DE1285337B - Trommelfoermiger, insbesondere drallstabilisierter Satellit - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen trommelförmigen, insbesondere drallstabilisierten Satelliten, auf dessen Mantelfläche und Stirnseiten der Energieversorgung dienende Solarzellen angeordnet sind.
• Die der Energieversorgung dienenden Solarzellen sind im Hinblick auf eine optimale Energieumwandlung in jedem Punkt der Umlaufbahn so der Sonne darzubieten, daß ein senkrechter Sonnenstrahleinfall gewährleistet ist.
• Verläuft ein derartiger, vorzugsweise drallstabilisierter, trommelförmiger Satellit auf einer in F i g. 1 gezeigten, in der Erdäquatorebene verlaufenden Bahn, so ist seine mit Solarzellen besetzte Oberfläche beim Jahresumlauf des Satelliten um die Sonne dauernd der gleichen Sonneneinstrahlung ausgesetzt, sofern von der etwas veränderlichen Entfernung Sonne-Erde und der Neigung der Ekliptik abgesehen wird.
• Verläuft der Satellit jedoch in einer in F i g. 2 dargestellten zum Erdäquator geneigten Bahnebene, im Extremfall_ z. B. in der Polarebene, so sind die auf der Satellitenoberfläche befindlichen Solarzellen nur auf einem Teil der Bahn, nämlich den Stellungen I und 11I, senkrecht zur Sonneneinstrahlung ausgerichtet, während auf dem anderen Teil der Bahn in den Stellungen II und IV nur die ebenfalls mit Solarzellen besetzten Stirnflächen des Satelliten von der Sonne angestrahlt werden.
• Hieraus ist zu ersehen, daß eine trommelförmige Satellitenkonfiguration zwar bei äquatorialen Satellitenbahnen besonders zweckmäßig ist, aber um so ungünstiger wird, je stärker die Satellitenbahnebene gegenüber der Erdäquatorebene geneigt ist. Kugelförmige, mit Solarzellen besetzte Satelliten sind demgegenüber unabhängig von der Satellitenbahnneigung, jedoch ergibt sich bei diesen eine insgesamt geringere maximale Solarzellenleistung als bei trommelförmigen Satelliten vergleichbarer Größe, da die Kugel bekanntlich der Körper mit der kleinsten Oberfläche bei vorgegebenem Volumen ist.
• Eine andere, vielfach ausgenutzte Möglichkeit, derartig starke Schwankungen der von den Solarzellen empfangenen Leistung während eines Umlaufs um die Sonne zu vermeiden, bietet die Verwendung von Sonnenpaddeln, die laufend so verstellt werden, daß die auf ihnen angebrachten Solarzellen einer möglichst senkrechten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, Solarzellen an einem trommelförmigen drallstabilisierten Satelliten derart anzuordnen, daß sie unabhängig vom Bahnverlauf einer immer annähernd senkrechten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, um damit eine vom Jahresumlauf der Erde um die Sonne quasi unabhängige Aufnahme von Sonnenenergie, ähnlich wie bei einem mit Sonnenpaddeln versehenen Satelliten, zu gewährleisten.
• Ausgehend von einem trommelförmigen, insbesondere drallstabilisierten Satelliten, auf dessen Mantelfläche und Stirnseiten der Energieversorgung dienende Solarzellen angeordnet sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf der Mantelfläche angeordneten Solarzellen zu Segmenten und die auf den Stirnflächen angeordneten Solarzellen zu Sektoren zusammengefaßt sind, die untereinander und an den Stirnflächen des Satelliten über entsprechend auslösbare Scharniere befestigt sind, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die ein Klappen der Segmente und Sektoren um jeweils höchstens 90° gegenüber der Ruhestellung ermöglichen.
• Durch diese Lösung werden die Vorteile eines trommelförmigen Satelliten - einfacher Aufbau und große maximale Solarzellenleistung - zusätzlich zu den Vorteilen eines Sonnenpaddelsatelliten, nämlich senkrechter Sonnenstrahleinfall, in jedem Punkt der Umlaufbahn erreicht.
• Zudem kann bei einem beschränkten Leistungsbedarf durch die gleichmäßige Ausnutzung sämtlicher auf dem Satelliten vorhandenen Solarzellen auf einen Teil der sonst auf einem herkömmlichen Satelliten mit einer zur Erdäquatorebene geneigten Umlaufbahn allseitig angebrachten Solarzellen verzichtet werden. Damit wird das Gewicht des Satelliten herabgesetzt, und es können bestimmte Flächen auf dem Satelliten für andere Zwecke genutzt werden.
• Der trommelförmige Satellit stellt seine mit Solarzellen besetzten Mantel- und Stirnflächen je nach der Neigung seiner Umlaufbahn zur Erdäquatorebene und nach dem jeweiligen Punkt seiner Umlaufbahn ein. Dabei klappen die einzelnen Segmente der Mantelfläche auseinander und bilden jeweils eine unten und oben noch um die Fläche der Stirnseitensektoren vergrößerte ebene Fläche. Diese ebenen Flächen werden nun, je nachdem, in welchem Punkt seiner Umlaufbahn sich der Satellit gerade befindet, senkrecht zur Sonnenstrahleinfailsrichtung ausgerichtet.
• Bei dieser Bewegung findet das Schwenken einer Fläche immer nur um jeweils eines der Umfangslinienscharniere der Stirnfläche des Satelliten statt, während das gegenüberliegende Umfangslinienscharnier ausgeklinkt ist.
• Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den F i g. 3 bis 7 dargestellt.
• In F i g. 3 ist ein trommelförmiger Satellit 1 mit Mantelflächen-Segmenten Al, A2, Ap ... A,l und den Stirnflächensektoren a1, a2, «a ... an und b1, b2, bl. . . . b" gezeigt.
• Hat der Satellit seine vorbestimmte Umlaufbahn erreicht, so werden die Arretierungen für die Stirnflächensektoren a1 . . . an, bi . . . b" gelöst, und die einzelnen Stirnflächen klappen selbsttätig, z. B. durch ein in F i g. 6 gezeigtes Federelement 2, in die Ebene ihres zugehörigen Flächensegmentes A1 . . . AR, so daß der Satellit seine in F i g. 4 a schematisch dargestellte Konfiguration in die in F i g. 4 b dargestellte Konfiguration verwandelt.
• Kommen die. in F i g. 4 als Pfeile angedeuteten Sonnenstrahlen senkrecht von der Seite, so sind die mit Solarzellen besetzten der Sonne zugewandten Flächen ai, Al, bi um den Anteil der Stirnflächen ai, bi größer als bei einem herkömmlichen trommelförmigen Satelliten.
• Bei nicht mehrsenkrechtem Sonnenstrahleneinfall auf die in Ruhestellung befindlichen Mantelflächensegmente wird die Mantelfläche des Satelliten aufgeklappt. Je nach Stand des Satelliten zur Sonne werden die Mantelflächensegmente Al . . . An mit den Stirnflächensektoren a1 ... a, und b1 ... b" um in F i g. 5 dargestellte Scharniere 3 bzw. 4 gedreht.
• Beschreibt der Satellit 1 z. B. eine solche Bahn, daß die Sonnenstrahlung wie in F i g. 4 c senkrecht von oben kommt, so werden die unteren Scharniere 4 ausgeklinkt und über die in F i g. 5 näher gezeigten teleskopartigen Betätigungseinrichtungen 5 die einzelnen aus der Stirnfläche bi, der MantelflächeAi und der Stirnfläche ai bestehenden Flächen um das Scharvier 3 um 90° geschwenkt, so daß die Flächen strahlenförmig vom Satelliten fortweisend eine in der oberen Stirnfläche des Satelliten liegende Ebene bilden. Der Satellit zeigt dann die in F i g. 4 c und 4 d dargestellte Konfiguration.
• Kommt die Sonnenstrahlung wie in F i g. 4 e genau von unten, findet eine entsprechende Schwenkung der Flächen um die jetzt mit dem Satelliten verbundenen Scharniere 4 statt, während diesmal die Scharniere 3 ausgeklinkt werden. Auf anderen Punkten der Umlaufbahn des Satelliten 1, in denen die Sonnenstrahlung unter irgendeinem Winkel auftrifft, der zwischen den bereits bei den erwähnten ausgezeichneten Stellungen auftretenden Einfallswinkeln liegt, werden die Flächen, wie in F i g. 4 f angedeutet, stufenlos immer so geschwenkt, daß ein annähernd senkrechter Strahlungseinfall auf die Solarzellen gewährleistet ist.
• Die in F i g. 5 im einzelnen dargestellte Betätigungseinrichtung 5 weist einen Teleskopstab 6 auf, der an beiden Enden drehbar befestigt ist, so daß beim Ausfahren dieses Teleskopstabes 6, bedingt durch das Lösen eines der beiden Scharniere 3, 4 jeder Fläche, eine Schwenkbewegung um das jeweils mit dem Satelliten verbundene Ausklinkscharnier 3 bzw. 4 eingeleitet wird und die Flächen jeden möglichen Winkel zwischen 0 und 90° zur Satellitenlängsaclise einnehmen können.
• Das wahlweise Lösen der Ausklinkscharniere 3, 4 kann z. B. durch eine in F i g. 7 schematisch dargestellte Anordnung erreicht werden. Zwei äußere Scharnierteile 7 sind fest mit dem Satelliten l und ein inneres Scharnierteil 8 fest mit dem betreffenden Flächensegment A1 verbunden. Das Lösen geschieht durch Erregung zweier Elektromagnete 9, die zwei kleine Stifte 10 in die Schamierteile 7 hineinziehen. Bei Nichterregung der Elektromagnete 9 werden die Stifte 10 über Rückstellfedern 11 in ihre ursprüngliche Lage bewegt. Bei jedem Aus- und Einklinken ist also ein nur kurzer Stromimpuls zur Erregung der Elektromagnete 9 erforderlich.
• Da der drallstabilisierte Satellit um seine Längsachse rotiert, bleibt wegen der rotationssymmetrischen Anordnung der Segmente und Sektoren die Drallstabilisierung erhalten. Es ändert sich jedoch die Rotationsgeschwindigkeit mit der Massenverlagerung bei den verschiedenen Stellungen der Flächen. Die Rotationsgeschwindigkeit ist am größten, wenn die Flächenmassen der Rotationsachse am nächsten liegen, und am geringsten im umgekehrten Fall.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Trommelförmiger, insbesondere drallstabilisierter Satellit, auf dessen Mantelfläche und Stirnseiten der Energieversorgung dienende Solarzellen angeordnet sind, dadurch gekennzeichn e t , daß die auf der Mantelfläche angeordneten Solarzellen zu Segmenten (Al . . . A") und die auf den Stirnflächen angeordneten Solarzellen zu Sektoren (a1 ... a", bi ... b") zusammengefaßt sind, die untereinander und an den Umfangslinien der Stirnflächen des Satelliten über entsprechend lösbare Scharniere befestigt sind, und daß Einrichtungen (5) vorgesehen sind, die ein Klappen der Segmente (Al ... A") und Sektoren (a1 . . . a", b1 . . . b,z) um jeweils höchstens 90° gegenüber der Ruhestellung ermöglichen.
2. 2. Trommelförmiger Satellit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Segment. (Al . . . An) ein an beiden Enden drehbar gelagerter Teleskopstab (6) zum Schwenken der Segmente (Al ... A") zugeordnet ist.
3. 3. Trommelförmiger Satellit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausklinken der Scharniere (3, 4) Elektromagnete (9) vorgesehen sind, die Scharnierstifte (10) bewegen.