一种长期驻空能源供给系统的制作方法

发明涉及一种能源供给系统，具体涉及一种长期驻空能源供给系统，属于空中能源供给。

背景技术：

1、浮空平台指能在空间浮空与飞行的载体，如浮空器、热气球、飞行翼伞、柔性飞行器等。浮空平台可以借助热气流、风力、大气环流，以及输送气源自身低密度特性产生的浮力实现一定时间的驻空。目前，飞艇、浮空器、无人飞机等飞行器驻空一定时间后均需要返回地面进行补气、补电等操作，由此易导致任务中断。若能够设计一种高空能源补给站在空中实现对浮空平台的能源补给，便能确保浮空平台长期驻空完成所需任务。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种长期驻空能源供给系统，该能源供给系统具备长期驻空能力，且能够实现对外来空间飞行器的高空能源补给，确保其长期留空完成所需任务，避免其因返回地面补充能源导致的任务中断。

2、所述的长期驻空能源供给系统包括：驻空能源补给站、地面能源保障单元和牵引组件；

3、所述地面能源保障单元通过能源输送带与所述驻空能源补给站相连，为驻空能源补给站提供能源以及实现驻空能源补给站与地面能源保障单元之间的通信；所述地面能源保障单元提供的能源包括电能和气能；

4、所述驻空能源补给站为设置有能源补给单元和的驻空能源保障单元的浮空器；

5、所述驻空能源保障单元用于将经能源输送带接口传输至驻空能源补给站能源分配给所述浮空器、搭载在浮空器上的载荷以及能源补给单元，由此实现所述驻空能源补给站的长期驻空以及对外的能源补给；

6、所述能源补给单元用于固定外来飞行器，使其停留在驻空能源补给站的设定位置，并对其进行能源补给；

7、设置在地面的所述牵引组件通过牵引缆绳与所述驻空能源补给站相连，实现对所述驻空能源补给站的牵引。

8、作为本发明的一种优选方式，在能源输送带的上端连接驻空能源补给站作为主补给站，在主补给站下方的能源输送带上沿高度方向设置多个驻空能源补给站作为辅补给站；

9、所述主补给站通过紧固绳与所述牵引绳相连；所述辅补给站通过紧固绳与所述能源输送带相连。

10、作为本发明的一种优选方式，在所述牵引缆绳与能源输送带之间设置有束缚结构；

11、所述驻空能源补给站驻空过程中，所述能源输送带通过所述束缚结构横向束缚在牵引缆绳上；所述牵引缆绳和能源输送带收放过程中，所述能源输送带从所述牵引缆绳上松开。

12、作为本发明的一种优选方式，所述束缚结构包括：缆绳环、紧固塞和紧固带；

13、所述牵引缆绳上沿高度方向间隔设置有多个缆绳环，所述能源输送带上与各缆绳环对应的设置有紧固带，所述紧固带内部空腔与能源输送带连通；

14、所述紧固带和与之对应的缆绳环相连，且所述紧固带在与所述缆绳环相对的一端设置有紧固塞；当所述能源输送带充气后，推动所述紧固塞向外横向移动，与所述牵引缆绳抵紧，从而将紧固带束缚在牵引缆绳上，为能源输送带提供横向支撑点；

15、所述能源输送带和牵引缆绳收放过程中，所述紧固塞与牵引缆绳不接触。

16、作为本发明的一种优选方式，在能源输送带的上端连接驻空能源补给站作为主补给站，在主补给站下方的能源输送带上沿高度方向设置多个驻空能源补给站作为辅补给站；

17、所述主补给站通过紧固绳与所述牵引绳相连；

18、所述辅补给站通过紧固绳与所述紧固带相连，且所述紧固带上设置有用于为辅补给站提供能源的补给接口。

19、作为本发明的一种优选方式，当所述驻空能源补给站中的浮空器具有气囊时，所述气囊上设置有与所述驻空能源保障单元相连的补气口，所述补气口处设置有充气阀门，所述充气阀门自动感知气囊内的气压，自动开启向所述气囊补气。

20、作为本发明的一种优选方式，所述能源输送带上设置有能源输送带地面收放装置，用于所述能源输送带的收放。

21、作为本发明的一种优选方式，所述牵引组件还包括：牵引缆绳地面收放装置；

22、所述驻空能源补给站通过多个紧固绳与牵引缆绳相连；所述牵引缆绳地面收放装置用于所述牵引缆绳的收放。

23、作为本发明的一种优选方式，所述驻空能源补给站为热气球；

24、所述热气球包括：热气球气囊和载荷舱，所述热气球气囊通过若干连接绳与载荷舱相连；

25、所述牵引缆绳与所述载荷舱相连；

26、所述载荷舱内设置有燃气泵、增压燃气储罐和燃烧器；所述燃气泵通过燃气管与能源输送带中的供气管路连通，所述燃气泵与增压燃气储罐连通，所述燃气泵、用于将能源输送带、供气管路中的燃气抽取到增压燃气储罐中；所述增压燃气储罐、通过流量调节阀、与燃烧器、相连；所述燃烧器、通过燃烧燃气产生热能加热空气；所述热气球气囊用于束缚加热的空气，产生热升力；

27、所述载荷舱内的载荷通过电缆与能源输送带中的供电电缆相连，电缆用于输送电能，提供空间设备使用或外部飞行器补充电能；

28、所述增压燃气储罐、还设置有补气接口，用于为外部飞行器补充气能。

29、作为本发明的一种优选方式，所述载荷舱内设置有冷却与热收集器；

30、所述冷却与热收集器用于冷却燃烧器，同时收集所述燃烧器本体的热能，将收集到的热能通过管道传导至载荷舱内需要保护的载荷设备和其他空间防冻设备。

31、作为本发明的一种优选方式，所述驻空能源补给站上设置有高空风力发电单元和/或太阳能发电单元；

32、所述高空风力发电单元用于利用高空风力发电；

33、所述太阳能发电单元用于接收太阳能发电；

34、所述高空风力发电单元和太阳能发电单元分别与储能单元相连，以存储所发电能。

35、作为本发明的一种优选方式，当所述述驻空能源补给站上设置有高空风力发电单元时，所述驻空能源补给站为风洞式充气浮空平台，所述高空风力发电单元设置在风洞式充气浮空平台的风洞内。

36、作为本发明的一种优选方式，所述驻空能源补给站上设置监视单元，用于实时监视自身运行情况以及提供对外部的环境感知能力；所述监视单元所监视的信息能够通过能源输送带传输至地面。

37、有益效果：

38、(1)本发明通过具备长期驻空能力的驻空能源补给站能够为外来留空飞行器提供源源不断的能源，实现长期驻空能力执行特殊任务；还可作为飞行器进入太空的能量天梯，为其及时补充所需能源。本发明的实现将填补人类进入太空和长期驻空能源保障的空白，为人类日益频繁的太空探索和长期驻空任务提供保障和便利，有利于促进人类航空航天产业快速发展。

39、(2)本发明中，在能源输送带上沿高度方向设置多个驻空能源补给站，可以根据不同空间高度风层的不同和所需外来飞行器对接高度需求的不同和系统自身任务需求的不同，通过收放牵引缆绳和能源输送带来完成自动调整浮空平台高度，以及躲避超级台风等影响。

40、同时，在能源输送带上沿高度方向设置多个驻空能源补给站，能够将传统提起同样载重所需一个巨型浮空器分解为若干个小型浮空平台分布实施，极大减少了起降所需的庞大地面保障系统；此外可有效利用不同高空分层气流，自动调整辅助浮空平台方向，利用风力提升不同段位系留缆绳和光电气缆和平台自重；分段提升系留缆绳和光电气缆重量，减少主驻空平台承担载重的负担。

41、(3)本发明中，同时设置牵引缆绳和能源输送带，将承载和能源输送分开，通过牵引缆绳承载，能够避免能源输送带承受过大拉力，导致能源输送带受损，影响能源输送；有效解决了牵引绳承力不用考虑光电缆抗拉和抗弯矩应变等，送气带抗拉、耐磨等系统复合问题，实现了一个主管承力便于绞车收放，一个主管能源配送，便于分布挂载分段实现和独立收放。

42、(4)当设置多个驻空能源补给站时，主补给站和辅补给站可以采用不同形态的浮空器，形成组合式模式，以保证在不同天气条件下该能源补给系统的滞空性。

43、(5)本发明中，为尽量减小浮空过程中能源输送带上的受力，但同时不影响牵引缆绳以及能源输送带的独立收放，在并列的牵引缆绳与能源输送带之间设置有束缚机构。浮空过程中，能源输送带通过束缚结构横向束缚在牵引缆绳上，从而通过牵引缆承担能源输送带及辅浮空平台的重量；牵引缆绳和能源输送带收放过程中，束缚结构解除对能源输送带的束缚，实现能源输送带和牵引缆绳的独立收放；同时束缚机构能够在收放过程中限制能源输送带和牵引缆绳之间的间距，避免两者在空中受风力影响晃动幅度过大，由此能够在将二者的收放过程剥离的基础上实现同步互补收放。

44、(6)本发明的长期驻空能源供给系统采用牵引缆绳和能源输送带分开(分缆模式)和系留浮空平台补给站主辅气囊分布模式(分段模式)，以及借风(浮空平台气动外形设计可充分利用风力形成升力)和借气/借热(指低密度气体和加热空气浮力)组合应用模式提升载重。

45、(7)充分借助高空风力提升载重，相比传统仅仅依靠低密度气体浮力作为提升载体，节省了大量气源；充分利用风力、低密度气体和加热空气等组合应用模式提升全系统载重。