DE3329955C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageregelung von Satelliten mit einem Solargenerator, bestehend aus auf die Sonne ausricht­ baren Solargenerator-Flächen, oder mit einem Sonnensegel, be­ stehend aus zur Sonne ausrichtbaren Segelflächen, wobei die Sa­ telliten auf ihren Umlaufbahnen von den sogenannten Sonnenwind mit dessen Strahlungsdruck beaufschlagt werden.

Es ist bekannt, das erdorientierte geostationäre Satelliten nach dem Start und dem Erreichen ihrer Umlaufbahn mit Hilfe von Lage­ regelungseinrichtungen auf der Basis von Raketentriebwerken in ihre vorgesehene Fluglage ausgerichtet werden. Der im Weltraum auf den Satelliten wirkende Strahlungsdruck des Sonnenwindes führt aber zu Abweichungen der Satellitenorientierung im Raum, so daß mit Hilfe von Lageregelungssystemen die Lageabweichungen korri­ giert werden müssen. Diese Lageregelungssysteme arbeiten, wie be­ reits erwähnt, auf der Basis von Raketentriebwerken oder nutzen die Reaktionskraft von im Satelliten rotierenden Schwungrädern. Nachteilig bei ihrer Anwendung ist, daß sie vergleichsweise schwer und teuer sind, daß sie den verfügbaren Nutzlastraum einschränken und bei raketengetriebenen Systemen aufgrund eines nur begrenzt mitführbaren Treibstoffvorrats die Nutzungsdauer des Satelliten beschränken.

Bekannt sind aber auch Lageregelungsvorrichtungen, die neben den erwähnten Lageregelungssystemen auch den Strahlungsdruck des Son­ nenwindes durch ein ein Drehmoment um eine Satellitenachse erzeu­ gendes Anstellen von Solargeneratorflächen zur Sonnenwindrichtung zur Lageregelung nutzen (Solar-Sailing-Effekt). So sind beispiels­ weise aus den US-PS 42 62 867 und US-PS 43 25 124 Lageregelungs­ systeme für Satelliten bekannt, bei denen die Solargeneratoren zur Lageregelung mit Hilfe des Sonnenwindes genutzt werden. Die Solar­ generatoren werden dabei in Abhängigkeit von der zu erzielenden Steuerwirkung gefaltet und/oder verdreht, so daß unterschiedliche Solargeneratoren-Projektionsflächen dem Sonnenwind entgegenstehen und dadurch unterschiedliche Drehmomente um eine Achse erzeugt werden.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein System zur Regelung der Raumlage eines Satelliten mit von dem Satellitenzentralkörper ab­ stehenden Flächen vorzustellen, welches die Nachteile der bekann­ ten Lageregelungssyteme vermeidet und eine Lageregelung des Sa­ telliten in allen drei Raumachsen mit Hilfe des Soalr-Sailing- Effektes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der Solargenerator-Flächen in einer Ebene an einem Satelliten ange­ bracht ist, daß an den dem Satelliten abgewandten Enden der Solar­ generator-Flächen in den Eckpunkten Seile befestigt sind, deren andere Enden an den zu den Solargenerator-Flächen parallelen Fläche des Satelliten über Kreuz angreifen und von Winden aufge­ nommen sind, daß die Winden lageregelungsabhängig steuerbar sind und durch unterschiedlichen Seilzug die Geometrie der Solargenera­ tor-Flächen und damit ihre zur Sonne weisende, dem Strahlungsdruck des Sonnenwindes ausgesetzte, Projektionsfläche verändern, zur Er­ zeugung eines auf den Satelliten wirkenden Drehmomentes.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Ansprü­ chen 2 bis 4 zu entnehmen.

Von besonderer Bedeutung für den Erfindungsgedanken ist, daß mit Hilfe einer besonderen Vorrichtung der Satellit in allen drei Raumachsen steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist der Solargenerator dabei einseitig an dem Satelliten angelenkt und mit Hilfe von Sei­ len, die über Kreuz für jede Generatorfläche gespannt sind, am Sa­ telliten festgehalten. Den Seilenden am Satelliten sind Winden zu­ geordnet, die die Seillänge veränderbar gestalten. Diese Seilwin­ den werden von dem an Bord vorhandenen bekannten Sensorsystem be­ einflußt, das in Abhängigkeit von der Lage des Satelliten wirksam wird. Der Satellit besitzt somit an Bord einen geschlossenen Re­ gelkreis zur Beeinflussung der vier Seilwinden. Werden die Seile oder einzelne Seile verkürzt, wird sich die Generatorfläche biegen und damit die Fläche, die der Sonneneinwirkung ausgesetzt ist, kleiner werden. Sobald der Satellit einer Störung unterliegt, die seine Lage beeinträchtigt, z. B. durch Sonneneinwirkung in Form von Sonnenwinden, muß diese ausgeglichen werden.

Anhand von Zeichnungsbeispielen ist die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Satelliten mit aufgespanntem Solargenerator.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung mit einem Drehkreuz.

Fig. 3 zeigt eine gekrümmte Generatorfläche.

Betrachtet man die Fig. 1, so ist zu erkennen, daß die Solarge­ neratoren 6 durch verschiedenes Ansprechen der Winden 10 an den Seilenden 1 bis 4 in verschiedene Lagen gebracht werden können, und zwar beim Ansprechen von 1 und 3 wird der Satellit sich um die Y-Achse drehen, beim Ansprechen von 1 und 4 wird er um die Z-Achse ge­ dreht. Selbstverständlich ist es möglich, die Vorgänge auch so zu steuern, daß zwei Achsen gleichzeitig ansprechen. Die Winden sind Stellglieder üblicher Art - sensorbeeinflußt. Es wird mit Hilfe dieser Seilzüge erstmals erreicht, daß ein Satellit mit dem Solar- Sailing-Effekt um alle drei Achsen drehbar ist.

Durch ein Lagemeßsystem bekannter Art, z. B. Blickwinkel zur Sonne, wird der Satellit in Richtung gehalten. Tritt eine Verän­ derung auf, wird durch Impulse auf die Winden 10 über den Regel­ kreis eine Beeinflussung der Seilzüge 7 vorgenommen, wodurch sich die Projektionsfläche der Solargeneratoren verändert und mit der veränderten Projektionsfläche die Drehung des Satelliten einsetzt. Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß eine Verkürzung der Pro­ jektionsfläche möglich ist, aber auch ihre Verdrehung hervorgeru­ fen werden kann, nämlich dann, wenn nur an einem Seil gezogen wird. Um einen möglichst großen Seilzug zu erreichen, sind die Seile 7 an der einen Fläche 11 des Satelliten angelenkt und die Solargeneratoren an der gegenüberliegenden Fläche 12 angebracht.

Die Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel, wo bereits für einen be­ stehenden herkömmlichen Satelliten, bei dem ein Drallrad 13 noch in Funktion ist, durch ein Drehkreuz 14 außerhalb des Satelliten und daran aufgespannter Solargeneratorfläche über Abspannung von zwei Seilen eine Beeinflussung der Generatorfläche möglich ist. Hierbei müssen die Winden 10 allerdings außen auf dem Drehkreuz 14 montiert sein und ihre Steuerimpulse durch die Kreuzmitte er­ halten. Der Generator wird hier ebenfalls mittels unterschied­ licher Seilzüge verspannt, wodurch die Flächenänderung bewirkt wird. Das Drehkreuz 14 kann sich darüber hinaus drehen. Allerdings ist hier nur eine Regelung um zwei Achsen möglich, nämlich um die Z- und die X-Achse-.

Die Wirkungsweise ist folgende: Ein auf die Sonne ausgerichteter Satellit oder der auf die Sonne ausgerichtete Teil eines solchen wird in seiner Lage geregelt, indem der Strahlungsdruck, der auf die zur Sonne ausgerichteten Fläche wirkt, in der Regel der Solargenerator, ausgenutzt wird. Der Solargenerator (entrollt/ent­ faltet) ist im ausgefahrenen Zustand mit seinen äußeren Punkten mit dem Satellitenkörper in der in Fig. 1 gezeigten Art, mit dünnen Seilen oder Kabeln verbunden. In den Endpunkten 1 bis 4 sind mit Stellmotoren versehene Winden 10 angeordnet, die mittels der Lageregelungselektronik gesteuert werden.

Soll eine Störung ausgeglichen werden, die eine positive Drehung um die Y-Achse erforderlich macht, so werden die Winden 10 der Seilenden 1 und 3 angesteuert und ziehen den Solargenerator in die in Fig. 3 gezeigte Stellung. Durch Variation der bestrahlten Fläche ("Unsymmetrie") bewegt sich der Angriffspunkt des Solar­ drucks von S nach S′. Es entsteht ein Moment der Größe p × A × l p: Solardruck, A: effektiv angestrahlte Fläche, l: Abstand Schwerpunkt-Druckangriffspunkt, gemessen auf der X-Achse um die Y-Achse, das eine Drehung bewirkt und die vorhandene Störung ausgleicht. Entsprechend können Drehungen um die anderen Achsen eingeleitet werden.

Claims (4)

1. Lageregelung von Satelliten mit einem Solargenerator, bestehend aus auf die Sonne ausrichtbaren Solargenerator-Flächen oder mit einem Sonnensegel, bestehend aus zur Sonne ausrichtbaren Segel-Flächen, wobei die Satelliten auf ihren Umlaufbahnen von dem sogenannten Sonnenwind mit dessen Strahlungsdruck beauf­ schlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Solargenerator-Flächen (6) in einer Ebene (12) an einem Satelliten (5) angebracht ist, daß an den dem Satelliten (5) ab­ gewandten Enden der Solargenerator-Flächen (6) in den Eckpunkten Seile (7) befestigt sind, deren andere Enden an der zu den Solar­ generator-Flächen (6) parallelen Fläche (11) des Satelliten (5) über Kreuz angreifen und von Winden (10) aufgenommen sind, daß die Winden (10) lageregelungsabhängig steuerbar sind und durch unterschiedlichen Seilzug die Geometrie der Solargenerator-Flä­ chen (6) und damit ihre zur Sonne weisende, dem Strahlungsdruck des Sonnenwindes ausgesetzte, Projektionsfläche verändern, zur Erzeugung eines auf den Satelliten wirkenden Drehmomentes.

2. Lageregelung von Satelliten nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß am Satelliten (5) Drehkreuze (14) angebracht sind, die an zwei Endpunkten die So­ largenerator-Flächen (6) senkrecht zum Satelliten (5) befestigen, und daß an den äußeren Eckpunkten der Flächen (6) je ein Seil (7) befestigt ist, deren anderes Ende an den anderen beiden äußeren Punkten der jeweiligen Drehkreuze (14) angreifen.

3. Lageregelung von Satelliten nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Dreh­ kreuzen (14) im Angriffspunkt der Seilenden je eine Winde (10) angeordnet ist, in die die Seile (7) einlaufen.

4. Lageregelung von Satelliten nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerege­ lungsfunktion der Solargeneratorflächen durch Sonnensegelflächen übernommen werden.