DE3223839A1

DE3223839A1 - Zusammenfaltbarer schirmaufbau

Info

Publication number: DE3223839A1
Application number: DE19823223839
Authority: DE
Inventors: Peter Filton Bristol Truss
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1981-06-27
Filing date: 1982-06-25
Publication date: 1983-02-03
Also published as: FR2508413B3; GB2103011B; NL8202592A; FR2508413A1; GB2103011A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schirmaufbau, der aus einer kompakten Verstaustellung in eine ebene Schirmstellung entfaltbar ist. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, befaßt sich die Erfindung mit einem entfaltbaren Schirmaufbau für Raumfahrzeuge, z.B. für entfaltbare Solarzellenflügel.

Bei vielen bekannten entfaltbaren Schirmaufbauten, die gegenwärtig bei Raumfahrzeugen benutzt werden, ist die maximale Breite des Schirmaufbaus begrenzt auf die maximale Dimension der Seitenwand des Raumfahrzeuges, an dem der entfaltbare Schirmaufbau festgelegt ist. Der Grund dafür ist darin zu suchen, daß in Verstaustellung der Schirmaufbau nicht über die Seitenwände des Raumfahrzeuges vorstehen soll, damit das Raumfahrzeug beim Start relativ kompakt aufgebaut ist.

Wenn der Schirmaufbau jedoch eine Sonnenzellenanordnung für ein Raumfahrzeug darstellt, dann muß die Fläche des der Sonnenstrahlung ausgesetzten Schirms relativ groß sein, um genügend Energie für die Arbeitsweise des Raumfahrzeuges zur Verfügung zu stellen. Deshalb ist bei den meisten gegenwärtig benutzen Schirmaufbauten die Strecklänge der Solarzellenflügel sehr viel größer als deren Breite, d.h. das Aspektverhältnis des Schirmaufbaus ist relativ groß. Dies stellt ein Problem dar, weil bei einer gegebenen Oberflächengröße eines Schirmaufbaus die Rotationsmassenkräfte des Raumfahrzeugs um so größer werden je größer das Aspektverhältnis ist und die Eigenfrequenz des gestreckten Schirmaufbaus

um so niedriger wird, je größer dieses Aspektverhältnis ist. Diese Änderungen in der dynamischen Charakteristik des Raumfahrzeuges können unvereinbar sein mit den Steuersystemen dieses Raumfahrzeugs. Außerdem wird der Entfaltungsmechanismus immer komplexer, je weiter der Schirmaufbau vom Raumfahrzeug aus entfaltet werden muß, und es sind dann Aussteifungen erforderlich, die ein zusätzliches Gewicht aufweisen, und es können hierdurch Störungen auftreten.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe, einen kompakten und zuverlässigen entfaltbaren Schirrnaufbau zu schaffen, dadurch gelöst, daß er zwei Schirmhälften aufweist, die in einer kompakten zusammengefalteten oder zusammengerollten Lage seitlich nebeneinander liegen und daß Entfaltmittel bzw. Entrollmittel vorgesehen sind, um jede Schirmhälfte aus der kompakten Verstaustellung in eine ebene Lage zu überführen, und daß Auf spreizmittel vorgesehen sind, um eine relative Schwenkbewegung der Schirmhälften zu bewirken und um diese aus der Stellung, in der sie benachbart zueinander liegen, in eine aufgespreizte Stellung zu überführen.

Die Schirmhälften sind zweckmäßigerweise harmonikaartig gefaltet. Der Aufbau ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die Aufspreizbewegung durchgeführt wird, bevor die Entfaltung bzw. Entrollung der Schirmhälften erfolgt.

Zweckmäßigerweise besitzt jeder Schirmabschnitt innere und äußere Holme. Diese inneren und äußeren Holme sind schwenkbar miteinander verbunden. Es sind Vorspannmittel

vorgesehen, um die Abschnitte in die Aufspreizstellung zu bewegen. Es sind lösbare Zugbänder vorgesehen, um die Abschnitte in ihrer benachbarten Lage zu halten und ferner sind Verriegelungsmittel vorgesehen, um sie in aufgespreizter Stellung nach Lösen der Zugmittel zu halten.

Vorzugsweise bestehen die Entfaltmittel aus zwei Mastabschnitten, die schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei ein Ende des Paares mit den inneren Holmen und das ander Ende mit den äußeren Holmen verbunden ist, und es sind Vorspannmittel vorgesehen, um die Mastabschnitte in die Streckstellung vorzuspannen. Zugmittel halten jede Schirmhälfte in zusammengefalteter oder zusammengerollter Stellung und es sind Verriegelungsmittel vorgesehen, um die Holmpaare in der ausgespreizten Stellung zu verriegeln, sobald die Zugmittel freigegeben sind .

Zweckmäßigerweise liegen die Schirmhälften allgemein parallel zueinander, bevor ihre Aufspreizung und Entfaltung erfolgt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung bezieht sich diese auf ein Raumfahrzeug mit einem entfaltbaren Schirmaufbau, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der einer Seitenfläche des Raumfahrzeugs zugeordnete Mastaufbau zwei Schirmhälften aufweist, die schwenkbar miteinander verbunden sind, derart, daß sie aus einer Stellung, in der sie benachbart zueinander liegen, in eine aufgespreizte Lage überführbar sind» und daß die Schirmhälften so ausgebildet sind, daß in der Verstau-

Stellung die Schirmhälften innerhalb des Umfangs der Seitenfläche des Raumfahrzeugs verlaufen, während der Schirmaufbau in entfalteter Stellung über den Umfang dieser Seitenfläche vorsteht.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Schirmaufbau in entfalteter Stellung auf einem Raumfahrzeug angeordnet

Figuren 2

bis 5 aufeinanderfolgende Stufen während der Entfaltung eines Schirmaufbaus auf einem Raumfahrzeug .

Fig. 1 zeigt ein Raumfahrzeug 10, welches auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 11 einen entfaltbaren Schirmaufbau in Gestalt zweier flexibler Solarzellenflügel 12 aufweist. Jeder Solarzellenflügel 13 besteht aus einem Paar flexibler Solarzellenschirmabschnitte 13, die seitlich aneinander anschließen und jeweils zwischen einem inneren und einem äußeren gewichtsmäßig leichtem Holm 14, 14' aufgehängt sind. Jeder Solarzel lenschirmabschnitt 13 umfaßt zusammen mit den zugeordneten inneren und äußeren Holmen 14, 14' eine Reihenanordnung von Solarzellen an den Oberflächen, die im Betrieb auf die Sonne gerichtet werden, wenn der Schirmaufbau entfaltet ist. Jeder Solarzellenschirmab-

schnitt 13 ist harmonikaartig in eine Verstaustellung zusammenfaltbar.

Jedes der beiden Paare benachbarter Holme 14, 14' ist schwenkbar miteinander verbunden und weist Vorspannmittel auf, um die Holme in eine aufgespreizte Stellung zu überführen, in der die Holme axial aufeinander ausgerichtet sind. Außerdem sind Verriegelungsmittel vorgesehen, um jedes Holmpaar in der aufgespreizten Stellung zu verriegeln.

Zwischen den äußeren Holmen 14' und der Oberfläche 11 des Raumfahrzeuges erstreckt sich ein vierteiliger Gelenkmast, der die Abschnitte 15, 16, 17 und 18 umfaßt und an dem der Solarzellenflügel 12 befestigt ist. Gemäß Fig. 4 ist das äußere Ende des Mastabschnitts 15 schwenkbar an dem äußeren Holmpaar 14' angelenkt, während das innere Ende des Mastabschnitts 16 an dem inneren Holmpaar 14 angelenkt ist. Durch Federkraft betätigte Mittel sind zwischen jedem benachbarten Holmpaar vorgesehen, welche Vorspannmittel aufweisen, um das Holmpaar in die aufgespreizte Stellung zu überführen. Ferner sind Verriegelungsmittel vorgesehen, um die Holmpaare in jener aufgespreizten Stellung festzulegen. Ähnliche Mittel sind zwischen dem inneren Ende des Mastabschnitts 18 und der Oberfläche 11 angeordnet, um den Mastabschnitt 18 in eine Stellung zu drücken, in der der Mast senkrecht zur Oberfläche 11 steht, wobei der Mastabschnitt 18 in dieser Streckstellung verriegelbar ist.

Wenn die Solarzellenflügel 12 in Staustellung befindlich sind, z.B. wenn das Raumfahrzeug startbereit ist, wird jeder Solarzellenschirmabschnitt 13 harmonikaartig zusammengefaltet und befindet sich dann zwischen dem inneren und dem äußeren Holm 14, 14' und in dieser Stellung werden die Schirmhälften durch Halter 19 verriegelt, die zwischen dem inneren und äußeren Holm verlaufen .

In diesem Zustand sind die Mastabschnitte 15 und 16 notwendigerweise zusammengefaltet und liegen parallel zueinander. Die so verstauten Solarzellenschirmhälften 13, die zwischen den inneren und äußeren Holmen 14, 14' eingeschlossen sind, werden außerdem so gegeneinander verschwenkt, daß sie parallel und benachbart zu den zusammengefalteten Mastabschnitten 15 und 16 zu liegen kommen. Der Mastabschnitt 18 ist flach gegen die Oberfläche 11 des Raumfahrzeuges eingefaltet und der Mastabschnitt 17 ist parallel gegen den Mastabschnitt 18 gefaltet. In der Startstellung wird demgemäß, wie aus Figur 2 ersichtlich der Schirmaufbau gegen die Seitenfläche 11 des Raumfahrzeugs 10 durch Sicherungen 20 gehalten, die eine Entfaltung des Schirmaufbaus verhindern .

Wenn es erforderlich ist, diesen Aufbau zu entfalten, dann werden Sicherungsmittel 20 freigegeben. Es werden die Mastabschnitte 17 und 18 gestreckt und senkrecht zur Oberfläche 11 verriegelt. Gleichzeitig werden die verpackten Schirmhälften 13 und ihre zugeordneten inneren und äußeren Holme 14, 14' aufgespreizt und in einer

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Stellung parallel zur Oberfläche 11 verriegelt. Dann werden die Haltemittel 19 freigegeben, und zwar entweder aktiv oder passiv_s so daß jede Schirmhälfte 13 aus der Verstaustellung in eine ebene, aufgespreizte Stellung ausgefahren werden kann, wie diese in Fig. dargestellt ist.

Typische Abmessungen, eines entfaltbaren Schirmaufbaus gemäß Fig. 1 sind die folgenden:

Maximale Seitenlänge der Oberfläche: 3 m

Breite des Solarzellenschirmes: 6 m

Länge des Solarzellenschirmes: 6 m

Länge der gestreckten Mastabschnitte 17 und 18: 4,5 m

Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel schafft die Möglichkeit, einen relativ sehr breiten, zusammenfaltbaren Schirm auf einem Raumfahrzeug zu verstauen, das eine beschränkte Seitenabmessung besitzt, wobei im Verstauzustand die Teile des Schirmaufbaus nicht über das Raumfahrzeug seitlich vorstehen. Die Erfindung schafft die Möglichkeit, Solarzellenschirme mit großen Entfaltungsbreiten zu benutzen, wodurch eine größere Freiheit in der Wahl der Solarzellen und der Verdrahtung geschaffen wird. Die inneren und äußeren Holme 14, 14' erfordern zusammen mit den Mastabschnitten 16 bis 18 keine weitere Aussteifung, um eine hohe Steifigkeit zu erlangen, wenn die Schirmabschnitte entfaltet sind. Die Erfindung schafft einen einfachen Solarzellenaufbau mit relativ

hohem Wirkungsgrad, verknüpft mit einem geringen Gewicht und einem einfachen Aufbau.

Die Vorspannung, die für jede Federbetätigungsvorrichtung erforderlich ist, kann sich als geringer erweisen als jene, die erforderlich ist, um einen Solarzellenaufbau mit großer Leistung zu betätigen und daher ermöglichen die geringeren, in Verstaustellung wirkenden Drücke eine Verminderung der Vibration während der Einleitung der Entfaltung.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schirmhälften 13 harmonikaartig zusammengefaltet, jedoch kann die Erfindung auch Anwendung finden bei Schirmaufbauten, bei denen die Schirmhälften 13 zusammenrollbar sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Entfaltbarer Schirmaufbau, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei Schirmhälften (13) aufweist, die in einer kompakten zusammengefalteten oder zusammengerollten Lage seitlich nebeneinander liegen, daß Entfaltmittel bzw. Entrollmittel (15, 16) vorgesehen sind, um jede Schirmhälfte aus der kompakten Verstaustellung in eine ebene Lage zu überführen, und daß Auf spreizmittel (14, 14') vorgesehen sind, um eine relative Schwenkbewegung der Schirmhälften zu bewirken und um diese aus der Stellung, in der sie benachbart zueinander liegen, in eine aufgespreizte Stellung zu überführen .

2. Schirmaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspreizbewegung bewirkt wird, bevor jede Schirmhälfte (13) entfaltet bzw. entrollt wird.

3. Schirmaufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schirmhälfte (13) einen

inneren (14) und einen äußeren (14¹) Holm aufweist, und daß die inneren und äußeren Holme der beiden Schirmhälften schwenkbar miteinander verbunden sind, und daß Vorspannmittel vorgesehen sind, um die Schirmhälften in ihre entfaltete Spreizstellung zu überführen, und daß.lösbare Haltemittel (20) vorgesehen sind, um die Schirmhälften in ihrer Verstaustellung zu halten, und daß Verriegelungsmittel vorgesehen sind, um die Schirmhälften in der entfalteten Stellung zu verriegeln, nachdem die Haltemittel freigegeben sind.

4. Schirmaufbau nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfaltmittel zwei Mastabschnitte (15, 16) aufweisen, die schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei ein Ende des Mastabschnittpaares mit dem inneren Holm (14) und das andere Ende mit dem äußeren Mastabsch.nitt (14¹) verbunden ist, und daß Vorspannmittel die Mastabschnitte in Streckstellung vorspannen, daß Haltemittel (19) vorgesehen sind, um die Schirmhälften in zusammengefalteter Lage zu halten, und daß Verriegelungsmittel vorgesehen sind, um die Mastabschnitte in Streckstellung nach Freigabe der Haltemittel (19) zu verriegeln.

5. Schirmaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schirmhälfte (13) harmonikaartig zusammenfaltbar ist.

6. Schirmaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schirmhälfte (13) im wesentlichen parallel zu der anderen Schirmhälfte liegt, bevor die Entfaltung erfolgt.

7. Raumfahrzeug mit einem entfaltbaren Schirmaufbau nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einer Seitenfläche (11) des Raumfahrzeugs zugeordnete Mastaufbau zwei Schirmhälften (13) aufweist, die schwenkbar miteinander verbunden sind, derart, daß sie aus einer Stellung, in der sie benachbart zueinander liegen, in eine aufgespreizte Lage überführbar sind, und daß die Schirmhälften so ausgebildet sind, daß in der Verstaustellung die Schirmhälften innerhalb des Umfangs der Seitenfläche des Raumfahrzeuges verlaufen, während der Schirmaufbau in entfalteter Stellung über den Umfang dieser Seitenfläche vorsteht.

8. Raumfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich· net, daß jede Schirmhälfte (13) aus einer zusammengefalteten oder zusammengerollten Lage in eine gestreckte, im wesentlichen ebene Lage überführbar ist.