DE3621430A1 - Grosse, entfaltbare solarzellenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der künstlichen Satelliten und insbesondere das Gebiet der Solarzellenträgerkonstruktionen zur äußere Montage auf solchen Satelliten.

Auf dem Gebiet der künstlichen Satelliten ist es bekannt, elektronische Satellitensysteme durch die Verwendung von in flachen Feldern angeordneten Solarzellen, die so orientiert sind, daß die Solarzellen die solare Strahlung aufnehmen, mit Strom versorgt werden. Da die Vielseitigkeit und der Leistungsbedarf von Satelliten zugenommen hat, hat sich die Fläche der Solarzellenfelder dementsprechend vergrößert. Der Satellit SATCOM-I hat z. B. eine Solarzellenfläche von ungefähr 8 qm. Gebräuchliche Solarenergiesysteme, wie die bei der SATCOM-Satellitenfamilie verwendeten, nutzen Solarzellenanordnung in Form einer Vielzahl von flachen Feldern, die über Scharniere verbunden und zum Verstauen während des Startes ziehharmonikaartig gefaltet sind. In der Umlaufbahn wird die Anordnung entfaltet, um ihre voll Fläche zu erreichen. Mit solchen Konstruktionen werden Solarzellenanordnungen ausreichender Größe geschaffen, um den laufenden Leistungsbedarf zu decken, und von ausreichender Steifigkeit, um eine Beeinflussung zwischen Lagesteuerungssystem und Solarzellenkonstruktion im wesentlichen zu verhindern.

Die derzeit in der Entwicklung befindlichen Direktsendesatelliten werden zur Deckung ihres Leistungsbedarfes sehr viel größere Solarzellenanordnungen benötigen. Solche Solarzellenfelder haben ein 20 qm übersteigende Fläche und, um im Startfahrzeug verstaubar zu sein, nimmt bei Verwendung von ziehharmonikaartig gefalteten Feldern deren Anzahl um ein Vielfaches zu. Diese Zunahme der Anzahl der Felder bedeutet, daß die Anzahl der in der Anordnung verwendeten Scharniere und die Ausdehnung der entfalteten Anordnung zunehmen. Die Erhöhung der Ausdehnung senkt die Eigenfrequenzen der Anordnung, selbst wenn für den Bau die neuesten Leichtmaterialien verwendet werden. Die Eigenfrequenzen können tief genug sein, so daß ein nennenswerter Betrag an Energie bei niedriger Frequenz zwischen der Solarzellenkonstruktion und dem Rest des Satelliten ausgetauscht wird.

Ein derartige Austausch von Energie bei niedriger Frequenz kann zur Instabilität des Satelliten und/oder zu einer erheblichen Bewegung der Solarzellenanordnung gegenüber dem Satelliten während Lageänderungen und -korrekturen führen. Es würden eine kompliziertere Steuerung bei der Lagereglung und ein Mehrverbrauch von Treibstoff zur Lagesteuerung benötigt werden, um eine solche Bewegung zu steuern, selbst wenn keine Instabilität auftritt. Der Treibstoffmehrverbrauch verkürzt die nutzbare Lebensdauer des Satelliten dadurch, daß die Zeit, während der der Satellit in der richtigen Lage auf seiner Position gehalten werden kann, verkürzt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion zur Anordnung von Solarzellen für einen Satelliten zu schaffen, die zum Start verstaubar ist und, wenn sie entfaltet ist, eine ausreichende Steifigkeit hat, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen dem Lagesteuersystem und der Solarzellenträgerkonstruktion zu verhindern, selbst wenn die Gesamtfläche der Anordnung in der Größenordnung von 10 qm oder mehr liegt.

Die Erfindung wird angewendet bei einer Konstruktion, die mindestens eine mit ihrem inneren Ende an einem Bestandteil eines Satelliten befestigte, entfaltbare Solarzellenanordnung enthält. Die Ordnung enthält eine Rahmenkonstruktion auf der ein die Solarzellen tragendes Trägermaterial angebracht ist.

Erfindungsgemäß enthält die Rahmenkonstruktion ein Paar von beabstandeten Längsträgern, von denen jeder kontinuierlich in der Richtung der Ausdehnung längs der Länge der Rahmenkonstruktion verläuft, um das Trägermaterial zu halten. Die Längsträger sind aus einem Material gefertigt, dessen Dehnungsgrenze (maximal zulässige Dehnungsspannung) (a) nicht überschritten wird, wenn die Längsträger in einer gegebenen Richtung um den Satellitenkörper iun eine Stauposition der Anordnung gewunden werden und (b) bewirken, daß sich die Längsträger vom Satellitenkörper abwickeln, um die Anordnung in eine entfaltete Position zu bringen.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Satelliten mit einem Paar von Solarzellenanordnungen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsträger eines Rahmens der Anordnung in Fig. 1 in einer Stauposition vor dem Entfalten;

Fig. 3 den Satelliten, wie er verstaut ist, mit der um ihn gewundenen Solarzellenanordnungen;

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Materialeigenschaften, die für die Bestimmung der maximalen, bei der erfindungsgemäßen Konstruktion verwendbaren Holmstärken nützlich sind;

Fig. 5 eine Darstellung des Satelliten während des Entfaltungsvorgangs mit teilweise vom Satelliten abgewickelten Solarzellenanordnungen;

Fig. 6 eine Darstellung des Satelliten mit völlig abgewickelten Solarzellenanordnungen, wobei deren Ausleger und Längsträger jedoch noch nicht in ihrer entfalteten Position sind;

Fig. 7 eine Darstellung des Satelliten während des Entfaltungsvorganges mit teilweise vom Satelliten abgewickelten Solarzellenanordnungen entsprechend einer anderen Abwicklungsabfolge; und

Fig. 8a, 8b und 9 bis 11 andere Konstruktion der Längsträger.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Satelliten 10 mit einem Körper 20 und erfindungsgemäßen Solarzellenanordnungen oder -panelen 100 und 100′. In der folgenden Beschreibung beziehen sich ungestrichene Bezugszeichen allgemein auf Komponenten der beiden Anordnungen 100 oder 100′. Jedoch, wenn eine Unterscheidung nötig ist zwischen den Komponenten der Anordnungen 100 und 100′, dann beziehen sich die mit Strich (′) versehen Bezugszeichen auf die Komponenten der Anordnung 100′.

Jede Anordnung 100 hat einen rechteckigen Rahmen 110 mit kontinuierlichen in Spannrichtung verlaufenden oder Längsträgern 120 und kontinuierliche gurtartig verlaufende oder Querträger 140. Einer der kontinuierlich in Spannrichtung verlaufenden Träger 120 ist an jeder Längskante eines Rahmens 110 angebracht. Die Träger 120 verlaufen über die volle Länge des Rahmens 110 von einem verhältnismäßig nahe am Satellitenkörper 20 liegenden inneren Ende 112 zu einem verhältnismäßig weit vom Satellitenkörper 20 entfernt liegenden äußeren Ende 114. Die Gurtträger 140 sind senkrecht zu den Längsträgern 120 angeordnet und mit Abständen längs der Rahmens 110 angebracht. Jeder Gurtträger ist fest mit beiden Längsträgern verbunden.

Durch diesen Rahmen 110 wird eine feste Konstruktion geschaffen, auf die ein Solarzellenträgermaterial in Form eines dünnen, jedoch festen elastischen Blattes oder Membran 160 aufgespannt ist. Dieses Blatt kann aus einem Material wie Kapton, Kevlar, Mylar, Aluminium, Fiberglas, Graphit oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Solarzellen zur Umwandlung von Solarenergie in nutzbare Elektrizität sind auf einer der Oberflächen des Trägermaterials aufgebracht, die in Gurt- und Spannrichtung des Rahmens 110 verläuft.

Jedes der in Spannrichtung kontinuierlich verlaufenden Konstruktionselemente oder Längsträger 120 dieser bevorzugten Ausführungsform enthält zwei durchgehende Holme 122 und 124. Der Holm 122 verläuft über die volle Länge des Rahmens 110 von dessen innerem Ende 112 bis zu dessen äußerem Ende 114 und ist fest mit dem gurtartig verlaufenden oder Querträger 140 verbunden. Der Holm 124 ist mit dem Holm 122 über eine Vielzahl von flexiblen Bändern 126 verbunden, die den Abstand der Holme 122 und 124 in Richtung senkrecht zur Ebene des Blattes 160 bestimmen. Bei dieser Ausführungsform geben die Träger 120 dem Rahmen 110 eine zusätzliche Steifigkeit, um diesen gegen eine Biegung in Richtung senkrecht zur Ebene des Trägermaterials 110 widerstandfähiger zu machen. Die Bänder 126 sind aus einem Material gefertigt, das steif genug ist, um den Holm 124 in der in Fig. 1 gezeigten aufgefalteten Position zu halten. Die Holme 122 und 124 sind durchlaufend oder kontinuierlich und frei von Scharnieren, um einen Rahmen mit einheitlichen Eigenschaften zu schaffen.

Ein mit diesen Anordnungen 100 und 100′ verwendetes Solarzellenhalte- und Orientierungssystem für Satelliten ähnelt den bei den bekannten gelenkige Anordnungen verwendeten. Das System orientiert die aufgefalteten Anordnungen 100 und 100′ so, daß sie gegen die Sonne ausgerichtet bleiben. Auf ein derartiges System soll hier als Anordnungslagesteuersystem Bezug genommen werden. Der Rahmen 110 des Feldes 100 ist mit dem Satellitenkörper 20 über einen Y-förmigen Ausleger 102 verbunden, der eine Innenspiere 104 und eine Außenspiere 106enthält. Die Innenspiere 104 ist das Bein des Y und ist an einem Ende mit der Außenspiere 106 und mit dem anderen Ende mit einem Solarzellenlagesteuersystem 22 des Satellitenkörpers 20 verbunden. Das Solarzellenlagesteuersystem 22 dreht den aufgefalteten Ausleger 102, so daß das Feld zur Sonne hin ausgerichtet bleibt (d. h., in der Lage, um Solarenergie aufzunehmen). Äußere Enden 108 der äußeren Spiere 106 sind fest mit einem Gurtträger 140 an der Innenseite 112 des Rahmens 110 verbunden. Um den Ausleger 102 während des Starts zu verstauen, ist die Innenspiere 104 mit der Außenspiere 106 über ein Scharnier 105 und mit dem Solarzellenlagesteuersystem 22 über ein Scharnier 103 verbunden. Beide Scharniere sind solche, die sich im aufgeklappten Zustand verriegeln. Daher verriegeln sich diese Scharniere jeweils, wenn die Innenspiere 104 und die Außenspiere 106 in einer gemeinsamen Ebene liegen und wenn die Spiere 104 axial mit dem Solarzellenlagesteuersystem, wie in Fig. 1 gezeigt, übereinstimmt.

Kontinuierlich arbeitende Viskositätsdämpfer 180 sind am äußeren Ende 114 auf jeder Seite des Rahmens 110 angebracht. Diese Dämpfer enthalten und steuern die Freigabe eines Haltekabels 184 (vgl. Fig. 3), dessen freies Ende am Rahmen in der Nähe dessen inneren Endes 112 befestigt ist. Dieses Haltesystem steuert die Geschwindigkeit mit der die Einrichtung aus der Stauposition, in der sie um den Satelliten gewunden ist, entfaltet wird. Auf den Holmen 122 sind eine Anzahl von Rollen 182 angebracht, durch die die Lage oder der Weg des Haltekabels 184 kontrolliert wird. Diese Rollen sind vorzugsweise in 45°-Abständen längs des Holmes 122 beabstandet, wenn dieser in der Startposition verstaut ist (vgl. Fig. 3). Es können auch andere Abstände verwendet werden.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt des oberen Solarzellenfeldes 100 gezeigt, wobei sich die in Spannrichtung verlaufenden oder Längsholme 120 in ihrer Stauposition befinden. In dieser Position ist der Holm 124 aus der Lage, in der es sich im entfalteten Zustand befindet, in eine Lage nahe beim Holm 122 gebracht. Bei der Bewegung des Holmes 124 aus der aufgefalteten Lage in die Staulage wird dieser um seine Längsachse um 180° gedreht. Daher ist der Seite 124 a des Holmes 124, die in dieser Staulage nach außen zeigt, die Seite, die nach innen zur anderen Seite des Rahmens 110 zeigt, wenn die Anordnung aufgefaltet ist. In dieser Stauposition haben die Bänder 126 die Form eines 180°-Bogens, so daß deren Enden, die an den Holmen 122 und 124 befestigt sind, zueinander parallel sind. Vorzugsweise sind die Bänder 126 an den beim Verstauen in dieser Weise voneinander abgewandten Seiten 122 a und 124 a der Holme 122 und 124 befestigt. Dadurch können die Bänder 126 einen größeren Biegeradius haben als es der Falle wäre, wenn die Bänder an den in Fig. 2 anstoßend dargestellten Seiten befestigt wären. Das Bändermaterial muß flexibel genug sein, um der Biegung in dieser Stauposition standzuhalten ohne viel Spannung anzunehmen, wodurch verhindert wird, daß die Bänder spontan in ihre ebene Lage, wie in Fig. 1 gezeigt, zurückkehren, sobald der Holm 124 aus seiner dem Holm 122 benachbarten Lage gelöst wird.

Die in Fig. 2 gezeigte Lage ist die, in der sich die Anordnung befindet, von dem Zeitpunkt, bevor sie zur Startvorbereitung um den Satelliten gewunden wird, bis zum Ende des Abwicklungsvorganges, wenn die Holme 124 aus ihrer den Holmen 122 benachbarten Lage gelöst werden.

Obwohl die Holme 122 und 124 mit identischen Querschnittabmessungen dargestellt sind, können diese auch verschiedene Abmessungen oder Formen haben. Jedenfalls wird der Holm 122 normalerweise entsprechend der Abmessung des Gurtträgers 140 bemessen sein, um entsprechend der Notwendigkeit dem Solarzellenträger 160 das gewünschte Maß an Steifigkeit zu geben. Die Holme 124 sind entsprechend den Anforderungen, einen aufgefalteten Längsträger 120 mit dem gewünschten Maß an Steifigkeit in Richtung senkrecht zur Ebene des Trägermaterials 160 zu bilden, bemessen.

In Fig. 3 ist der Satellitenkörper 20 und seine für den Start verstauten Solarzellenanordnungen dargestellt. Die Scharniere 103 und 105 (in Fig. 3 nicht dargestellt) befinden sich in ihrer unversperrten Einstellung um das Falten der Ausleger 102 zu ermöglichen. In dieser Stauposition sind die Anordnungen 100 und 100′ in gleicher Richtung in Form einer Spirale um den Satellitenkörper 20 gewunden. In dieser Figur ist die Anordnung 100 an der Oberseite des Körpers 20 und die Anordnung 100′ an dessen Unterseite befestigt. Die Anordnungen können nach Wunsch mit nach innen oder nach außen gerichteten Bändern 126 aufgewickelt sein, sie sind mit nach innen gerichteten dargestellt. Wenn die Anordnungen jeweils länger sind als die Hälfte des Wickelumfanges des Satelliten, dann überlappen sich die Anordnungen 100 und 100′ zumindest teilweise. Jede Anordnung befindet sich dann für die Hälfte des Satellitenumfanges auf der Außenseite. In Fig. 3 ist eine Aufwicklung um ungefähr 360° dargestellt - das Wickelmaß hängt von der Länge der Anordnung ab. Vorzugsweise werden eine Mehrzahl von beabstandeten Bändern 126 gegenüber einem einzigen durchlaufenden Band verwendet, um den Holm 122 mit seinem zugehörigen Holm 124 zu verbinden, um unnötiges Gewicht zu sparen und um die Stärke der Längsträger gegenüber der des stärkeren der Holme 122 und 124 für das Aufwickeln zu begrenzen. Dadurch wird die Dehnungsspannung der Holme 122 und 124 zum begrenzenden Faktor in Hinsicht darauf, wie klein der Aufwickelradius für die Anordnungen sein kann. Die Notwendigkeit, die Anordnung um sie in dieser Weise zu verstauen um den Satelliten zu wickeln oder zu winden, ohne die Dehnungsspannungen der Holme 122 und 124 zu überschreiten, begrenzt die Stärke dieser Holme in Richtung senkrecht zur Ebene des Blattes 160. Solang die Dehnungsspannungen dieser Holme beim Auf- oder Abwickeln oder während des Startes nicht überschritten werden, werden diese nach dem Abwickeln in ihren geraden Zustand zurückkehren.

Fig. 4 zeigt eine Darstellung, in der die durch das Aufwickeln von Material bei einem Radius von 1,54 m in den Holmen hervorgerufene Spannung gegen die Stärke eines Holmes in Richtung senkrecht zur Oberfläche 160 der Anordnung in Fig. 1 dargestellt ist. Auf jeder der dargestellten Geraden ist durch einen Punkt die Stelle markiert, an der 2/3 der Dehnungsspannung des Materials für die an der Maske spezifizierten verhältnismäßig hoch belastbaren Legierungen erreicht sind. Die Lage der Marken in Y-Richtung gibt die Stärke an, die ein Holm haben kann ohne diese 2/3-Grenze der Dehnungsspannung für die Legierung zu überschreiten. Die mit 7079 bezeichnete Marke auf der Aluminium-Kurve bedeutet die Aluminiumlegierung 7079, die mit 6A1-4V bezeichnete Marke auf der Titankurve bedeutet die entsprechende Titanlegierung, die Marken auf der Kurve für Stahl bedeuten die Legierungen A-286 und PH15-7Mo. Aus diesen Werten können die maximale Holmstärke für einen Radius von 1,54 m und die 2/3-Dehnungsgrenzwerte für jede dieser representativen hochfesten Legierungen aus ihren Materialgattungsklassen leicht bestimmt werden. Auch nichtmetallische Materialien können verwendet werden, wenn sie die entsprechenden gewünschten Eigenschaften aufweisen.

Das Diagramm der Fig. 4 kann aus einer der folgenden Formen der Spannungsgleichung abgeleitet werden:

r = maximale Materialstärke senkrecht zur Oberfläche 160 des verstauten Längsträgers
S = durch das Aufwickeln der Anordnung hervorgerufene Spannung
R = minimaler Krümmungsradius des aufgewickelten Trägers (1,54 m für das Diagramm in Fig. 4)
E = Elastizitätsmodul des jeweiligen Materials.

Für die Träger 122 und 124 sind Kohle Träger mit quadratischem Querschnitt vorzuziehen, um ein maximales Trägheitsmoment bei einer gegebenen Masse und einem möglichen Wickelradius zu erreichen. Wahlweise können auch andere Formen verwendet werden. Der maximale Holmquerschnitt, der für einen innerhalb 3,66 m Durchmesser zu verstauenden Satelliten (das ist die Grenze für die Ariane-4-Startrakete) gewickelt werden kann, variiert von ungefähr 0,7 cm bis ungefähr 1,8 cm für dieses Materialien. Ein größerer Durchmesser von ungefähr 4,7 m ist bei dem US Space Shuttle verfügbar und würde einen größeren Wickelradius und damit eine größere Holmstärke bei einem gegebenen Material erlauben.

Diese Holmstärken sind als solche ungenügend, um für die Konstruktion der Anordnung 100 eine ausreichende Steifigkeit zu gewährleisten, um die Eigenfrequenz der entfalteten Anordnung (für eine Bewegung in Richtung der Aufwicklung) auf einen annehmbaren Wert anzuheben. Folglich ist nach dem Auffalten die Spannkonstruktion 120 vorgesehen, um die Steifigkeit in dieser Richtung zu erhöhen.

Die Dämpfer 180, 180‰, die Rollen 182, 182′ und die darüberliegenden Kabel 184, -184′ halten die Platten 100, 100′ in der in Fig. 3 dargestellten Stauposition bis sie zum Entfalten freigegeben werden. Während des Startes können zusätzliche Sicherheitskabel um die gesamte Konstruktion gewickelt sein, um ein vorzeitiges Entfalten der Platten zu verhindern. Diese Sicherheitskabel werden vor dem Entfalten der Platten durch einen geeigneten Auslösemechanismus, wie durch pyrotechnische Bolzen, gelöst.

In der Stauposition liegen die Kontrollkabel 184, 184′ für die Entfaltung auf Sehnen der durch die aufgerollten Anordnungen gegebenen Spiralen. Da diese Sehnen kürzer sind als die Bögen, auf denen die Solarzellenfelder liegen, muß sich das Kabel längen, damit sich die Anordnungen in die entfaltete Stellung abwickeln können. Durch Begrenzung der Freigabegeschwindigkeit der Kabel durch die viskosen Dämpfer 180 für kontinuierliche Drehung wird die Geschwindigkeit begrenzt, mit der die Anordnungen abgewickelt werden. Diese Abwickelgeschwindigkeit sollte auf einen Wert begrenzt werden, der eine Beschädigung der Anordnungen beim Abwickeln verhindert und die ein übermäßiges Überschwingen verhindern, wenn sie ihre vollständig abgewickelte Stellung, in der sie eben sind, erreichen.

In Fig. 5 sind die Anordnungen in teilweise vom Satellitenkörper 20 abgewickelten Zustand beim gleichförmigen Abwickeln dargestellt. In diesem Stadium sind die Ausleger 102 noch nicht ausgestreckt, um die Anordnungen 100 vom Satelliten wegzuhalten und die Holme 124 stoßen noch an die Holme 122 an, wobei die Verbindungsbänder 126 gebogen sind.

Das weitere Abwickeln der Anordnungen vom Satellitenkörper führt zu dem in Fig. 6 dargestellten Zustand, bei dem die Anordnungen vollständig abgewickelt sind (die Platte 160 ist nun eben), aber die Holme 124 liegen noch an den Holmen 122 an und die Ausleger 102 sind noch nicht aufgefaltet. Sobald das Auffalten diesen Punkt erreicht hat, können die Ausleger ausgestreckt werden, so daß ihre Scharniere 103 und 105 einrasten und die Holme 124 können aus ihrer Stauposition freigegeben werden. Diese Auslösung geschieht normalerweise durch pyrotechnische Bolzen oder andere Halterungen. Sobald der Holm 124 gelöst ist, werden sich die Bänder 126 spontan in ihren gestreckten Zustand entfalten, um die Holme 124 in die in Fig. 1 dargestellte Stellung zu bringen. Nachdem die in Spannrichtung verlaufenden oder Längsholme 120 in ihren ursprünglichen aufgefalteten Zustand gebracht worden sind, wird die innere Spiere 104 aus ihrer Stauposition nach außen gedreht und das Scharnier 105 an der Verbindung zwischen der Spiere 104 und der Spiere 106 rastet in den aufgefalteten Zustand ein, wenn sich die Spiere 104 in derselben Ebene wie die Spiere 106 befindet. Wenn die Spiere 104 mit der Achse des Solarzellenlagesteuersystems 22 fluchtet, rastet das innere Scharnier 103 ebenfalls ein.

Gegenüber dem gleichmäßigen, in Fig. 5 dargestellten Abwickeln, kann es vorgezogen werden, die Anordnungen phasenweise, wie in Fig. 7 dargestellt, abzuwickeln. Bei diesem phasenweisen Abwickeln werden die äußeren Enden der Anordnungen in den ebenen Zustand abgewickelt bevor mit dem Abwickeln des inneren Bereichs begonnen wird. Daher sind in Fig. 7 die Bereiche 100 a und 100 a′ der Anordnungen in einen ebenen Zustand abgewickelt, während mit dem Abwickeln der weiter innen liegenden Bereiche noch nicht begonnen worden ist. Die ursprünglichen Staulagen der Dämpfer 180, 180′ sind in Fig. 5 gestrichelt dargestellt. Dieses phasenweise Abwickeln sichert, daß die Anordnungen nicht aneinanderkratzen. Das phasenweise Abwickeln kann geschehen, indem das Kabel an jeder Rolle fixiert wird, bis der Bereich der Anordnung außerhalb der Rolle gerade gerichtet ist. Auf diese Weise wird progressiv abgewickelt und die beiden Anordnungen 100 und 100′ werden jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Satellitenkörpers 20 abgerollt.

Eine andere Weise um das phasenweise Abrollen zu ermöglichen, besteht darin, die Kabel von den Dämpfern an den äußeren Enden der Anordnungen an ihren Rahmen an Punkten 190, 190′ gerade außerhalb des äußeren Endes der anderen Anordnung zu fixieren. Diese Dämpfer und Kabel werden dann das Abwickeln nur des Bereiches einer jeden Anordnung kontrollieren, der in der Staustellung der äußerste ist. Ein zweiter Satz von Dämpfern mit eigenen nach innen reichenden Kabeln würde dann an den Punkt 190, 190′ angebracht sein, um das Abwickeln des nächsten Bereiches der Anordnungen zu kontrollieren, nachdem die äußersten Bereiche bereits eben sind. Bei einer anderen Alternative könnte ein solches phasenweises Abwickeln geschehen, indem die verstaute Anordnung an ihrem äußeren Ende steifer ist als an ihrem inneren Ende, wobei sich die Steifigkeit am äußeren Ende zum inneren Ende monoton verändert. Diese würde zu einer natürlichen Geraderichtung des äußeren Endes der Anordnung vor dem inneren Ende der Anordnung führen.

Die Solarzellen sind auf der einen oder der anderen der Oberflächen einer jeden Platte 160 angebracht. Die Wahl, auf welcher der Flächen die Solarzellen angebracht werden, wird durch Überlegungen bestimmt wie (a) Schutz der Solarzellen vor Verkratzen und anderen Beschädungen während des Verstauens der Anordnungen bei der Startvorbereitung und während des Auffaltens im Weltraum und (b) des Leistungsbedarfs während des geosynchronen Transferorbits. Der geosynchrone Transferorbit dient dazu, den Satelliten aus seinem Startorbit in seine geosynchrone Position zu bringen. Wenn sich der Satellit in der geosynchronen Bahn befindet, werden die Solarzellenfelder entfaltet und der Satellit wird in seine dauernde Arbeitsposition übergehen. Wenn beide Anordnungen so gewickelt sind, daß die Solarzellen auf den Platten 60 nach innen zeigen (zum Satellitenkörper 20), dann ist keine Solarzelle in der Lage, Energie aufzunehmen, solange sich der Satellit im Transferorbit befindet, was mehrere Tage dauern kann. Andererseits, wenn die Solarzellen auf den Platten 60 so orientiert sind, daß sie nach außen zeigen, dann können die auf einer oder auf beiden der Platten 60 der Sonne ausgesetzten Zellen Energie erzeugen, selbst wenn sich die Anordnungen in der Stauposition befinden.

Verschiedene andere für die Durchführung der Erfindung nützliche Konstruktionensind in den Fig. 8a, 8b und 9 bis 11 dargestellt. Fig. 8a zeigt einen aufgefalteten Längsträger 220. Der Träger 220 enthält einen Holm 222 (entsprechend dem Holm 122 in Fig. 1) und einen hohlen Holm 224. Der Holm 224 hat einen im allgemeinen rechteckigen Querschnitt und ist über Scharniere 226 mit dem Holm 222 verbunden. In seiner (in Fig. 8b gezeigten) Stauposition ist der Holm 224 so angeordnet, daß er in der Ebene der Gurtträger 240 liegt. Eine Gleitraste 228 kann mit einer Auffaltfeder 229 zusammenwirken, um den Holm 224 senkrecht zu den Gurten 240 im aufgefalteten Zustand zu fixieren. Aus der Stauposition kann der Holm 224 aus der Ebene der Gurte in seinen aufgefalteten Zustand entweder durch die Feder 229 oder durch Federscharniere gedreht werden. Wenn der Holm 224 sich aus der Ebene der Gurtträger 240 in seinen aufgefalteten Zustand dreht, gleitet das Ende 228 a der Sperre 228 längs den Gurtträgern 240 unter einen federnden Halter 230 bis das Ende 218 a in den Haltebereich von 230 einklinkt.

Eine alternative Anordnung für einen derartigen schwingbaren Holm ist in Fig. 9 dargestellt, wobei der Holm 224 der Fig. 8a durch einen Holm 234 ersetzt wird. Der Holm 234 enthält ein dünnes aber steifes Blatt 235 mit einer versteiften Rückkante 236.

Fig. 10 zeigt eine andere alternative Konstruktion 320 für den zusammen mit Fig. 1 beschriebenen Längsträger 120 mit einem Holm 322 in Form eines rechteckigen Holmes mit einem U-förmigen Kanal, der an den Gurtträgern 340 befestigt ist. Die offene Seite des Holmes 322 ist gegen die offene Seite eines zweiten rechteckigen U-förmigen Holmes 324 orientiert. In der Stauposition wird der Holm 324 in den Holm 322 verschachtelt. Die Holme 322 und 324 sind miteinander durch Arme, wie z. B. 326, befestigt. Die Arme 326 sind an beiden Holmen schwenkbar befestigt. Wenn der Holm 324 aus seiner Stauposition (weg vom Holm 322) in seine aufgefaltete Stellung gebracht wird, drehen sich die Arme 326 von einer vertikalen Stellung in eine horizontale Stellung. Die Arme 326 werden durch Federsperren 328 in ihrer aufgefalteten Lage gehalten, sobald sie diese Stellung erreichen. Die Bewegung des Holmes 324 aus seiner Stauposition in die aufgefaltete Stellung wird durch Federn, wie z. B. 330, gesteuert.

Fig. 11 zeigt eine weitere alternative Konstruktion, bei der ein in Spannrichtung verlaufender oder Längsträger 420 einen einzigen in Spannrichtung verlaufenden oder Längsholm 422 und mehrere getrennte, auf einer Seite des Holmes angebrachter Druckaufsätze 424 enthält. Die getrennten Aufsätze 424 sind so bemessen und angeordnet, daß sie eine einzige kontinuierliche Konstruktion ohne Zwischenräume bilden, wenn der Holm 422 gerade gerichtet ist. Diese Druckaufsätze erlauben es, den Holm 422 um einen Mittelpunkt, der unterhalb des Längsträgers 420 in Fig. 11 liegt, aufzuwickeln, weil die Aufsätze bei der Biegung in dieser Richtung gegenüber dem Holm keinen Widerstand aufbringen. Jedoch wird verhindert, daß der entfaltete Träger um einen in Fig. 11 über diesem liegenden Mittelpunkt gebogen wird, da die Enden der Druckaufsätze 424 aneinander anstoßen. Mit anderen Worten, wenn die Aufsätze 424 sich miteinander in Kontakt befinden, weist der Träger 420 einen Holm mit einer von der Unterseite des Holmes 422 in Fig. 11 zur Oberseite der Druckaufsätze 424 reichenden Stärke auf. Wenn die Druckaufsätze 424 so modifiziert werden, daß ihre in Kontakt befindlichen Enden mit in der aufgefalteten Stellung gegeneinander fixiert werden, dann leistet der Holm 420 auch gegen eine Biegung um ein unter diesem liegenden Mittelpunkt (einen den des Holmes 422 übersteigenden) Widerstand.

Claims (10)

1) Anordnung mit mindestens einem entfaltbaren Solarzellenfeld (100 oder 100′, Fig. 1), das mit seinem inneren Ende (102, 112) mit einem Körper (20) eines Satelliten (10) verbunden ist und einen Rahmen (110) enthält, der ein solarzellentragendes Trägermaterial (160) unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen ein Paar von beabstandeten Längsträgern (120, 120′) enthält, die sich jeweils durchlaufend in Richtung der Spanne entlang der Länge des Rahmens erstrecken und das Trägermaterial unterstützen und daß die Längsträger aus einem Material gefertigt sind, dessen Dehnungsgrenze (a) nicht überschritten wird, wenn die Längsträger in einer vorgegebenen Richtung um den Satellitenkörper in eine Stauposition des Feldes gewunden werden und (b) das Abwickeln der Längsträger vom Satellitenkörper bewirkt, so daß das Feld in einen entfalteten Zustand gebracht wird.

2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Träger (a) in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Trägermaterials eine minimale Steifigkeit aufweist, wenn das Feld in eine Stauposition (Fig. 2, 8b, oder 11) gebracht wird und (b) eine vergrößerte Steifigkeit in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Trägermaterials aufbringt, wenn das Feld aufgefaltet ist.

3) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Längsträger einen ersten und einen zweiten Parallelholm (122, 124) enthält, sowie eine Einrichtung (126) mit der die vergleichsweise starren Holme mit gegenseitigem Abstand in Richtung senkrecht zur Ebene des Solarzellenträgermaterials flexibel verbunden werden, wenn sich der Längsträger in aufgefaltetem Zustand befindet und die es erlauben, die Holme nebeneinander zu legen, wenn sich der Längsträger in der Stauposition befindet.

4) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindende Vorrichtung eine Mehrzahl von einzelnen flexiblen Bändern enthält, die in Längsrichtung der Holme voneinander beabstandet angebracht sind und deren Enden mit den Holmen verbunden sind.

5) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen weiter eine Mehrzahl von zusätzlichen Trägern (140, 240, 340, etc.) enthält, die voneinander beabstandet, in gurtartiger Richtung sich über die Breite der Anordnung erstrecken und die an den jeweiligen Längsträgern befestigt sind.

6) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kabel (184) zwischen dem inneren Ende und einem äußeren Ende (114) der Anordnung befestigt ist, das während dem Auffalten der Anordnung freigegeben wird, um das Abwickeln der Anordnung aus der Stauposition in die entfaltete Position zu kontrollieren; daß an Punkten Längs des Rahmens der Anordnung Einrichtungen (182) angebracht sind, die das Kabel während des Entfaltens der Anordnung tragen und führen; und daß eine Einrichtung (180) zur Steuerung der Kabelfreigabe vorgesehen ist.

7) Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kabel tragende Einrichtung seitlich am Solarzellenträgermaterial befindliche Rollen zur Aufnahme des Kabels enthält.

8) Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Freigabe des Kabels begrenzende Vorrichtung eine Bedämpfungsvorrichtung enthält.

9) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Längsträger länger ist als die Hälfte des Umfanges des Satellitenkörpers.

10) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Solarzellenfeld vorgesehen ist; und daß die Längsträger der beiden Felder in einer Richtung um den Satellitenkörper gewunden sind, wenn sie sich in der Stauposition befinden.