能源补给系统及方法与流程

本发明属于航空技术领域，涉及一种能源补给系统及方法，尤其涉及一种临近空间飞行器的能源补给系统及方法。

背景技术：

临近空间(nearspace)是指距地面20～100公里的空域，由于其介于民航客机最大升限高度和地球卫星最低轨道高度之间，具有独特的资源优势，近年来得到了各国的广泛关注。

临近空间飞行器(nearspacevehicle，nsv)工作于临近空间高度，具有飞行高度高、续航时间长等优势，不仅可以执行空间探测、大气探测等科研任务，还可在战争发生时及时、准确地获取战场综合态势信息，供地面指挥、决策及精确打击。临近空间飞行器是一种战时信息获取的有效手段，可在敌方控制区内长时间的监视飞行，并且由于临近空间飞行器较卫星运行轨道低且不受自转周期的影响，可以全天候准确地获取地面高清图像资料。临近空间飞行器通常具有超高空、长航时的特点，较高的飞行高度可以降低被敌方武器击落的概率，较长的飞行航时可以提高飞行任务的成功率。

但是，由于受到能源的限制，目前的技术手段难以满足临近空间飞行器进行十天以上的连续飞行，执行一次任务往往需要多次起降，进行能源补给。并且，临近空间飞行器的爬升率较低，在起降阶段很容易受到敌方武器的攻击，由于这种飞行器造价往往很高，一旦被敌方击落无疑将是重大的损失。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种能源补给系统及方法，用于至少部分解决上述临近空间飞行器需要频繁起降补给，能源不足的技术问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一方面提供一种能源补给系统，用于对临近空间飞行器2进行能源补给，包括空间平台1和无线输能设备3；其中，空间平台1用于搭载无线输能设备3，使得无线输能设备3升至临近空间飞行器2的运行高度或补给后返回地面，无线输能设备3用于对临近空间飞行器2进行能源补给。

可选地，空间平台1包括临近空间高空气球平台或临近空间超压气球平台或临近空间无人机平台。

可选地，空间平台1包括上述临近空间高空气球平台，上述临近空间高空气球平台包括高空气球球体1-1、降落伞1-2、吊舱1-3和能源补给电池1-4；其中，高空气球球体1-1内充氦气，提供空间平台1升空的浮力；降落伞1-2在能源补给任务完成后充气打开，降低吊舱1-3的下降速度；吊舱1-3内部搭载空间平台1飞行中所需的设备；能源补给电池1-4装载于吊舱1-3内部，提供用于能源补给的电池。

可选地，高空气球球体1-1通过设置的承力绳索与吊舱1-3设置的至少一个吊扣固定连接；降落伞1-2设置在高空气球球体1-1与吊舱1-3之间，与高空气球球体1-1设置的承力绳索通过绑扎扣连接。

可选地，能源补给电池1-4为锂电池。

可选地，无线输能设备3包括至少一个无线发射天线3-1和至少一个无线接收天线3-2，无线发射天线3-1与无线接收天线3-2一一对应。

可选地，无线发射天线3-1安装在该空间平台1的吊舱1-3内部，无线接收天线3-2安装在临近空间飞行器2上。

可选地，无线发射天线3-1用于将电能转换为微波发出，无线接收天线3-2用于接收微波并转换为电能存储。

可选地，临近空间飞行器2包括临近空间飞艇或临近空间无人机或临近空间超压气球或临近空间高空气球。

本发明另一方面提供一种能源补给方法，步骤包括：

s1，当临近空间飞行器2的能源余量不足时，临近空间飞行器2的网络服务平台向地面基础设施的服务平台发送需要进行能源补给的服务信息；

s2，地面基础设施的服务平台根据服务信息，发布相应的发放指令，使得空间平台1搭载无线输能设备3升至临近空间飞行器2的工作高度；

s3，控制临近空间飞行器2与空间平台1保持第一预设安全距离，并且保持同步飞行；

s4，通过无线输能设备3对临近空间飞行器2进行能源补给；

s5，临近空间飞行器2补给完毕后，控制临近空间飞行器2飞行远离空间平台1；

s6，确认临近空间飞行器2与空间平台1之间的距离达到第二预设安全距离后，空间平台1切割，该空间平台1的降落伞1-2携带吊舱1-3下降着陆；

s7，地面人员对着陆的吊舱1-3进行回收和调试操作，当临近空间飞行器2需要再次补给时，吊舱1-3可重复使用。

(三)有益效果

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明使用空间平台作为补给平台，空间平台具有载荷能力强、升空速度快的优点，可携带能源补给电池快速到达临近空间高度，提高了临近空间飞行器能源补给任务的成功率；

(2)本发明的临近空间飞行器从空间平台得到能源补给，可减少临近空间飞行器的起降次数，提高了其执行任务的安全性；

(3)本发明中临近空间飞行器得到能源补给后，可实现十天以上的长航时任务飞行，提高了其使用价值；

(4)本发明的空间平台执行完补给任务后，可以对设备进行回收，再次执行能源补给任务时可以重复使用，具有较高的经济效益。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示出了本发明实施例的能源补给系统结构示意图；

图2示出了本发明实施例的空间平台的结构示意图；

图3示出了本发明实施例的无线输能设备的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的能源补给方法示意图。

图5示出了本发明实施例的能源补给方法流程图。

【附图标记说明】

1.空间平台；2.临近空间飞行器；3.无线输能设备；1-1.高空气球球体；1-2.降落伞；1-3.吊舱；1-4.能源补给电池；3-1.无线发射天线；3-2.无线接收天线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例的一方面，提供了一种能源补给系统，用于对临近空间飞行器2进行能源补给.

图1为本发明实施例提供的能源补给系统的结构示意图。

如图1所示，该能源补给系统包括空间平台1和无线输能设备3，其中，空间平台1用于搭载无线输能设备3，使得无线输能设备3升至临近空间飞行器2的运行高度或补给后返回地面，无线输能设备3用于对临近空间飞行器2进行能源补给。

空间平台1例如可以包括临近空间高空气球平台或临近空间超压气球平台或临近空间无人机平台。

如图2所示，本实施例中，空间平台1选择临近空间高空气球平台，该临近空间高空气球平台例如可以包括高空气球球体1-1、降落伞1-2、吊舱1-3和能源补给电池1-4。其中，高空气球球体1-1内充氦气，提供空间平台1升空的浮力；降落伞1-2在能源补给任务完成后充气打开，降低吊舱1-3的下降速度；吊舱1-3内部搭载空间平台1飞行中所需的设备；能源补给电池1-4装载于吊舱1-3内部，提供用于能源补给的电池。

本实施例中，高空气球球体1-1例如可以通过下端设置的承力绳索与吊舱1-3上部设置的一个或多个吊扣固定连接。降落伞1-2在高空气球球体1-1与吊舱1-3之间设置，与高空气球球体1-1下端设置的承力绳索通过绑扎扣连接。

本实施例中，能源补给电池1-4为锂电池。

如图3所示，本实施例中，无线输能设备3例如可以包括至少一个无线发射天线3-1和至少一个无线接收天线3-2，无线发射天线3-1与无线接收天线3-2一一对应。其中，无线发射天线3-1安装在上述空间平台1的吊舱1-3内部；无线接收天线3-2安装在临近空间飞行器2上。

本实施例中，无线发射天线3-1可将电能转换为微波发出；无线接收天线3-2可接收微波并转换为电能存储。

本实施例中，临近空间飞行器2在临近空间高度执行长航时任务飞行，具体形式例如可以包括临近空间飞艇或临近空间无人机或临近空间超压气球或临近空间高空气球。

临近空间飞行器2的内部自带储能电池，储能电池容量应能满足临近空间飞行器2的常规能量需求。

本发明实施例的另一方面，提供一种能源补给方法。

图4示出了本发明实施例提供的能源补给方法示意图。图5示出了本发明实施例的能源补给方法流程图。

参照图4和图5，该能源补给方法例如可以包括以下步骤：

s1，当临近空间飞行器2的能源余量不足时，临近空间飞行器2的网络服务平台向地面基础设施的服务平台发送需要进行能源补给的服务信息；

当临近空间飞行器2在飞行过程中发现所剩能源无法到达指定的目的地时，即出现能源余量不足。此时，临近空间飞行器2的网络服务平台向地面基础设施的服务平台发送需要进行能源补给的服务信息。

s2，地面基础设施的服务平台根据服务信息，发布相应的发放指令，使得空间平台1搭载无线输能设备3升至临近空间飞行器2的工作高度；

根据上述服务信息，地面基础设施的服务平台会确定服务任务及服务对象，发布相应的发放指令，将空间平台1从地面发放升空。能源补给电池1-4和无线发射天线3-1均由空间平台1携带，从地面发放升空。

本实施例中，改变内部充满氦气的高空气球球体1-1受到的浮力大小，控制空间平台1的升降，使空间平台1爬升至临近空间飞行器2的工作高度。

s3，控制临近空间飞行器2与空间平台1保持第一预设安全距离，并且保持同步飞行；

本步骤中，控制临近空间飞行器2，调整飞行姿态，使其与空间平台1保持第一预设安全距离。

优选的，临近空间飞行器2的第一预设安全距离位于空间平台1的正下方100m处。

本实施例中，临近空间飞行器2与空间平台1保持同步飞行，在其他实施例中，可以在确保能源补给过程安全的情况下采用其他的飞行模式，例如盘旋飞行。

s4，通过无线输能设备3对临近空间飞行器2进行能源补给；

本步骤中，同步开启空间平台1的吊舱1-3内部的无线发射天线3-1和临近空间飞行器2上的无线接收天线3-2，对临近空间飞行器2进行能源补给。

本实施例中，采用微波无线输能作为能源补给方式，能源补给步骤包括：

同步开启吊舱1-3内部的至少一个相互对应的无线发射天线3-1和临近空间飞行器2中的无线接收天线3-2；

无线发射天线3-1将能源补给电池1-4内的电能转换为微波进行传输；

无线接收天线3-2接收无线发射天线3-1传输的微波并转换为电能，储存到临近空间飞行器2的储能电池内。

本实施例中，能源补给方式为微波无线输能，在其他实施例中，可以用其他无线能源补给方式，例如激光无线输能。

本实施例中，待补给的能源是电能，在其他实施例中，待补给的能源可以用其他能源代替，具体本发明不做限制。

s5，临近空间飞行器2补给完毕后，控制临近空间飞行器2飞行远离空间平台1；

s6，确认临近空间飞行器2与空间平台1之间的距离达到第二预设安全距离后，空间平台1切割，降落伞1-2携带吊舱1-3下降着陆；

优选的，第二预设安全距离大于100m。当临近空间飞行器2继续飞行到达第二预设安全距离后，通过绳索切割设备对空间平台1的高空气球球体1-1上的承力绳索执行切割操作，实现高空气球球体1-1和降落伞1-2的分离。此时，高空气球球体1-1放飞，降落伞1-2充气打开，并携带吊舱1-3及其内部搭载设备逐渐下降着陆。

s7，地面人员对着陆的吊舱1-3进行回收和调试操作，当临近空间飞行器2需要再次补给时，吊舱1-3可重复使用。

在能源补给任务完成后，吊舱1-3及其内部搭载设备可以重复使用，使得本发明的能源补给系统具有较高的经济效益。

本发明提供了一种能源补给系统及方法，利用空间平台携带无线输能设备升空，到达临近空间高度后，无线输能设备对临近空间飞行器进行能源补给。本发明解决了临近空间飞行器需要频繁起降补给和能源不足的技术问题，可延长临近空间飞行器的驻空时长，减少临近空间飞行器的起降次数，并具有较高的经济效益。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。