DE19525359C1 - Vorrichtung zur Handhabung von Lasten außerhalb eines Raumfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Handhabung von Lasten außerhalb eines im Orbit befindlichen Raum­ fahrzeuges durch wenigstens einen Astronauten.

Für die Handhabung von Lasten außerhalb eines sich im Weltraum befindenden Raumfahrzeuges werden entweder Greifersysteme eingesetzt, die automatisch arbeiten, oder aber solche, die von einem Astronauten von Hand gesteuert werden. Daneben werden Arbeiten außerhalb von Raumfahrzeugen auch manuell durch die Astronauten aus­ geführt. Die Manipulation von Lasten außerhalb eines Raumfahrzeuges ohne technische Hilfsmittel wird jedoch mit wachsender Masse und Volumen der Last zunehmend schwieriger und nimmt vergleichsweise viel Zeit in An­ spruch. Bei Lasten von mehr als 50 kg und/oder einem Volumen von mehr als ca. 0,25 m³ ist eine Manipulation ohne technische Hilfsmittel praktisch unmöglich. Auf der anderen Seite erfordern automatische Manipulatoren einen hohen technischen Aufwand und sind mit einer er­ heblichen Störanfälligkeit behaftet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die sich durch ein niedriges Gewicht und geringen Platzbedarf auszeichnet und die zudem die Möglichkeit bietet, auf ein separates Antriebssystem zu verzichten und damit die begrenzten Energiereserven eines Raum­ fahrzeuges zu schonen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan­ spruches 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt dabei eine manuelle Handhabung von Lasten außerhalb eines Raum­ fahrzeuges mit Massen bis zu einigen Tonnen und mehreren Kubikmetern Volumen. Sie ist im Vergleich zu einem automatischen Manipulator äußerst einfach und preisgünstig in der Herstellung und eignet sich unter anderem auch als Ersatzsystem bei einem etwaigen Aus­ fall eines solchen automatischen Manipulators. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung nach der Erfindung ist ihre geringe Störanfälligkeit, sie ist leicht zu reparieren und kann, da sie lediglich eine mechanische Aufnahmevorrichtung am Raumfahrzeug ohne jegliche elek­ trischen Verbindungen benötigt, praktisch auf jedem beliebigen Raumfahrzeug eingesetzt werden. Zudem werden beim Einsatz der Vorrichtung nach der Erfindung keiner­ lei Ressourcen des Raumfahrzeuges in Anspruch genommen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 5 gekenn­ zeichnet.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines manuell betätigbaren Weltraumkranes,

Fig. 2 bis 4 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in drei verschiedenen Ansichten,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 und

Fig. 6 eine vergrößerte Detaildarstellung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung zur manu­ ellen Handhabung von Lasten außerhalb eines Raumfahr­ zeuges besteht aus einfachen mechanischen Komponenten, die teilweise dem Fahrrad- bzw. Motorradbau entstammen. Sie umfaßt im wesentlichen einen teleskopierbaren Arm 1, der um ein Drehgelenk 2 schwenkbar an einem Fuß 3 gehaltert ist. Dieser Fuß 3 ist um seine Hochachse drehbar oberhalb einer zusammenfaltbaren Plattform 4 gelagert, die als Trittplatte für einen Astronauten 5 dient, der die Vorrichtung manuell bewegt. Ein auf dem Rücken des Astronauten befindlicher Tornister 6 wird über eine federbeaufschlagte Niederhaltevorrichtung 7, die mit dem Fuß 3 verbunden ist und die die im Weltraum fehlende Schwerkraft ersetzt, auf die Trittplatte 4 gedrückt.

Die vom Astronauten 5 initiierte Bewegung des Teleskop­ armes 1 erfolgt zum einen über einen fest mit dem Teleskoparm 1 verbundenen Lenker 8 und zum anderen über eine selbsthemmend ausgebildete Kurbel 9. Beide Kompo­ nenten sind so am Teleskoparm 1 angeordnet, daß sie der Astronaut 5 in seiner in der Zeichnung dargestellten Arbeitsposition mit der Hand erreichen kann. Die Kurbel 9 wirkt über ein im Kurbelgehäuse 10 vorgesehenes Ge­ triebe auf eine nicht dargestellte Seilrolle, die ihrerseits ein ca. 3 mm starkes, im Inneren des Teleskoparmes 1 geführtes Stahlseil auf- und abspult. Über entsprechende Rollen und Befestigungen des Seiles, wie sie beispielsweise von Kurbelmasten für terrestrische Einsatzzwecke her bekannt sind, wird auf diese Weise eine den Teleskoparm 1 verlängernde oder verkürzende Kraft ausgeübt.

An der Spitze des Teleskoparmes 1 ist eine um drei zu­ einander senkrechte Achsen bewegliche Gelenkeinheit 11 angeordnet, die wiederum an ihrer Spitze eine Aufnahme­ vorrichtung 12 für die zu handhabenden Lasten trägt. Jedes der drei die Gelenkeinheit 11 bildenden Drehge­ lenke 13, 14 bzw. 15 ist für sich über einen separaten Hebel 16 bis 18 arretierbar. Vervollständigt wird die in den Figuren dargestellte Anordnung, die ihrerseits über eine Aufnahmevorrichtung 19 mit einem nicht ge­ zeigten Raumfahrzeug verbindbar ist, durch zwei am Lenker 8 angebrachte Bremsgriffe 20 und 21, mittels derer die Drehbewegungen des Teleskoparmes 1 um die Hochachse sowie um die vom Drehgelenk 2 gebildete horizontale Schwenkachse arretierbar sind.

Für einen Einsatz bei der Handhabung von Komponenten bzw. Lasten außerhalb eines sich im Orbit befindlichen Raumfahrzeuges wird die gesamte Vorrichtung zunächst von einem oder mehreren Astronauten aus ihrer Transportposition am Raumfahrzeug entnommen und zur vorgesehenen Arbeitsposition transportiert. Mittels der unterhalb der Trittplatte 4 angeordneten Aufnahmevor­ richtung 19, die zugleich die Lagerung für den Fuß 3 bildet, wird sie anschließend in dieser Position fixiert und verriegelt. Nunmehr entfaltet der Astronaut 5 die zunächst zusammengeklappte Trittplatte 4 und befestigt seinen Tornister 6 an der Niederhaltevor­ richtung 7. Danach löst er die Verriegelung für den Teleskoparm 1 und verfährt dessen Spitze in die Nähe der zu bewegenden Last.

Die Drehbewegung des Teleskoparmes 1 um die Hochachse wird durch ein seitliches Schreiten des Astronauten 5 bewirkt, der bei seiner Bewegung auf der Trittplatte 4 über den fest am Teleskoparm 1 angebrachten Lenker 8 diesen mitnimmt. Diese Drehbewegung des Teleskoparmes 1 kann nach Erreichen der angestrebten Position durch eine auf die Lagerung des Fußes 3 an der Trittplatte 4 bzw. Aufnahmevorrichtung 19 arretierbare Bremse blockiert werden, deren zugeordneter Hebel 21 sich an der rechten Seite des Lenkers 8 befindet. Die erforder­ liche Reibung bzw. Pressung zwischen den Füßen des Astronauten 5 und der Trittplatte 4 wird durch die federbelastete Niederhaltevorrichtung 7 erzeugt. Diese ermöglicht eine kreisförmige Bewegung des Astronauten 5 auf der Trittplatte 4. Die Federkraft der Niederhalte­ vorrichtung 7, die über eine ausklinkbare Halteöse auf den Tornister 6 des Astronauten 5 wirkt, ist vorein­ stellbar.

Eine Nickbewegung des Teleskoparmes 1 wird durch ein Verschwenken um das am Fuß angebrachte Drehgelenk 2 herbeigeführt. Der Astronaut 5 löst diese Bewegung aus, indem er den Lenker 8 zu sich heranzieht oder von sich wegdrückt. Eine um zwei Achsen drehbare Befestigung des Astronauten 5 an der Niederhaltevorrichtung 7 erlaubt dabei eine Nickbewegung über die reine Längenänderung der Arme des Astronauten 5 hinaus, da sie zusätzlich ein Niederbeugen oder Aufrichten des Astronauten zu­ läßt. Die auftretenden Kräfte werden durch die Nieder­ haltevorrichtung 7 kompensiert. Auch diese Bewegung ist durch eine Bremse blockierbar, deren zugeordnete Hebel 20 sich an der linken Seite des Lenkers 8 befindet.

Durch Betätigung der Kurbel 9 schließlich bewegt der Astronaut 5 die an der Spitze des Teleskoparmes 1 be­ findliche Aufnahmevorrichtung 12 für die zu bewegende Last unmittelbar an diese Last heran. Ein zweiter Astronaut löst nun die drei Drehgelenke 13 bis 15 an der Spitze des Teleskoparmes 1 und richtet die Gelenk­ einheit 11 so aus, daß die Aufnahmevorrichtung 12 mit der Last verbunden werden kann. Anschließend blockiert er über die Hebel 16 bis 18 alle drei Gelenke und die Last kann mit dem Manipulator in die gewünschte Position bewegt werden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, einzelne der vorangehend beschriebenen Arbeitsschritte mit Hilfe einer zugeordneten elektrischen Antriebseinheit durch­ zuführen, beispielsweise das Ausrichten der drei Dreh­ gelenke 13 bis 15, um auf diese Weise den Einsatz eines zweiten Astronauten außerhalb des Raumfahrzeuges zu vermeiden. Auch die Ein- und Ausfahrbewegung des Teleskoparmes 1 kann über einen elektrischen Antrieb erfolgen. Beides würde jedoch einen Teil der Vorzüge der vorangehend beschriebenen Anordnung einschränken.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Handhabung von Lasten außerhalb eines im Orbit befindlichen Raumfahrzeuges durch wenigstens einen Astronauten, gekennzeichnet durch einen in zwei zueinander in etwa senkrechte Achsen am Raumfahrzeug verschwenkbar gehalterten Teleskop­ arm (1), an dessen Spitze eine beweglich gehalterte Aufnahmevorrichtung (12) für die zu bewegenden Lasten vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der Halterung des Teleskoparmes (1) eine Trittplatte (4) sowie eine lösbare Niederhaltevorrichtung (7) für den Astronauten (5) und am Teleskoparm (1), in Reichweite des Astro­ nauten (5), ein Lenkerhebel (8) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch l oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Teleskoparm (1) mit einer aus einer Kurbel (9) sowie einem Seilantrieb bestehen­ den Teleskopiereinrichtung ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß den Schwenkachsen des Teleskoparmes (1) Brems- und Arretiervorrichtungen (20, 21) zugeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Spitze des Tele­ skoparmes (1) eine um drei zueinander orthogonale Achsen drehbare Gelenkeinheit (11) angeordnet ist.