Campo da invenção:

[001] A presente invenção se insere no campo das tecnologias relacionadas a veículos aéreos cativos e os meios de manter operações contínuas com chances reduzidas de atração de descargas atmosféricas.

Fundamentos cia invenção:

[002] O veículo aéreo cativo, em especial o baião cativo ou aeróstato cativo, é destaque para soluções em comunicação,

monitoramento militar e monitoramento de grandes eventos.

[003] Para se ter uma eletrôniea embarcada que tenha tempo de funcionamento elevado, os tipos de cabo utilizados para adaptação nestes aeróstatos, geralmente, são elétro-ótico-mecâcnico ou elétro- mecâníco. Os dispositivos embarcados são alimentados eletrícamente pela energia transportada por estes cabos.

[004] Partindo deste princípio, entende-se que a estrutura metálica e componentes eletrô nicos embarcados no balão e o solo estejam eletricam.en.te conectados, formando assim um para-raios para as descargas eléíricas em sua proximidade. Essa referida conexão e létrica faz com que o potenciai eiétrico na altura baião se iguale ao potencial eiétrico da terra, de modo tal que, eletricamente falando, é como se a terra subisse à altura do baião, o tomando muito atrator de raios. Por causa disso, esta tecnologia, quando não é equipada de um sistema de proteção especial, possui sua utilização restrita em momentos no quai o clima está propenso a descargas atmosféricas.

[005] Os sistemas de proteção existentes no estado da técnica compreendem a disposição de uma camada de cobre envolvendo o núcleo do cabo, porém normas regulamentadoras usuais no campo do aterramento eiétrico de estruturas relatam que a bitola mínima de um cabo de cobre, para obter a proteção adequada, é de 35 mm, o que torna o cabo extremamente pesado. Como referência, a título de exemplo, o peso para um cabo de 250 metros, com a proteção de cobre acima mencionada, é de 89,25 kg, o que torna inviável a utilização dos aeros.tatos com volume de até algumas centenas de metros cúbicos. Além disso, ainda é necessário um dispositivo para captar o raio, o que aumenta o sistema em peso e ocasiona danos ao baião devido à alta temperatura que os pratetores de raios ficam sujeitos quando conduzem corrente eiétrica.

Estado da técnica:

[006] O documento US2G14/0374537A1 refere-se a aeróstato provido de meios para autossustentação energética compreendendo fibra de sustentação mecânica, tubo de gás, condutor eiétrico de alta tensão e fibra ótica. O gás de sustentação previsto é estritamente o hidrogénio. O aeróstato é inflado e mantido neste estado com gás hidrogénio, e para manter-se inflado, o gás é transportado do solo até o balão através tubo pneumático. A carga paga é alimentada por energia fornecida por aerogerador embarcado no aeróstato ou gerada por célula combustível em solo, enviada para a carga paga através de condutores eíétricos peio cabo de ancoragem. O envio e recebimento de dados se dá por fibra ótica, sendo que uma das principais desvantagens do conteúdo revelado ê que a proteção prevista contra raios consiste em para-raios e

aterramento, sendo o fio de aterramento extremamente pesado, o que pode chegar a inviabilizar a tecnologia em casos em que o aeróstato possui menos de 1000 metros cúbicos de gás de sustentação.

[007] No documento de patente US8,485,465B2 o cabo

compreende fibra de sustentação mecânica e um ou dois tubos de gás, além de condutor eiétrico de alia tensão e fibra ótica. O gás de

sustentação é estritamente o gás hélio, sendo o aeróstato inflado e mantido inflado com hélio, com o gás sendo transportado do solo até o balão através tubo pneumático bidirecional. A alimentação eiétrica de sistemas embarcados é enviada ao aeróstato a partir do solo,

transportada por condutores eíétricos. A transmissão de dados é obrigatoriamente feita por fibra ótica. [008] O documento US6,325,330B1 compreende fibra de sustentação mecânica com condutor elétrico de alta tensão e fibra ótica, sendo que considera a utilização de novo material para isolação eiétrica. Neste caso, a energia eiétrica DC é proveniente de base solo geradora de energia e a transmissão de dados está restrita ao uso de fibra ótica.

No documento WO2Q14/200568A2 é feita referência ao uso de fibra de sustentação mecânica, um ou dois tubos de gás, condutor elétrico de alta tensão, fibra ótica e malha de aterramento elétrico. É previsto que o aeróstato seja inflado e mantido neste estado com gás hélio e, para manter-se inflado, o gás é transportado do solo até o balão através tubo pneumático bidirecionai. A alimentação de sistemas embarcados também é desvantajosamente feita pelo envio de energia a partir do solo, sendo a mesma energia transportada por condutores elétricos. Além disso, a tecnologia do documento WO2014/200566A2 depende da fibra ótica para realizar transmissão e recebimento de dados e, ainda desvantajosamente, a proteção prevista é apenas para-raíos e aterramento, em que o fio de aterramento é muito pesado, o que pode chegar a, mais uma vez, inviabilizar a tecnologia.

Vantagens da invenção

[009] Buscando solucionar as deficiências do estado da técnica, as quais foram acima discutidas, a presente invenção propõe soluções disruptivas aplicadas em veicules aéreos cativos para que seja factível operações contínuas com chances reduzidas de atração de descargas atmosféricas.

[010] De maneira diferencial ao que já constitui o estado da técnica, a presente invenção inova revelando um cabo não~condutor elétrico com fibra de sustentação mecânica e tubo de gás, além de que ainda é possível o referido cabo poder ou não possuir fibra ótica.

[01 1] No caso dos aeróstatos, que é um dos veículos aéreos cativos com particular interesse desta invenção, o gás de sustentação do aeróstato aqui revelado pode compreender hidrogénio e hélio, sendo que pode ser inflado, preferencialmente, com hélio e mantido inflado com hidrogénio. Para manter-se inflado, o gás é transportado do solo até o aeróstato através de um tubo pneumático.

[012] O fato de o aeróstato conseguir se manter abastecido com gás de sustentação íniterrupíamente possibilita operações prolongadas. O aeróstato pode ficar em operação durante meses ou até anos sem ter a obrigatoriedade de descer para ser abastecido. Isso é muito importante, por exemplo, para aplicações em telecomunicações, em que a oferta de sinal tem de ser continua. Normalmente, balões sem tecnologia de reabastecimento não passam de 60 dias operando, já que não existe material 100% estanque. Isto ocorre devido ao fenómeno de efusão molecular e, até mesmo com o uso de reservatórios metálicos, é esperada uma perda gradual de massa de gás do seu interior.

[013] Em relação à alimentação da eietrônica embarcada no aeróstato aqui revelado, é revelada a geração de energia por célula combustível embarcada junto ao referido aeróstato.

[014] Vale destacar que o gás hidrogénio que sobe para o aeróstato, na presente invenção, possui duas utilidades. Isso torna a referida tecnologia otimizada, além de que o uso da energia proveniente da célula combustível torna o aeróstato sustentável, sendo esta um tipo de energia limpa.

[015] A presente invenção ainda prevê troca de informações via fibra òtica ou, ainda, sem o uso de fio. Adicionalmente, além da disponibilidade para a área de telecomunicação, o referido aeróstato tem a capacidade de promover o monitoramento visual.

[016] Outra característica da presente invenção, é que o aeróstato possuí deflação automática, o que impede voos imprevistos, ocorrências indesejadas e, até mesmo, acidentes graves.

[017] Por fim, cabe mencionar como adicional vantagem, que todos os elementos do cabo são não-condutores elétricos e, desta forma, influenciam muito menos nas linhas de potencial elétrico da atmosfera se comparado ás tecnologias até então existentes.

Breve descrição da invenção:

[018] A presente invenção se refere a um sistema aéreo cativo compreendendo meios próprios de geração de energia elétrica para alimentação de sua eletrônica embarcada e sustentação em tempo de voo prolongado com mitigação de riscos de descargas atmosféricas.

[019] Adicionalmente, a presente invenção ainda revela um cabo de ancoragem (3) compreendendo elementos não-condutores, com características tais que tornam este cabo menos condutor que o ar. Neste sentido, ainda são reveladas outras características além de suas propriedades mecânicas, como, por exemplo, a pneumática, já que o referido cabo compreende um tubo para passagem do gás que mantém, por exemplo, uma plataforma mais leve que o ar inflada com o nível de gás necessário para a manutenção do voo em tempo prologado, superior a um mês e podendo alcançar anos.

Breve descrição das figuras:

[020] Para obter total e completa visualização do objeto desta invenção, são apresentadas as figuras às quais se faz referências, conforme se segue:

[021] A figura 1 é uma representação gráfica da presente invenção, com detalhamentos do sistema aéreo cativo e do cabo de ancoragem (3) aqui revelados.

[022] A figura 2 é uma representação gráfica detalhada do sistema aéreo cativo da presente invenção com o veícuio aéreo (2) sendo uma plataforma mais leve que o ar.

[023] A figura 3 é uma representação gráfica detalhada do cabo de ancoragem (3) da presente invenção.

[024] A figura 4 é uma representação gráfica detalhada do veículo aéreo (2) do tipo plataforma mais leve que o ar, ressaltando a

visualização da eletrônica embarcada.

Descrição detalhada da invenção: [025] A presente invenção se refere a um. sistema aéreo cativo compreendendo meios próprios de geração de energia elétrica por uma céiuia combustível (10) para alimentação de sua eietrônica embarcada, compreendendo um veículo aéreo (2) e carga paga (9), em que o referido veículo aéreo (2) liga-se a uma fonte de gás (8) em terra por um cabo de ancoragem (3) inviabilizador de atração de descargas atmosféricas.

[026] O veículo aéreo (2) pode ser selecionado entre um grupo de opções que compreendem: uma plataforma mais leve que o ar, um veículo aéreo de asas rotativas, um veículo aéreo de asa fixa ou uma combinação dos mesmos.

[027] Quando for feita a opção pelo uso do veículo aéreo (2) do tipo plataforma mais leve que o ar, que é a opção preferencial da presente invenção, conforme ilustradas nos exemplos das figuras 1 a 4, é necessária a utilização dos seguintes elementos adicionais ao sistema: uma gôndola (4), empenagens estabilizadoras (5), dispositivo de deflação (8), dispositivo de indicação iumínosa (7).

[028] Nesta opção preferenciai do veículo aéreo (2), a referida plataforma mais leve que o ar compreende, preferencialmente, um aeróstato, em formato preferencial de charuto aerodinamicamente projetado para suportar ventos superiores a 100 quilómetros por hora preferencialmente elaborado em material composto de envelope interno de poliuretano termoplástico (TPU) e envelope externo de nylon, apresentando as dimensões ainda preferenciais de até 26 metros de comprimento, até 480 metros cúbicos de volume e voando a uma altura de até 1000 metros. Tal plataforma mais leve que o ar possuí as mencionadas empenagens estabilizadoras (5) e os seguintes atuadores de segurança: o dispositivo de deflação (6) e dispositivo de indicação luminosa (7).

[029] A fonte de gás (8), preferencialmente, é de gás hidrogénio. No entanto, quando se utilizar gás só para a manutenção do aeróstato inflado, o gás pode ser o gás hélio. [030] Em relação aos meios próprios de geração de energia elétrica para alimentação da eletrônica embarcada de um veículo aéreo (2), são previstas, preferencialmente, quatro opções distintas:

- Eólica: energia gerada petos aereogeradores, que são dispositivos com turbinas eólicas ajustadas para serem embarcadas nos aeróstatos. Este tipo de tecnologia é mais flexível do que as torres tradicionais e sua geração possui a vantagem de que na altitude de operação dos baiões, os ventos são mais fortes e mais consistentes do que os atingidos por turbinas montadas em torre tradicional.

- Fibra óíica (Power over Fíber ~ PoF): no caso de o aeróstato. cativo possuir fibra ótíca em seu cabo. A mesma pode transportar potência ótica, através de um laser transmitido peia mesma, a qual é usada como uma fonte de energia, em vez de, ou bem como, o transporte de dados. Isso permite a alimentação remota, enquanto proporciona isolamento elétrico entre o sistema embarcado e a fonte de alimentação.

- Solar: placas solares que geram energia elétrica podem ser instaladas no envelope dos aeróstatos e produzirem energia para a carga paga que se encontra no aeróstato.

- Célula combustível (Fuel Celi) (10): a célula combustível é um componente que converte a energia química de um combustível (no caso, o gás hidrogénio) em energia elétrica por meio de uma reação química de íons de hidrogénio carregados positivamente com oxigénio ou outro oxidante. As células de combustível são diferentes de baterias. A célula combustível necessita de uma fonte contínua de combustível e de oxigénio ou de ar para manter a reação química, ao passo que numa bateria os produtos químicos presentes na bateria estão fixos para reagir uns com os outros e gerar uma força eletromoíriz (EMF). As células de combustível podem produzir eíetricidade de forma contínua durante o tempo em que as entradas são alimentadas de combustível e oxigénio.

[031] Quando no uso da célula combustível (10), que é a modalidade preferencial da presente invenção, a geração de energia depende do gás hidrogénio para a produção de energia eíétrica e, por isso, nesta ramificação do produto, o gás hidrogénio pode ser utilizado para a manutenção plataforma mais leve que o ar inflada, possibilitando o voo por períodos prolongados, além de ser o combustível para se gerar energia eíétrica que alimente a eletrônica embarcada.

[032] Nas opções de geração de energia eólica, solar e laser, não se utiliza reação química com gás hidrogénio, por isso, no caso do uso de plataformas mais leves que o ar na presente invenção, as mesmas podem ser infladas ou mantidas com gás hélio e/ou gás hidrogénio, e a manutenção do voo é garantida no transporte deste gás pelo tubo (12) contido no cabo de ancoragem (3), que será abaixo detalhado.

[033] Na modalidade preferencial da presente invenção, de uso de palataforma mais leve que o ar, uma gôndola (4) é fixada à tal plataforma e comporta os seus dispositivos eíetrônícos. Na gôndola (4) são instaladas a célula combustível (10) e a carga paga (9), em que, adicionalmente, inserido na dita carga paga (9), se encontram circuitos responsáveis pela aplicação de telecomunicações e/ou monitoramento visual e pelo acionamento dos dispositivos de segurança de deflação (6) e de indicação luminosa (7).

[034] Na presente invenção, a célula combustível (10) é a responsável pela geração de energia elêírica contínua para carga paga (9), ao passo de que se forem utilizadas fontes de energia como a solar e eólica, a geração é dependente de fatores ambientais (nebulosidade, velocidade do vento, duração do dia e incidência solar), e para cobrir o espaço de tempo sem geração existem duas opções: colocar cabo com condutor elétrico para a energia ser transportada proveniente da base em solo, ou colocar baterias e conversores de energia embarcados no aeróstato que causam um peso extra não~ideal para o sistema. Nenhum dos dois casos é desejável para a presente invenção, pois se forem utilizados condutores elétricos, o sistema perde a capacidade de ser imune a raios, além disso, baterias e conversores geralmente são muito pesados e o objetivo da presente invenção é ser o mais leve possível.

[035] Outra conclusão plausível é de que o sistema com geração de energia pela célula combustível possui um custo menor em relação à plataforma do que outras tecnologias de autoalimentação elétrica para a carga paga, pois o veículo aéreo (2), especialmente do tipo plataforma mais leve que o ar, pode ser de um tamanho menor.

[038] Adicionalmente, a presente invenção ainda revela um cabo de ancoragem (3) compreendendo, preferencialmente, um tubo para transporte de gás hidrogénio ou hélio (12) feito de nylon ou teflon, envolto de uma fibra sintética para sustentação mecânica (13), preferencialmente de vectran, com funcionalidade de resistência mecânica, em que externamente é possível se ter um revestimento de material isolante eiétrlco (14), preferencialmente PTFE ou hytrel. Adicionalmente, ainda é possível se ter ou não uma fibra ática (11) dentro do cabo de ancoragem, passando por dentro da fibra sintética (13).

[037] O cabo de ancoragem (3), que possui uma de suas extremidades ligada à plataforma mais leve que o ar, é fixo ao solo por meio de um dispositivo de ancoragem (1 ) diretamente ligado a uma fonte de gás (8), que, preferencialmente, opera por cilindros de gás hidrogénio, reforma de hidrocarbonetos e álcool ou, ainda, por resultado de eletróíise da água. O dispositivo de ancoragem (1) deve necessariamente ser responsável pela ancoragem da plataforma e seu controle em solo, devendo, preferencialmente, ser capaz de girar em torno de seus eixos vertical e horizontal e favorecendo o enrolamento do cabo de ancoragem (3) com pouco ou nenhum atrito. Preferencialmente, este dispositivo deve apresentar tamanho pequeno com boa portabilidade.

[038] Desta forma, o cabo de ancoragem (3) proporciona o fluxo de gás hidrogénio ou hélio pelo tubo (12), que pode ser responsável pela manutenção do potencial de voo do veículo aéreo (2) do tipo plataforma mais leve que o ar e, especificamente, no caso de o gás ser hidrogénio, para gerar energia elétrica para a carga paga da plataforma. Pelo tubo do cabo de ancoragem (3) só é possível passar um gás de cada vez. O veículo aéreo (2) é Inflado com hélio ou hidrogénio por uma mangueira específica para Inflar a plataforma, começando totalmente vazio, Depois que o mesmo veículo (2) está pronto para voar, é instalado o tubo (12) proveniente do cabo de ancoragem (3) e o hidrogénio pode, então, ser enviado por este tubo (12), que vai alimentar o veículo aéreo (2) do tipo plataforma mais leve que o ar e a célula combustível (10). Ou, então, se em algum caso especial não houver célula combustível (10), o gás a passar pelo tubo (12) do cabo de ancoragem (3) pode ser o hélio, também sendo enviado pelo mesmo tubo (12) para manter a plataforma inflada.

[039] A fibra ótíca (11) é opcional para o cabo, pois tem a utilidade de transferir dados em taxas superiores a 1 Giga Byte por segundo. No entanto, se a fibra não for utilizada, ainda são previstos na presente invenção meios de enlaces sem fio de conexão para transferência de dados. A fibra sintética de vectran (13), que proporciona resistência mecânica superior a de 1 tonelada, suporta a tração no cabo exercida pelo balão. Por fim, o revestimento externo de material isolante eSéírico (14) faz com que o cabo não seja condutor principalmente em sua superfície, local onde o cabo fica vulnerável a umidade. e impurezas da atmosfera.

[040] A presente invenção possibilita o estabelecimento de enlaces de telecomunicações ponto a ponto e ponto multiponío, bem como para transmissão de vídeo e dados em tempo real.

[041] Aplica-se o conteúdo aqui revelado especialmente nas áreas de enlaces de comunicação em áreas remotas, agropecuária e aplicações em 10T (internet of Things) cobertura de eventos, marketing interativo e solução para pós-tragédia, por exemplo, onde é comum a falta de acesso ao tráfego de dados, voz ou internet, em áreas rurais, sites de mineração ou de construção em ambientes remotos.

[042] Por se posicionar em uma altura privilegiada, prevendo mobilidade e flexibilidade de altura, o aerósíafo aqui é capaz de prover links de comunicação em áreas remotas. Nesta situação a presente invenção funciona como uma ERB (Estação Rádio Base) e atua tanto como uma estação transmissora ou como repetidora de acordo com a necessidade do operador.

[043] Em eventos urbanos, que concentram uma grande quantidade de pessoas, por exemplo, onde é comum a sobrecarga das linhas de celular, o uso da presente invenção possibilita expandir a rede de telefonia ou internet junto às operadoras existentes.

[044] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.