切割器导轨、支撑块、臂和刀的制作方法【专利摘要】一种装置，包括气球气囊、固定到刀支撑块的切割刀、固定在气球气囊之上的切割器导轨、以及关于枢轴点可旋转并具有固定到刀支撑块的末端的臂，其中臂的该末端延伸穿过刀支撑块，其中臂通过释放构件被可释放地固定，其中从释放构件释放臂允许臂的旋转，其中臂的末端的旋转通过切割器导轨被引导使得切割刀在臂的旋转期间保持与气球气囊接触并切割气球气囊。【专利说明】切割器导轨、支撑块、臂和刀[0001]相关申请的交叉引用[0002]本申请要求于2013年12月30日提交的美国专利申请第14/144,501号的优先权，其全部内容通过引用合并在此。
技术领域：
[0003]除非在此另有陈述，本节描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不因包括在本节中而被承认为现有技术。[0004]计算装置诸如个人计算机、膝上型计算机、平板计算机、便携式电话和不计其数种可用互联网的装置在现代生活的许多方面越来越普遍。因而，对经由互联网、蜂窝数据网络及其他这样的网络的数据连接的需求正在增长。然而，在世界上存在很多无法获得数据连接或者即使可获得但不可靠和/或昂贵的地区。因此，期望附加的网络基础结构。【
发明内容】[0005]—方面，提供一种气球飞行终止设备，其包括定位在气球气囊上的可旋转臂。切割刀被固定到所述可旋转臂。所述臂的末端在固定在气球气囊之上的切割器导轨之下延伸。在释放的情况下，臂被允许旋转。切割器导轨在臂旋转时向下推动臂，使得附接的切割刀被推动以与气球的一部分接触并切割圆形切割路径的弧到气球气囊中，形成气球气囊内的上升气体通过其排出的孔。[0006]一方面，提供一种设备，包括气球气囊、固定到刀支撑块的切割刀、固定在气球气囊之上的切割器导轨、以及关于枢轴点可旋转的臂，臂具有固定到刀支撑块的末端，其中臂的末端延伸穿过刀支撑块，其中臂被释放构件可释放地固定，其中从释放构件释放臂允许臂的旋转，其中臂的末端的旋转通过切割器导轨被引导使得切割刀在臂的旋转期间保持与气球气囊接触并切割气球气囊。[0007]另一方面，提供从气球气囊排出上升气体的方法，包括提供气球气囊、固定到刀支撑块的切割刀、固定在气球气囊之上的切割器导轨、以及关于枢轴点可旋转的臂的步骤，臂具有固定到刀支撑块的末端，其中臂的末端延伸穿过刀支撑块，其中臂被释放构件可释放地固定，接收用于从释放构件释放臂的信号，从释放构件释放臂，旋转臂，并用切割器导轨引导臂的末端使得切割刀在臂的旋转期间与气球气囊保持接触并切割气球气囊。[0008]通过参考附图阅读以下【具体实施方式】，这些以及其他方面、优点以及替换物对于本领域技术人员将变得明显。【附图说明】[0009]图1是示出根据示例实施方式的气球网络的简化框图。[0010]图2是示出根据示例实施方式的高空气球的简化框图。[0011]图3示出根据示例实施方式的具有气球气囊40和飞行终止系统50的气球10的透视图。[0012]图4A示出在刀支撑块89从释放构件88释放之前图3所示的飞行终止设备50的俯视图。[0013]图4B示出在刀支撑块89已经从释放构件88释放并且邻近切割器导轨70部分地旋转之后图3所示的飞行终止设备50的俯视图。[0014]图4C示出在刀支撑块89进一步旋转之后图4A-4B所示的飞行终止设备50的俯视图。[0015]图4D示出在刀支撑块89进一步旋转之后图4A-4C所示的飞行终止设备50的俯视图。[0016]图5A示出在刀支撑块89从释放构件88释放之前图4A所示的飞行终止设备50的透视图。[0017]图5B示出在刀支撑块89已经从释放构件88释放并且邻近切割器导轨70部分地旋转之后图3A所示的飞行终止设备50的透视图。[0018]图6示出图5B所示的飞行终止设备50的透视图。[0019]图7是图4A-6所示的切割器导轨70的透视图。[0020]图8是切割刀93的侧视图。[0021]图9是用螺钉87固定到释放构件88的刀支撑块89的截面图。[0022]图10是固定到刀支撑块89的切割刀93的侧视图。[0023]图11是用螺钉87固定到释放构件88的刀支撑块89的透视截面图。[0024]图12是根据示例实施方式的方法。【具体实施方式】[0025]示例方法和系统在这里描述。这里描述的任何示例实施方式或者特征不必然地理解为相对于其他实施方式或者特征是优选的或者有利的。在此描述的示例实施方式并非意指限制。将容易地理解，公开的系统和方法的某些方面可以以多种不同的构造被布置和组合，在此考虑了所有的布置和组合。[0026]此外，图中所示的特定布置不应该被看作是限制。应该理解，其他实施方式可以包括给定图中所示的或多或少的每个元件。此外，示出的元件中的一些可以被结合或者省略。此外，示例实施方式可以包括在图中未示出的元件。[0027]1.综述[0028]示例实施方式帮助提供包括多个气球的数据网络；例如，通过配置在平流层中的高空气球而形成的网状网络。因为平流层中的风会以不同的方式影响气球的位置，所以示例网络中的每个气球可以配置为通过调节它的垂直位置(即，高度)而改变它的水平位置。例如，通过调节它的高度，气球能够发现将会水平地(例如，在玮度方向上和/或纵向地)把它携带到期望的水平位置的风。[0029]此外，在示例的气球网络中，气球可以利用自由空间光通信彼此通信。例如，气球可以配置用于利用激光和/或超亮LED(其也被称为“高功率”或者“高输出”LED)的光通信。此外，气球可以利用射频(RF)通信与地面站通信。[0030]示范实施方式可以与包括多个气球的数据网络结合地实现。在示范实施方式中，气球气囊被填充有被压缩的上升气体诸如氦或者氢，以向气球提供浮力以及将气球气囊保持在高处。[0031]仪表和电子设备可以位于固定在气球气囊之下的仪表舱内，该仪表和电子设备可以被用于通信或者记录各种数据和信息。经过一段时间以后，可能期望使仪表舱返回到地球表面以回收和/或替换位于仪表舱中的仪表和电子器件。可能有其他的或许更重要的理由使仪表舱下降到地面。例如，气球仪表舱可以降低以为仪表舱内的电子设备提供必需的升级。或者，仪表舱可以降低以防止仪表舱进入未经批准的空域。[0032]为了允许气囊和仪表舱下降到地球表面，气囊内的上升气体可以被排出或者释放至IJ大气中。为此，气球可以提供有飞行终止系统(FTS)。例如，FTS可以包括切割刀，切割刀可以被机械地操作以在气球气囊中切割出孔，允许上升气体通过孔从气球气囊脱离。这样，FTS可以用于从气球气囊排出上升气体以允许仪表舱和气球气囊下降到地球。[0033]在飞行终止系统配置为在气球气囊中切割孔以排出上升气体的实施方式中，期望具有在气球气囊中切割孔的可靠方法。如果没有在气球气囊中适当地切割孔，则可能出现很多问题。例如，气球气囊和仪表舱会停留在高处并且不能在期望的时间或者位置返回到地球，气球和仪表舱会漂移到被控制的或者未经批准的空域，导致仪表舱及其内容变得消失，或者气球气囊和仪表舱会在其难以回收或者不可能回收的位置返回到地球，如在海洋上或者在山地中。[0034]本实施方式提供一种用于确保孔被适当地切入气球气囊中的可靠机构，使得发生适当的上升气体排放，并且使得气球气囊和仪表舱可以在期望的时间和位置返回到地面。在一个实施方式中，切割机构被定位在气球气囊的期望在气球气囊中切割孔的区域处或附近。可能期望在气球气囊的顶点处或附近切割孔，在该处比空气轻的上升气体聚集并且因此一旦孔被切割就会排出。[0035]然而，在一些应用中，孔可以在气球气囊的除了顶点之外的位置处被切割，这可能故意地允许一些上升气体在孔被切割之后剩余在孔上面的气球气囊内。因此在顶点下面的位置处切割孔会减缓气球气囊和仪表舱在返回到地球时的下降。[0036]在示例实施方式中，切割机构包括附接到可旋转臂的切割刀。可旋转臂具有可以附接到可旋转构件如旋转致动器的第一端。[0037]在气球飞行的过程中，可旋转臂可以被可释放地固定在顶板上面，使得在飞行期间将不会切割孔。当期望在气囊中切割孔时，可旋转臂可以被释放使得切割刀接触气球气囊的膜并且刺穿膜。具体地，当被释放时，装载弹簧的臂旋转并且移动切割刀使得它在膜中切割出半圆形路径。然后在气球气囊内的上升气体可以通过由切割刀产生的半圆形孔向上逸出。在一些应用中，切割刀可以切割较短路径并且因此切割较小的孔，而在其他应用中，切割刀可以切割较长的路径并且因此可以切割较大的孔。例如，圆形切割路径的弧的长度可以改变。[0038]已经发现使用附接到可旋转臂的切割刀未必总是用于气球气囊的膜的完全的切害J。例如，由于切割过程期间切割刀的振动，刀可能向上偏离并且与膜脱离接触并且在切割过程期间不沿着切割线的所有点处刺穿膜。结果，如果部分膜保持附接，则可以排出的上升气体的量会大大减少，这会导致气球比预计时间长地停留在高处(导致进一步的气球行进)并且会导致气球气囊和仪表舱不能在期望的位置着陆。[0039]因此，可能期望提供一种FTS，该FTS将帮助改善在整个切割过程期间切割刀保持接触气球气囊的膜的几率，并且有希望地保证在整个切割过程期间切割刀保持接触气球气囊的膜，使得刀沿着弯曲的切割路径完全切割膜(例如，不会由于例如切割过程期间的振动和/或其他原因如弯曲的顶板或者弯曲的可旋转臂而远离膜偏离)。[0040]因此，在示例实施方式中，FTS包括切割轨道、改良的刀架、安放在切割轨道下方的延伸臂以及切割刀。在这些实施方式中，切割刀被固定到刀支撑块。可旋转臂的第二端一直延伸穿过刀支撑块。半圆形切割器轨道沿着期望的切割路径被附接到顶板。在切割过程期间，可旋转臂的第二端安放在切割器轨道之下，该切割器轨道不允许切割刀振动或者上升并且与膜脱离接触。因此，可旋转臂的第二端被向下推动使得在切割过程期间切割刀保持向下并且与膜接触以确保膜的完全切割。[0041]此外，为了帮助在刀支撑块上以及在可旋转臂上适当的定位切割刀，通过切割刀的基部机械加工出孔。可旋转臂的第二端延伸穿过切割刀(和刀支撑块)中的孔以提供切割刀关于刀支撑块和可旋转臂的适当的定位。使用位于切割刀中的特定位置的孔使得气球装配器能在安装期间每次都在可重复的和特定的位置放置刀(即“不会太高，不会太低”)，这大大增加了在飞行终止期间重复地获得穿过膜的成功切割操作的能力。固定螺钉(setscrew)被用于将刀支撑块固定到可旋转臂的末端，而两个螺钉被用于将切割刀固定到切割支撑块。[0042]高空气球可能在包括极端冷的温度和极端高温的极端温度范围内工作。此外，可获得的动力的量是有限的。因此，期望释放刀支撑块和切割刀以开始切割过程的机构，其可以在这样的环境中以及在这样的条件下可靠地工作。[0043]在实施方式中，刀支撑块被可释放地固定到附接到顶板的顶表面的爆管(squib)支撑块。爆管或者烟火式切割装置被放置在爆管支撑块内部，邻近于穿过爆管支撑块延伸并被拧入刀支撑块中以最初将刀支撑块固定到爆管支撑块的螺钉。在爆管被激活和引爆的情况下，设计有具有减小直径的薄弱区段以确保可靠分离的螺钉被切断，由此从爆管支撑块释放刀支撑块和切割刀并且允许切割刀开始旋转。向下延伸的坡道定位在切割器导轨的起始处。当可旋转臂开始旋转时，可旋转臂的末端在向下延伸的坡道下面移动，该向下延伸的坡道将杆的末端推动到切割器导轨之下的位置。当可旋转臂继续旋转时，可旋转臂的末端保持定位在切割器导轨之下以保证切割刀在切割过程期间保持与膜接触。[0044]2.示例气球网络[0045]在一些实施方式中，高空气球网络可以是同质的。即，高空气球网络中的气球可以以一种或多种方式基本上彼此类似。更具体而言，在同质的高空气球网络中，每个气球被配置为经由自由空间光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者全部气球可以另外配置为利用RF和/或光通信与地面站和/或卫星站通信。因此，在一些实施方式中，就每个气球被配置为与其他气球自由空间光通信而言，气球可以是同质的，但是关于与地面站的RF通信可以是异质的。[0046]在其他实施方式中，高空气球网络可以是异质的，并且因此可以包括两个或更多不同类型的气球。例如，异质网络中的一些气球可以配置为超级节点，而其他气球可以配置为子节点。异质网络中的一些气球可以配置为作为超级节点和子节点两者也是可能的。这样的气球可以在特定时间作为超级节点或者子节点中的任一个，或者替代地根据情况而同时作为两者。例如，示例气球可以汇集第一类型的搜索请求以传送到地面站。示例气球还可以发送第二类型的搜索请求到另一气球，在该情况下，该另一气球可以担当超级节点。此夕卜，在示例实施方式中可以是超级节点的一些气球可以配置为经由光链路与地面站和/或卫星通信。[0047]在示例构造中，超级节点气球可以配置为经由自由空间光链路与附近的超级节点气球通信。然而，子节点气球可以不配置为用于自由空间光通信，并且可以替代地配置为用于一些其他类型的通信，如RF通信。在那种情况下，超级节点可以进一步配置为利用RF通信与子节点通信。因此，子节点可以利用RF通信在超级节点与一个或多个地面站之间中继通信。这样，超级节点可以共同地起到用于气球网络的回程线路(backhaul)的作用，而子节点用于从超级节点到地面站的中继通信。[0048]图1是示出根据示例实施方式的气球网络100的简化框图。如所示，气球网络100包括配置为经由自由空间光链路104彼此通信的气球102A至102F。气球102A至102F可以额外地或者替代地配置为经由RF链路114彼此通信。气球102A至102F可以共同地作为用于包数据通信的网状网络。此外，至少一些气球102A和102B可以配置用于经由各自的RF链路108与地面站106和112的RF通信。此外，一些气球，如气球102F，可以配置为经由光链路110与地面站112通信。[0049]在示例实施方式中，气球102A至102F是高空气球，其被配置在平流层中。在中等玮度，平流层包括在表面以上大约10千米(km)与50km之间的高度。在极点，平流层在大约8km的高度开始。在示例实施方式中，高空气球可以一般配置为在具有相对低的风速(例如，在5与20英里/小时(mph)之间)的平流层内的高度范围中工作。[0050]更具体而言，在高空气球网络中，气球102A至102F可以一般配置为在18km和25km之间的高度处工作(虽然其他高度是可能的)。因为一些原因，此高度范围可以是有利的。具体地，平流层的此层一般具有相对低的风速(例如，在5和20mph之间的风)和相对小的湍流。此外，虽然在18km和25km之间的风可以随着玮度和季节而变化，但该变化可以以相当精确的方式被模型化。另外，18km以上的高度通常在商业空中交通指定的最大飞行高度以上。因此，当气球配置在18km与25km之间时，不担心与商业飞行的干扰。[0051]为了传送数据到另一气球，给定气球102A至102F可以配置为经由光链路104发射光信号。在示例实施方式中，给定气球102A至102F可以使用一个或多个高功率发光二极管(LED)以发射光信号。替代地，一些或者全部气球102A至102F可以包括用于在光链路104上自由空间光通信的激光系统。其他类型的自由空间光通信是可能的。此外，为了经由光链路104从另一气球接收光信号，给定气球102A至102F可以包括一个或多个光接收器。示例气球的补充细节在下面参照图3更详细地论述。[0052]在另一方面，气球102A至102F可以利用用于经由各自的RF链路108与地面站106和112通信的各种不同的RF空中接口协议中的一个或多个。除了其他可能性之外，例如，一些或者全部气球102A至102F可以配置为利用IEEE802.11(包括IEEE802.11修订中的任何一个)中描述的协议、各种蜂窝协议如GSM、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX和/或LTE、和/或开发用于气球-地面RF通信的一个或多个私有协议(proprietyprotocols)与地面站106和112通信。[0053]另一方面，可能存在RF链路108不提供气球至地面通信的期望的链路容量的情况。例如，可能期望增加的容量以提供从地面网关的回程链路，并且在其他情况下也一样。因此，示例网络也可以包括下行链路气球，其可以提供高容量的地空链路。[0054]例如，在气球网络100中，气球102F配置为下行链路气球。像示例网络中的其他气球一样，下行链路气球102F可以可操作为用于经由光链路104与其他气球光通信。然而，下行链路气球102F也可以配置为用于经由光链路110与地面站112的自由空间光通信。因此光链路110可以用作气球网络100和地面站112之间的高容量链路(与RF链路108相比)。[0055]应该指出，在一些实施中，下行链路气球102F可以额外地可操作为用于与地面站106的RF通信。在其它情况下，下行链路气球102F可以仅使用光链路用于气球至地面通信。此外，虽然图1所示的布置仅包括一个下行链路气球102F，但示例气球网络也可以包括多个下行链路气球。另一方面，也可以实现气球网络而没有任何下行链路气球。[0056]在其他实施中，除了自由空间光通信系统之外或者代替自由空间光通信系统，下行链路气球可以装备有用于气球至地面通信的专用的高带宽RF通信系统。高带宽RF通信系统可以采取超宽带系统的形式，其可以提供具有与光链路104之一基本上相同的容量的RF链路。其他形式也是可能的。[0057]地面站，诸如地面站106和/或112，可以采取各种形式。一般地，地面站可以包括用于经由RF链路和/或光链路与气球网络通信的部件，诸如收发器、发射器和/或接收器。此夕卜，为了在RF链路108上与气球102A至102F通信，地面站可以使用各种空中接口协议。因而，地面站106和112可以配置为各种装置可以通过其连接到气球网络100的接入点。地面站106和112可以具有其他构造和/或用于其他目的而不脱离本发明的范围。[0058]另一方面，除了地面通信链路之外或者替代地面通信链路，气球102A至102F中的一些或者全部可以配置为建立与空间卫星的通信链路。在一些实施方式中，气球可以经由光链路与卫星通信。然而，其他类型的卫星通信是可能的。[0059]此外，一些地面站，诸如地面站106和112，可以配置为气球网络100与一个或多个其他网络之间的网关。这样的地面站106和112可以因此用作气球网络与互联网、蜂窝服务供应商的网络和/或其他类型的网络之间的接口。在此构造上的变化和地面站106和112的其他构造也是可能的。[0060]2a)网状网络功能[0061]如指出的，气球102A至102F可以共同地作为网状网络。更具体而言，因为气球102A至102F可以利用自由空间光链路彼此通信，所以气球可以共同地作为自由空间光网状网络。[0062]在网状网络配置中，每个气球102A至102F可以作为网状网络的节点，其是可操作的以接收送往其的数据并路由数据至其他气球。因而，通过确定源气球与目标气球之间的光链路的适当的次序，数据可以从源气球被路由到目标气球。这些光链路可以共同地被称为用于源气球与目标气球之间的连接的“光路”。此外，每个光链路可以被称为在光路上“跳跃”。[0063]为了操作为网状网络，气球102A至102F可以采用各种路由技术和自愈算法(self-healingalgorithms)。在一些实施方式中，气球网络100可以采用自适应路由或者动态路由，其中源气球和目标气球之间的光路在需要连接时被确定并建立并且之后被释放。此外，当使用自适应路由时，光路可以根据气球网络的当前状态、过去状态和/或预计状态而动态地确定。[0064]此外，网络拓扑可以随着气球102A至102F相对于彼此和/或相对于地面移动而改变。因此，示例气球网络100可以应用网状网协议(meshprotocol)以随着网络拓扑的改变而更新网络的状态。例如，为了解决气球102A至102F的移动性，气球网络100可以使用和/或采用移动自组网络(MANET)中使用的各种技术。其他示例也是可能的。[0065]在一些实施中，气球网络100可以配置为透明网状网络。更具体而言，在透明气球网络中，气球可以包括用于物理交换(switching)的部件，其是完全光学的，而在光信号的物理路由中不涉及任何电学部件。因此，在具有光交换(opticalswitching)的透明构造中，信号通过完全光学的多跳跃光路传播。[0066]在其他实施中，气球网络100可以实现不透明的自由空间光网状网络。在不透明构造中，气球102A至102F中的一些或者全部可以实现光-电-光(OEO)交换。例如，一些或者全部气球可以包括用于光信号的OEO转换的光交叉连接(OXC)。其他不透明构造也是可能的。另外，包括具有透明和不透明部分两者的路由路径的网络配置是可能的。[0067]在另一方面，示例气球网络100中的气球可以实现波分复用(WDM)，这可以帮助增加链路容量。当WDM以透明交换实现时，通过气球网络的物理光路会受到“波长连续性限制”的影响。更具体而言，因为透明网路中的交换是完全光学的，所以为给定光路上的全部光链路分配相同的波长可能是必须的。[0068]另一方面，不透明构造可以避免波长连续性限制。具体地，不透明气球网络中的气球可以包括可操作用于波长转换的OEO交换系统。结果，气球可以在沿着光路的每个跳跃处转换光信号的波长。替代地，光波长转换可以仅在沿着光路的选定的跳跃处发生。[0069]此外，在不透明构造中可以采用各种路由算法。例如，为了对于给定连接确定主光路和/或一个或多个不同的备用光路，示例气球可以应用或者考虑最短路径路由技术诸如狄克斯特拉(Dijkstra)算法和k最短路径、和/或边缘和节点不同路由或者不相交路由诸如Suurballe算法，等等。额外地或者替代地，当确定光路时可以采用用于保持特定服务质量(QoS)的技术。其他技术也是可能的。[0070]2b)站保持功能[0071]在示例实施方式中，气球网络100可以实现站保持功能以帮助提供期望的网络拓扑。例如，站保持可以涉及每个气球102A至102F相对于网络中的一个或多个其他气球保持和/或移动到某一位置(并且可能在相对于地面的某一位置)。作为此过程的一部分，每个气球102A至102F可以实现站保持功能以确定其在期望的拓扑内的期望定位，必要时，确定如何移动到期望位置。[0072]期望的拓扑可以根据特定的实施而变化。在一些情形下，气球可以实现站保持以提供基本上均匀的拓扑。在此情况下，给定气球102A至102F可以实现站保持功能以将其自身定位在与气球网络100中的相邻的气球基本上相同距离(或者在某一距离范围内)处。[0073]在其它情况下，气球网络100可以具有不均匀的拓扑。例如，示例实施方式可以涉及其中气球因为各种原因而在某些区域中较密集或者较不密集地分布的拓扑。作为示例，为了帮助满足在市区中典型的高带宽要求，气球可以在市区上方更密集地聚集。由于类似的理由，气球的分布可以在陆地上方比在较大的水体上方更密集。不均匀的拓扑的很多其他示例是可能的。[0074]另一方面，示例气球网络的拓扑可以是可修改的。具体地，示例气球的站保持功能可以允许气球根据期望的网络拓扑中的变化而调节它们各自的定位。例如，一个或多个气球可以移动到新位置以增加或减少给定区域中的气球的密度。其他示例是可能的。[0075]在一些实施方式中，气球网络100可以使用能量函数以确定气球是否和/或如何移动以提供期望的拓扑。具体地，给定气球的状态和附近的一些或者全部气球的状态可以被输入到能量函数。能量函数可以应用给定气球和附近的气球的当前状态到期望的网络状态(例如，相应于期望的拓扑的状态)。然后可以通过确定能量函数的梯度来确定表示给定气球的期望的移动的矢量。然后给定气球可以确定采取适当的动作以实现期望的移动。例如，气球可以确定高度调节或者多个调节使得风将以期望的方式移动气球。[0076]2c)示例气球构造[0077]各种类型的气球系统可以被合并在示例的气球网络中。如上所述，示例实施方式可以利用高空气球，其可以通常在18km和25km之间的高度范围中操作。图2示出根据示例实施方式的高空气球200。如所示，气球200包括气囊202、外裙204、仪表舱206和附接在气球202和仪表舱204之间的削减(cut-down)系统208。[0078]气囊202和外裙204可以采取当前公知的或者有待于发展的各种形式。例如，气囊202和/或外裙204可以由包括金属化的聚酯薄膜(Mylar)或者双向拉伸聚酯薄膜(BoPet)的材料制成。额外地或者替代地，气囊202和/或外裙204中的一些或者全部可以由高度柔性的乳胶材料或者橡胶材料诸如氯丁二烯构成。其他材料也是可能的。此外，气囊202和外裙204的形状和尺寸可以根据特定实施而变化。另外，气囊202可以用各种不同类型的气体填充，诸如氦和/或氢。其他类型的气体也是可能的。[0079]气球200的仪表舱206可以包括处理器212和板上数据存储器，诸如存储器214。存储器214可以采取非暂时性计算机可读介质的形式或者包括非暂时性计算机可读介质。非暂时性计算机可读介质可以具有存储在其上的指令，该指令可以通过处理器212被访问和执行以执行这里描述的气球功能。因此，处理器212连同存储在存储器214中的指令和/或其他部件可以作为气球200的控制器。[0080]气球200的仪表舱206还可以包括各种其他类型的设备和系统以提供很多不同功能。例如，仪表舱206可以包括光通信系统216，其可以经由超亮LED系统220发射光信号并且可以经由光通信接收器222(例如，光电二极管接收器系统)接收光信号。此外，仪表舱206可以包括RF通信系统218，其可以经由天线系统240发射和/或接收RF通信。[0081]仪表舱206还可以包括电源226以为气球200的各种部件供电。电源226可以包括可再充电电池。在其他实施方式中，电源226可以额外地或者替代地表示本领域已知的用于产生动力的其他装置。此外，气球200可以包括太阳能产生系统227。太阳能产生系统227可以包括太阳能板并且可用于产生动力，该动力为电源226充电和/或被电源226分配。[0082]仪表舱206可以还包括定位系统224。定位系统224可以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224可以额外地或者替代地包括各种运动传感器(例如，加速度计、磁强计、陀螺仪和/或指南针)。[0083]定位系统224可以额外地或者替代地包括一个或多个视频和/或静物摄影机和/或用于获取环境数据的各种传感器。[0084]仪表舱206内的部件和系统中的一些或者全部可以实现为无线电探空仪或者其他探针，其可以操作为测量例如压力、高度、地理位置(玮度和经度)、温度、相对湿度和/或风速和/或风向，等等。[0085]如指出的，气球200包括用于与其他气球自由空间光通信的超亮LED系统220。因而，光通信系统216可以配置为通过调制超亮LED系统220而发射自由空间光信号。光通信系统216可以用机械系统和/或用硬件、固件和/或软件实现。一般地，光通信系统被实现的方式可以根据特定应用而变化。光通信系统216和其他相关的部件在下面被更详细地描述。[0086]另一方面，气球200可以配置为用于高度控制。例如，气球200可以包括可变的浮力系统，其被配置为通过调节气球200中的气体的体积和/或密度而改变气球200的高度。可变的浮力系统可以采取各种形式，并且可以通常是可以改变气囊202中的气体的体积和/或密度的任何系统。[0087]在示例实施方式中，可变的浮力系统可以包括位于气囊202内部的囊210。囊210可以是配置为保持液体和/或气体的弹性腔。替代地，囊210不一定在气囊202内部。例如，囊210可以是被良好密封超过中性压力(neutralpressure)的刚性的囊。气球200的浮力可以因此通过改变囊210中的气体的密度和/或体积而被调节。为了改变囊210中的密度，气球200可以配置有用于加热和/或冷却囊210中的气体的系统和/或机构。此外，为了改变体积，气球200可以包括用于增加气体到囊210和/或从囊210去除气体的栗或者其他部件。额外地或者替代地，为了改变囊210的体积，气球200可以包括可被控制以允许气体从囊210逸出的排气阀或者其他部件。在本公开的范围内可以实现多个囊210。例如，多个囊可用于改善气球稳定性。[0088]在示例实施方式中，气囊202可以被填充氦、氢或者其他比空气轻的材料。气囊202可以因此具有相关的向上的浮力。在这样的实施方式中，囊210中的空气可以被认为是压载舱(ballasttank)，其可以具有相关的向下的压舱力。在另一示例实施方式中，囊210中的空气量可以通过将空气栗入囊210中(例如，用空气压缩机)以及从囊210中栗出而改变。通过调节囊210中的空气量，压舱力可以被控制。在一些实施方式中，压舱力可以被部分地使用以抵消浮力和/或提供高度稳定性。[0089]在其他实施方式中，气囊202可以基本上是刚性的并且包括封闭的体积。空气可以在封闭体积被基本上保持的同时从气囊202排出。换言之，在封闭体积内可以产生并保持至少部分的真空。因此，气囊202和封闭体积可以变得比空气轻并提供浮力。在其他实施方式中，空气或者另一材料可以被可控地引入封闭体积的部分真空中以用于调节整体浮力和/或提供高度控制。[0090]在另一实施方式中，气囊202的一部分可以是第一颜色(例如，黑色)和/或第一材料，其余的气囊202可以具有第二颜色(例如，白色)和/或第二材料。例如，第一颜色和/或第一材料可以配置为与第二颜色和/或第二材料相比吸收相对大量的太阳能。因此，旋转气球使得第一材料面对太阳可以起到加热气囊202以及气囊202内部的气体的作用。这样，气囊202的浮力可以增加。通过旋转气球使得第二材料面对太阳，气囊202内部的气体的温度可以降低。因此，浮力可以减小。这样，气球的浮力可以通过利用太阳能改变气囊202内部的气体的温度/体积而被调节。在这样的实施方式中，囊210可以不是气球200的必要的元件。因此，在各种构思的实施方式中，气球200的高度控制可以至少部分地通过调节气球关于太阳的旋转而实现。[0091]此外，气球206可以包括导航系统(未示出)。导航系统可以实现站保持功能以根据期望的拓扑而保持在位置上和/或移动到一位置上。具体地，导航系统可以使用高度风(altitudinalwind)数据以确定导致风在期望的方向上携带气球和/或携带气球到期望的位置的高度调节。然后高度控制系统可以对气球腔的密度进行调节以实现确定的高度调节并引起气球横向移动到期望的方向和/或移动到期望的位置。替代地，高度调节可以通过地面控制系统或者卫星控制系统计算并传送到高空气球。在其他实施方式中，在异质气球网络中的特定气球可以配置成为其他气球计算高度调节并发送调节命令到那些其他气球。[0092]如所示，气球200还包括削减系统208。削减系统208可以被触发以将仪表舱206从气球200的剩余部分分离。削减系统208可以至少包括将仪表舱206连接到气囊202的连接器诸如气球绳索以及用于切断连接器的装置(例如，剪切机构或者分裂螺栓)。在示例实施方式中，可以为尼龙的气球绳索被镍铬线包裹。电流可以穿过镍铬线以加热并熔化绳索，将仪表舱206切断离开气囊202。[0093]削减功能可以在仪表舱需要在地面上被访问的任何时候被使用，诸如当从气球网络去除气球200的时候、当仪表舱206内的系统的维护到期时和/或当电源226需要再充电或者替换时。[0094]在替代布置中，气球可以不包括削减系统。在这样的布置中，导航系统可以操作为将气球导航到着陆位置，如果气球需要从网络去除和/或在地面上被访问。此外，气球可以是自维持的(self-sustaining)，使得它不需要在地面上被访问。在其他实施方式中，飞行中的气球可以通过特定服务气球或者另一类型的服务航空器或者服务飞行器而被服务。[0095]3.用于在气球气囊中可靠地切割孔以排出上升气体的切割机构的示例[0096]如图3-12中公开的，本实施方式提供用于保证孔被适当地切割到气球气囊中以允许通过该孔从气球气囊适当的排出上升气体的可靠的机构，使得气球气囊和仪表舱可以在期望的时间和位置返回到地面。如图3所示，气球10示出为具有切割机构50，该切割机构50位于板52上、在气球气囊40的期望在适当的时间在气球气囊40中切割孔的区域附近。在本示例中，切割机构50位于上升气体聚集的气球10的顶点处，虽然在其他实施方式中它可以位于气球气囊40上的其他位置，在除了顶点之外的位置，以允许一些上升气体保留在气球气囊40内，作为减缓气球气囊和仪表舱返回到地球时的下降的方式。[0097]在示例实施方式中并且参照示出切割过程的不同阶段的俯视图的图4A-4D所示出的，切割机构50位于固定到气球气囊40的顶点的板52上。板52利用圆形构件60用穿过位于圆形构件60上的凸缘74延伸的螺钉62固定到气球气囊40。板52具有暴露气球气囊40的部分54的开口。切割刀93(在图5A和5B中示出)附接到可旋转臂84。在本示例中，可旋转臂84具有第一端，该第一端安装到附接于位于气球气囊40顶点处的顶板52的可旋转构件83。[0098]在气球飞行的过程中，可旋转臂84优选地被可释放地固定在顶板52之上。具体地，如图4A所示，可旋转臂延伸穿过刀支撑块89，切割刀93(图5A和5B中所示)被固定到刀支撑块89。刀支撑块利用螺钉87被固定到附接到顶板52的释放构件88，该螺钉87延伸穿过释放构件并且在刀支撑块89内被螺纹啮合。此时，刀支撑块(和切割刀)位于顶板52之上。可旋转臂84的第二端84a邻近位于切割器导轨70上的向下延伸的入口坡道72设置。[0099]当期望在气球气囊40中切割孔以排出包含在其中的上升气体时，引起延伸到释放构件88中的爆管构件86爆炸以切断螺钉87，由此从释放构件88释放刀支撑块89，从而从释放构件88释放固定到刀支撑块89的可旋转臂84和切割刀93(图5A和5B所示)。在它们从释放构件88释放之后，可旋转臂84、刀支撑块89和切割刀93(图5A和5B所示)朝向切割器导轨70旋转。可旋转臂84的第二端84a旋转并在切割器导轨70的向下延伸的入口坡道72之下延伸。[0100]在图4B中，可旋转臂84、刀支撑块89和切割刀93(图5A和5B所示)在从释放构件86释放之后以及在它们在气球膜54上方旋转之后被立刻示出。此时，可旋转臂84的末端84a在切割器导轨70之下被引导以推动切割刀与气球气囊40的膜54接触，在该处圆形切割路径95的弧被切入膜54中。[0101]在图4C中，可旋转臂84、刀支撑块89和切割刀93(图5A和5B所示)在它们在气球膜54上方进一步旋转之后、在图4B所示的位置之后的短时间后被示出。此时，可旋转臂84的末端84a仍然在切割器导轨70之下被引导以推动切割刀与气球气囊40的膜54接触，在该处圆形切割路径95的弧被进一步切入膜54中。[0102]图4D示出在圆形切割路径95的弧已经完成之后的可旋转臂84、刀支撑块89以及切割刀93(图5A和5B所示)。此时，可旋转臂84的末端84a、刀支撑块89和切割刀93已经延伸超过切割器导轨70并再次位于板52之上，已经移动了半圆。[0103]孔通过切入气球膜54的半圆形切割路径95而形成。然后在气球气囊40内的上升气体通过由切割刀产生的半圆形孔排出。在一些应用中，切割刀可以切割较小的孔，而在其他应用中可以切割较大的孔。例如，圆形切割路径的弧的长度可以改变。[0104]图5A和5B示出切割机构50的局部透视图。在图5A中，切割机构50位于被固定到气球气囊40的顶点的板52上。切割器导轨70利用延伸穿过位于切割器导轨70上的凸缘74的螺钉62被固定到气球气囊40。板52具有暴露气球气囊40的部分54的开口。切割刀93附接到可旋转臂84。在本示例中，可旋转臂84具有第一端，该第一端安装到位于气球气囊40顶点处的顶板52上的可旋转构件83。[0105]在气球飞行的过程中，可旋转臂84优选地被可释放地固定在顶板52之上。具体地，如图5A所示，可旋转臂84延伸穿过刀支撑块89，末端84a延伸穿过刀支撑块和切割刀93。切割刀93利用一对螺钉89a和89b被固定到刀支撑块89。此时，刀支撑块93和可旋转臂84利用延伸穿过释放构件88并且在刀支撑块89内被螺纹啮合的螺钉87被固定到附接到顶板52的释放构件88。此时，切割刀93位于顶板52之上。可旋转臂84的第二端84a邻近位于切割器导轨70上的向下延伸的入口坡道74设置。[0106]当期望在气球气囊40中切割孔以排出包含在其中的上升气体时，引起延伸到释放构件88中的爆管构件86爆炸以切断螺钉87，由此从释放构件88释放刀支撑块89，从而也从释放构件88释放固定到刀支撑块89的可旋转臂84和切割刀93。系绳97被用于在螺钉87已经被切断之后固定螺钉87的顶部，以防止螺钉87落到地球，提供额外的安全性。[0107]图5B示出在从释放构件88释放可旋转臂84、刀支撑块90以及切割刀93之后的切割机构50ο系绳97固定切断的螺钉87的末端。在图5B中，可旋转臂84、刀支撑块89以及切割刀93已经朝向切割器导轨70旋转。此时，可旋转臂84的第二端84a已经在切割器导轨70的向下延伸的入口坡道72之下旋转。[0108]如上所述，使用附接到可旋转臂的切割刀未必总是提供气球气囊的膜的完全的切害J。例如，由于切割过程期间切割刀的振动，刀可能向上偏离并且不与膜接触并且在切割过程期间不沿着切割线的所有点处刺穿膜。结果，如果部分膜保持连接，则可以排出的上升气体的量会大大减少，这会导致气球比预计时间长地停留在高处(导致进一步的气球行进)并且会导致气球气囊和仪表舱不能在期望的位置着陆。[0109]切割机构50提供改进设计，包括推动可旋转臂84的第二端84a和切割刀93与气球膜54接触的切割器导轨70，保证切割刀93在切割过程期间与气球气囊40的膜54保持接触以沿着圆形切割路径95(图4A-4D所示)的弧进行膜54的完全的切割，防止切割刀在切割过程期间远离膜偏移。此外，可以使用粘合剂使得气球膜54在切割过程期间紧靠着圆形构件61的下侧设置。[0110]图6是切割机构50的透视图。本实施方式提供使用切割机构50的改进的飞行终止系统(FTS)，切割机构50包括切割器导轨70、具有延伸穿过其以允许可旋转臂84的末端84a延伸穿过刀支撑块的孔的刀支撑块89，其中可旋转臂84的末端84a安放在切割器导轨70下方。切割器导轨70被固定在板52之上的位置。可旋转臂84被固定到可旋转构件83。切割刀93起初利用延伸穿过释放构件88并螺纹啮合到刀支撑块89的可切断的螺钉87被可释放地固定到释放构件88。在切割过程期间，可旋转臂84的第二端84a安放在切割器导轨70之下，该切割器导轨70不允许切割刀振动或者上升并且与膜54脱离接触。因此，可旋转臂84的第二端84a被切割器导轨70向下推动，使得切割刀93在切割过程期间保持向下并与膜54接触以确保膜54的完全切割。[0111]图7示出切割器导轨70的透视图。向下延伸的入口坡道72用来引导可旋转臂的末端向下并且在切割器导轨70之下。切割器导轨70用凸缘74固定到板52，该凸缘74包括通孔74a以允许螺钉延伸穿过凸缘从而将切割器导轨固定到板52。[0112]图8是包括切割刃93a和切割尖端93b的切割刀93的侧视图。为了帮助确保切割刀93被适当地定位在刀支撑块89上和可旋转臂84上，精确定位孔94被机械加工穿过切割刀93的基部。如图5A和5B所示，可旋转臂84的第二端84a延伸穿过切割刀93中的孔94以提供切割刀关于刀支撑块和可旋转臂的适当的定位。使用切割刀93中的精确定位孔94使得气球装配器能在安装期间每次都在可重复的和特定的位置放置刀(即“不会太高，不会太低”)，这大大增加了在飞行终止期间重复地获得穿过膜54的成功切割操作的能力。[0113]高空气球可以在包括极端冷的温度和极端高温的极端温度范围内工作。此外，可利用的动力的量是有限的。因此，需要释放刀支撑块89和切割刀93以开始切割过程的机构，其可以在这样的环境中以及在这样的条件下可靠地工作。在图9中，示出了示出释放机构的截面图的实施方式。具体地，刀支撑块89可释放地固定到附接到顶板的顶表面的爆管支撑块或者释放构件88。爆管或者烟火式切割装置被放置在爆管支撑块88内部邻近于螺钉87，该螺钉87延伸穿过爆管支撑块87并包括被拧入刀支撑块89中的相应螺纹89a以起初将刀支撑块89固定到爆管支撑块88的螺纹87a。在激发并引爆爆管的情况下，导致螺钉87在变窄部分87b处被切断，从而从爆管支撑块88释放刀支撑块89和切割刀93并允许切割刀93(附接到图5A和5B所示的可旋转臂)开始旋转。[0114]也可以使用用于释放刀支撑块89的其他装置代替爆管。例如，具有相对的可枢转爪(pivotablejaws)的激励触发机构可用于保持刀支撑块在适当的位置。在被激发的情况下，爪可以被打开，从而释放刀支撑块(和切割刀)。其他装置诸如线性致动器或者旋转致动器也可以被用于在切割过程之前可释放地固定刀支撑块。[0115]图10示出用可切断的螺钉87可释放地固定到释放构件88的刀支撑块89和切割刀93的侧视图。图11示出图1O所示的刀支撑块89、释放构件88和切割刀93的截面透视图。切割刀93利用螺钉89a和89b被固定到刀支撑块89。精确定位孔94被定位在切割刀中以关于刀支撑块89适当地定位切割尖端93a。螺钉87延伸穿过释放构件88中的孔并具有邻近爆管构件86定位的变窄部分87b。在激发并引爆爆管构件86的情况下，螺钉87在变窄部分87b处被切断，从释放构件88释放刀支撑块89和切割刀93。[0116]4.在气球气囊中切割孔的示例方法[0117]图12示出可以用于利用图3-6所示的切割机构50在气球气囊中切割孔的方法1200。方法1200被提供为包括提供气球气囊、固定到刀支撑块的切割刀、固定在气球气囊之上的切割器导轨、以及关于枢轴点可旋转的臂的步骤1202，该臂具有固定到刀支撑块的末端，其中臂的第二端延伸穿过刀支撑块，其中臂通过释放构件被可释放地固定。[0118]方法1200还包括接收用于从释放构件释放臂的信号的步骤1204、从释放构件释放臂的步骤1206、以及旋转臂的步骤1208。方法1200还包括用切割器导轨引导臂的末端使得切割刀在臂的旋转期间保持与气球气囊接触并切割气球气囊的步骤1210。[0119]5.结论[0120]以上【具体实施方式】参照附图描述了公开的系统、装置和方法的各种特征和功能。虽然已经在此公开了各种方面和实施方式，但其他方面和实施方式对于本领域技术人员将是明显的。在此公开的各个方面和实施方式是为了例示的目的而不是意欲限制，真实的范围和精神通过权利要求表示。【主权项】1.一种设备，包括:气球气囊；切割刀，固定到刀支撑块；切割器导轨，固定在所述气球气囊之上；以及臂，关于枢轴点可旋转，所述臂具有固定到所述刀支撑块的末端，其中所述臂的所述末端延伸穿过所述刀支撑块，其中所述臂被释放构件可释放地固定，其中所述臂从所述释放构件的释放允许所述臂的旋转，其中所述臂的所述末端的旋转通过所述切割器导轨被引导使得所述切割刀在所述臂的旋转期间保持与所述气球气囊接触并切割所述气球气囊。2.如权利要求1所述的设备，其中所述臂的第二端延伸穿过所述切割刀中的孔。3.如权利要求1所述的设备，其中所述切割器导轨延伸为半圆。4.如权利要求1所述的设备，其中所述切割器导轨包括向下延伸的入口坡道。5.如权利要求1所述的设备，其中所述气球气囊的邻近所述切割刀的切割线的一部分被附接到板的底部。6.如权利要求1所述的设备，其中通过使所述刀支撑块可释放地固定到所述释放构件，所述臂被可释放地固定到所述释放构件。7.如权利要求6所述的设备，其中所述刀支撑块通过延伸穿过所述释放构件并延伸到所述刀支撑块中的螺钉而被可释放地固定到所述释放构件。8.如权利要求7所述的设备，其中所述螺钉被拧入所述刀支撑块中。9.如权利要求7所述的设备，其中爆管被邻近所述螺钉定位在所述释放构件内。10.如权利要求9所述的设备，其中所述螺钉在所述爆管被引爆时被切断，并且所述刀支撑块从所述释放构件释放，允许所述臂旋转。11.如权利要求1所述的设备，还包括用于从所述释放构件释放所述臂的装置。12.如权利要求1所述的设备，其中所述臂通过激励触发机构而被可释放地固定到所述释放构件。13.如权利要求9所述的设备，其中所述螺钉具有邻近所述螺钉的直径减小的部分。14.如权利要求1所述的设备，其中旋转致动器被用于旋转所述臂。15.一种切割气球气囊以从气囊释放上升气体的方法，包括以下步骤:提供气球气囊、固定到刀支撑块的切割刀、固定在气球气囊之上的切割器导轨、以及关于枢轴点可旋转的臂，所述臂具有固定到所述刀支撑块的末端，其中所述臂的所述末端延伸穿过所述刀支撑块，其中所述臂通过释放构件被可释放地固定；接收用于从所述释放构件释放所述臂的信号；从所述释放构件释放所述臂；旋转所述臂；以及用所述切割器导轨引导所述臂的所述末端使得所述切割刀在所述臂的旋转期间保持与所述气球气囊接触并切割所述气球气囊。16.如权利要求15所述的方法，其中所述臂通过延伸穿过所述释放构件到所述刀支撑块中的螺钉而被可释放地固定到所述释放构件。17.如权利要求16所述的方法，其中从所述释放构件释放所述臂的步骤包括引爆位于所述释放构件中邻近于延伸穿过所述释放构件的螺钉的爆管，导致所述螺钉切断，从而从所述释放构件释放所述臂。【文档编号】B64B1/62GK105873821SQ201480071424【公开日】2016年8月17日【申请日】2014年12月8日【发明人】D.拉特纳,K.布鲁克斯【申请人】谷歌公司