CN1242324A - 用于宇宙飞船的可弹性变形的天线反射器以及设置有这种反射器的宇宙飞船 - Google Patents

用于宇宙飞船的可弹性变形的天线反射器以及设置有这种反射器的宇宙飞船 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种宇宙飞船用的天线反射器,以及具有这种反射器的宇宙飞船。根据本发明构造的所述反射器包括一个径向狭槽(2),而且在所述反射器(1)呈折叠状态时,所述径向狭槽(2)的相对两边(2A,2B)以下述方式相重叠,即使所述反射器至少呈接近圆锥形的形状,以使能够沿垂直方向与宇宙飞船(8)相吻合地设置在所述的火箭外壳(7)之内。

Description

用于宇宙飞船的可弹性变形的天线反射器 以及设置有这种反射器的宇宙飞船
本发明涉及一种用于诸如人造地球卫星或太空探测器等等的宇宙飞船的、可弹性变形的天线反射器。本发明还涉及一种至少配置有一个这种反射器的宇宙飞船。
众所周知，附装在人造卫星上的诸如天线、太阳能电池板等等组件，必须要能够折叠以便能够安装在运载火箭(比如说为航天火箭、航天飞机等等)之内，而且这些组件在由所述的运载火箭抛出之后还要能够再次展开，以便能够定位在它们的工作形态。
在先技术中，诸如可弹性变形的这类组件已经问世，这类组件均可以通过弹性变形而呈展开状态或呈折叠状态。下面通过举例方法对这些在先技术进行描述：
—美国专利US-A-3521290公开了一种由单片型可弹性变形材料制作的天线反射器，该天线反射器具有一个与若干个径向翼筋相连接的刚性中心底座，所述的径向翼筋与所述的反射器的凸状表面形成为一个整体，并且与所述的中心底座弹性铰接连接。由此，所述的天线反射器可以被折叠而呈郁金香状的形状，且所述的天线反射器不会产生出现永久变形的危险。这种天线反射器可以利用天线结构组件在实施折叠的过程中所储存的弹性能量，实现从折叠状态到呈凹面圆盘状的展开状态的转变。由具有信号控制型螺栓的带型部件构成的可控保持组件环绕着呈折叠状态的所述反射器，并且配置在所述中心底座的相对一侧处，以便能够在压力下将所述反射器和所述的放射形翼筋保持在折叠状态。
—美国专利US-A-4133501公开了一种可弹性变形的宇宙飞船用单片型太阳能电池板，这种电池板可以在压力下呈弯曲的折叠形式，以与所述的宇宙飞船上的凸起外侧表面相匹配，而在不与所述的外侧表面相接触时又可以呈平板状的展开形式。这种太阳能电池板从呈弯曲的折叠形式到呈平板形的展开形式的转变是通过所述太阳能电池板释放的弹性力实现的。在弯曲的折叠状态下，这种太阳能电板可以由一些螺栓固定在所述宇宙飞船的外侧表面上，从而可以由这个宇宙飞船实施携带。
—美国专利US-A-4926181公开了一种由可弹性变形材料制作的、呈单片形式的天线反射器。这种天线反射器能够被卷成圆筒形，并且能够利用若干夹具保持为这个状态。这种天线反射器还具有可通过弹性释放作用而被展开的底层易弯曲结构，从而可以用其构成为所述反射器被打开并且固定在它的展开工作形状时用的一个支撑体。
—美国专利US-A-5644322公开了一种由可弹性变形材料制作的天线反射器，它包括有一个具有较大表面的、由一个呈周向截头圆锥形状的环型部件包围着的中心刚性底座。该在先技术进一步表明，为了能够对宇宙飞船实施发射，通常要将天线反射器放置在诸如由圆筒—圆锥形体构成的、呈细长型的火箭外壳之内。如果举例来说，这种反射器的结构构成使得它们在被放置在运载火箭的前端圆锥体的顶部处时，可以使所述宇宙飞船用的一个或多个天线反射器相对于运载火箭的主体侧向设置，以便能够将其设置在由所述主体与所述火箭外壳之间围成的周向空间中。由美国专利US-A-5644322所公开的这种反射器的结构构成，使得放置在圆筒—圆锥形外壳内的反射器的尺寸可由于所述周向环型部件的临时弹性变形而略微减少，从而使所述反射器可以至少近似地呈侧向环绕着所述人造卫星主体的碗形。可以用一个带型部件将反射器保持为这种碗形，而且这一带型部件可由电控方式实施松开，并将所述主体和所述反射器围绕在所述底座的中心位置处。通过在所述环型部件的径向相对的两个点上施加压力的方式，这种带型部件可以将所述可弹性变形环型部件折叠入所述的主体。在发射到太空之后，通过除去所述的带型部件并且使所述周向环型部件弹性返回到它的呈弹性释放状的、稳定的展开状态的方式，便可以使所述反射器保持在它的工作状态。很容易理解，放置在这种装置中的呈折叠状态的反射器的尺寸与展开状态相比，其减少是相当有限的。这是因为在一方面，所述刚性中心底座的直径比较大，反射器的侧向压缩仅能作用在周向环型部件上，从而使侧面尺寸的减少相对较小。在另一方面，这种侧向压缩不仅不能够在所述反射器的径向减少方面产生作用，而且由于实际上它需要使所述周向环型部件的上侧部分向外侧伸直，所以还将进一步增大这一尺寸。由此，在折叠状态下反射器的径向尺寸要比在展开状态下的大。由于这些尺寸问题，放置在火箭外壳的圆筒形部分处的所述反射器通常会超出它所在的所述火箭主体的上部径向端部，而不得不进入至火箭外壳的圆锥形部分。这种圆锥体的形状将对反射器的直径产生进一步地限制。由此可以清楚地获知，改进后的反射器不仅应该具有尽可能大的直径尺寸，并且应该能够与火箭外壳的圆锥部分的收敛形状相匹配。
—美国专利US-A-5574472和欧洲专利申请EP-A-0534110描述了一种由可弹性变形材料制作的单片型天线反射器，这种反射器可以利用配置在所述反射器周向上的两个径向相对点之间的可控柔性张力链，而折叠形成呈碗形形式的状态。由在先技术可知，当呈这种折叠成碗形的状态时，位于反射器上部处的外侧边缘将相对于宇宙飞船主体向外突出，由于这些部件是垂直向外的，因此难以被设置在所述火箭外壳的圆锥部分中。而且由在先技术还可知，在将宇宙飞船主体配置在呈折叠状态的反射器的凹入部分的空间之内时，所述的张力链组件将对这种配置构成障碍，或至少是构成为部分障碍。而且所述的这种反射器是以单片形式生产的，所以即不能对呈折叠状态的反射器形状进行精确控制，也不能对宇宙飞船主体的外围形状实施优化设计。
本发明的目的就是克服这些缺陷，以便能够增大所述天线反射器的尺寸，而且在需要时还可以增加设置在同一宇宙飞船上的反射器的数量。
为了能够实现这个目的，根据本发明构造的宇宙飞船用天线反射器，可以是一种需要沿着轴线放置在呈细长型的火箭外壳之内的、由可弹性变形的单片型部件构成的反射器，而且：
—当位于所述火箭外壳的外部时，所述反射器可保持在稳定的、没有弹性压力的展开状态，从而与其工作形状相一致；
—当位于所述火箭外壳的内部时，所述反射器可保持在弹性折叠状态，并且是通过可控保持组件保持在这一状态的；
—而且所述反射器可以利用储存在所述反射器中的能量的释放而由折叠状态转到展开状态，所述的能量是将反射器由展开状态弹性折叠至折叠状态时所储存的能量。
这种反射器的进一步的特征在于：
—所述反射器包括一条径向的狭槽；
—当所述反射器呈折叠状态时，所述的径向狭槽的相对两边以下述方式相重叠，即使所述反射器至少呈接近圆锥形的形状，以便能够沿垂直方向与宇宙飞船相吻合地设置在所述的火箭外壳之内。
将本发明与现有技术相比较可知，本发明的反射器在处于折叠状态时将不再呈碗形，而是呈中国帽子形或灯罩形，并且不再相对于所述的宇宙飞船侧向安装，而是安装在其上方。特别是在当所述火箭外壳呈圆筒—圆锥形时，处于折叠状态的所述反射器能够在被定位设置在所述火箭外壳的圆锥部位处。因此，采用本发明便可以：
—增加反射器的尺寸；
—增加被放置的反射器的数量；
—增加所述火箭外壳的设置容量；
—更好地控制处于折叠状态的所述反射器的振动；
—更好地控制处于折叠状态的所述反射器的形状；
—选择使用公知的、用于其它用途的各种可控保持机构。
在一种最佳实施例中，为了使所述的反射器容易在折叠状态下实施成型，所述反射器还可以包括有一个中心切口，且所述径向狭槽在该中心切口处开口。
对于使用铰接的径向杆将所述反射器连接到所述宇宙飞船上的实施例，最好是使所述的径向狭槽至少基本上位于所述杆的延伸区域之外。
因为设置有所述的中心切口，所以最好还使连接在所述反射器和所述杆之间的底座偏心设置。
为了能够使所述的径向狭槽的各边保持在重叠设置状态，最好还配置有可控保持组件。
本发明还涉及一种宇宙飞船，所述的宇宙飞船需要沿着轴线放置在呈细长型的火箭外壳内，并且包括有由可弹性变形的单片型部件构成的天线反射器，而且：
—当位于所述火箭外壳的外部时，所述反射器可保持在稳定的、没有弹性压力的展开状态，从而与其工作形状相一致；
—当位于所述火箭外壳的内部时，所述反射器可保持在弹性折叠状态，并且是通过可控保持组件保持在这一状态的；
—而且所述反射器可以利用储存在所述反射器中的能量的释放而由折叠状态转到展开状态，所述的能量是将反射器由展开状态弹性折叠至折叠状态时所储存的能量。
而且，根据本发明构造的这种人造卫星的特征还包括：
—所述反射器包括一条径向的狭槽；
—当所述反射器呈折叠状态时，所述的径向狭槽的相对两边以下述方式相重叠，即使所述反射器至少呈接近圆锥形的形状，以便能够沿垂直方向与宇宙飞船相吻合地设置在所述的火箭外壳之内。
根据本发明构造的宇宙飞船还可以至少包括一个与所述天线反射器相类似的备用天线反射器，而且这些所述的天线反射器被折叠以使其至少大体呈圆锥形形状，以便可以使一个部分地套叠进入另一个之内，并以沿垂直方向与宇宙飞船相吻合的方式实施设置，从而可以将它们安装在所述火箭外壳的圆锥部分处。
参考附图将有助于更好地理解本发明是如何实施的。在这些附图中，相同的参考标号表示着相类似的组件。
图1为表示本发明的天线反射器在展开状态下的一个实施例用的示意性后视图。
图2为表示如图1所示的、配置在人造卫星上方处且位于火箭的前端圆锥形体之下的反射器用的示意图。
图3为表示如图2所示的反射器的俯视图。
图4A和图4B为表示用于保持如图1至图3所示的、处于折叠状态下的所述反射器用的组件用的示意图，它们分别表示的是沿图2中的IV-IV线剖开时呈锁住状态和打开状态的示意图。
图5为表示在火箭的前端圆锥体之下设置有根据本发明构造的两个天线反射器时的示意性说明图。
根据本发明构造的天线反射器1如示意图图1所示，即呈展开形状的天线反射器至少大致呈凹面圆盘形状，且具有一个径向狭槽2和一个呈诸如圆形等等形状的中心切口3。径向狭槽2的相对两边2A和2B在一端呈打开状，以与所述的中心切口3相接，在另一端形成为所述反射器的外围轮廓4上的一个切口。
反射器1可以用诸如碳纤维织物等等的可弹性变形材料制作。根据需要还可以在所述反射器1的、呈凸起形的后侧表面上安装有加强环(图中未示出)。
刚性底座5相对于反射器1的中心偏心连接设置在其后侧，即设置在所述反射器的凸面侧。连接杆6连接在该刚性底座5上，前者与所述底座5相反的一端以公知的、在图1中未示出的方法(但在图5中可见)与宇宙飞船的主体铰接连接。在如图1所示的实施例里，当反射器1呈展开状态时，连接杆6沿径向延伸，并且在狭槽2径向延伸范围内。
因此正如图2和图3所示，反射器1可以折叠呈灯罩或中国帽形状，在这种折叠状态下，狭槽2的边2A和边2B相重叠，从而使所述反射器的部分1A和部分1B呈一部分压在另一部分上的状态。
而且正如示意图图2所示，这种反射器1能够放置在具有径向轴线X-X的、呈细长形状的圆筒—圆锥形外壳7的圆锥形部分7S内，而这种圆锥形部分7S可构成为太空运载火箭的前端圆锥体。附装有反射器1的宇宙飞船8则被安装在所述火箭外壳7的圆筒形部分71内。与在先技术中一样(在图2中未示出但是示出在图5中)，反射器1可以通过铰接在所述宇宙飞船下侧部分处的杆6与所述的宇宙飞船8相连。由图中还可以看到，可以根据前端圆锥体7的直径尺寸和宇宙飞船8的横截面尺寸，对反射器1的边2A和边2B的折叠量实施设置。
在如图2所示的折叠设置位置处，反射器1还利用至少一个独立的信号控制型螺栓9进一步实施固定，该信号控制型螺栓9可穿过配置在反射器1上呈重叠状态的部分1A和部分1B上的小孔10(请参见图4A)。
在宇宙飞船的发射过程中，位于宇宙飞船8上方侧的反射器1如图2所示，设置在前端圆锥体7的圆锥形部分7S内，并且利用信号控制型螺栓9固定在折叠状态。在所述的前端圆锥体7被弃掉且宇宙飞船8被抛出之后，对信号控制型螺栓9实施激发，以释放开反射器1的部分1A和部分1B(请参见图4B)。反射器1将随即被释放开，从而自动地达到如图1所示的展开状态，并且使杆6倾斜转动(通过图中没有显示出的、适当的公知方法)，以便使所述反射器从宇宙飞船8的主体上脱开。
图5示意性的示出了在宇宙飞船8的上方处放置两个反射器1用的放置方式，这两个反射器分别由参考标号1.1和参考标号1.2表示。这两个反射器1.1和1.2以一个插进入另一个之内的方式部分套叠，并且安置在火箭外壳7的圆锥形部分7S内。如果更具体的说，这种安装方式需要对所述反射器1.1和1.2上的连接杆5(在这儿分别由参考标号5.1和5.2表示)适当成型。

Claims (7)

1、一种宇宙飞船(8)用的天线反射器(1)，所述的反射器需要沿着轴线(X-X)放置在呈细长形的火箭外壳(7)之内，所述反射器是由可弹性变形的单片型部件构成的，而且：
—当位于所述火箭外壳(7)的外部时，所述反射器可保持在稳定的、没有弹性压力的展开状态，从而与其工作形状相一致；
—当位于所述火箭外壳(7)的内部时，所述反射器保持在弹性折叠状态，并且是通过可控保持组件保持在这一状态的；
—而且所述反射器可以利用储存在所述反射器中的能量的释放而由折叠状态转到展开状态，所述的能量是将反射器由展开状态弹性折叠至折叠状态时所储存的能量；
其特征在于：
—所述反射器包括一条径向的狭槽(2)；
—当所述反射器(1)呈折叠状态时，所述的径向狭槽(2)的相对两边(2A，2B)以下述方式相重叠，即使所述反射器至少呈接近圆锥形的形状，以便能够沿垂直方向与宇宙飞船(8)相吻合地设置在所述的火箭外壳(7)之内。
2、一种根据权利要求1所述的天线反射器，其特征在于还包括一个中心切口(3)，所述的径向狭槽(2)在该中心切口(3)处开口。
3、一种根据权利要求1所述的天线反射器，其特征在于其利用一个铰接杆(6)与所述的宇宙飞船(8)相连接的、所述径向切口(2)至少基本上位于所述杆(6)的延伸区域。
4、一种根据权利要求3所述的天线反射器，其特征在于通过相对于反射器偏心设置的底座(5)，将所述杆(6)与所述的反射器(1)相连接。
5、一种根据权利要求1所述的天线反射器，其特征在于所述的可控保持组件(9)将所述径向狭槽(2)的各边保持在重叠状态。
6、一种宇宙飞船(8)，所述的宇宙飞船(8)需要沿着轴线(X-X)放置在呈细长形的火箭外壳(7)之内，所述反射器(1)是由可弹性变形的单片型部件构成的，而且：
—当位于所述火箭外壳(7)的外部时，所述反射器(1)可保持在稳定的、没有弹性压力的展开状态，从而与其工作形状相一致；
—当位于所述火箭外壳(7)的内部时，所述反射器(1)保持在弹性折叠状态，并且是通过可控保持组件(9)保持在这一状态的；
—而且所述反射器可以利用储存在所述反射器中的能量的释放而由折叠状态转到展开状态，所述的能量是将反射器由展开状态弹性折叠至折叠状态时所储存的能量；
其特征在于：
—所述反射器包括一条径向的狭槽(2)；
—当所述反射器(1)呈折叠状态时，所述的径向狭槽(2)的相对两边(2A，2B)以下述方式相重叠，即使所述反射器至少呈接近圆锥形的形状，以便能够沿垂直方向与宇宙飞船(8)相吻合地设置在所述的火箭外壳(7)之内。
7、一种根据权利要求6所述的宇宙飞船(8)，其特征在于还至少包括一个与所述天线反射器相类以的备用天线反射器(1.2)，而且这些所述的天线反射器被折叠以使其至少大体呈圆锥形形状，以便可以使一个部分地套叠进入另一个之内，并以沿垂直方向与宇宙飞船(8)相吻合的方式实施设置。
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