專利名稱：大氣傳送系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于將顆粒運輸和分散至地球的平流層中，特別地實現(xiàn)全球或局部冷卻效應的器具和方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在許多作者承認地球氣候存在著突然的不連續(xù)性(abrupt discontinuities)的極大可能性，例如，由全球變暖，通過增加大氣溫室氣體水平導致，大氣溫室水平的增加接下來可以導致明顯的正反饋，諸如從融化的北極凍原釋放甲烷，或通過改變的降水型式的雨林消失。這種不連續(xù)性可能導致對海平面以及農(nóng)業(yè)的嚴重影響。然而，溫室氣體諸如CO2的排放與世界經(jīng)濟密切相關(guān)。在生效時間表內(nèi)急劇減少這些氣體的水平可能難以實現(xiàn)。 已經(jīng)提出了許多減少對地球的太陽輻射入射水平的方法，例如，空間反射鏡、種云和平流層硫酸鹽氣溶膠。在1991年菲律賓皮納圖博火山(Mount Pinatubo)爆發(fā)的兩年時期內(nèi)已經(jīng)證明了注入大量平流層硫酸鹽氣溶膠從而將平均全球溫度降低大約0. 5攝氏度的效應。減少入射的太陽輻射以削減由增加的溫室氣體排放導致的截熱，使得海洋酸度由于吸收的二氧化碳水平增加而升高。然而，其可能通過融化北極永久凍土來降低升高的溫度，產(chǎn)生更多溫室氣體，加重海洋酸度問題。平流層硫酸鹽氣溶膠的具體方法存在許多缺陷如果使用諸如二氧化硫或硫化氫的前驅(qū)體材料，則通過平流層中的自然過程來確定對顆粒直徑的選擇，并且具有限定特征的穩(wěn)定氣溶膠的生成存在許多困難。此外，它們對平流層化學，尤其是對臭氧濃度的作用可能引起關(guān)注。另外，由于在注入二氧化硫之后以通過自然過程生成硫酸或硫酸銨顆粒(氫化并與紫外大氣中的一氧化二氮反應)要花費大量時間(至少幾天)，因此不會發(fā)生生成局部“遮蔭”的可能性，在該時間期間任何高的局部濃度都將被甚至平流層中度風充分地驅(qū)散。因此，需要更有效地解決全球變暖問題并不具有太讓人憂慮副作用的方案。

發(fā)明內(nèi)容
在第一個方面，本發(fā)明涉及一種用于將固體顆粒運輸和分散至地球的平流層中的器具，該器具包括連接大體地平面場所與升高的場所的管道、顆粒運輸裝置和與散布裝置連接的解聚裝置，其中該解聚裝置和散布裝置位于該升高的場所處。通過將顆粒通過管道運輸?shù)降厍虻拇髿庵?，這些顆?？梢员唤饩鄄⒎稚⒁杂绊懭肷涞奶栞椛洳⑶姨峁┚植炕騾^(qū)域性的冷卻效應。如果分散足夠數(shù)量的顆粒，則可以形成這些顆粒的云狀物，提供局部的、區(qū)域性的或全球的冷卻效應。另外，因為這些顆粒是固體，因此可以控制它們的尺寸以提供最佳的結(jié)果。這些云狀物的壽命主要由顆粒從云狀物中的消耗速率決定。
確切的消耗速率受數(shù)種因素的影響，特別地包括顆粒的尺寸。對于平流層中的亞微米顆粒，當沉降速率非常低時，從平流層至對流層的損失通過平流層和對流層之間相對小的混合量來確定。估計在平流層中的亞微米顆粒區(qū)域中每年可能有一半的亞微米顆粒離開平流層。另外，顆粒與顆粒之間通過布朗運動的碰撞將導致亞微米顆粒聚集并且形成較大的顆粒，極大地增加了它們的沉降速率。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種在地球大氣中位于升高的場所處的固體顆粒的云狀物，其中該云狀物在至少一千平方公里的區(qū)域，例如1，000至300，000平方公里內(nèi)包含至少1，000噸(優(yōu)選至少5，000噸，或甚至至少10，000噸)的固體顆粒。這種云狀物典型地擴散至少3，000平方公里，優(yōu)選至少30，000平方公里，例如50，000至300，000平方公里的區(qū)域。由于增加的湍流并且在對流頂層和對流層之間混合，平流層下的消耗速率將顯著地較大。因此，升高的場所優(yōu)選處于至少5，000m，更優(yōu)選至少10，OOOm的海拔高度，并且最優(yōu)選地在平流層中，以便使顆粒消耗速率最小化。 對于局部或區(qū)域性冷卻，這樣的云狀物的特征是能夠散射至少10%的入射的太陽輻射，由此提供局部冷卻效應。在一種配置中，該云狀物可以在白晝期間生成，以提供有效的局部或區(qū)域性冷卻效應，而在夜晚期間散開。因此，本發(fā)明可以提供局部遮蔽效應，如果，其在大量水體上提供該局部遮蔽效應，則可以(a)將水面冷卻幾攝氏度，從而減小局部熱帶風暴的動力，和(b)允許形成滿載水的向岸風以促進對沿岸灘涂的灌溉。如所討論，隨著時間推移云狀物將散開，并且如果其位于平流層中，則將產(chǎn)生沒有明確邊界的稀薄云狀物，在大部分的地球表面上擴散。當數(shù)量充足時，這樣的稀薄云狀物可能僅散射百分之幾的入射的太陽輻射，但可以提供全球冷卻效應。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種影響入射的太陽輻射的全球平均水平的方法，該方法包括在12個月的時期內(nèi)向地球的平流層中釋放至少100,000公噸，優(yōu)選至少200，000公噸，更優(yōu)選至少500，000公噸的亞微米固體顆粒。為了以穩(wěn)定的狀態(tài)保持這種局部或區(qū)域性的云狀物，可能需要至少500公噸顆粒/12小時，優(yōu)選至少1000公噸，更優(yōu)選至少2000公噸，或更優(yōu)選至少4000公噸，或最優(yōu)選至少10，000公噸/12小時的排放速率。通過單根管道或多根管道可以提供這種輸送量。在存在多根管道的情況下，每根管道可以獨立于其他管道或它們可以組合成單個器具。利用散布裝置將固體顆粒釋放至平流層中將形成顆粒錐體，與其垂直跨度相比，其在注入點下游的橫截面非常寬，并且由該錐體形成根據(jù)本發(fā)明的云狀物。這是因為在平流層中垂直方向上的湍流強度小于水平方向上的湍流強度。在另一個方面，本發(fā)明涉及一種飛行器，例如飛機、氣球或位于平流層場所處的其他交通工具，該飛行器包括固體顆粒源、解聚裝置和散布裝置。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有高折射率，例如超過I. 40的顆粒能夠有效地散射射入的太陽輻射使得較少的輻射沖擊地球。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種將折射率大于I. 40的固體顆粒運輸?shù)降厍虻钠搅鲗又械姆椒?，該方法包括將這些顆粒經(jīng)由管道從大體地平面場所運輸?shù)缴叩膱鏊⑶覍⑦@些顆粒分散到大氣中。優(yōu)選地，這些顆粒具有大于2. 0，更優(yōu)選大于2. 3的折射率。合適的材料包括二氧化鈦、氯化鈉、二氧化硅和硅。高度優(yōu)選的材料是二氧化鈦。然而，氯化鈉可以是優(yōu)選的，因為其可以容易地從海水獲得。二氧化鈦以數(shù)種材料形式存在，用于散射的主要形式是金紅石和銳鈦礦。所有這些形式具有超過2.4的折射率，并且因此成為用于本發(fā)明中的優(yōu)良材料。另外二氧化鈦在空氣中是穩(wěn)定的并且是無毒的。銳鈦礦晶體可以是優(yōu)選的， 因為其具有比金紅石晶體形式相對更低的磨損性。本文限定的折射率值是指復折射率的實數(shù)部分，經(jīng)常稱為n，并且在500nm波長處測量。此部分涉及材料散射入射光的能力。然而，虛數(shù)部分，經(jīng)常稱為k，也是重要的，因為其涉及材料吸收入射光的能力，并且可以在500nm處測量。材料散射入射光的能力比吸收入射光的能力有利得多。吸收導致材料加熱，其可接著導致平流層的加熱，這將對天氣模式產(chǎn)生顯著的影響。因此在500nm處的n/k比優(yōu)選大于5,更優(yōu)選大于10,最優(yōu)選大于50。在優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明涉及入射的太陽輻射的米氏散射。當顆粒的尺寸與入射光的波長尺寸相當并且優(yōu)選粒徑為入射光波長的10倍，更優(yōu)選3倍內(nèi)時發(fā)生米氏散射。因此，這些顆粒典型地是亞微米的，并且優(yōu)選這些顆粒的平均粒度在0. 01至I. 3 ii m的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在0. 02至0. 5 ii m的范圍內(nèi)。此尺寸范圍跨越電磁波頻譜的紫外區(qū)和可見區(qū)，并且因此將有效地散射入射的太陽輻射的這些主要區(qū)。在特別優(yōu)選的實施方式中，這些顆?？梢跃哂蟹謩e在可見波長和紫外波長中具有峰的雙峰粒度分布。例如,在0. I至0. 3 i! m處和在0. 02至0. 06 i! m處的峰是特別有效的，特別是如果需要UV散射來減少地面基對UV的暴露。以這樣小的粒度，顆粒的聚集面臨著很大的難度。對于二氧化鈦，粒間力由于顆粒中氧的高極化性而特別高。由于聚集導致有效粒度增加，聚集將抑制顆粒參與米氏散射入射輻射的能力。因此非常需要能夠在平流層場所處解聚這些顆粒。在優(yōu)選的實施方式中，固體顆粒用與這些顆粒的材料不同的一種或多種材料涂覆。涂層可以選自一定的選擇范圍，例如，以減小平流層中存在的氯濃度，減小冰、一氧化二氮或其他極性分子覆蓋表面的趨勢，減少臭氧消耗，和促進平流層中臭氧生成，或減少散布裝置附近放電的可能性。例如，包括氧化物、氫氧化物、鋁酸鹽、二氧化硅及其組合的堿性(金屬和土)涂層可以用來從平流層清除氯，由此阻止其破壞臭氧。在顆粒的表面上羥基的存在可以增加其吸收入射光的傾向，如上面所討論的，這是不合乎需要的。因此采取措施防止羥基的出現(xiàn)可能是有益的。例如，可以通過使用非常干燥的氮氣或空氣在大于250°C或大于300°C的高溫下將顆粒預處理。另一種可能性是應用化學處理，其與吸收的羥基反應，例如，使用辛基氯硅氧烷。因此，期望顆粒，尤其是二氧化鈦已經(jīng)通過干燥或化學反應或其組合制備，通過移除充分吸收的水、羥基或極性分子，使其太陽輻射吸收比由相等重量的與該離子具有相同粒度分布的水在約2微米的波長處產(chǎn)生的太陽輻射吸收至少小90%。還可以選擇疏水性涂層以減小水蒸氣在顆粒上吸收或凝結(jié)以及形成冰的趨勢。冰可以對臭氧，尤其是極地區(qū)域中的臭氧的破壞具有非常不利的作用。在優(yōu)選的實施方式中，該涂層包括硫酸鹽類、磷酸鹽類、硅烷和硅氧烷或各種各樣的其他疏水性涂層。也可能使用涂料來在每個顆粒上產(chǎn)生正電荷或負電荷，導致帶同種電荷的顆粒的相互排斥和減少聚集。通過管道將顆粒運輸至平流層面臨著許多工程上的挑戰(zhàn)。然而，據(jù)信由于在平流層中，特別是與下面的對流層的混合不佳，因此將顆粒傳送至該區(qū)域中是特別有益的，這樣允許顆粒在平流層中長時間段保持懸浮。這些顆?？梢酝ㄟ^管道以許多種不同的方式運輸。例如，顆粒運輸裝置可以包括 氣動輸送系統(tǒng)，其中攜帶顆粒的容器沿管道輸送至平流層場所，排空的容器沿第二管道向下返回。然而，優(yōu)選這些顆粒分散在流體載體材料中使得該載體和顆粒可以通過管道被泵送，在此情況中，顆粒運輸裝置包括流體加壓裝置。優(yōu)選地,載體流體是超臨界流體或液體，從而使每單位體積該流體能夠攜帶較大密度的顆粒并且因此需要較窄的管道內(nèi)徑。在特別優(yōu)選的實施方式中，這些顆粒作為在載體流體中的漿料存在，其濃度為按體積計5至50 %，更優(yōu)選按體積計10至30 %，例如，約15%。載體流體的溫度為-80至150°C，優(yōu)選-60至100°C是有益的。優(yōu)選的載體流體是氮氣、空氣、富含氮氣的氧氣流或水的混合物。最優(yōu)選的是氮氣或富含氮氣的氧氣流。載體流體的PH和組成可以被調(diào)整，例如，以增強所攜帶的顆粒的表面性質(zhì)、保護管道，或促進在升聞處的分散。對于載體流體也優(yōu)選的是基本上干燥的，因為水的引入，尤其是引入至平流層中是不合乎需要的，因為水往往會吸收寬范圍的入射光，因此潛在地使平流層升溫。理想的是，載體流體引入很少的水使得產(chǎn)生的OH吸收與分散顆粒的大氣中已經(jīng)存在的OH相比增加少于1%。例如，其可以獲得少于IOOppm的水，更優(yōu)選小于IOppm的水。為了使載體流體沿如此長的長度的管道并克服重力流動，必須在管道的入口處升高至非常高的壓力。為在管道中實現(xiàn)可接受的流量，在管道的基部處的壓力超過lOOMPa，優(yōu)選超過200MPa，更優(yōu)選超過400MPa并甚至超過600MPa可能是必不可少的。為了實現(xiàn)這樣高的壓力，可以經(jīng)由多個壓力容器供應載體流體的。在這樣高的溫度和壓力下，載體流體將成為超臨界流體，其可以是合乎需要的，例如，避免了在升高處將漿料脫水的需要，如下面所討論的那樣，用于向解聚裝置和/或散布裝置提供動力。液體超臨界流體的平均流速為I至20m/s可以在將管道尺寸保持到最小和同時在流動期間將壓降和管道磨損保持在可接受的水平之間提供可接受的平衡。由于必須承載添加到顆粒和任何載體材料的重量上的管道重量，管道優(yōu)選至少5000m長，更優(yōu)選至少10，OOOm長，最優(yōu)選10，000至25，OOOm長從而使其能夠到達平流層，同時不會過多的長?？蛇x地，其可以為10，000至27，OOOm長。顆粒和載體流體的重量可以部分地或全部地由在管道的入口處的壓力承載。摩擦壓降也可以完全或部分地承載管道的重量，從而減少管道的承載負荷。另外，管道需要具有足夠大的橫截面積從而允許流體的流動而不存在無法工作的壓降，而又不會如此大使得橫向風負荷存在結(jié)構(gòu)性問題。因此，管道優(yōu)選具有I. 0至30cm，更優(yōu)選2. 0至10. Ocm的內(nèi)徑。管道可以由寬范圍的材料制成，但優(yōu)選堅固和輕質(zhì)的材料諸如高強度碳纖維、芳族聚酰胺纖維或液晶聚合物諸如Kevlar(TM)、Technora (TM)、Vectran (TM)或Twaron(TM)和超高分子量聚乙烯諸如Spectra(TM)和Dyneema (TM)或PBO的諸如Zylon (TM)。選擇尤其取決于強度、傳導性、工作溫度以及耐磨損和耐腐蝕性。例如，確保管道不導電以避免與雷擊相關(guān)的問題，可能是必不可少的。由于顆?？梢酝ㄟ^管道流動，因此管道的內(nèi)壁可以用耐磨損-腐蝕材料諸如碳化鋇和類似材料涂覆。管道必須被設計成承受極端的壓力，導致非常高的環(huán)向應力和縱向應力。已經(jīng)觀 察到由于當流體通過管道向上流動時流體壓力的下降，導致在管道的基部處的環(huán)向應力大 大地超過在管道的頂部處的環(huán)向應力。相反，在管道的頂部處的縱向張應力比在基部處的縱向張應力大得多，因為在頂部處承載的管道重量比在底部大得多。因此，應力的性質(zhì)會沿管道的長度而變化。因此，優(yōu)選管道包含增強的細長纖維材料，該纖維材料被編織或以與該管道的中心軸成角度地纏繞，其中在該管道的一端處纏繞角度大于在另一端處。因此可以沿管道的長度調(diào)整纏繞角度以應付所遇到的應力性質(zhì)的變化。這導致需要較少的材料，減小了管道和支持飛船或氣球的尺寸和成本。因此，具有較大的纏繞或供應角度的端部典型地處于大體地平面場所。這為在基部處的高環(huán)向應力提供較大的支持，同時解決了頂端處高縱向張力的問題。在優(yōu)選的實施方式中，纏繞或供應角度是的變化是漸變的或以多個步進變化發(fā)生的。例如，與平行于管道軸的線的較大的纏繞或供應角度可以為30至80°，優(yōu)選35至60°，并且與平行于管道軸的線的較小的纏繞角度可以為小于30°。一旦處于升高的場所，顆粒，通常與它們的載體流體諸如氮氣一起，典型地通過散布裝置分散至大氣中。合適的散布裝置包括將顆粒運輸至高速氣流中并且可以通過噴氣發(fā)動機或一個或多個槳片提供。操作散布裝置的一個難點是提供動力從而在平流層場所對其進行驅(qū)動。在一個實施方式中，通過沿管道提供電力或燃料管線來提供動力。在另一個實施方式中，燃料氣體諸如氫氣和甲烷可以包含在用于顆粒的載體流體中。采用適宜的抽氣階段，燃料氣體可以被提取以在平流層場所使用。在優(yōu)選的實施方式中，該器具包括升高的場所處的降下設施(let-downfacility)，諸如渦輪機。這樣的渦輪機可以向散布裝置和/或解聚裝置提供動力。解聚裝置優(yōu)選地包括粉碎機、文氏管噴嘴或其組合?？梢允褂脝蝹€或多個粉碎機。此類粉碎機優(yōu)選地與如上面該的超臨界流體組合使用。這可包括通過研磨噴嘴的膨脹。合適的粉碎機尺寸的直徑在0. 2-4m的范圍內(nèi)。在優(yōu)選的實施方式中，解聚裝置優(yōu)選在顆粒傳送到粉碎機之前包括噴射沖擊式磨機。一旦顆粒被解聚，它們就通過散布裝置被分散至平流層中。因為顆粒典型地往往會非?？焖俚卦倬奂瑑?yōu)選散布裝置與解聚裝置緊密連接。例如，解聚裝置的出口可以直接處于由散布裝置生成的任何氣流中。散布裝置應當促使大量稀釋空氣的快速混合以增加單個顆粒之間的距離，從而減少顆粒碰撞和再聚集的機率并防止云狀物過大程度地下沉。此類系統(tǒng)典型地包括一個或多個噴嘴，該一個或多個噴嘴位于由任何載體流體蒸汽的膨脹所提供的器具，例如槳片或噴氣發(fā)動機排出和/或噴射裝置的運動的組合所提供的快速流動空氣流中。該器具可根據(jù)需要包括在平流層場所處與管道連接的氣球、飛船或飛艇。這樣的飛船可能需要承載管道及其內(nèi)容物以及任何相關(guān)器具的全部重量。這樣的氣球或飛船因此優(yōu)選地能夠提供至少40公噸，更優(yōu)選至少100公噸，和最優(yōu)選至少200公噸的提升力。用于提供局部遮蔽效應的大型形式可以多至2500公噸。這樣的提升值可以例如，用直徑為50-300m的氣球來實現(xiàn)，或可選地用包括長度為600m和寬 度為130m的比空氣輕的室的飛船來實現(xiàn)。管道可以裝配有降落傘器具以允許管道從氣球或飛船的釋放和管道的更為平緩的下落。平流層中的風速通常比對流層中達到的風速低得多。氣球或飛船因此可以位于比升高的場所更高的海拔高度處，以允許其停留在相對平靜的空氣中。例如，升高的場所可以在平流層下方，而同時氣球或飛船停留在平流層中。在優(yōu)選的實施方式中，氣球或飛船能夠改變其海拔高度以通過改變管道出口的海拔高度來改變管道的有效長度。例如，飛船優(yōu)選地包括用于管道卷繞在上面的卷軸。這種卷軸需要足夠大以防止管道壁上的應力由于卷繞而變得過大，又不大得使其變得不實用。因此，具有2-40m的直徑的卷軸是合適的，優(yōu)選直徑為5至20m。卷軸可以具有電動機驅(qū)動的纏繞裝置以卷繞管道并為明顯的管道振動提供主動阻尼。這樣的氣球或飛船可以方便地用來將管道安裝就位。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及安裝連接大體地平面場所與至少10，OOOm的海拔高度處的升高的場所的管道的方法，該方法包括將該管道的一端固定至該大體地平面場所并將該管道卷繞在與氣球或飛船連接的卷軸上，然后升高該飛船的海拔高度從而解開該管道直至該管道到達該升高的場所。根據(jù)本發(fā)明的器具還可以包括主動阻尼控制裝置，以減小管道中任何不需要的的振動。大體地平面場所典型地位于或非常靠近星球的陸地或海洋表面，例如陸地或海洋表面的1，OOOm內(nèi)，優(yōu)選IOOm內(nèi)。在一個優(yōu)選的實施方式中，該器具包括船只，管道的基部與船只連接。在船只上也可以提供帶有或不帶有主動阻尼裝置的卷軸。在一個可能的操作模式中，可以采用多艘船只，每艘?guī)в衅渥约旱墓艿篮拖嚓P(guān)器具。以此方式，可以生成一個大的云狀物或多個較小的云狀物。現(xiàn)在將通過舉例的方式，并參照下面的


本發(fā)明，其中圖I是顯示根據(jù)本發(fā)明的云狀物對入射至地球表面的太陽輻射的作用的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的器具的圖示。圖3是根據(jù)本發(fā)明的云狀物對局部天氣條件的作用的圖示。圖4顯示三個根據(jù)本發(fā)明的器具一起工作以改變局部天氣條件的圖示。
圖5是位于平流層場所處的根據(jù)本發(fā)明的器具的各部件的圖示。圖6是位于大體地平面場所處的根據(jù)本發(fā)明的器具的各部件的圖示。圖7是根據(jù)本發(fā)明的管道構(gòu)造的圖示。附圖詳沭圖I顯示了位于地球平流層中的根據(jù)本發(fā)明的云狀物100的作用的示意圖。云狀物100包括具有單峰分布或雙峰粒度分布的二氧化鈦，該單峰分布具有0. 25微米粒徑處的峰，該雙峰粒度分布具有在0. 15微米粒徑處和在0. 04微米粒徑處的峰。入射的太陽輻射102沖擊云狀物100。由于云狀物中二氧化鈦顆粒的粒度，導致入射的太陽輻射發(fā)生米氏散射，導致一部分入射的太陽輻射102作為散射的射線104被反射遠離地球。因此，入射的太陽輻射102中的大部分紫外線、可見光和紅外線被阻止到達地球的表面。降低水平的太陽輻射106穿過云狀物沖擊地球表面。 紅外輻射108從地球表面發(fā)射，大部分穿過云狀物100，由于紅外輻射的波長非常顯著大于二氧化鈦顆粒的粒度而不被散射。因此，根據(jù)本發(fā)明的云狀物100能夠減小入射的太陽輻射的水平，而不顯著地抑制紅外輻射向太空的發(fā)射，并且因此能夠?qū)е戮植炕騾^(qū)域性的冷卻效應。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的器具包括管道210，該管道210，其將船只200上的大體地平面場所連接到飛船220處的平流層場所。飛船220包括解聚裝置(未顯示)和散布裝置(未顯示)。也顯示了對流頂層240，其表示下方的對流層和上方的平流層之間的邊界。在使用中，典型地為亞微米高折射率顆粒的顆粒，諸如二氧化鈦，從船只200借助于顆粒運輸裝置的方式，諸如載體流體的加壓被運輸，使得這些顆粒沿管道210移動至平流層場所220。由于二氧化鈦的顆粒是亞微米的，因此在通過管道運輸期間已經(jīng)發(fā)生了一些聚集，因而這些顆粒通過解聚裝置(未顯示)，然后傳送到散布裝置(未顯示)諸如槳片或噴氣發(fā)動機。一旦這些顆粒已經(jīng)通過散布裝置，它們開始形成根據(jù)本發(fā)明的云狀物230。圖3顯示通過根據(jù)本發(fā)明的云狀物360的作用如何可以影響局部天氣模式的圖示。如上面所討論，入射的太陽輻射370被云狀物360散射，在云狀物360的陰影中導致冷卻的水表面300的區(qū)域。冷卻的水表面300具有冷卻其上方的空氣的作用，其具有引起比鄰近的空氣較冷并且因此密度更大的空氣的向下氣流310的作用。向下氣流310導致水表面320處的水平風速的增加，其具有在空氣320上升前增加其水蒸氣吸收并冷卻水表面的作用。上升的空氣柱330導致云狀物的形成并最終降水。上升的空氣330通過水平地移動340退回至云狀物的陰影中，并且它開始其又一次的下降。云狀物的形成具有進一步將入射的輻射減小至使冷卻的水表面300的區(qū)域擴大到擴大的冷卻水區(qū)域380的作用。因此，可以看出根據(jù)本發(fā)明的云狀物可以用來將水表面冷卻幾度并且允許形成滿載水的向岸風以促進對沿海灘涂的灌溉。圖4顯示了使用三個根據(jù)本發(fā)明的器具一起產(chǎn)生更大的冷卻效應的作用。在此實施方式中，采用三艘船400，每艘船都有自己的管道410與飛船420連接。生成了具有高折射率顆粒的三個獨立的云狀物，具有冷卻擴大的水表面區(qū)域460的作用。在顯示的實施方式中，在云狀物之間留下了明顯的間距，以便在云狀物之間產(chǎn)生循環(huán)模式。因此，冷卻水引起上方空氣的冷卻，導致向下氣流440和吸收了額外的水蒸氣的水平風430。氣流430上升450并且形成云狀物，最終降水，隨后退回至氣流440中。然而，具有沒有明顯間距的多個來源可以是有利的。圖5更詳細地顯示位于平流層場所處的根據(jù)本發(fā)明的器具的合適裝備，一些裝備可以任選地是根據(jù)本發(fā)明的飛行器的部件。該裝備包括圍繞卷軸510纏繞并經(jīng)由旋轉(zhuǎn)密封520與管線連接的管道500的上端，該卷軸510由電動機525電動驅(qū)動，該電動機525帶有主動阻尼控制以衰減管道500中的振動。管道中的顆粒由超臨界的氮氣載體攜帶并且在平流層場所處仍然處于超臨界狀態(tài)，盡管在從大體地平面場所(未顯示)運輸期間的壓頭損失和摩擦壓降。在此超臨界水中攜帶的顆粒通過渦輪機和/或減壓閥530從而閃蒸出氮氣并使載體流體脫離超臨界狀態(tài)。目前在主要為氣態(tài)的載體中攜帶的顆粒然后傳送到噴射沖擊式磨機和粉碎機540，經(jīng)由多個進入點傳送到直徑為大約4米的粉碎機。構(gòu)成解聚裝置的噴射沖擊式磨機和粉碎機，將顆粒間形成的任何團塊破碎，并且將單個顆粒經(jīng)由一個或多個噴嘴570排出。也顯示了帶有進氣口 550的槳片或噴氣發(fā)動機560。構(gòu)成散布裝置的槳片或噴氣發(fā)動機560生成大量的空氣流。如所見到的，噴嘴570位于流動的氣流中，并且解聚裝置因此與散布裝 置緊密連接。這具有下列的作用解聚的顆粒沒有再聚集的機會，并且被分散到平流層中以形成根據(jù)本發(fā)明的云狀物580。顆粒流也可以注入至噴嘴、槳片或燃氣渦輪機中以輔助分散，但可以導致顆粒積聚和顆粒降解問題。也顯示了閥525，當需要排出管道500的內(nèi)容物時，該閥525可以開放以允許氣體進入。圖6更詳細地顯示位于大體地平面場所處的根據(jù)本發(fā)明的器具的合適裝備。顯示了漿料管線或管道600的一部分，該部分連接至卷軸610以承受來自漿料管線600的張力。卷軸610具有主動張緊裝置625以控制管線振動。管線600通過管道釋放限制器690固定，管道釋放限制器690由錨695固定到船只或地面上。也顯示了合適的漿料制備器具。高折射率顆粒和載體流體，例如氮氣的分開流傳 送到漿料混合容器650。一旦被混合，混合物被傳送到泵640，泵640將混合物的壓力增加至非常高的水平。一旦處于高壓，混合物被傳送至壓力緩沖容器630以便消除來自泵640的任何壓力脈沖。如所示，采用多個流，并且還在傳送到管線600以向平流層輸送之前合并在一起以增加漿料的壓力。另外，可以經(jīng)添加劑進料泵670包含添加劑，并且當飛船需要獨立于地面位置而移動位置時管道傾卸罐680方便地允許排空管道。典型地，還可以采用加熱器具(未顯示)以便使載體流體變成超臨界流體。圖7更詳細地顯示管道構(gòu)造和其結(jié)構(gòu)的布置。顯示了由復合材料管702圍繞的線圈架701，絕緣體703和表面防護體704。流體從船只或地面站709經(jīng)由管道708被泵送至升高的場所處的散布裝置710。線圈架701典型地是鋼制的，但可以是堅固的不導電的耐磨的塑料，典型地為0. 2至2. Omm厚，提供耐磨性和纖維在其上纏繞或編織物在其上伸展的基座。環(huán)氧樹脂或其他填料將對纖維取向提供一些額外的穩(wěn)定性。近視圖706圖示了細長纖維或編織物如何相對于通過纖維并與中心軸平行的線以非常小的角度圍繞管道纏繞。這有助于處置由于被承載的管道重量導致的在該處所遇到的非常高的縱向張力。在近視圖705中管道的基部處，可以看出細長的纖維或編織物相對于通過纖維并與中心軸平行的線以較大的角度圍繞管道纏繞。這是為了對由于高流體壓力導致的在該處所遇到的高環(huán)向應力提供較大的防護作用。盡管未顯示，但是纏繞或編織物的角度從頂部至底部逐漸地改變，以考慮管道中逐漸改變的應力性質(zhì)。這提供了對材料的有效使用，減少管道的尺寸和成本。下面涉及高空平臺，尤其是用于在高空處傳送信息服務的平臺，該服務包括遠程通信、觀察和定位服務。例如，位于10至25km海拔高度的高空平臺，已經(jīng)被提出用于寬范圍的應用。一個逐漸令人感興趣的領域是從具有諸如遠程通信、定位和觀察能力的此類裝置提供信息服務，該能力包括高速互聯(lián)網(wǎng)、電子郵件、電話、電視服務、視頻點播、全球定位。與衛(wèi)星相比，高空平臺具有一些優(yōu)點，主要是因為從發(fā)送器至地球上的接收機的距離可以小得多，而靜止軌道衛(wèi)星典型地處于40，OOOkm海拔高度，并且對于低地球軌道衛(wèi)星為約IOOOkm海拔高度。高空平臺的此相對接近可以產(chǎn)生更強的信號并且避免運載火箭的成本以及提供 較短的開發(fā)時間。US 7，046，934公開了用于與衛(wèi)星相結(jié)合傳送信息服務的高空氣球。然而，為從高空平臺提供可靠的商業(yè)信息服務存在著巨大的和重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。關(guān)鍵的問題是保持此類平臺的穩(wěn)定性，此平臺將經(jīng)受風的影響，風可能波動很大并且具有非常高的速度。特別地，許多信息服務要求準確的定向傳送，而從經(jīng)受在此海拔高度處存在的疾風的平臺難以傳送這種定向傳送。此外，在高空處局部可用的功率通常限于幾kW，排除了涉及大功率裝置的工程解決方案。因此，在此領域非常需要進一步的改進。在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于在高空生成電能的器具，該器具包括連接大體地平面場所與升高的場所處的平臺的系繩，該系繩包括與該平臺處的發(fā)電機連接的管道，該管道被配置成允許燃料流體從大體地平面場所流動至升高的場所，并且該發(fā)電機可操作地在該升高的場所處將燃料流體中的能量轉(zhuǎn)換成電能。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)提供可以由燃料流體生成電力的高空平臺使得可用的動力可以比由原位發(fā)電諸如太陽能發(fā)電機或從大氣中提取它們的燃料的燃料電池可用的動力多幾個數(shù)量級。隨著在高空處有大量的動力可用，就可以獲得解決與此類平臺相關(guān)的各種技術(shù)困難的多種選擇，這在以前是不可能的。此類配置中涉及的工程技術(shù)挑戰(zhàn)是明顯的。然而，通過仔細地設計器具，其可以實現(xiàn)，如下面將要討論。典型地，升高的場所將處在5，OOOm至30，000m,優(yōu)選10，OOOm至25，000m,更優(yōu)選15，OOOm至25，OOOm的海拔高度。這提供了足夠的海拔高度以在寬廣的范圍內(nèi)傳送信息服務，而又不那么高從而面臨不可逾越的工程技術(shù)挑戰(zhàn)。在優(yōu)選的實施方式中，該升高的場所處于平流層中，優(yōu)選剛好在對流頂層上方或處于對流頂層處，在此處側(cè)風不太嚴重。大體地平面場所典型地處于或非常接近地球的陸地或海洋表面，例如，陸地或海洋表面的IOOOm內(nèi)，優(yōu)選IOOm內(nèi)。在一個優(yōu)選的實施方式中，該器具包括連接系繩的船只。
在優(yōu)選的實施方式中，該器具包括處在升高的場所處的一個或多個氣球或飛船，以提供在該升高的場所處保持該器具所必需的升力。因此這樣的一個或多個氣球或飛船優(yōu)選能夠提供至少5. 0公噸，更優(yōu)選至少10. 0公噸，和可能至少25公噸的提升力。為了提供這樣的升力，任何氣球優(yōu)選地具有60，OOOm3至2，000, OOOm3的總體積。這樣的氣球或飛船可以是球體的，但優(yōu)選是非球體或橢圓體的形狀。這提供了更流線型的形狀，有助于減少風力。管道典型地是具有圓形或近圓形橫截面的管子，燃料流體通過該管道流動。因此，燃料流體流動通過的內(nèi)徑優(yōu)選為I. 5至30mm。這足以允許0. 00005至3. Okg/s，優(yōu)選0. 00015至I. Okg/s的燃料流體的實際流量。為了使燃料流體在管道的如此長的長度內(nèi)流動，并且克服重力，在管道的入口處必須升高到高壓。為了在管道中達到可接受的流量，超過lOOMPa，優(yōu)選超過200MPa，更優(yōu)選 超過400MPa和甚至超過600MPa的壓力可能是必需的。然而，如果燃料流體是氫，則需要較低的壓力，I至IOOMPa的壓力是適宜的。為了達到這樣高的壓力，燃料流體可以經(jīng)由多個壓力容器提供。燃料流體優(yōu)選地包含氫和/或烴流體。由于通過管道運輸流體所必不可少的高壓，優(yōu)選烴流體的平均分子量為小于200，優(yōu)選小于150，更優(yōu)選小于100，最優(yōu)選小于50或甚至小于20。在一個優(yōu)選的實施方式中，燃料流體包含至少90wt %,更優(yōu)選至少99wt %,最優(yōu)選至少99. 9wt%的氫，或甚至至少99. 99wt%的氫。在一個優(yōu)選的實施方式中，發(fā)電機包括內(nèi)燃機，通過燃料流體的燃燒發(fā)電，例如，利用取自高空的空氣。在另一個優(yōu)選的實施方式中，發(fā)電機包括燃料電池，其可以消耗作為燃料流體的氫，通過氫與從高空處的空氣壓縮并可能脫水的空氣的反應發(fā)電。發(fā)電機典型地能夠產(chǎn)生幾kW至多達幾麗。因此，優(yōu)選發(fā)電機可以產(chǎn)生3至60，OOOkff,更優(yōu)選100至20，OOOkff的電力。管道可以由寬范圍的材料制成，但堅固的和輕質(zhì)的材料是優(yōu)選的，諸如高強度碳纖維，或芳族聚酰胺纖維諸如Kevlar 、Technora 、Vectran 或Thoron 和超高分子量聚乙烯諸如Spectra 和Dyneema 或PBO的諸如Zylon 。對于氫輸送，管道可以包括帶有襯層的復合材料管，諸如金屬或PTFE或其他低滲透性塑料，以攜帶燃料流體。此組合防止氫的擴散和氫損失。系繩可以包括一個或多個增強線纜，其沿管道的外側(cè)延伸以提供強度。因此，系繩起的作用是承擔承載器具所必需的張力，而管道起的作用是運輸燃料流體，盡管其也可以承受一些張力。還進一步發(fā)現(xiàn)此類系繩可以優(yōu)選地具有非圓形橫截面以減少水平拖拽，同時維持管道的垂直強度和壓力包容性。系繩上的水平拖拽是一個重大的問題，因為其可以導致系繩移動至更為水平的定位，因此將平臺的海拔高度降低至所需升高的場所的海拔高度下方，這個問題可以被描述為吹走(blow-over)。如果平臺進入較高的風速區(qū)則這個問題會被加重，由于過大的風載荷可以導致災難性故障。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于提供高海拔高度服務的器具，該器具包括處于升高的場所的平臺，該平臺被拴在大體地平面場所，其中該系繩具有非圓形橫截面。
這樣的系繩的特征可以是橫截面的縱橫比，S卩，剛好包含該橫截面的矩形的各側(cè)長度的比率。優(yōu)選縱橫比為I. 5至20. O。如上該，系繩可以包括增強線纜以便為系繩提供充分的強度。在一個優(yōu)選的實施方式中，系繩包括多于一條的線纜，每條彼此平行。以此方式，具有圓形橫截面的線纜可以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的具有非圓形橫截面的系繩?？梢园嗟木€纜，它們也可以與其他線纜對齊以產(chǎn)生細長橫截面的系繩。例如，優(yōu)選包含I至10條線纜的系繩。如本領域中所公知的，圓形橫截面系繩將總是在空氣中呈現(xiàn)相同的面積，無論系繩中是否存在任何扭轉(zhuǎn)作用。然而，具有非圓形橫截面的系繩具有根據(jù)系繩的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)向流動空氣展現(xiàn)可變的面積的潛力。然而，長的非圓形橫截面系繩帶來的一個問題是它們往往向流動空氣展現(xiàn)其最大的面積，而不是展現(xiàn)它們的最小面積。這是因為此類系繩通常具有低的抗扭勁度并在流動 的空氣中將它們自身調(diào)整為最小的應變能，由此將其長軸與流動方向成直角，除非通過例如，葉片來定期定向。因此，它們以增加的面積存在的天然趨勢可以因流動的空氣而增加對系繩的力。因此需要采取措施來確保非圓形橫截面系繩趨于向流動的空氣展現(xiàn)最小面積。現(xiàn)在已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)可以使這樣的非圓形橫截面系繩向流動的空氣展現(xiàn)它們的最小面積，即使它們可能具有低抗扭勁度。因此這樣的系繩的橫截面典型地是細長的，其細長橫截面具有兩個邊界明確的端部。這兩個端部可以分別稱為前緣和后緣。前緣典型地是圓的，并且期望處于在流過系繩的空氣的最上游點處。同樣，后緣期望是流動空氣的最下游點。在給定的橫截面上，系繩的最上游點至系繩上最下游點的距離稱為在該橫截面處系繩的弦長。當空氣流過這樣的系繩時，其在系繩上產(chǎn)生力。在任何指定的時間，在系繩的橫截面內(nèi)存在有理論上的點，圍繞其由這種力所引發(fā)的所有力矩的總和彼此相互抵消。這個點在本文中被稱為空氣動力壓力的中心。由于系繩的長度導致其通常具有低抗扭勁度。已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)如果在給定的橫截面處系繩的質(zhì)量中心與空氣動力壓力中心相比更靠近系繩的前緣，則當系繩向流動的空氣展現(xiàn)其最小面積時將形成其最穩(wěn)定的布置形式，即使保留的應變能可能不是最小的。換句話說，優(yōu)選地在使用中質(zhì)量中心與空氣動力壓力中心相比更靠近前緣。典型地是下面這樣的情況對于被定位成向流動的空氣展現(xiàn)其最小面積的系繩的細長橫截面，空氣動力壓力中心將接近于距前緣四分之一弦長處。因此，為了確保質(zhì)量中心與空氣動力壓力中心相比更接近前緣，需要采取特殊的步驟。例如，系繩橫截面的形狀優(yōu)選是淚珠形，例如，類似于直升機漿橫截面。然而，僅此不能確保質(zhì)量中心足夠地接近前緣。因此，典型地，系繩接近前緣的材料密度與中心和接近后緣的材料密度相比更大。材料密度的這種變化可以是漸變的或突然的。甚至可以涉及移位，在這種情況下，其他材料，諸如光纖電纜和增強線纜通過系繩。然而，材料密度的任何變化以及形狀的變化一起提供了在系繩內(nèi)適宜定位的質(zhì)量中心。因此，優(yōu)選系繩的質(zhì)量中心距前緣小于弦長的25%。更優(yōu)選地，其距前緣小于弦長的24%。典型地其距前緣10%至24%，更優(yōu)選15%至24%的弦長。
當然，當系繩連接大體地平面場所與平臺時，其承受張力。已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)如果在使用中張力中心與空氣動力壓力中心相比更接近前緣，則可以實現(xiàn)系繩穩(wěn)定性的改進。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果張力中心處于空氣動力壓力中心的下游，則系繩可能易于扭曲使得縱軸與任何風成大角度傾斜。一旦此過程開始，系繩的越來越多的長度將呈現(xiàn)于此海拔高度，潛在地比系繩迎風時產(chǎn)生更高的風載荷。張力中心是系繩橫截面中的點，圍繞該點在該橫截面中由系繩所承載的張力(其指向與橫截面的平面垂直)所建立的所有力矩總和為O。因此，優(yōu)選系繩的張力中心距前緣小于25%的弦長。更 優(yōu)選其距前緣小于24%的弦長。典型地其距前緣10%至24%，更優(yōu)選15-24%的弦長。已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)如果在使用中剪切力中心與空氣動力壓力中心相比更接近前緣，則可以實現(xiàn)系繩穩(wěn)定性的改進。剪切力中心是系繩橫截面中的點，如果理論上的力施加于橫截面的平面中，則通過該點不會對系繩產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。換句話說，施加的力只導致系繩的偏移，而不導致其任何的旋轉(zhuǎn)。因此優(yōu)選系繩的剪切力中心距前緣小于25%的弦長。更優(yōu)選其距前緣小于24%的弦長。典型地其距前緣10%至24%，更優(yōu)選15%至24%的弦長。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量、張力和剪切力的中心彼此靠近，而同時保持相比于空氣動力壓力中心更靠近前緣是最理想所期望的。因此，質(zhì)量、張力和剪切力的中心優(yōu)選地在小于10%的弦長，優(yōu)選地小于5%的弦長的區(qū)域內(nèi)。如果要實現(xiàn)具有低拖拽的動力穩(wěn)定體系，有時有可能這些中心中的一個或兩個可以相比于空氣動力壓力中心更遠離前緣，但不是所有三個中心。在優(yōu)選的實施方式中，系繩可以包括一系列葉片或風板從而從水平或近水平風向系繩提供升力。系繩也可以包括翅片，可以向該翅片提供動力以提供主動控制。任選地或另外地，系繩可以包括沿導管的長度定位的多個旗標。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些旗標防止非圓形橫截面系繩的飄動。如上該，有如此多可用的動力，用于提高以前無法提供的信息服務的性能的選擇變得可能。例如，在優(yōu)選的實施方式中，該器具包括回轉(zhuǎn)裝置和/或重力穩(wěn)定裝置。這樣器具可以起作用以保持在大氣中的固定海拔高度。這能夠指弓I從該器具通過大氣的傳送，并且至地球表面的傳送。沒有這樣的穩(wěn)定裝置，該器具的移動會使定向傳送很困難。增加的動力使得大功率的遠程通信信號能夠傳送到地球。這可以提供數(shù)個優(yōu)勢。例如，信號變得能夠穿透建筑物或進入地下設施中。另一益處是陸基器具可以能夠使用較小的天線運轉(zhuǎn)，較小的天線更為便利并且能夠便攜。因此，該平臺典型地包括信息服務器具。例如，該器具可以包括電磁發(fā)送器和/或接收機用于將遠程通信服務傳送到地球的表面。在優(yōu)選的實施方式中，系繩也包括從大體地平面場所至升高的場所的光纖電纜，以向升高的場所處的發(fā)送器/接收機傳輸高比特率和從其接收高比特率。從大體地平面場所，光纖可以通過光纖與通信的陸基中心連接。在大體地平面場所為船只的情況下，則需要配置能夠從海底大陸傳送到航標的光纖，航標通過光纖或其他裝置連接到船只。與船只的來回通信則可以通過光纖經(jīng)由海底光纖電纜傳輸。在優(yōu)選的實施方式中，該器具采用光載波無線通信(Radio-over-fibre)技術(shù)。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于在高空處提供信息服務的器具，該器具包括平臺、系繩，該平臺包括在升高的場所處的信息服務器具，該平臺拴在大體地平面場所上，該系繩包括連接該信息服務器具與該大體地平面場所附近的基站的光纖電纜，其中該基站包括通過無線電信號調(diào)制光的裝置，該信息服務器具包括光電轉(zhuǎn)換裝置和至少一根天線，該配置可操作用于將被調(diào)制的光沿該光纖電纜傳輸?shù)皆撔畔⒎掌骶撸谠撔畔⒎掌骶咛幵撔盘柋晦D(zhuǎn)換成電子形式并通過天線發(fā)射。典型地，該無線電信號將是無線信號，例如，具有幾GHz頻率。光載波無線通信是特別有利的，因為在向平臺的傳輸中信號衰減非常小，并且大部分信息處理器具可以位于基站處，由此減小了平臺的重量。另外一個優(yōu)勢是在不改變高 空處的器具的情況下開發(fā)服務類型的可能性。 因此，調(diào)制和切換功能典型地可以在基站處進行。其他功能諸如頻率上轉(zhuǎn)換和多路傳輸也可以在基站處實施。因此一些信息服務器具僅需要在平臺處具有光電子和放大功倉泛。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于許多應用在高空處任何器具的平移運動比旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的問題少得多。對于遠距離的通信，即使定向傳輸?shù)姆较蛏闲〉淖兓瘜е孪虻厍虻膫鬏敾驈牡厍虻慕邮彰黠@脫靶。然而，如果該方向被固定或特別地角速度被最小化，則平移運動僅導致距靶標相對小的偏離。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由于風引起的平移運動可以比旋轉(zhuǎn)運動更容易被容忍。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于在高空處提供信息服務的器具，該器具包括平臺，該平臺包括在升高的場所處的信息服務器具，該平臺拴在大體地平面場所上，其中該平臺容納在護罩內(nèi)，但它并不與其剛性連接。典型地，該平臺通過軸承布置與該系繩連接，該軸承布置允許相對于該系繩自由轉(zhuǎn)動。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過位于護罩內(nèi)平臺可被保護免受疾風損壞。此外，因為平臺與護罩或系繩未剛性連接，護罩或系繩所發(fā)生的任何旋轉(zhuǎn)運動不會傳遞到平臺。因此護罩防護平臺免受風的損壞并且提供一定體積的靜態(tài)空氣或氣體，而平臺安裝在該體積的靜態(tài)空氣或氣體內(nèi)。因此，盡管護罩的平移運動可能被傳遞，但幾乎沒有旋轉(zhuǎn)運動被傳遞，并且顯著地改善了定向信息服務。在優(yōu)選的實施方式中，該護罩是氣球并且平臺可以通過系繩而懸浮但在所有平面中相對于細繩自由旋轉(zhuǎn)。例如，該護罩可以是懸浮在為平臺提供升力的較大氣球或飛船下方的氣球。此外，如果護罩與如上該的回轉(zhuǎn)裝置和/或重力穩(wěn)定裝置組合，則護罩的益處進一步和顯著地增強。在此實施方式中，可以獲得非常穩(wěn)定的姿勢，提供顯著增強的定向信息服務。此外，如果其與上面討論的本發(fā)明的燃料流體方面組合，則更是所期望的。根據(jù)本發(fā)明的系繩和平臺也可能易遭受雷擊。這種雷擊可非常危險，特別是如果燃料流體在通過系繩中的管道時。因此，優(yōu)選管道是不導電的。例如，這可以通過如下實現(xiàn)通過確保系繩的任何金屬部件每隔一段例如，每幾米就被中斷，從而切斷電路?？蛇x地該管道可以基本上不含導電元件。在管道優(yōu)選地不導電的同時，系繩本身可以也是不導電的，或可選地可以包括將大體地平面場所與平臺電連接的避雷針。因此，任何雷擊將被該避雷針帶走并且不影響不導電的管道。在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于在高空處提供信息服務的器具，該器具包括平臺，該平臺包括在升高的場所處的信息服務器具，該平臺拴在大體地平面場所上，其中該系繩包括至少兩根電力電纜，該電力電纜可操作地將電力從地平面場所傳輸?shù)狡脚_。在此實施方式中，不可能確保系繩是不導電的。因此，優(yōu)選系繩也包括避雷針，該避雷針將大體地平面場所與平臺電連接。在一個實施方式中，避雷針可以是非絕緣形式的電力電纜中的一根。因此，盡管可能不能防止雷擊，但通過在系繩中提供導電通路可以將其影響極大地最小化。
例如，避雷針可以包括鋁條或其他導電材料，優(yōu)選地具有100-400mm2橫截面積的
橫截面。也優(yōu)選一根或多根電纜是絕緣的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3. 3kV至330kV的高壓電纜是合適的。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在這樣的危險水可以在系繩的外側(cè)上形成導電通路。因此，如果其是不導電的，然而水可以提供導電通路，因而雷擊的問題仍然是個問題。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于提供高空服務的器具，該器具包括升高的場所處的平臺，該平臺拴在大體地平面場所上，其中該系繩涂覆疏水性材料。因此，如果在系繩的表面上形成任何液體，則其通常將不會形成連續(xù)通路，因此防止了形成電通路的可能性。另外，通過防止在系繩上形成冰可以避免其他潛在的有問題的情況，特別是在非圓形系繩的情況下冰的形成可能促進空氣動力學不穩(wěn)定性。也優(yōu)選，如果系繩包括可移動運輸工具，該移動工具可操作地檢查系繩的損壞，可能地進行小修理并且提供除冰能力。因為這樣的高空平臺通常位于人群區(qū)域附近，也必需考慮飛行器安全性和規(guī)章。一種這樣的安全性考慮是要求系繩包含大量的發(fā)光體，其可以連續(xù)或間歇地運行，以便警示飛機飛行員注意系繩的存在。然而，沿系繩的長度提供發(fā)光體和提供充足的電力可能涉及重量顯著增加，而這通常要被避免。因此，可以提供此類照明而不額外顯著增加重量的系統(tǒng)將是非常合乎需要的。因此，在另一個方面，本發(fā)明涉及一種用于提供高空服務的器具，該器具包括升高的場所處的平臺，該平臺拴在大體地平面場所上，其中該系繩包括連接大體地平面場所與平臺的光纖電纜，該光纖電纜包括沿該光纖電纜的長度間隔排列的多個耦合器，每個耦合器適于將該光纖電纜中的一部分光轉(zhuǎn)向，并且將其引向各個發(fā)光裝置。典型地該發(fā)光裝置包括準直器，并且可包括，例如一個或多個透鏡，一些反光鏡或衍射光柵(常規(guī)的或全息的)。沿光纖電纜傳輸?shù)墓鈨?yōu)選是間歇的，以便在各個發(fā)光裝置處提供閃光效應。在優(yōu)選的實施方式中，該發(fā)光裝置均勻地間隔開。發(fā)光裝置之間的間隔可以為50至 200m。因此，這樣的系繩可以包括20至200個這樣的發(fā)光裝置。因此，被每個耦合器轉(zhuǎn)向的光量優(yōu)選地在該點處光纖中光的0. 5-5. 0%的范圍內(nèi)。在此實施方式中的光纖典型地是用于傳送光信號的不同的光纖，該光信號用于根據(jù)本發(fā)明的其他方面的信息服務器具。這種配置是輕質(zhì)的、緊湊的，可以表現(xiàn)出很少的額外風阻并且不需要任何局部電力要求，因此簡化了需要的器具。關(guān)于高空平臺本文所公開的任何特征可以與任何其他特征組合以提供根據(jù)本發(fā)明的各種實施方式?，F(xiàn)在將通過舉例的方式，并參考下列的

高空平臺發(fā)明，其中
圖8是根據(jù)本發(fā)明的器具的圖示。圖9是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的系繩的橫截面的平面剖視圖。圖10是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的另一種系繩的橫截面的平面剖視圖。圖11是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的另一種系繩的截面的立體圖。圖12是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的另一種系繩的截面的立體圖。圖13是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的另一種系繩的截面的立體圖。圖14是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的另一種系繩的截面的立體圖。圖15是通過根據(jù)本發(fā)明的器具所使用的另一種系繩的截面的立體圖。圖16是根據(jù)本發(fā)明的器具的元件的圖示。圖17是通過根據(jù)本發(fā)明的系繩的橫截面的剖視圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明的另一個器具的圖示。圖19是根據(jù)本發(fā)明的系繩所使用的發(fā)光裝置的圖示。轉(zhuǎn)到附圖，圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的器具，該器具包括由氣球3和系繩2支撐的高空平臺4。系繩與位于海平面處作為地平面場所的船只I連接。平臺4包括燃料電池形式的發(fā)電機，盡管其可以是燃氣發(fā)動機，噴氣發(fā)動機或柴油機等。平臺4也包括多個信息服務器具，諸如內(nèi)部天線、用于無線互聯(lián)網(wǎng)的多個網(wǎng)絡、供應I至20km直徑信元的700個喇叭形天線、電視發(fā)送器、GPS發(fā)送器、飛行器警告系統(tǒng)，例如，雷達反射器和閃光燈。系繩2包括外徑為15mm和內(nèi)徑為12mm的由復合材料制成的帶有PTFE襯層的Kevlar 管。該管由4個額外的直徑為15_的Kevlar 線纜增強，從而為系繩提供非圓形的橫截面。氣球3具有600，000立方米容量，為橢圓體形狀，橫向直徑為158m，垂直高度為46m，并且充滿了氦氣以支撐重量為8公噸的平臺4。船只I包括氫儲庫，和任選地制氫站，并且可以通過兩個高壓壓氣機(未顯示)將氫加壓至350bar的壓力，使得其可以從系繩向上流動到達平臺4。一旦氫到達平臺處，其傳送至燃料電池，于是在高空處產(chǎn)生電能。產(chǎn)生的電能典型地為100至10，000kW，例如IOOOkW,并且超過足以提供信息服務器具所使用的高強度信號的電能。圖9顯示了通過圖8中使用的系繩2的一部分的橫截面。系繩2包括管道6，管道6攜帶燃料流體，例如氫。其通過復合材料制成的壁8加固。也提供了 4根加固線纜10，這些加固線纜不攜帶燃料流體但為系繩提供強度。也提供了尾部12和通過環(huán)或動臂機構(gòu)16與尾部12連接的翅片部14。系繩被外皮18包繞以維持系繩2的完整性。橫截面的細長性質(zhì)有助于減小疾側(cè)風引起的水平拖拽。動臂機構(gòu)16可操作地提供主動控制以防止不利的系繩移動。圖10顯示用于本發(fā)明的另一種系繩20的一部分的橫截面。系繩20包括燃料管線22，該燃料管線22包埋在非圓形復合材料24中。也提供了翅片26，其通過環(huán)或動臂機構(gòu)28與系繩20連接。動臂機構(gòu)28可操作地提供主動控制以防止不利的系繩移動。圖11顯示用于本發(fā)明的另一種系繩30的一部分的視圖。顯示了攜帶燃料流體的中央管道32，其每側(cè)被兩根加固線纜34包繞。也提供了葉片36，其作用是當疾側(cè)風流過系繩時為系繩提供升力。這有助于防止平臺被吹走。圖12顯示用于本發(fā)明的另一種系繩40的一部分的視圖。顯示了攜帶燃料流體的中央管道42,其每側(cè)被兩根加固線纜44包繞。也提供了葉片46，其通過連接件48和彈簧50與加固線纜44連接。在使用中，當強側(cè)風流過系繩時葉片46為系繩40提供升力。圖13顯示纏繞在系繩上的提升葉片的另一種形式。葉片52的直徑可以為0. 2至10_，但典型地為約1_，垂向間隔為4_。沿系繩長度的繞組可以是連續(xù)的或不連續(xù)的。優(yōu)選該繞組存在于7000m至13000m的海拔高度。圖14顯示另一種構(gòu)造方式，葉片55與系繩線纜交錯。圖15顯示用于本發(fā)明的另一種系繩58的一部分的視圖。該系繩包括旗標57，該旗標57通過線圈59和旗標中的孔洞60與系繩連接。該旗標可以可選地是簡單的金屬絲以防止系繩的非圓形橫截面在疾風中的飄動。圖16更詳細顯示燃料管理系統(tǒng)和圖I中顯示的平臺。顯示的是地平面場所處的卷軸64內(nèi)的氫增壓系統(tǒng)、管道65和平臺79。卷軸64內(nèi)的增壓系統(tǒng)包括低壓滑動密封62，氫通過該滑動密封62通到壓縮機63,然后氫經(jīng)系繩中的管道65向上流動。一旦處于平臺79處，管道進入具有排放閥66的上卷軸68。在另一個實施方式中，可以省略卷軸68。然后氫經(jīng)過滑動密封67流入由陽極69、膜70和陰極71組成的燃料電池中。大氣73在壓縮機74中壓縮，通過除濕器75，然后進入陰極71。水經(jīng)出口 72排出。來自燃料電池的動力驅(qū)動電動機78，其接著驅(qū)動壓縮機74。其他動力的使用是供應發(fā)送器77的有效載荷電子器件76以及任何平臺穩(wěn)定器(未顯示)。圖17顯示通過根據(jù)本發(fā)明的系繩的截面。該系繩包括外皮84，其包含兩條光纖電纜束86和兩個管道或線纜88。橫截面是非圓形的和細長的，縱橫比為約4。在使用中，空氣從左側(cè)流向右側(cè)，限定前緣90和后緣91。也限定了弦長92和弦寬93。在90和91處，有提供外部光源的小光纖。橫截面在前緣處填充芳族聚酰胺94，并且剩余部分填充低密度泡沫95。通過系繩的橫截面的元件的相對密度設置成使得沿線96提供質(zhì)量中心，并且靠近弦線對稱。當空氣從前緣向后緣流動時，空氣動力壓力中心位于線97上。因為質(zhì)量中心96比空氣動力壓力中心97更靠近前緣90，顯示的配置是穩(wěn)定的。因此，該系繩的設計向流動的空氣展示其最小面積，并且因此經(jīng)受最小化的風阻。
圖18顯示根據(jù)本發(fā)明的器具100，該器具100包括氣球或飛船102，其通過系繩106與基站(未顯示)連接。該系繩包括光纖電纜108，其從間歇的光源104延伸至氣球或飛船102。多個發(fā)光體110，112沿光纖108間隔排列，發(fā)光體114圍繞氣球或飛船102。如更詳細地顯示，光纖電纜108進入耦合器116，其使光纖中的一部分光轉(zhuǎn)向至發(fā)光體110和112。大部分光保留在光纖中，并且行進到下一對發(fā)光體，在此進行相同的過程。在氣球或飛船102處，其余的光同等地轉(zhuǎn)向至發(fā)光體114。因此，安全信號燈以輕質(zhì)的、緊湊的和低風阻形式提供。圖19詳細地顯示了耦合 器116提供發(fā)光的操作。來自光電纜108的光進入稱合器116,于是一部分光108a發(fā)生轉(zhuǎn)向，并且引向光柵118。大部分光通過I禹合器116,不發(fā)生轉(zhuǎn)向。被轉(zhuǎn)向的光離開光柵118,并被引向至反射錐120，反射錐120以大角度反射光從而提供發(fā)光裝置。可以容易地想到分配被轉(zhuǎn)向的光以提供發(fā)光裝置的其他方法。
權(quán)利要求
1.一種用于將固體顆粒運輸和分散至地球的平流層中的器具，該器具包括將一個大體地平面場所與一個升高的場所連接的管道、一個顆粒運輸裝置、以及與一個散布裝置連接的一個解聚裝置，其中該解聚裝置和散布裝置是位于該升高的場所處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器具，其中該管道包含的顆粒具有大于I.40的折射率。
3.一種將折射率大于1.40的固體顆粒運輸?shù)降厍虻钠搅鲗又械姆椒ǎ摲椒ò▽⑦@些顆粒經(jīng)由一個管道從一個大體地平面場所運輸?shù)揭粋€升高的場所并且將這些顆粒分散到大氣中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中這些顆粒在被分散到該平流層中之前在該平流層場所處被解聚。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該升高的場所處的海拔高度為至少5，000m,優(yōu)選至少10，000m,并且更優(yōu)選地處于該平流層中。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中經(jīng)由該管道運輸?shù)倪@些顆粒是在一種載體流體中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)明，其中該顆粒運輸裝置包括一個載體流體加壓裝置。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中經(jīng)由該管道運輸?shù)倪@些顆粒具有的折射率超過2. O,更優(yōu)選大于2. 3。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中經(jīng)由該管道運輸?shù)倪@些顆粒是二氧化鈦顆粒、氯化鈉顆粒、娃顆?；蛩鼈兊幕旌衔铩?br> 10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中基本上所有的經(jīng)由該管道運輸?shù)念w粒都是亞微米顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)明，其中經(jīng)由該管道運輸?shù)倪@些顆粒具有的平均粒度是在O. 01至Ι.Ομπι范圍內(nèi)，更優(yōu)選在O. 02至O. 5 μ m范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的發(fā)明，其中這些顆粒具有一種雙峰粒度分布，具有的峰值對應地在可見波長和紫外波長處。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中這些顆粒是用一種或多種材料涂覆的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)明，其中該涂覆材料是疏水性的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)明，其中該涂覆材料包括的材料選自以下各項硫酸鹽類、磷酸鹽類、硅烷類、硅氧烷類、以及它們的混合物。
16.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中這些顆粒是通過干燥或化學反應或其組合來制備的，以便通過移除充分吸收的水、羥基或極性分子，使其具有的太陽輻射吸收與由相等重量的與這些顆粒具有相同粒度分布的水在約2微米的波長處產(chǎn)生的太陽輻射吸收相比至少要低出90%。
17.根據(jù)權(quán)利要求6至16中任何一項所述的發(fā)明，其中這些顆粒按體積計以5%至50%的濃度存在。
18.根據(jù)權(quán)利要求6至17中任何一項所述的發(fā)明，其中在該管道的入口處該載體流體具有的溫度為_80°C至15°C，優(yōu)選-60°C至100°C。
19.根據(jù)權(quán)利要求6至18中任何一項所述的發(fā)明，其中在該管道的入口處該載體流體具有的壓力為大于lOOMPa，優(yōu)選大于200MPa，更優(yōu)選大于400MPa，最優(yōu)選大于600MPa。
20.根據(jù)權(quán)利要求18和權(quán)利要求19所述的發(fā)明，其中該載體流體是一種超臨界流體。
21.根據(jù)權(quán)利要求6至20中任何一項所述的發(fā)明，其中在該管道中的平均流速為l_20m/s。
22.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該管道為至少5000m，優(yōu)選至少10，000m,更優(yōu)選10，000至25，OOOm長，以便能夠使其到達該升高的場所。
23.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該管道具有的內(nèi)徑為1.0-30cm，更優(yōu)選2. O至10. 0cm。
24.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該管道的內(nèi)壁用一種材料進行了涂覆以減少磨損。
25.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該管道包含增強的細長纖維材料，該纖維材料以與該管道的中心軸成角度地進行纏繞或供應，其中該纏繞或供應角度在該管道的一端處大于另一端處。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的發(fā)明，其中具有較大纏繞或供應角度的一端是在該大體地平面場所處。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的發(fā)明，其中纏繞或供應角度的變化是漸變的或以多個步進變化發(fā)生的。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任何一項所述的發(fā)明，其中該較大的纏繞或供應角度是與平行該管道的軸的線成30至80°，并且該較小纏繞角度是與平行該管道的軸的線小于30。。
29.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該散布裝置參與將這些顆粒運輸至高速氣流中。
30.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中沿該管道提供了電力和/或燃料管線。
31.根據(jù)權(quán)利要求6至30中任何一項所述的發(fā)明，其中燃料氣體諸如氫和甲烷被包含在用于這些顆粒的該載體流體中。
32.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，包括在該升高的場所處的一個降下設施，諸如一個潤輪機。
33.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中顆粒通過該管道的輸送量為至少500公噸/12小時，優(yōu)選至少1000公噸，更優(yōu)選至少2000公噸，還更優(yōu)選至少4000公噸，最優(yōu)選至少10，000公噸/12小時。
34.根據(jù)以上權(quán)利要求中除權(quán)利要求3以外的任何一項所述的發(fā)明，其中該解聚裝置包括一個粉碎機、一個文氏管噴嘴、或其組合。
35.根據(jù)以上權(quán)利要求中除權(quán)利要求3以外的任何一項所述的發(fā)明，其中該散布裝置與該解聚裝置是緊密連接的。
36.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，該發(fā)明包括與該管道連接的一個氣球、飛船或飛艇。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的發(fā)明，其中該飛船能夠提供的提升力為至少15公噸，更優(yōu)選至少100公噸，并且最優(yōu)選至少200公噸。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的發(fā)明，其中該氣球或飛船能夠改變其海拔高度從而改變該導管的有效長度。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的發(fā)明，其中該氣球或飛船包括用于該管道在上面卷繞的一個卷軸。
40.根據(jù)以上權(quán)利要求中任何一項所述的發(fā)明，其中該管道的基部與一條船相連接。
41.根據(jù)權(quán)利要求36至40中任何一項所述的發(fā)明，其中該氣球或飛船處于該平流層中，但該升高的場所是在該平流層下方。
42.一種位于升高的場所處的固體顆粒的云狀物，其中該云狀物在至少一千平方公里的區(qū)域內(nèi)包含至少1，000噸，優(yōu)選至少5，000噸，更優(yōu)選至少10，000噸的固體顆粒。
43.如權(quán)利要求42所述的云狀物，它處于至少5，000m,優(yōu)選至少10，OOOm的海拔高度，更優(yōu)選位于平流層中。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的云狀物，它擴散的區(qū)域范圍為至少3，000平方公里，優(yōu)選至少30，000平方公里，更優(yōu)選50，000至300，000平方公里。
45.根據(jù)權(quán)利要求42至44中任何一項所述的云狀物，其中這些固體顆粒具有的折射率超過I. 40，優(yōu)選大于2. O,更優(yōu)選大于2. 3。
46.根據(jù)權(quán)利要求42至45中任何一項所述的云狀物，其中基本上所有的固體顆粒都是二氧化鈦、氯化鈉、硅、或它們的混合物。
47.根據(jù)權(quán)利要求42至46中任何一項所述的云狀物，其中基本上所有的固體顆粒都是亞微米顆粒。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的云狀物，其中這些固體顆粒具有的平均粒度是在O.01至I.O μ m范圍內(nèi)，更優(yōu)選在O. 04至O. 5 μ m范圍內(nèi)。
49.根據(jù)權(quán)利要求47或48所述的云狀物，其中這些顆粒具有一種雙峰的粒度分布，具有的峰值分別在可見波長和紫外波長處。
50.根據(jù)權(quán)利要求42至49中任何一項所述的云狀物，其中這些顆粒是用一種或多種材料來涂覆的。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的云狀物，其中該涂覆材料是疏水性的。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的云狀物，其中該涂覆材料包括的材料是選自硫酸鹽類、磷酸鹽類、硅烷類、硅氧烷類、以及它們的混合物。
53.一種安裝連接大體地平面場所與升高的場所的管道的方法，該方法包括將該管道的一端固定至該大體地平面場所并將該管道卷繞在與一個氣球或飛船連接的一個卷軸上，然后升高該飛船的海拔高度從而解開該管道直至該管道到達該升高的場所。
54.一種位于平流層場所處的飛行器，該飛行器包括一個亞微米固體顆粒源、一個解聚裝置和一個散布裝置。
55.一種影響太陽輻射的全球平均入射水平的方法，該方法包括在12個月的時期內(nèi)向地球的平流層中釋放至少100，000公噸，優(yōu)選至少200，000公噸，更優(yōu)選至少500，000公噸的亞微米固體顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將固體顆粒運輸和分散至地球的平流層中的器具，該器具包括將一個大體地平面場所與一個升高的場所相連接的一個管道、一個顆粒運輸裝置、以及與一個散布裝置相連接的一個解聚裝置，其中該解聚裝置和散布裝置是位于一個升高的場所處，并且涉及一種將具有高折射率的顆粒運輸?shù)狡搅鲗又械姆椒ㄒ约帮w行器和由此形成的云狀物。
文檔編號D07B1/12GK102770014SQ201080057529
公開日2012年11月7日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者C·J·伯戈恩, H·E·M·亨特, P·戴維森 申請人:戴維森科技有限公司