ES2882381T3 - Módulo de carga útil para dron estratosférico - Google Patents

Abstract

Módulo (1) de carga útil de dron estratosférico, que comprende: - una carcasa (10), y - un equipo (20) óptico que comprende un eje (O) óptico, montado en la carcasa (10), el módulo que está caracterizado por que comprende además un espejo (40) situado sobre el eje óptico en frente del equipo óptico, el espejo (40) que es orientable alrededor de al menos un eje sobre un intervalo angular, y por que la carcasa (10) comprende una abertura (11) pasante conformada de manera que cualquier rayo luminoso recibido o emitido por el equipo (20) óptico de forma paralela al eje óptico y reflejado por el espejo (40) pasa a través de la abertura (11) pasante, sobre todo el intervalo angular del espejo, la abertura (11) pasante que está desprovista de cualquier medio de cierre de la abertura.

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de carga útil para dron estratosférico

Sector de la técnica

La invención se refiere a un módulo de carga útil de dron de gran altitud, este tipo de dron que es del mismo modo conocido bajo el nombre de dron estratosférico y que forma parte de objetos denominados “pseudosatélites de gran altitud”, o incluso denominados según el acrónimo HAPS (en inglés High Altitude Pseudo-Satellite). Este tipo de dron está destinado a ser enviado a la estratosfera, a una altitud del orden de 18 a 25 km y a funcionar de manera autónoma y no habitada, exclusivamente a partir de energía solar.

Estado de la técnica

Se conocen ya drones de gran altitud o drones estratosféricos que están provistos de una carga útil óptica, en especial para la observación y la cartografía del suelo. El interés de este tipo de aparatos es múltiple.

En primer lugar, la altitud muy elevada de funcionamiento coloca al dron fuera de cualquier ruta aérea, y del mismo modo fuera del clima, es decir por encima de fenómenos meteorológicos que se producen en la troposfera, y en particular corrientes de chorro (o jetstream en inglés). Por consiguiente, las restricciones de utilización de este tipo de dron son más reducidas que para aeronaves que vuelan en la troposfera.

La altitud elevada de este tipo de dron le permite también funcionar con energía solar, y potencialmente volar de manera autónoma durante varias semanas incluso varios meses, sin necesidad particular de aterrizaje.

La altitud de funcionamiento de estos drones les confiere del mismo modo un campo de visión muy grande para la observación del suelo. Finalmente, y a diferencia de las naves espaciales, los drones estratosféricos se someten a restricciones muy reducidas para su lanzamiento ya que no se necesita extraerlos de la atmósfera terrestre.

Para poder funcionar a partir exclusivamente de energía solar, los drones estratosféricos son más pequeños y más ligeros que aviones clásicos, pero con una capacidad de carga reducida. La carga útil de dicho dron debe por tanto ser lo más compacta y lo más ligera posible.

Un ejemplo de carga útil de dron estratosférico conocido es el sistema MEDUSA que se describe en el artículo de T. Van AChteren et al. “Medusa, an ultra light weight multi-spectral camera for a HALE UAV”, in Proceedings of SPIE, 10/2007, 10.1117/12.737718.

El sistema MEDUSA nunca ha funcionado en condiciones estratosféricas, pero cabe esperar un cierto número de limitaciones debido a su diseño.

La carga útil MEDUSA está destinada a ser fijada en el morro de un dron de gran altitud, y comprende un equipo óptico de alta resolución así como equipos electrónicos de adquisición y de tratamiento, y una carcasa que forma un alojamiento y estructura portadora de los equipos que contiene.

El equipo óptico del sistema MEDUSA presenta una línea de visión fija. Los rayos luminosos adquiridos por el equipo óptico penetran en el interior de la carcasa por una ventanilla, y se reflejan por un espejo situado a 45° para ser dirigidos hacia un sistema de lentes que permite focalizar estos rayos sobre el sensor del equipo óptico.

Por otro lado, el barrido estático del sistema MEDUSA es del orden de 3 km.

Debido a esto, es probable que la precisión del sistema para la adquisición de imágenes de la Tierra sea muy reducida. De hecho, un dron de gran altitud que es muy ligero y evoluciona a velocidad reducida (del orden de 80 km/h) para poder ser propulsado únicamente a partir de energía solar, es sensible a los vientos y fuertemente susceptible de inclinarse o de desviarse bajo el efecto del viento. Al ser fija la línea de visión, no es posible adaptar la zona observada en función de la posición o de la trayectoria del dron.

Además, al ser el barrido estático del mismo modo reducido, el defecto de precisión en la zona observada por el dron no puede compensarse por un campo de visión muy grande que englobaría una zona más grande que la zona de interés que el dron debe observar.

Una precisión también reducida implica por lo tanto que el dron debería sobrevolar varias veces la zona de interés a observar para garantizar que las imágenes de esta zona han sido bien adquiridas por el equipo óptico.

Existe por tanto una necesidad para una carga útil de dron de gran altitud que no presente los inconvenientes de la técnica anterior. El documento GB 1 075 086 A divulga un módulo de carga útil de dron. El documento titulado "Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy", https://en.wikipedia.org/wiki/, divulga un módulo de carga útil de dron que comprende una abertura.

Objeto de la invención

A la vista de lo anterior, un objetivo de la invención es proponer un módulo de carga útil de dron estratosférico que permita obtener una precisión de visión más grande.

Otro objetivo de la invención es proponer un módulo que presenta un barrido estático más grande que la técnica anterior.

Otro objetivo de la invención es proponer un módulo que presenta una masa y un volumen reducidos.

A este respecto, la invención tiene por objeto un módulo de carga útil de dron estratosférico que comprende:

- una carcasa, y

- un equipo óptico que comprende un eje óptico, montado en la carcasa,

el módulo que está caracterizado por que comprende además un espejo situado sobre el eje óptico en frente del equipo óptico, el espejo que es orientable alrededor de al menos un eje sobre un intervalo angular,

y por que la carcasa comprende una abertura pasante conformada de manera que cualquier rayo luminoso recibido o emitido por el equipo óptico de forma paralela al eje óptico y reflejado por el espejo pasa a través de la abertura pasante, sobre todo el intervalo angular del espejo.

De forma ventajosa, pero de forma opcional, el módulo de carga útil según la invención puede además comprender al menos una de las características siguientes:

- el espejo es orientable según un primer eje paralelo al eje óptico y según un intervalo angular de al menos 50°, con preferencia igual a 60° y según un segundo eje ortogonal al eje óptico, según un intervalo angular de al menos 10°, con preferencia igual a 15°,

- la carcasa comprende una estructura portadora adaptada para ser montada en el dron, la estructura portadora que comprende:

o un brazo portador que comprende un primer extremo adaptado para ser montado en el dron, y un extremo libre, el equipo óptico que está montado en el brazo portador, y

o al menos un brazo secundario unido al extremo libre del brazo portador y en el que se monta el espejo orientable.

- el extremo libre del brazo portador se extiende según una dirección que forma un ángulo comprendido entre 5 y 10° con respecto a la dirección según la cual se extiende el primer extremo de dicho brazo portador.

- la carcasa comprende una estructura portadora y un capó adaptado para montarse de manera desmontable en la estructura portadora, el capó que comprende una parte trasera de protección del equipo óptico y una parte delantera de protección del espejo orientable, la parte delantera que comprende un orificio pasante que forma al menos en parte la abertura de la carcasa.

- El módulo comprende además un tabique de separación térmicamente estanco que se extiende en la sección trasversal del módulo, entre el equipo óptico y el capó, en la interfaz entre las partes delantera y trasera del capó. - la parte delantera del capó comprende una cara interior cubierta de un revestimiento negro que absorbe la luz. - la parte trasera del capó comprende una cara exterior cubierta de un revestimiento térmicamente reflectante.

- el brazo portador es hueco y comprende dos tabiques internos paralelos que se extienden según la dirección principal del brazo, dichas paredes internas que definen entre sí un alojamiento.

- el brazo portador comprende una pared inferior que comprende al menos un orificio pasante que desemboca en el alojamiento y el módulo comprende un equipo óptico secundario situado en el alojamiento y que comprende un eje óptico que pasa por el orificio pasante.

- El módulo comprende además un revestimiento térmicamente aislante situado alrededor del equipo óptico.

- El equipo óptico comprende una primera porción que contiene un conjunto de elementos ópticos y una segunda porción que contiene una unidad electromagnética de adquisición o de emisión, un revestimiento aislante que se sitúa alrededor de cada porción y el módulo comprende además un elemento calefactor dispuesto entre la primera porción y el revestimiento aislante y al menos una banda térmicamente conductora que se extiende desde la segunda hacia la primera porción, entre el equipo óptico y el revestimiento aislante.

- El módulo comprende además al menos una tarjeta electrónica de control y de tratamiento dicha tarjeta que está alojada en el interior de la carcasa, la tarjeta electrónica de control y de tratamiento que puede comprender un radiador que comprende una pluralidad de placas paralelas y la tarjeta electrónica de control y de tratamiento se sitúa de manera que cada placa se extiende perpendicularmente a la dirección principal del módulo.

- El módulo comprende además una placa de radiación fijada a la tarjeta electrónica de control y de tratamiento.

Otro objeto de la invención es un dron estratosférico, que comprende un módulo de carga útil según la descripción anterior.

El módulo de carga útil según la invención presenta una línea de visión móvil, gracias a un espejo orientable y a una abertura en la carcasa del módulo que se extiende sobre el intervalo angular de orientación del espejo orientable. La abertura en la carcasa del módulo está, en contra de los prejuicios establecidos en el campo aerodinámico, desprovista de cualquier ventanilla o revestimiento transparente que permita cerrar la abertura. Esto presenta varias ventajas. Por un lado, la abertura puede ser más grande si está provista de una ventanilla, lo que permite aumentar el barrido estático del módulo. Por otro lado, el módulo presenta una masa reducida en ausencia de una ventanilla. Sin embargo, estas son las condiciones específicas de utilización de un dron estratosférico que permiten librarse de una ventanilla. De hecho, la velocidad de crucero reducida con respecto a un avión que circula en la troposfera y la velocidad de lanzamiento igualmente reducida, disminuyen sustancialmente las vibraciones sobre el módulo, reduciendo por tanto las restricciones aerodinámicas sobre el dron.

La estructura portadora del módulo se adapta del mismo modo para permitir la disposición de una gran abertura en la carcasa sin impacto desfavorable en la resistencia mecánica del módulo.

Además, las características térmicas de la carcasa se adaptan a esta abertura para garantizar el buen funcionamiento del equipo óptico y de los componentes electrónicos de control y de tratamiento en el intervalo de temperaturas clásico de la estratosfera, es decir de -80 °C a -40 °C.

Descripción de las figuras

Otras características, objetivos y ventajas de la invención se desprenderán de la descripción siguiente, que es puramente ilustrativa y no limitativa y que debe leerse con respecto a los dibujos adjuntos en los cuales:

- La figura 1 representa de forma esquemática un ejemplo de módulo de carga útil según un modo de realización de la invención,

- La figura 2a representa la carcasa del módulo,

- La figura 2b representa un ejemplo de abertura pasante en la carcasa del módulo.

- La figura 3 representa de forma esquemática las disposiciones relativas del equipo óptico, del espejo y de la abertura pasante de la carcasa.

- La figura 4 es una vista en sección trasversal del brazo portador de la estructura portadora del módulo,

- La figura 5 representa de forma esquemática la implementación del control térmico en la parte trasera del módulo, - La figura 6 representa de forma esquemática un dron estratosférico que comprende un módulo de carga útil.

Descripción detallada de la invención

Descripción general del módulo

En las figuras 1 y 6, se ha representado de forma esquemática un ejemplo de módulo 1 de carga útil de un dron D de gran altitud, o dron estratosférico. Como se representa de forma esquemática en la figura 6, el módulo 1 de carga útil está portado por el dron D y está normalmente instalado a nivel del morro del dron.

El módulo 1 es de forma oblonga y se extiende según una dirección X-X principal que se corresponde sustancialmente con una dirección de desplazamiento del módulo cuando se monta en un dron. A continuación, se definirán las características delantera y trasera con respecto a la dirección X-X principal.

Este módulo 1 de carga útil comprende una carcasa 10 que aloja al menos un equipo 20 óptico y un sistema 30 electrónico de control y de tratamiento. De forma opcional, el módulo 1 de carga útil puede del mismo modo comprender uno o varios equipos 60 ópticos secundarios descritos más en detalle posteriormente.

El equipo 20 óptico puede por ejemplo, y de forma no limitativa, comprender una cámara que puede adaptarse para adquirir imágenes en el campo del visible y del infrarrojo o incluso por ejemplo ser un puntero láser. El equipo 20 óptico comprende un eje O óptico representado en la figura 3. El eje O óptico es de forma ventajosa paralelo a la dirección X-X principal del módulo.

El equipo 20 óptico está orientado hacia la parte delantera del módulo. Comprende, con preferencia, una primera porción que contiene un conjunto de elementos 21 ópticos, tales como lentes y/o espejos, y una segunda porción que contiene una unidad 22 electrónica de adquisición o de emisión de luz (en el caso de un emisor láser), situándose la primera porción en la parte delantera con respecto a la segunda porción.

El módulo 1 de carga útil comprende además un espejo 40 que se dispone sobre el eje O óptico, en la parte delantera del equipo 20 óptico y en frente de este último, estando orientado de manera que puede reflejar radiaciones luminosas que provienen del suelo hacia el equipo 20 óptico.

Con el fin de conferir una línea de visión móvil al equipo 20 óptico, el espejo 40 es orientable por medio de un dispositivo 41 de orientación del espejo. El espejo 40 tiene forma elíptica y orientable alrededor de al menos un eje y con preferencia alrededor de dos ejes ortogonales, según intervalos angulares respectivos.

En particular, el espejo 40 es orientable con preferencia alrededor de un primer eje que es paralelo al eje O óptico, y de forma ventajosa que coincide con el eje longitudinal o de alabeo del módulo 1 y alrededor de un segundo eje Y que es ortogonal al eje O óptico del equipo óptico y ortogonal a la vertical. Este eje corresponde de forma ventajosa al eje transversal del módulo o al eje de cabeceo. Se representa en la figura 3.

Según el primer eje (eje de alabeo), el espejo es orientable de forma ventajosa en un intervalo angular de al menos 50° y con preferencia de 60°.

Según el segundo eje (eje de cabeceo), el espejo es orientable de forma ventajosa en un intervalo angular de al menos 10°, y con preferencia de 15°.

Según un modo de realización preferido, la posición de referencia del espejo sobre la cual se centran los intervalos angulares de orientación del espejo es una posición en la cual el plano del espejo forma un ángulo de 45° con respecto a la vertical, y el eje pequeño del espejo es paralelo al eje de cabeceo. Como alternativa, el intervalo angular de orientación del espejo según el eje de cabeceo no está centrado en la posición de referencia, sino que por el contrario el espejo puede ser pivotado alrededor de esta posición de referencia por ejemplo 5° en un sentido y 10° en el otro sentido.

El sistema 30 electrónico de control y de tratamiento comprende al menos una tarjeta 31 electrónica de control y de tratamiento, adaptada para controlar el funcionamiento del equipo 20 óptico, del dispositivo 41 de orientación del espejo 40 y en caso necesario del o de los equipos 60 óptico secundarios.

Esta tarjeta 31 electrónica comprende al menos un procesador, una memoria de acceso aleatorio (por ejemplo una memoria RAM) y una memoria suplementaria (no representadas) dedicada al almacenamiento de datos, por ejemplo al almacenamiento de imágenes adquiridas por el equipo 20 óptico en caso necesario por el o los equipos 60 óptico secundarios.

Carcasa del módulo

Con referencia a las figuras 2a, 2b y 3 la carcasa 10 comprende una abertura 11 pasante conformada para permitir el paso de rayos luminosos que provienen del suelo hacia el espejo 40 orientable, para que estos puedan ser reflejados por el espejo 40 hacia el equipo 20 óptico y de forma recíproca si el equipo 20 óptico se adapta para emitir rayos luminosos.

Por tanto, con preferencia, y como se representa de forma esquemática en la figura 3, la abertura 11 pasante está conformada de tal manera que cualquier rayo luminoso recibido o emitido por el equipo óptico que se extiende según el eje O óptico y reflejado por el espejo 40, pasa a través de la abertura 11, y ello en todo(s) el o los intervalo(s) angular(es) de orientación del espejo.

En especial, la abertura 11 pasante está de forma ventajosa centrada en una posición angular que se encuentra en la vertical y por debajo del eje O óptico del equipo óptico (“a 6h” con respecto al eje óptico).

Además, presenta dimensiones, según el eje O óptico y perpendicularmente al eje óptico suficientemente grandes para cubrir el intervalo angular de orientación del espejo en cada dirección.

La abertura 11 pasante está desprovista de cualquier ventanilla o de cualquier protección destinada a cerrar la abertura mientras que la deja transparente a los rayos luminosos.

De hecho, situar una ventanilla sea plana o curva, implicaría un exceso de masa importante para el módulo y limitaría además el tamaño de la abertura pasante.

Se conoce también utilizar una película conocida bajo el nombre comercial Mylar para cubrir una abertura, pero este tipo de película sólo es ópticamente satisfactoria en ausencia de tensión aplicada. Por consiguiente, esta solución no se puede aplicar a la invención ya que la película podría sufrir tensiones en caso de contacto con polvo o en caso de viento.

Además, las condiciones de utilización de un dron estratosférico permiten librarse de una ventanilla o de otra solución de cierre de la abertura ya que las pérdidas aerodinámicas provocadas por esta abertura son limitadas debido a la velocidad reducida de desplazamiento del dron y de las corrientes de aire en la estratosfera más reducidas que en la troposfera.

Como se representa en las figuras 2a y 2b, la abertura 11 pasante presenta un borde curvilíneo adaptado para reducir las pérdidas aerodinámicas provocadas por la abertura. En particular, los perfiles laterales de la abertura pasante se extienden sustancialmente según la dirección X-X principal del módulo, por tanto vistas en las figuras 2a y 2b en la dirección del eje Y de cabeceo del módulo, son de forma ventajosa oblongas en lugar de semicirculares.

Además, como se representa en la figura 2b, el borde 110 de la abertura orientada hacia la parte delantera del módulo, es decir el borde de la abertura situado más hacia la parte trasera con respecto a la dirección de desplazamiento del módulo, está de forma ventajosa achaflanado. El borde 111 de la abertura orientado hacia la parte trasera del módulo puede del mismo modo estar achaflanado.

Con referencia la figura 2a, la carcasa 10 está del mismo modo adaptada para permitir la realización de esta abertura 11 pasante en la carcasa sin degradar la resistencia mecánica del módulo 1.

La carcasa 10 comprende una estructura 12 portadora adaptada para poder ser montada en el dron. Normalmente, el módulo 1 de carga útil forma el morro del dron, es decir que forma su extremo delantero con respecto a su dirección de desplazamiento.

La estructura 12 portadora se adapta del mismo modo para portar el conjunto de equipos que se colocan en el módulo, es decir el equipo 20 óptico, el sistema 30 electrónico de control y de tratamiento, el espejo 40 orientable y el dispositivo 41 de orientación del espejo. Estos equipos están fijados a la estructura portadora.

La carcasa 10 comprende además un capó 15 que se adapta para montarse, con preferencia de manera desmontable, en la estructura 12 portadora, y la abertura 11 pasante se dispone en el capó 15. Por tanto esta abertura se realiza en una estructura no portadora, y puede por tanto ser de un tamaño posiblemente grande. Toda la masa de los elementos del módulo está en lo que se refiera la misma conectada en la estructura portadora montada en el dron.

La estructura 12 portadora comprende un brazo 13 portador que comprende un primer extremo 130 adaptado para ser montado en el dron, por ejemplo por atornillado o unión por bulones, y un extremo libre 131. El brazo 13 portador puede realizarse de material compuesto a base de fibras de carbono y de espuma estructurante.

Sobre el brazo 13 portador se montan la mayor parte de los componentes del módulo de carga útil es decir en especial el equipo 20 óptico y el sistema 30 electrónico de control y de tratamiento.

Como es visible en la figura 2a, el brazo 13 portador se sitúa en la vertical por debajo del eje O óptico (“a 6h” con respecto a la posición del eje óptico) de manera que la abertura pasante y el brazo portador están alineados, encontrándose la abertura pasante en la parte delantera del brazo portador con respecto a la dirección de desplazamiento del dron. Según una variante de realización no representada, el brazo portador podría del mismo modo situarse en la vertical por encima del eje óptico (a “12 h”), y portar el conjunto de equipos que se colocan en el módulo, por medio de una estructura de fijación de los equipos al brazo portador. Esta variante de realización es sin embargo menos ventajosa que la primera en la cual el brazo 13 portador protege, por su posición, los componentes que se encuentran en el interior de la carcasa 13 durante el aterrizaje del dron.

De vuelta a la primera variante de realización en la cual el brazo portador se encuentra por debajo del eje óptico, de forma ventajosa, y como se representa en la figura 2a, el extremo 131 libre del brazo portador puede extenderse según una dirección que forma un ángulo a comprendido entre 5 y 10°, con respecto a la dirección según la cual se extiende el primer extremo 130 del brazo portador, y que es de forma ventajosa paralelo al eje óptico.

Esto permite, en caso de aterrizaje del dron, que la parte de la carcasa que comprende la abertura pasante no toque el suelo y por tanto no sea dañada, y ello limita del mismo modo la penetración de partículas en el interior del módulo por la abertura.

Con referencia a la figura 4, el brazo 13 portador es hueco. Presenta de forma ventajosa una pared 132 superior plana que forma una superficie de soporte sobre la cual se montan los equipos del módulo (equipo óptico y sistema 30 electrónico) y una pared 133 inferior curvilínea. Según un modo de realización particular, la pared 133 inferior puede estar conformada de manera que la sección trasversal del brazo 13 portador sea semicircular.

Además, el brazo 13 portador comprende al menos un tabique 134 de refuerzo que se extiende con preferencia sobre toda la longitud del brazo 13, paralelamente a la dirección principal del brazo 13 y casi de forma ortogonal a la pared 130 plana.

En un modo de realización preferido representado en la figura 4, el brazo 13 portador comprende dos tabiques 134 de refuerzo paralelos entre sí y que definen entre sí un alojamiento para situar al menos un equipo 60 óptico secundario. En el caso representado de forma esquemática en la figura 1, dos equipos 60 óptico secundarios se disponen en el brazo 13 portador.

El equipo 60 óptico secundario está por tanto en la línea de visión fija, que apunta hacia el suelo. Para hacer esto el equipo 60 óptico secundario se sitúa de manera que su eje óptico se dirija hacia el suelo. El brazo 13 portador comprende por tanto, en su pared 133 inferior, al menos un orificio 135 pasante por el cual puedan llegar los rayos luminosos al equipo 60 óptico secundario. El orificio 135 pasante se dispone de forma ventajosa en la vertical del eje X-X del módulo (a 6h). Este orificio pasante está desprovisto con preferencia de una ventanilla o cualquier otra protección, ya que sería o demasiado pesada o demasiado frágil.

Para poder portar los otros equipos del módulo, y en particular el espejo 40 orientable y su dispositivo 41 de orientación, que se disponen en la parte delantera del módulo con respecto al equipo 20 óptico y en la parte delantera del brazo 13 portador, la estructura 12 portadora comprende además al menos un brazo 14 secundario y con preferencia dos brazos 14 secundarios que se extienden hacia adelante a partir del extremo 131 libre del brazo 13 portador.

De forma ventajosa, la estructura 12 portadora comprende dos brazos 14 secundarios que se extienden paralelamente entre sí y a una distancia entre sí que permite montar el espejo y su dispositivo de orientación entre los brazos 14 secundarios. Por ejemplo, los brazos 14 secundarios pueden extenderse a partir de dos bordes laterales según el eje Y del brazo principal.

Con referencia la figura 2a, en un modo de realización ventajoso, el capó 15 del módulo se realiza en dos partes. Una primera parte 150 del capó está situada en la parte delantera del módulo y aloja el espejo, el dispositivo de orientación del espejo y el o los brazos 14 secundarios de la estructura portadora. Esta primera parte 150 comprende un orificio pasante que delimita al menos en parte la abertura 11.

La parte 150 delantera del capó 15 está cubierta de forma ventajosa en su superficie inferior de un revestimiento negro que absorbe la luz, tal como por ejemplo el material conocido bajo la denominación comercial “Magic Black™” comercializado por la empresa Acktar, permitiendo este revestimiento evitar la propagación de luz parásita hacia el equipo 20 óptico.

La segunda parte 151 del capó se sitúa en la parte trasera del módulo y aloja el equipo 20 óptico y el sistema 30 electrónico de control y de tratamiento.

De forma ventajosa, un tabique 50 de separación opaco se extiende entre el equipo 20 óptico y el capó 15, transversalmente con respecto a la dirección X-X principal del módulo, de manera que cierra el espacio comprendido entre el equipo 20 óptico y el capó 15.

El tabique 50 se sitúa con preferencia en la interfaz entre las partes 150 delantera y 151 trasera del capó. Por “en la interfaz”, se comprende que el tabique 50 se sitúa a una distancia de al menos 10 cm, y con preferencia de al menos 5 cm, con respecto a la separación entre las dos partes del capó.

En cualquier caso, este tabique 50 se sitúa de forma ventajosa a la derecha de la primera porción 21 del equipo óptico de manera que cierra el espacio entre la primera porción 21 y el capó 15. Además, en el caso en el que el equipo 20 óptico comprenda una dioptra de entrada de los rayos luminosos, el tabique 50 de separación se sitúa de forma ventajosa a la derecha de esta dioptra de entrada, y se extiende en el espacio comprendido entre la dioptra de entrada y el capó 15.

La pared del tabique 50 de separación situada en el lado de la parte 150 delantera del capó está con preferencia del mismo modo cubierta del mismo revestimiento negro que absorbe la luz que la superficie inferior de esta parte 150. Por tanto, el tabique 50 de separación contribuye también a limitar la propagación o las reflexiones de luz parásita.

En un modo de realización en el cual la estructura portadora comprende dos brazos 14 secundarios, los bordes de la abertura 11 pasante pueden delimitarse de forma conjunta por la primera parte 150 del capó para la parte delantera de la abertura, y por los brazos 14 secundarios y el brazo 13 principal para la parte trasera de la abertura.

Aspectos térmicos

De forma ventajosa, el módulo 1 según la invención es optimizado desde el punto de vista térmico para garantizar el buen funcionamiento del equipo 20 óptico y del sistema 30 electrónico de control y de tratamiento en el intervalo de temperaturas clásicas de la estratosfera, es decir de -80 °C a -50 °C.

Para hacer esto, el tabique 50 de separación opaco es, de forma ventajosa, térmicamente aislante.

Así, este tabique permite separar el módulo en dos espacios en los cuales la gestión de los aspectos térmicos es diferente. El primer espacio comprende la abertura 11 pasante y está por tanto a temperatura ambiente. El segundo espacio, cerrado, comprende el equipo 20 óptico y el sistema 30 electrónico de control y de tratamiento. Este espacio está adaptado desde el punto de vista térmico para proteger estos equipos. De forma ventajosa, el segundo espacio está adaptado para funcionar a una temperatura del orden de -40 °C sea cual sea la temperatura exterior al módulo.

En lo que se trata del primer espacio, el espejo 40 se realiza de forma ventajosa de vidrio vitrocerámico conocido bajo la denominación comercial Zerodur, y que presenta un coeficiente de dilatación térmica muy reducido. Ello permite que incluso en caso de variaciones térmicas importantes en este primer espacio en el que la temperatura no está regulada, el espejo no sufra dilatación térmica susceptible de deformar la trayectoria de los rayos luminosos reflejados por el espejo.

En cuanto al segundo espacio, la parte 151 trasera del capó 15 está cubierta de forma ventajosa, en su superficie exterior, de un material que refleja las radiaciones infrarrojas, tal como el material conocido bajo la denominación comercial Teflon, en su forma plateada (“Silver Teflon”) con el fin de limitar el recalentamiento de los componentes que se encuentran en esta parte del módulo.

Además, el equipo 20 óptico está cubierto de forma ventajosa de un revestimiento 51 térmicamente aislante, como por ejemplo un revestimiento que comprende varias capas de aislamiento y conocido bajo el acrónimo MLI para “Múltiple Layer Insulation”. De forma ventajosa, la primera porción 21 que comprende los elementos ópticos del equipo óptico está cubierta de una banda 510 de revestimiento aislante, y un elemento 52 calefactor, típicamente un termostato, se sitúa además entre la primera porción 21 y la banda 510 del revestimiento 51 aislante. Este elemento calefactor puede por ejemplo ser un hilo eléctrico o una resistencia de difusión del calor por efecto Joule. Este elemento 52 calefactor está además programado de forma ventajosa para calentarse sólo cuando la temperatura de la porción 21 del equipo óptico que comprende los elementos ópticos o la temperatura del aire en las inmediaciones de esta porción 21 sea inferior a un umbral predeterminado.

Por otro lado, la unidad 22 electrónica de adquisición o de emisión del equipo óptico está revestida del mismo modo de una banda 511 de revestimiento aislante. Al generar esta unidad el calor debido a su funcionamiento no es necesario añadir un elemento calefactor.

Por el contrario, se colocan de forma ventajosa bandas 53 conductoras térmicamente entre el equipo óptico y el revestimiento 510 aislante, las bandas 53 que se extienden desde la unidad 22 electrónica de adquisición o de emisión hacia la porción 21 que comprende los elementos ópticos de manera que propaga el calor desde la unidad 22 electrónica hacia la porción 21.

La tarjeta 31 electrónica comprende un radiador 310 que comprende una pluralidad de placas 311 paralelas adaptadas para dispersar el calor generado por la tarjeta 31 electrónica por convección.

Para maximizar la disipación de calor, la tarjeta 31 electrónica se monta de forma ventajosa en el módulo de manera que las placas 311 se extienden casi de forma perpendicular a la dirección principal del módulo.

Además, en la estratosfera, la disipación de calor por convección es más reducida debido a la densidad muy reducida del aire.

Por consiguiente, para evitar un sobrecalentamiento de la tarjeta 31 electrónica, el módulo comprende además una placa 54 de radiación montada en la tarjeta 31 electrónica, perpendicularmente a las placas 311 del radiador 310. Esta placa permite aumentar el calor disipado por transferencia por radiación con el fin de completar la disipación por convección.

La placa 54 de radiación puede por ejemplo realizarse de aluminio anodizado.

Las disposiciones descritas anteriormente que se refieren a la gestión térmica del módulo permiten a la vez recalentar el equipo ópti

los rayos luminosos y para enfriar la tarjeta electrónica de adquisición y de tratamiento.

Ejemplo de realización particular

Según un modo de realización particular de la presente invención, el equipo 20 óptico es una cámara adaptada para adquirir imágenes en el espectro visible, a una frecuencia comprendida con preferencia entre 3 y 10 Hz. Teniendo en cuenta la reducida velocidad de un dron estratosférico (del orden de 80 km/h como máximo), la frecuencia mínima es suficiente para realizar un video por interpolación entre dos imágenes sucesivas adquiridas por la cámara. La cámara comprende además una funcionalidad de enfoque.

El campo de visión de la cámara es del orden de 1 km2 y la cámara puede barrer una zona de anchura del orden de 20 km gracias a la rotación del espejo.

El módulo comprende además una o varias cámaras 60 secundarias dispuestas en el brazo 13 portador, estas cámaras que presentan un campo de visión más grande, por ejemplo del orden de 500 km2. Una de las cámaras 60 secundarias puede ser de forma ventajosa una cámara infrarroja térmica.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Módulo (1) de carga útil de dron estratosférico, que comprende:

- una carcasa (10), y

- un equipo (20) óptico que comprende un eje (O) óptico, montado en la carcasa (10),

el módulo que está caracterizado por que comprende además un espejo (40) situado sobre el eje óptico en frente del equipo óptico, el espejo (40) que es orientable alrededor de al menos un eje sobre un intervalo angular, y por que la carcasa (10) comprende una abertura (11) pasante conformada de manera que cualquier rayo luminoso recibido o emitido por el equipo (20) óptico de forma paralela al eje óptico y reflejado por el espejo (40) pasa a través de la abertura (11) pasante, sobre todo el intervalo angular del espejo, la abertura (11) pasante que está desprovista de cualquier medio de cierre de la abertura.

2. Módulo (1) de carga útil según la reivindicación 1, en el cual el espejo (40) es orientable según un primer eje paralelo al eje óptico y según un intervalo angular de al menos 50°, con preferencia igual a 60° y según un segundo eje ortogonal al eje óptico, según un intervalo angular de al menos 10°, con preferencia igual a 15°.

3. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual la carcasa (10) comprende una estructura (12) portadora adaptada para montarse sobre el dron, la estructura (12) portadora que comprende:

- un brazo (13) portador que comprende un primer extremo (130) adaptado para ser montado en el dron y un extremo (131) libre, el equipo (20) electrónico que está montado en el brazo portador, y

- al menos un brazo (14) secundario unido al extremo (131) libre del brazo (13) portador y en el que se monta el espejo (40) orientable.

4. Módulo (1) de carga útil según la reivindicación 3, en el cual el extremo (131) libre del brazo (13) portador se extiende según una dirección que forma un ángulo comprendido entre 5 y 10° con respecto a la dirección según la cual se extiende el primer extremo (130) de dicho brazo (13) portador.

5. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual la carcasa (10) comprende una estructura (12) portadora y un capó (15) adaptado para montarse de manera desmontable en la estructura (12) portadora, el capó que comprende una parte (151) trasera de protección del equipo (20) óptico y una parte (150) delantera de protección del espejo (40) orientable, la parte (150) delantera que comprende un orificio pasante que forma al menos en parte la abertura (11) de la carcasa (10).

6. Módulo (1) de carga útil según la reivindicación 5, que comprende además un tabique (50) de separación térmicamente estanco que se extiende en la sección trasversal del módulo, entre el equipo (20) óptico y el capó (15), en la interfaz entre las partes (150) delantera y (151) trasera del capó.

7. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones 5 o 6, en el cual la parte (150) delantera del capó (15) comprende una cara interior cubierta de un revestimiento negro que absorbe la luz.

8. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones 5 a 7, en el cual la parte (151) trasera del capó comprende una cara exterior cubierta de un revestimiento térmicamente reflectante.

9. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones 3 a 8, en el cual el brazo (13) portador es hueco y comprende dos tabiques (134) internos paralelos que se extienden según la dirección principal del brazo, dichas paredes (134) internas que definen entre sí un alojamiento.

10. Módulo (1) de carga útil según la reivindicación 9, en el cual el brazo (13) portador comprende una pared (133) inferior que comprende al menos un orificio (135) pasante que desemboca en el alojamiento y el módulo comprende un equipo (60) óptico secundario situado en el alojamiento y que comprende un eje óptico que pasa por el orificio pasante.

11. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un revestimiento (51) térmicamente aislante situado alrededor del equipo (20) óptico.

12. Módulo (1) de carga útil según la reivindicación anterior, en el cual el equipo (20) óptico comprende una primera porción (21) que contiene un conjunto de elementos ópticos y una segunda porción (22) que contiene una unidad electrónica de adquisición o de emisión, un revestimiento (510, 511) aislante que se sitúa alrededor de cada porción (21, 22) y el módulo (1) comprende además un elemento (52) calefactor dispuesto entre la primera porción (21) y el revestimiento (510) aislante y al menos una banda (53) térmicamente conductora que se extiende desde la segunda (22) hacia la primera porción (21), entre el equipo (20) óptico y el revestimiento (51) aislante.

13. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos una tarjeta (31) electrónica de control y de tratamiento, dicha tarjeta que está alojada en el interior de la carcasa (10).

14. Módulo (1) de carga útil según la reivindicación 13, en el cual la tarjeta (31) electrónica de control y de tratamiento comprende un radiador (310) que comprende una pluralidad de placas (311) paralelas y la tarjeta (31) electrónica de control y de tratamiento se sitúa de manera que cada placa (311) se extiende perpendicularmente a la dirección principal del módulo.

15. Módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones 13 o 14, que comprende además una placa (54) de radiación fijada a la tarjeta (31) electrónica de control y de tratamiento.

16. Dron (D) estratosférico, que comprende un módulo (1) de carga útil según una de las reivindicaciones anteriores.