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Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Raumflugkörpersystem mit den Merkmalen des Obergriffs des Anspruchs 1, ein Adapterstück für ein solches Raumflugkörpersystem, ein Verfahren zum Koppeln solchen Adapterstücks sowie ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Raumflugkörpersystems nach Anspruch 14.
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Im Bereich der Luft- und Raumfahrt werden Raumfahrzeuge in der Regel für geplante Missionen speziell ausgelegt und ausgerüstet. Dabei muss das speziell für eine Mission vorbereitete Raumfahrzeug alle Komponenten mitführen, die für die jeweilige Mission benötigt werden. Beispielsweise müssen Funkausrüstungen, Antriebe, Treibstoffvorräte, Generatoren und weitere Komponenten in dem Raumfahrzeug integriert werden. Nach Durchführung der Mission wird das Raumfahrzeug in der Regel dadurch entsorgt, dass man es durch Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühen lässt oder es wird in einen so genannten Friedhofsorbit eingeschossen.
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Aus der
EP 3 455 138 B1 ist ein Raumkörper mit wenigstens zwei Raummodulen bekannt, welche untereinander austauschbar verbindbar sind. Der Raumkörper ist beliebig erweiterbar.
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In der
DE 10 2015 216 272 A1 ist ein modularisierter Roboter mit einer Roboter-Plattform sowie ein Schwarmsystem solcher modularisierter Roboter gezeigt. Ein Roboter-Arbeitskopf kann über einen Roboter-Adapter mit der Roboter-Plattform mechanisch verlinkt werden. Der Roboter-Arbeitskopf kann betriebliche Aufgaben durchführen. Dabei sind die Roboter-Plattform oder/ und der Roboter-Arbeitskopf mit einem Stromversorgungssystem ausgestattet. Das Robotersystem umfasst aber kein eigenständiges einzelnes Versorgungsmodul zu einer zentralen Versorgung der Roboter.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein modulares Raumflugkörpersystem anzugeben, mit welchem an einem entfernten Betriebsort oder -orbit eine Vielzahl von Missionen durchgeführt werden kann, welches also nicht nur speziell für eine bestimmte Mission ausgerüstet ist. Gleichzeitig sollen zwischen den Einzelmissionen einzelne Raumkörper zentral mit Ressourcen versorgt werden können. Dadurch ist ein solches System beispielsweise autonom im Weltraum einsetzbar, wie beispielsweise im Orbit eines weit entfernten Objekts, etwa eines Planeten, Mondes oder Asteroiden.
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Diese Aufgabe wird durch ein modulares Raumflugkörpersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Adapterstück für ein solches Raumflugkörpersystem, ein Verfahren zum Koppeln eines solchen Adapterstücks sowie ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Raumflugkörpersystems mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
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Demnach ist ein modulares Raumflugkörpersystem vorgesehen, welches einen einzigen ersten Raumflugkörper, wenigstens einen zweiten Raumflugkörper, welcher mit dem einen einzigen ersten Raumflugkörper mechanisch koppelbar ist, und wenigstens einen dritten Raumflugkörper aufweist, welcher selbständig angetrieben ist und welcher jeweils mit dem einen einzigen ersten Raumflugkörper und mit dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper mechanisch koppelbar ist. In einem Versorgungszustand sind der wenigstens eine zweite Raumflugkörper und der wenigstens eine dritte Raumflugkörper mit dem ersten Raumflugkörper mechanisch gekoppelt und in einem Missionszustand ist der wenigstens eine dritte Raumflugkörper mit dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper mechanisch gekoppelt und der wenigstens eine dritte Raumflugkörper und der wenigstens eine zweite Raumflugkörper sind von dem einen einzigen ersten Raumflugkörper mechanisch entkoppelt. Mit einem solchen modularen Raumflugkörpersystem ist es einerseits möglich, in dem Versorgungszustand den wenigstens einen dritten Raumflugkörper über den einen einzigen ersten Raumflugkörper, der vorzugsweise als Versorgungsmodul vorgesehen ist, mit Ressourcen zu versorgen. In dem Missionszustand ist der wenigstens eine dritte Raumflugkörper andererseits mit dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper, der vorzugsweise ein Missionsmodul ist, ausgerüstet, mit welchem an einem Einsatzort eine Vielzahl verschiedener Aufgaben verrichtet werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das zuvor beschriebene modulare Raumflugkörpersystem wenigstens zwei zweite Raumflugkörper auf. Dann ist der eine einzige erste Raumflugkörper einer der wenigstens zwei zweiten Raumflugkörper und als ein Dock-Missionsmodul ausgebildet. Das Dock-Missionsmodul ist ein speziell für Versorgungszwecke des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers ausgebildetes Missionsmodul, welches einen großen Kaltgastank und eine Hochgewinnantenne mit Transceiver aufweist, wobei der wenigstens eine dritte Raumflugkörper mit dem Dock-Missionsmodul in gleicher Weise wie mit dem anderen zweiten Raumflugkörpern verbindbar ist, und wobei der wenigstens eine dritte Raumflugkörper, welcher jeweils mit dem Dock-Missionsmodul und mit dem anderen zweiten Raumflugkörpermechanisch koppelbar ist, in einem Versorgungszustand mit dem Dock-Missionsmodul mechanisch gekoppelt ist und von dem anderen zweiten Raumflugkörper mechanisch entkoppelt ist und wobei in einem Missionszustand der wenigstens eine dritte Raumflugkörper mit dem anderen zweiten Raumflugkörper mechanisch gekoppelt ist und von dem Dock-Missionsmodul mechanisch entkoppelt ist. Ein solches Raumflugkörpersystem ist besonders flexibel einsetzbar.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das modulare Raumflugkörpersystem nur einen zweiten Raumflugkörper und wenigstens einen dritten Raumflugkörper aufweist. Dann ist der zweite Raumflugkörper ein mit Werkzeugen ausgerüstetes Missionsmodul und/ oder ein Dock-Missionsmodul zur Versorgung des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine dritte Raumflugkörper eine autonom bewegliche Drohne. Dann können Arbeiten an verschiedenen Einsatzorten autonom ausgeführt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Drohne folgende Komponenten auf:
- - einen Drohnenkörper,
- - ein erstes Drohnen-Adapterstück,
- - ein zweites Drohnen-Adapterstück,
- - einen zweiten Kaltgasspeicher,
- - wenigstens einen Drohnen-Energiespeicher,
- - mehrere Manövriertriebwerke,
- - ein Transfertriebwerk,
- - mehrere Solarzellen,
- - einen Board-Computer,
- - mehrere Kameras,
- - eine erste Antenne und
- - eine zweite Antenne.
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Dadurch ist die Drohne für einen autonomen Einsatz für Arbeiten im Weltraum optimal ausgestattet.
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Wenn der Raumkörper des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers eine konvexe Form aufweist, wird die Gefahr des Verfangens des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers an anderen Objekten der Umgebung vermindert.
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Bevorzugt ist der eine einzige erste Raumflugkörper ein Dock und der wenigstens eine zweite Raumflugkörper ein Missionsmodul, wobei das Dock aufweist:
- - einen ersten Kaltgasspeicher,
- - eine Dockbatterie,
- - Solarmodule,
- - eine Funkausrüstung und
- - ein Dock-Adapterstück.
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Dann ist das gesamte modulare Raumflugkörpersystem für einen autonomen Einsatz für Arbeiten im Weltraum optimal ausgestattet.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine zweite Raumflugkörper als unterschiedliches Werkzeug für Arbeiten im Weltraum einsetzbar. Vorzugsweise sind mehrere zweite Raumflugkörper vorgesehen, welche als unterschiedliche Werkzeuge für Arbeiten im Weltraum einsetzbar sind. Dann können unterschiedliche Arbeiten an den Einsatzorten ausgeführt werden.
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Besonders bevorzugt ist der wenigstens eine zweite Raumflugkörper ein aufgabenspezifisches Gerät und als Greifer, Schweißgerät oder Fangnetzbehälter für Weltraumschrott ausgeführt. Dann kann für jede auszuführende Arbeit ein entsprechendes Werkzeug gewählt werden.
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Wenn bei einer Kopplung des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers mit dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper das Kaltgas durch den wenigstens einen zweiten Raumflugkörper leitbar ist, wird nur ein Kaltgastank benötigt.
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Besonders bevorzugt weist das modulare Raumflugkörpersystem zusätzlich eine Kontrollstation und wenigstens zwei dritte Raumflugkörper auf. Dann ist eine Funkverbindung zwischen der Kontrollstation und einem der beiden dritten Raumflugkörper oder zwischen dem einen einzigen ersten Raumflugkörper und einem der wenigstens zwei dritten Raumflugkörper über den jeweils anderen der der wenigstens zwei dritten Raumflugkörper herstellbar. Dadurch ist das modulare Raumflugkörpersystem von der Kontrollstation vollständig steuerbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der wenigstens eine dritte Raumflugkörper ein internes Steuerungssystem auf, welches eine Anwendersteuerung und eine Betriebssteuerung aufweist, wobei die Bewegungen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers über die Anwendersteuerung steuerbar sind und über die Betriebssteuerung in einem sicheren Betriebsbereich haltbar sind. Dadurch wird die Sicherheit beim Betrieb des modularen Raumflugkörpersystems zusätzlich erhöht.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Adapterstück für ein modulares Raumflugkörpersystem, wobei das Adapterstück aufweist:
- - einen Träger mit einer Grundfläche und mit Seitenflächen,
- - Trägerarme, wobei an einem Außenumfang des Trägers zwei zwischen den Trägerarmen gegenüberliegende Seitenflächen jeweils eine hyperbolische Kontur aufweisen,
- - Durchbrüche, welche von Außenseitenflächen der Trägerarme her entlang einer Mittellinie der Trägerarme und entlang einer Mittellinie der Trägerarme, welche orthogonal zu einer Axialrichtung sind und die Axialrichtung in einem Mittelpunkt des Trägers schneiden, in die Trägerarme eingebracht sind und an ihren radial zum Mittelpunkt weisenden Enden ausgerundet sind,
- - Trägerarmseitenflächen, welche auf einer der zwischen den Trägerarmen liegenden Seitenfläche in einem Winkel von 96° angeordnet sind,
- - einer einer Seitenfläche gegenüberliegenden Seitenfläche, welche eine mit Trägerarmseitenflächen eine trapezförmige Kontur aufweist,
- - einer Identifikationsfläche auf der Grundfläche des Trägers,
- - einem an dem Mittelpunkt zentrierten Kontaktring mit einer Kontaktringfläche mit einem erhöhten Kragen, welche in der Axialrichtung um ca. 2 mm von der Grundfläche vorsteht,
- - einen kreisförmigen Durchbruch des Kontaktrings an dem Mittelpunkt mit einer Öffnung,
- - ersten Ausnehmungen, welche kreisförmig sind und welche in die Kontaktringfläche eingebracht sind, und in welchen DC-Kontakte angeordnet sind,
- - zweiten Ausnehmungen, welche kreisförmig sind und welche in die Kontaktringfläche eingebracht sind, und in welchen konvexe Linsen angeordnet sind.
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Mit einem solchen Adapter können die einzelnen Module es modularen Raumflugkörpersystems optimal miteinander mechanisch gekoppelt werden.
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Bei einem Verfahren zum Koppeln eines solchen Adapterstücks mit einem entsprechenden Gegenstück wird der Kontaktring in Axialrichtung in Richtung des Trägers gedrückt bis die Kontaktringfläche und die Grundfläche in einer Ebene senkrecht zu der Axialrichtung des Trägers plan zueinander sind. Dadurch wird eine optimale Kopplung von Adapterstück und Gegenstück gewährleistet.
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Weiterhin ist ein Verfahren zum Betreiben eines zuvor beschriebenen modularen Raumflugkörpersystems vorgesehen. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:
- a) In dem Versorgungszustand Versorgen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers mit Ressourcen durch den einen einzigen ersten Raumflugkörper
- b) Mechanisches Entkoppeln des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers von dem einen einzigen ersten Raumflugkörper
- c) Bewegen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers zu dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper
- d) Mechanisches Koppeln des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers mit dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper
- e) Mechanisches Entkoppeln des wenigstens einen zweiten Raumflugkörpers von dem einen einzigen ersten Raumflugkörper
- f) In dem Missionszustand Bewegen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers und des wenigstens einen zweiten Raumflugkörpers zu einem Einsatzort
- g) In dem Missionszustand Durchführen von an dem Einsatzort vorgesehenen Arbeiten durch den wenigstens einen zweiten Raumflugkörper mit Hilfe des wenigstens einen zweiten Raumflugkörpers
- h) In dem Missionszustand Bewegen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers und des wenigstens einen zweiten Raumflugkörpers zurück zu dem einen einzigen ersten Raumflugkörper
- i) Mechanisches Koppeln des wenigstens einen zweiten Raumflugkörpers mit dem einen einzigen ersten Raumflugkörper
- j) Mechanisches Entkoppeln des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers von dem wenigstens einen zweiten Raumflugkörper
- k) Bewegen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers zu dem einen einzigen ersten Raumflugkörper
- l) Mechanisches Koppeln des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers mit dem einen einzigen ersten Raumflugkörper
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Dieses Verfahren zum Betreiben eines modularen Raumflugkörpersystems ist besonders effizient.
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Wenn bei dem Verfahren zum Betreiben eines modularen Raumflugkörpersystems in Schritt f. der wenigstens eine dritte Raumflugkörper Solarpaneele mit Solarzellen ausfaltet, um einen Drohnen-Energiespeicher zu laden und ein Transfertriebwerk zu versorgen und in Schritt g. der wenigstens eine dritte Raumflugkörper die Solarpaneele mit den Solarzellen wieder einfaltet, damit sich diese nicht an anderen Objekten in der Umgebung verfangen, kann das modulare Raumflugkörpersystem unabhängiger von zusätzlichen Energiequellen an einem entfernten Betriebsort betrieben werden.
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Bevorzugt erfolgt bei dem Verfahren zum Betreiben eines modularen Raumflugkörpersystems in Schritt a. das Versorgen mit Ressourcen des wenigstens einen dritten Raumflugkörpers durch Betanken eines Kaltgasspeichers, welchen der wenigstens eine dritte Raumflugkörper aufweist, mit Kaltgas und durch Aufladen eines Energiespeichers, welchen der wenigstens eine dritte Raumflugkörper ebenfalls aufweist, mit elektrischer Energie. Dadurch kann das Versorgen des modularen Raumflugkörpersystems mit Ressourcen besonders einfach und effizient erfolgen.
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Weiterhin kann das Verfahren zum Betreiben eines modularen Raumflugkörpersystems ein Raumflugkörpersystem mit wenigstens zwei zweiten Raumflugkörpern und wenigstens einem dritten Raumflugkörper betreffen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleichen Funktionen tragen gleiche Bezugszeichen. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung des Aufbaus eines modularen Raumflugkörpersystems;
- 2: eine schematische Darstellung eines Missionmodul-Adapters gemäß 1;
- 3: eine perspektivische Darstellung eines Drohnen-Adapterstücks des Missionsmodul-Adapters gemäß 2;
- 4 bis 12: schematische Darstellungen von Einzelschritten eines Ablaufs einer Mission des modularen Raumflugkörpersystems gemäß 1; sowie
- 13: ein schematischer Aufbau eines internen Steuerungssystems wenigstens einer Drohne des modularen Raumflugkörpersystems gemäß 1.
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Das in 1 dargestellte modulare Raumflugkörpersystem 1 weist ein Dock 2, wenigstens eine Drohne 3 und wenigstens ein Missionsmodul 4 auf.
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Das Dock 2 weist einen ersten Kaltgasspeicher 5, eine Dockbatterie 6, Solarmodule 7 zu einer Energieversorgung, eine Funkausrüstung 8 für eine Kommunikation und ein Dock-Adapterstück 9 auf. Der erste Kaltgasspeicher 5 ist ein Vorratstank für Kaltgas. Die Dockbatterie 6 dient zum Speichern elektrischer Energie.
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Die wenigstens eine Drohne 3 weist folgende Komponenten auf:
- - einen Drohnenkörper 10,
- - ein erstes Drohnen-Adapterstück 11,
- - ein zweites Drohnen-Adapterstück 12,
- - einen zweiten Kaltgasspeicher 13,
- - wenigstens einen Drohnen-Energiespeicher 14,
- - mehrere Manövriertriebwerke 15,
- - ein Transfertriebwerk 16,
- - mehrere Solarzellen 17,
- - einen Board-Computer 18,
- - mehrere Kameras 19,
- - eine erste Antenne 20 und
- - eine zweite Antenne 21.
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Der Drohnenkörper 10 der wenigstens einen Drohne 3 weist eine konvexe Form auf. Die konvexe Form des Drohnenkörpers 10 verhindert ein Verfangen der Drohne 3 an hervorstehenden Teilen anderer Objekte, insbesondere an Strukturen, an denen die wenigstens eine Drohne 3 Arbeiten ausführen soll.
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Das Dock-Adapterstück 9 des Docks 2 und das erste Drohnen-Adapterstück 11 der wenigstens einen Drohne 3 sind miteinander mechanisch koppelbar. In einem mechanisch gekoppelten Zustand des Dock-Adapterstück 9 und des ersten Drohnen-Adapterstücks 11 sind das Dock 2 und die wenigstens eine Drohne 3 miteinander mechanisch gekoppelt. Das Dock-Adapterstück 9 und das erste Drohnen-Adapterstück 11 bilden einen Docking-Adapter 22 aus.
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Der zweite Kaltgasspeicher 13 der wenigstens einen Drohne 3 ist ein Tank der wenigstens Drohne 3 für Kaltgas. Wenn die wenigstens eine Drohne 3 mit dem Dock 2 verbunden ist, ist der zweite Kaltgasspeicher 13 der wenigstens einen Drohne 3 aus dem ersten Kaltgasspeicher 5 des Docks 2 auffüllbar. Ebenso ist der wenigstens eine Drohnen-Energiespeicher 14 der wenigstens einen Drohne 3, welcher ein Speicher der wenigstens einen Drohne 3 für elektrische Energie ist, durch die Dockbatterie 6 des Docks 2 nachladbar. Der wenigstens eine Drohnen-Energiespeicher 14 ist vorzugsweise ein Akkumulator oder eine Batterie. Der wenigstens eine Drohnen-Energiespeicher 14 kann auch während inaktiver Phasen der wenigstens einen Drohne 3 durch die Solarzellen 17, welche in Seitenflächen der wenigstens einen Drohne 3 integriert sind und/ oder in die Seitenflächen eingefaltet werden können, aufgeladen werden.
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Die Manöviertriebwerke 15 und das Transfertriebwerk 16 werden beide mit dem Kaltgas aus dem zweiten Kaltgasspeicher 13 betrieben. Somit ist nur ein einziger Kaltgasspeicher notwendig und es sind keine zusätzlichen Verteilungen von dem Kaltgasspeicher zu den Triebwerken erforderlich.
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Mit Hilfe der Kameras 19 kann die Umgebung um die wenigstens eine Drohne 3 visualisiert werden, um die wenigstens eine Drohne 3 sicher von einer Kontrollstation 23 aus zu steuern. Außerdem können mit Hilfe der Kameras 19 Raumkörper am Einsatzort optisch inspiziert werden sowie Sonnen- und Sternpositionen für eine Positionsbestimmung der wenigstens einen Drohne 3 erfasst werden. Zusätzlich sind an den Seitenflächen der wenigstens einen Drohne 3 Time-Of-Flight-Sensoren angeordnet, um ein Abbild der Umgebung mit Tiefeninformation erzeugen zu können. Dieses wird dann zur Kollisionsvermeidung und einer Augmented-Reality-Visualisierung in der Kontrollstation 23 verwendet.
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Die erste Antenne 20 ist für eine Übertragung von Steuerungs- und Kontrollaufgaben vorgesehen und die zweite Antenne 21 ist für eine Übertragung von Videodaten vorgesehen. Die erste Antenne 20 ist vorzugsweise eine Onboard-Antenne, besonders bevorzugt als „Command and Control“. bzw. „C&C“ ausgeführt.
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Das wenigstens eine Missionsmodul 4 ist ein aufgabenspezifisches Gerät und kann beispielsweise als Greifer, Schweißgerät oder Fangnetzbehälter für Weltraumschrott ausgeführt sein. Das wenigstens eine Missionsmodul 4 weist ein Modul-Adapterstück 24 auf.
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Das zweite Drohnen-Adapterstück 12 der wenigstens einen Drohne 3 und das Modul-Adapterstück 24 des Missionsmoduls 4 sind miteinander mechanisch koppelbar. In einem mechanisch gekoppelten Zustand des zweiten Drohnen-Adapterstücks 11 mit dem Modul-Adapterstück 24 sind die wenigstens eine Drohne 3 und das wenigstens eine Missionsmodul 4 miteinander mechanisch gekoppelt. Das zweite Drohnen-Adapterstück 12 und das Modul-Adapterstück 24 bilden einen Missionsmodul-Adapter 25 aus.
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In 2 ist der Missionsmodul-Adapter 25 mit dem zweiten Drohnen-Adapterstück 11 und dem Modul-Adapterstück 24 schematisch dargestellt. Der Missionmodul-Adapter 25 weist folgende Komponenten auf:
- - eine mechanische Verriegelung,
- - eine mechanische Führung 26 zur Erreichung einer reproduzierbaren Ausrichtung des wenigstens einen Missionsmoduls 4 relativ zu der wenigstens einen Drohne 3,
- - eine ausfallsichere Kontrollschnittstelle 27 mit niedriger Datenrate, von beispielsweise 1MBit/s oder weniger,
- - eine Datenschnittstelle 28 mit hoher Bandbreite von beispielsweise 10MBit/s oder mehr für Sensordaten, welche spezifisch für das wenigstens eine Missionsmodul 4 sind, wie zum Beispiel Video- oder Radardaten,
- - eine elektrische Schnittstelle 29 für die Versorgung des wenigstens einen Missionsmoduls 4 durch die wenigstens eine Drohne 3 und
- - eine thermische Schnittstelle 30 für die Anbindung des wenigstens einen Missionsmoduls 4 an eine Temperaturregelung der wenigstens einen Drohne 3.
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In 3 ist das zweite Drohnen-Adapterstück 11 des Missionsmodul-Adapters 25 im Detail gezeigt. Das Drohnen-Adapterstück 11, welches die wenigstens eine Drohne 3 aufweist, weist einen Träger 31, welcher mit vier Trägerarmen 32a-d sternförmig und plattenförmig ausgebildet ist, mit einer Grundfläche 33 auf. Der Träger 31 dient als mechanischer Träger und als Wärmespeicher und ist z.B. aus Aluminium hergestellt. An einem Außenumfang des Trägers 31 können zwei zwischen den Trägerarmen 32a und 32d sowie 32b und 32c gegenüberliegende Seitenflächen 34a,c jeweils eine hyperbolische Kontur aufweisen. Dadurch kann ein erforderlicher Rotationswinkel zur Verbindung des Drohnen-Adapterstücks 11 mit dem Modul-Adapterstück 24 hergestellt werden, wenn die wenigstens eine Drohne 3 mit Hilfe von Greifarmen das wenigstens eine Missionsmodul 4 entlang einer Axialrichtung 100 des Drohnen-Adapterstücks 11 zu sich heranzieht. Von Außenseitenflächen 35a-d der Trägerarme 32a-d her sind entlang einer Mittellinie 200 der Trägerarme 32a,c und entlang einer Mittellinie 300 der Trägerarme 32b,d, welche orthogonal zu der Axialrichtung 100 sind und die Axialrichtung 100 in einem Mittelpunkt 36 des Trägers 31 schneiden, sind Durchbrüche 37a-d in die Trägerarme 32a-d eingebracht. Die Durchbrüche 37a-d dienen als mechanische Führung zur Erreichung einer reproduzierbaren Ausrichtung des wenigstens einen Missionsmoduls 4 relativ zu der wenigstens einen Drohne 3. Dazu sind Zapfen (nicht dargestellt), welche an dem wenigstens einen Missionsmodul 4 angeordnet sind, in den Durchbrüchen 37a-d führbar. Die Durchbrüche 37a-d können an ihren radial zu dem Mittelpunkt 36 weisenden Enden ausgerundet sein. Statt der Durchbrüche 37a-d können auch andere Strukturen als mechanische Führung dienen. Auf einer der zwischen den Trägerarmen 32a und 32b liegenden Seitenfläche 34b sind Trägerarmseitenflächen 38a,b der Trägerarme 32a,b in einem Winkel von 96° angeordnet. Dieser 96°-Winkel kann die Erkennung der Orientierung des zweiten Drohnen-Adapterstücks 11 zu dem korrespondierenden Modul-Adapterstück 24 durch Software unterstützen. Auf einer der Seitenfläche 34b gegenüberliegenden Seitenfläche 34d ist die Kontur des Außenumfangs des Trägers 31 mit Trägerarmseitenflächen 38c,d trapezförmig ausgebildet. Im Bereich der Seitenfläche 34d weist der Träger 31 auf seiner Grundfläche 33 eine Identifikationsfläche 39 auf, welche zu einer optischen Identifikation dient und mit welcher die wenigstens eine Drohne 3 und/ oder das wenigstens eine Missionsmodul 4 anhand einer ID (z.B. IP v6 Adresse) identifizierbar ist. Der Träger 31 weist einen an dem Mittelpunkt 36 zentrierten Kontaktring 40 mit einer Kontaktringfläche 41 auf, welche in einer Axialrichtung 100 um ca. 2 mm von der Grundfläche 33 vorsteht. Ein kreisförmiger Durchbruch 42 des Kontaktrings 40 ist an dem Mittelpunkt 26 mit einer Öffnung 43 für eine Verriegelungskugel (nicht dargestellt) vorgesehen. In ersten Ausnehmungen 44a-d, welche kreisförmig sein können und welche in die Kontaktringfläche 41 eingebracht sind, sind DC-Kontakte angeordnet und in zweiten Ausnehmungen 45a-d, welche kreisförmig sein können und welche in die Kontaktringfläche 41 eingebracht sind, sind konvexe Linsen für eine optische Kommunikationsverbindung (z.B. 1x TX/ RX für Daten 100MBit/s, 1x TX/ RX für C&C) angeordnet. Die DC-Kontakte sind galvanisch entkoppelt und kommen ohne mechanische Elemente aus. Der Kontaktring 40 wird bei dem mechanischen Koppeln der wenigstens einen Drohne 3 mit dem wenigstens einen Missionsmodul 4 in der Axialrichtung 100 in Richtung des Trägers 31 gedrückt bis die Kontaktringfläche 41 und die Grundfläche 33 in einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung 100 des Trägers 31 plan zueinander sind. Dadurch wird die Kontaktkraft auf die DC-Kontakte begrenzt und ein sicherer thermischer Kontakt zwischen dem Drohnen-Adapterstück 11 und dem Modul-Adapterstück 24 des Missionsmodul-Adapters 25 hergestellt. Der Kontaktring 40 ist auf thermisch und elektrisch leitfähigem Schaumstoff gelagert, um ein Eindrücken zu ermöglichen. Der Kontaktring 40 weist einen erhöhten Kragen 46 auf. Dieser stellt sicher, dass Licht, welches eventuell durch einen Spalt zwischen dem Kontaktring 40 und einem entsprechenden Kontaktring-Gegenstück (nicht dargestellt) des Modul-Adapterstücks 24, welches an dem wenigstens einen Missionsmodul 4 angeordnet ist, nicht die Kommunikationsverbindung der konvexen Linsen beeinflusst.
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Das Modul-Adapterstück 24 des Missionsmodul-Adapters 25 ist als Gegenstück zu dem zweiten Drohnen-Adapterstück 11 ausgebildet. Das Modul-Adapterstück 24 ist ohne bewegliche Teile ausgeführt. Dadurch ist das wenigstens eine Missionsmodul 4 möglichst einfach und sicher mit der wenigstens einen Drohne 3 mechanisch koppelbar. Zur Führung bei der Kopplung des Modul-Adapterstücks 24 mit dem zweiten Drohnen-Adapterstück 11 sind an dem Modul-Adapterstück 24 Zapfen (nicht dargestellt) ausgebildet. Das Modul-Adapterstück 24 und das zweite Drohnen-Adapterstück 11, insbesondere die Durchbrüche 37a-d und die Zapfen sind mit entsprechend großen radialen Toleranzen ausgeführt, sodass das Modul-Adapterstück 24 und das zweite Drohnen-Adapterstück 11 auch dann miteinander mechanisch koppelbar sind, wenn sich das Modul-Adapterstück 24 und/ oder das zweite Drohnen-Adapterstück 11 aufgrund von Wärmedehnung durch Temperaturschwankungen in seinen Abmessungen ändern. Je nach der genauen räumlichen Position des wenigstens einen Missionsmoduls 4 und/ oder der wenigstens einen Drohne 3 am Betriebsort oder -orbit im Weltraum kann die Temperatur des wenigstens einen Missionsmoduls 4 und/ oder der wenigstens einen Drohne 3 und damit des Modul-Adapterstücks 24 bzw. des zweiten Drohnen-Adapterstücks 11 starken Schwankungen unterliegen. Zum Beispiel kann die Temperatur zwischen Weltraumtemperatur, wenn sich das wenigstens eine Missionsmodul 4 oder die wenigstens eine Drohne 3 im Schatten eines anderen Objekts befindet, und einer Betriebstemperatur des wenigstens einen Missionsmoduls 4 und der wenigstens einen Drohne 3 von beispielsweise 280K +/- 10K schwanken.
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Das Dock-Adapterstück 9 des Docks 2 und das erste Drohnen-Adapterstück 11 der wenigstens einen Drohne 3 zur Kopplung bzw. Entkopplung der wenigstens einen Drohne 3 mit dem Dock 2 können wie das Modul-Adapterstück 24 und das zweite Drohnen-Adapterstück 11 ausgebildet sein oder anders ausgebildet sein.
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In den 4 bis 12 ist der Ablauf eines Betriebs des modularen Raumflugkörpersystems 1 schematisch dargestellt. Ein Betrieb des modularen Raumflugkörpersystems 1 an dem jeweiligen Betriebsort bzw. -orbit des modularen Raumflugkörpersystems 1 weist folgende Schritte auf:
- a) Bei einer Kopplung der wenigstens einen Drohne 3 mit dem Dock 2 wird der zweite Kaltgasspeicher 13 der wenigstens einen Drohne 3 mit Kaltgas aus dem ersten Kaltgasspeicher 5 des Docks 2 betankt und der wenigstens eine Drohnen-Energiespeicher 14 durch die Dockbatterie 6 des Docks 2 aufgeladen (4)
- b) Die wenigstens eine Drohne 3 entkoppelt mechanisch von dem Dock 2 (5)
- c) Die wenigstens eine Drohne 3 bewegt sich von dem Dock 2 zu dem wenigstens einen Missionsmodul 4 (6)
- d) Die wenigstens eine Drohne 3 koppelt mechanisch mit dem wenigstens einen Missionsmodul 4 (7)
- e) Das wenigstens eine Missionsmodul 4 entkoppelt mechanisch mit der wenigstens einen Drohne 3 von dem Dock 2 (8)
- f) Die wenigstens eine Drohne 3 bewegt sich mittels der Manöviertriebwerke 15 und/ oder des Transfertriebwerks 16 zu einem Einsatzort und faltet Solarpaneele mit den Solarzellen 17 aus, um den Drohnen-Energiespeicher 14 zu laden und das Transfertriebwerk 16 zu versorgen
- g) Die wenigstens eine Drohne 3 führt die vorgesehenen Arbeiten mittels des wenigstens einen Missionsmoduls 4 an dem Einsatzort durch und faltet die Solarpaneele mit den Solarzellen 17 wieder ein, damit sich diese nicht an anderen Objekten in der Umgebung verfangen
- h) Die wenigstens eine Drohne 3 kehrt zu dem Dock 2 zurück
- i) Das wenigstens eine Missionsmodul 4 mit der wenigstens einen Drohne 3 koppelt mechanisch mit dem Dock 2 (9)
- j) Die wenigstens eine Drohne 3 entkoppelt mechanisch von dem wenigstens einen Missionsmodul 4 (10)
- k) Die wenigstens eine Drohne 3 bewegt sich von dem wenigstens einen Missionsmodul 4 zu dem Dock 2 (11)
- l) Die wenigstens eine Drohne 3 koppelt mechanisch mit dem Dock 2 (12)
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Das modulare Raumflugkörpersystem 1 wird mittels eines externen Transportmittels, beispielsweise eines Raumschiffs oder einer Rakete, zu einem Betriebsort oder -orbit bewegt, an welchem das modulare Raumflugkörpersystem 1 eingesetzt werden soll. Das Dock 2 verbleibt an diesem Betriebsort oder -orbit, während die wenigstens eine Drohne 3 und das wenigstens eine Missionsmodul von bzw. zu diesem Betriebsort oder -orbit weg bzw. hin bewegbar sind.
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In 13 ist der Aufbau eines internen Steuerungssystems 47 für die wenigstens eine Drohne 3 gezeigt. Das interne Steuerungssystem 47 weist eine Anwendersteuerung 48 und eine Betriebssteuerung 49 auf. Die Anwendersteuerung 48 bietet dem Anwender, welcher vorgesehene Arbeiten ausführen will, eine Schnittstelle, mittels derer die wenigstens eine Drohne 3 steuerbar ist. Die Anwendersteuerung 48 kann eine Programmierschnittstelle sein. Ebenso kann die Anwendersteuerung 48 durch den Anwender über direkte Eingaben an einem Joystick oder einem anderen Eingabegerät (manueller Fernsteuerbetrieb) erfolgen. Die Betriebssteuerung 49 stellt sicher, dass der Anwender einen sicheren Betriebsbereich nicht verlässt. Der sichere Betriebsbereich ist unter anderem bestimmt durch
- - eine maximale Relativgeschwindigkeit zwischen der wenigstens einen Drohne 3 und anderen Raumkörpern am Einsatzort in Abhängigkeit von einem Abstand der wenigstens einen Drohne 3 von umgebenden Objekten,
- - eine Planung einer sicheren Drohnentrajektorie und eines sicheren Zustandes der wenigstens einen Drohne 3 und des wenigstens einen Missionsmoduls 4 für den Fall des Verlustes der Funkverbindung zwischen der Drohne 3 und der Kontrollstation 23,
- - eine Erreichbarkeit des Einsatzortes,
- - eine Erreichbarkeit des Docks 2 im Rahmen des Rückflugs von dem Einsatzortes zum Dock 2,
- - eine Planung der Fenster, in denen eine Funkverbindung von der Kontrollstation 23 zu der wenigstens einen Drohne 3 und/ oder zu dem Dock 2 besteht sowie
- - eine Planung einer Trajektorie von dem Dock 2 zu dem Einsatzort und zurück, auf welcher die Wahrscheinlichkeit einer Kollision mit anderen Objekten im Orbit (zum Beispiel Satelliten, Weltraumschrott) ausreichend klein ist.
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Beispielsweise kann die wenigstens eine Drohne 3 angewiesen werden, die Relativgeschwindigkeit zum Einsatzort auf Null zu reduzieren, solange keine Funkverbindung zwischen der wenigstens einen Drohne 3 und der Kontrollstation 23 besteht.
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Weiterhin ist eine Missionsplanungssoftware 50 vorgesehen, welche eine Schnittstelle 51 aufweist, über welche von einem externen Dienstleister Bahndaten anderer Objekte bezogen werden können.
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Wenn bei dem modularen Raumflugkörpersystem 1 mindestens zwei Drohnen vorgesehen sind und eine Funkverbindung zu dem Dock 2 oder zu der Kontrollstation 23 durch die erste Antenne 20 einer der Drohnen nicht möglich ist, kann die Funkverbindung über eine der weiteren Drohnen hergestellt werden, welche als Missionsmodul 4 eine Hochgewinnantenne und einen Transceiver mitführt.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das modulare Raumflugkörpersystem 1 wenigstens eine Drohne 3 und wenigstens zwei Missionsmodule 4 auf. Eines der wenigstens zwei Missionsmodule 4 ist dann als Dock-Missionsmodul ausgeführt, welches die Funktion des Docks 2 übernimmt. Das Dock-Missionsmodul weist einen großen Kaltgastank und eine Hochgewinnantenne mit Transceiver auf. Die wenigstens eine Drohne 3 ist mit dem Dock-Missionsmodul in gleicher Weise wie mit den anderen Missionsmodulen 4 verbindbar. Das Dock-Missionsmodul verbleibt am Betriebsort oder -orbit oder kann durch eine der wenigstens einen Drohne 3 an einen anderen Ort bzw. in einen anderen Orbit bewegt werden. Die wenigstens eine Drohne 3, welche selbständig angetrieben ist und welche jeweils mit dem Dock-Missionsmodul und mit dem wenigstens einen Missionsmodul 4 mechanisch koppelbar ist, ist in einem Versorgungszustand mit dem Dock-Missionsmodul mechanisch gekoppelt und von dem wenigstens einen Missionsmodul 4 mechanisch entkoppelt. In einem Missionszustand ist die wenigstens eine Drohne 3 mit dem wenigstens einen Missionsmodul 4 mechanisch gekoppelt und von dem Dock-Missionsmodul mechanisch entkoppelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014104695 A1 [0003]
- EP 0196793 A1 [0003]
- WO 9200223 [0003]
- EP 0196793 [0003]
- EP 3455138 B1 [0004]
- DE 102015216272 A1 [0005]
