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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung zum Verstellen von zu orientierenden Bauteilen eines Satelliten, wie z. B. Triebwerken, Antennen oder Solarzelle.
Zur Korrektur von Fehlstellungen eines Satelliten ist es bekannt, am Satelliten eine Reihe von Triebwerken anzuordnen. Neben chemischen Triebwerken, welche hohe Massen an Treibstoff im Betrieb auswerfen, sind auch lonentriebwerke im Einsatz, welche relativ lang in Betrieb gesetzt werden müssen, um eine Korrektur zu erzielen. Ionentriebwerke bauen In der Regel schwerer als chemische Treibsätze. Da lonentriebwerke geringe Edeigasmengen ausstossen, ist der Bedarf an mitzuführendem Treibstoff, nämlich Edelgasen, massenmässig geringer, wenn der Antrieb über einen längeren Zeitraum funktionsfähig sein soll.
Den schwerer bauenden lonentriebwerken steht somit ein Gewichtsvorteil in bezug auf die mitzuführende Treibstoffmenge gegenüber, sodass für eine Reihe von Korrekturen mittlerweile auch schwer bauende lonentrtebwerke besonders bei Satelliten zum Einsatz gelangen, deren Betriebszeit im All höher ist als die bisheriger Satelliten.
Die chemischen Triebwerke bekannter Bauart werden in der Regel pulsierend betrieben, um auf diese Weise Fehistellungen zu korrigieren. Wesentlich für die Korrektur von Fehistellungen ist es aber, dass unerwünschte Bewegungen, insbesondere unerwünschte Rotationsbewegungen, während des Betriebs oder in Folge des Betriebs des Triebwerkes mit Sicherheit verhindert werden. Die Triebwerke müssen daher in exakter Weise ausgerichtet werden, wobei die Triebwerkskräfte mit dem sich im Betrieb veränderlichen Schwerpunkt des Satelliten in fluchtende Relation gebracht werden müssen.
Da die Schwerpunktslage selbst sich beispielsweise durch Verbrauch von Treibstoff verändert und umgekehrt auch die Triebwerke in ihrer axialen Ausrichtung, bedingt durch äussere Einflüsse und durch Verschleiss der Triebwerke, Änderungen unterworfen sind, muss die relative Lage der durch Betätigung des Triebwerkes wirksamen Kräfte in Relation zum sich ändernden Schwerpunkt aufgrund von resultierenden Bewegungen des Satelliten immer wieder erfasst werden, um auf diese Weise weitere Korrekturmassnahmen zu setzen. Wesentlich für derartige Korrekturen ist aber eine einfache, betnebssichere und leichte Antriebseinrichtung, mit welcher die gewünschten Korrekturen durch Ausnchtung von Triebwerken vorgenommen werden können.
Neben relativ schwer bauenden tonentriebwerken sind auch andere Bauteile, wie beispielsweise Antennen oder Solarzelle, im Bedarfsfalle zu orientieren, wobei auch hier ein kompakter, einfach bauender und möglichst störungsunempfindlicher Antrieb auch zur Bewegung grösserer Einrichtungen gefordert wird.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher mit einer geringen Anzahl einfacher und betriebssicherer, sowie leicht bauender Bauteile auch relativ schwere, zu orientierende Bauteile eines Satelliten sicher in die gewünschte Orientierung gebracht werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemässe Ausbildung im wesentlichen darin, dass der Antrieb zwei Linearantriebe mit kardanisch an den Linearantrieben angelenkten Lenkstangen sowie wenigstens eine Stützstange umfasst, wobei die Stützstange (n) sowohl am Satelliten als auch am zu orientierenden Bauteil an verschiedenen Punkten gelenkig abgestützt und/oder der zu orientierende Bauteil direkt am Satelliten in einem Punkt gelenkig abgestützt ist. Dadurch, dass zwei Linearantriebe vorgesehen sind, kann mit einfachen und kompakt bauenden Antrieben das Auslangen gefunden werden. Dadurch, dass die Lenkstangen, welche mit den Linearantrieben verbunden sind, kardanisch mit diesen Antrieben verbunden sind, lassen sich auch hohe Reaktionskräfte aufnehmen, ohne dass dies zu einer Gefahr der Zerstörung des Antriebes führt.
Durch geeignete Wahl der Winkelstellung der Lenkstangen zu den Lnearantrieben lassen sich bei relativ grossen Verstellbewegungen des Linearantriebes relativ kleine Winkelverstellungen In mehreren Achsen des Raumes sicher verstellen, wobei naturgemäss der Versteilweg des Linearantriebes rechnerisch in die jeweilige Korrektur der Winkelstellung umgesetzt werden muss. Eine sichere Abstützung der Reaktionskräfte bei gleichzeitig hoher Präzision bei der Verstellung um kleine Winkelinkremente wird hierbei dadurch möglich, dass die Lenkstangen und die Stützstange (n) an ein Polygon aufspannenden Punkten des zu orientierenden Bauteiles angreifen. Insgesamt eignet sich eine derartige Antriebseinnchtung bevorzugt für die Ausrichtung von Ionentriebwerken für eine weitestgehend geostationäre Positionierung eines Satelliten ausserhalb des Äquators.
In diesen Fällen ist eine regelmässige bzw. sogar konstante Korrektur gefordert, um die Satelliten in Richtung des Meridian, d. h. in Nord-Süd-Richtung jeweils auf der nördlichen oder südlichen Hemisphäre zu halten, da ja die Ebene der Umlaufbahn die Äquatorebene durchsetzt. Ionentriebwerke haben eine relativ langsame Korrektur zur Folge, wobei in der Regel alle zwölf Stunden der Antrieb für etwa drei Stunden betätigt wird. In besonders einfacher Weise können die Linearantriebe von Schrittmotoren gebildet werden, welche einen Spindelantrieb betätigen.
Bei Spindelntrieben lässt sich auf diese Weise ein relativ langer Verstellweg in relativ kleine Winkelverstellungen umsetzen, wobei eine hohe Betriebssicherheit dadurch erzielt wird, dass die Linearantriebe als Spindelantriehe ausgebildet sind, und dass die Lenkstangen um eine die Spindelachse schneidende oder kreuzende Achse schwenkbar mit dem Antrieb verbunden sind.
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In konstruktiv besonders einfacher Weise kann die Ausbildung so getroffen werden, dass die Linearantriebe In einer gemeinsamen Ebene und vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise die gelenkigen Verbindungen der Lenkstangen und der Stützstangen mit dem zu orientierenden Bauteil als Kugelgelenke ausgebildet sind. Neben den Kardangelenken für die sichere Aufnahme der Reaktionskräfte im Bereich der Spindelantriebe wird somit durch Verwendung von Kugelgelenken an den übrigen Anlenkstellen ein hohes Mass an Präzision in der Krafteinleitung ohne Überbeanspruchung leicht bauender Lenk- bzw. Stützstangen gewährleistet.
Eine relativ einfache dreiachsige Korrektur und Ausrichtung lässt sich erfindungsgemäss dadurch verwirklichen, dass eine Stützstange und eine weitere gelenkige Abstützung des zu orientierenden Bauteiles gegenüber dem Satelliten vorgesehen ist. Mit Vorteil wirkt hierbei jeder Antrieb über einen Viergelenkbogen mit dem zu orientierenden Bauteil zusammen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine erste Position der Antriebe, der Lenkstangen und der Abstützstangen relativ zu einem schematisch angedeuteten Ionenstrahltriebwerk, Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 11 der Fig. 1 und Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles lil der Fig. 1. Die Fig. 4.
5 und 6,7, 8 und 9, 10, 11 und 12 sowie 13,14 und 15 zeigen jeweils verschiedene Positionen der Linearantriebe sowie die daraus resultierende Verstellung der Trägerplattform bzw. der Achse der Triebwerke.
In Fig. 1 ist mit 1 schematisch die Tragplatte von lonenstrahltriebwerken 2 bezeichnet. Die Plattform 1 ist über Kugelgelenke 3 und 4 mit Lenkstangen 5 und 6 verbunden. Die Lenkstangen 5 und 6 sind über ein Kardangelenk 7 bzw. 8 mit einem schematisch mit 9 bzw. 10 angedeuteten Spindelantrieb verbunden. Die Verstellung der die Spindelachse kreuzenden bwz. schneidenden Kardangelenksachse der Kardangelenke 7 und 8 erfolgt hierbei in Richtung des Doppelpfeiles 11 bzw. 12. Die Achsen der Spindelantriebe 9 bzw. 10 sind bei der Darstellung in den Zeichnungsfiguren im wesentlichen koaxial gewählt.
Die Trägerplattform 1 ist zusätzlich über ein Kugelgelenk 13 sowie eine Stützstange 14 abgestützt, wobei die Stützstange 14 an der Trägerplatte 1 in einem Kugelgelenk 15 und am Satelliten in einem Kugelgelenk 16 abgestützt ist. In den übrigen Zeichnungsfiguren werden diese Bezugszeichen einheitlich weiter verwendet, sodass nachfolgend nur auf die durch Verschiebung der Kardangelenke 7 bwz. 8 der Lenkstangen 5 bzw. 6 längs der Spindel in Richtung der Doppelpfeile 11 bzw. 12 erzielbaren unterschiedlichen Orientierungen eingegangen werden muss.
Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Position, bei welcher die Kreuzgelenke 7 bzw. 8 in ihrer zueinander nächsten Position gezeichnet sind, führt zu einer Verschwenkung der Trägerplattform 1 relativ zu der durch die Abstützpunkte aufgespannten Ebene um einen Winkel er,.
Wenn, wie auf den Fig. 4,5 und 6 ersichtlich, die beiden Lenkstangen 5 und 6 längs der Spindel im Sinne der Doppel pfeile 11 bzw. 12 um im wesentlichen gleiche Stellwege nach auswärts verschoben werden, führt dies zur Einstellung eines Winkels er2, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, welcher selbst wiederum kleiner ist als der Winkel c. Durch weitere Verschiebung der Lenkstangen 6 und 5 in Richtung der Doppelpfeile 11 und 12 in ihre auswärtige Position ergibt sich eine weitere Verringerung des in Fig. 9 ersichtlichen Winkels er3. sodass eine dritte Winkelposition eingenommen werden kann.
Insgesamt wird somit durch einen relativ leicht erfassbaren und relativ grossen Verstellweg längs der Spindeln in Richtung der Doppelpfeile 11 und 12 eine präzise Verschwenkung ausgehend vom Winkel ci, bis in einen Winkel c13 um kleine Winkel erzielt.
Aus den Fig. 10 bis 15 ergibt sich nun, dass bei Verstellung der beiden Spindelantriebe in gleicher axialer Richtung eine Verschwenkung der Plattform 1 und damit der Achsen der Strahltriebwerke um eine weitere Achse erfolgt. Die Schwenkbewegung wird hier schematisch durch den gekrümmten Doppelpfeil 17 in den Fig. 10 und 13 angedeutet, wobei aus der Darstellung in den Fig. 12 und 15 nunmehr die Verschwenkung der Ebene des Trägers 1 aus der in den Fig. 3, 6 bzw. 9 ersichtlichen Lage erkennbar ist.
Analoges gilt naturgemäss für die Fig. 12. wobei in Fig. 10 die Lenkstange 5 in ihrer dem Träger benachbarte Postition mit ihrem Kardangelenk 7 verfahren ist, wohingegen die Lenkstange 6 sowie das zugehörige Kardangelenk 8 in die dem Träger 1 abgewandte Position nach auswärts verlagert ist, wodurch die Kippbewegung um das Kugelgelenk 13 und das Kugelgelenk 15 bewirkt wird. Insgesamt wird jeweils durch Betätigung der Spindelantriebe und Verschiebung der Kardangelenke 7 und 8 längs der Spindel eine mehrachsige Verstellung ermöglicht, wobei jeweils ein Viergelenkbogen für die Kraftübertragung zum Einsatz gelangt, wodurch grosse Reaktionskräfte mit leicht bauenden Teilen sicher aufgenommen werden können.
Bedingt durch den grossen möglichen Verstellweg von Linearantrieben lassen sich auch grosse Verstellwege in relativ kleine Winkelverstellungen sicher umsetzen.