且有效负载连接至所述气囊；并且 其中所述气囊具有第一部分和第二部分，该第一部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第一吸收或反射性能，该第二部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中所述第二吸收或反射性能不同于所述第一吸收或反射性能； 将所述气球的气囊旋转以将优选比率的所述气囊的第一和第二部分面向太阳定位。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述旋转步骤包括操作连接至所述气球或有效负载的一个或多个风扇以旋转所述气囊。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述一个或多个风扇从所述气球的中心线偏置。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述旋转步骤包括操作连接到所述气球或有效负载的导向套管以释放压缩空气，从而旋转所述气囊。
26.如权利要求22所述的方法，其中所述旋转步骤包括对着连接到所述气球的推力板释放压缩空气以旋转气囊。
27.如权利要求22所述的方法，其进一步包括允许空气导入定位在所述气囊中的袋子或从该袋子释放以升高或降低所述气球的高度的步骤。
28.一种非临时计算机可读媒介，具有储存其中的可被计算装置执行以使得计算装置进行功能的指令，所述功能包括: 确定气球相对于太阳的位置； 其中所述气球具有气囊，气囊中容纳气体，并且有效负载连接至所述气囊；并且 其中所述气囊具有第一部分和第二部分，该第一部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第一吸收或反射性能，该第二部分具有关于允许太阳能被传递至所述气囊中的气体的第二吸收或反射性能，其中所述第二吸收或反射性能不同于所述第一吸收或反射性能； 将所述气球的气囊旋转以将优选比率的所述气囊的第一和第二部分面向太阳定位。
29.如权利要求28所述的非临时计算机可读媒介，其中旋转所述气囊包括操作连接到所述气球或有效负载的一个或多个风扇。
30.如权利要求28所述的非临时计算机可读媒介，其中旋转所述气囊包括引导压缩空气的释放。
31.一种气球，包括: 气囊;气体，其被容纳在所述气囊中；有效负载，其连接到所述气囊；散热器，其热联接到所述气囊中的气体，可缩回并且可伸出。
32.如权利要求31所述的气球，其中所述散热器包括一个或多个金属鳍片。
33.如权利要求31所述的气球，其中所述散热器由高导热性的材料组成。
34.如权利要求32所述的气球，其中至少一个金属鳍片包含高导热性的材料。
35.如权利要求33所述的气球，其中所述散热器由高导热性的材料组成。
36.如权利要求34所述的气球，其中所述至少一个金属鳍片包含铍铜。
37.如权利要求35所述的气球，其中所述散热器由铍铜组成。
38.如权利要求31所述的气球，其中所述散热器经由杆热联接到所述气囊中的气体。
【文档编号】B64B1/40GK104185592SQ201380010267
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年1月7日 优先权日:2012年1月9日
【发明者】R.W.德沃尔, E.特勒, C.L.比弗尔, J.韦弗 申请人:谷歌公司