DE60103738T2

DE60103738T2 - Verfahren zur fertigung eines sockels für die halterung eines satelliten auf einer transportplattform für mehrere satelliten

Info

Publication number: DE60103738T2
Application number: DE60103738T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Beyer
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: US6729582B2; WO2001062595A1; JP2003523889A; ATE268715T1; JP4620317B2; DE60103738D1; EP1257470A1; EP1257470B1; US20030136881A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sockels für einen künstlichen Satelliten, der zur Montage auf einer Transportplattform für mehrere derartige Satelliten bestimmt ist, welche Teil einer die Verbringung der Satelliten in eine Erdumlaufbahn gewährleistenden Trägerrakete ist. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Herstellungsverfahren das auf mehrere ringförmig auf der Transportplattform angeordnete Sockel angewendet ist, wobei jeder Sockel eine zylindrische Wand mit gekrümmten Flächenelementen und im wesentlichen ebenen Flächenelementen aufweist.
In der Französischen Patentanmeldung 00 02251, eingereicht am 23. Februar, 2000 durch die Anmelderin und betitelt "Procédé de lancement d'une pluralité de satellites artificiels montés sur un même lanceur spatial et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé", ein Verfahren zum Abschießen einer Gruppe von Satelliten für die Übertragung von beispielsweise digitalen Daten, Sprach- oder Videoinformationen, wie Multimediainformationen. Die Satelliten sind kreisförmig um die Längsachse der Trägerrakete auf einer Plattform angebracht, die Teil einer Transportstruktur ist. Die Basis jedes Satelliten ist vorübergehend an einem trapezförmigen Sockel angebracht, dessen Form im wesentlichen der Querschnittsform des Satelliten entspricht. Diese Form wurde gewählt, da sie leicht in ein kreisringförmiges Element einschreibbar ist und die Querschnittsfläche des Satelliten und damit sein Volumen maximiert.
Nach der genannten Französischen Patentanmeldung sind die Sockel mit Einrichtungen versehen, die ein derartiges Kippen derselben ermöglichen, daß die "Ausstoßkegel" der Satelliten vor deren Freigabe ausgefahren werden können um jedes Gefahr einer Kollision zwischen den freigesetzten Satelliten zu verhindern, ohne daß dies eine aufwendige und damit kostspielige Positionssteuerung dieser Satelliten erfordert.
Die Französische Patentanmeldung 2 735 099 beschreibt eine als der zuvor beschriebene Sockel geeignete kippbare Adaptervorrichtung für den Transport mehrerer Nutzlasten mit einer einzelnen Trägerrakete.
Es ist ersichtlich, da die Form jedes Sockels von dem Raum, der ihm auf der ihn aufnehmenden Plattform zugewiesen wird, und somit von der Winkelöffnung des kreisringförmigen Elements ab, den er auf dieser Fläche einnimmt. Diese Winkelöffnung ist von der Anzahl der auf der Plattform installierten Satelliten abhängig, wobei diese Anzahl von einem Start zum nächsten variieren kann.
Es ist daher erforderlich, Sockel herzustellen, deren Form insbesondere von dieser Anzahl abhängt. Die Herstellung und die Lagerung einer großen Vielzahl dieser allgemein als "Nutzlastadapter" bezeichneten Sockel, um für jeden einzelnen Start einer variablen Anzahl von Satelliten über geeignete Sockel zu verfügen, ist ein langwieriger und kostspieliger Vorgang, der den gegenwärtigen Bedürfnissen hinsichtlich des Abschießens von Satellitenkonstellationen nicht gerecht wird, welche gleichzeitig eine erhöhte Schnelligkeit der Anpassung der erforderlichen Materialien und eine Verringerung der Startkosten verlangen.
Es ist genau die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Sockeln für künstliche Satelliten zu schaffen, das gleichzeitig diese beiden Anforderungen erfüllt.
Die Aufgabe der Erfindung sowie andere Aufgaben, die sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung ergeben, wird mit einem Verfahren zur Herstellung eines Sockels für einen künstlichen Satelliten gelöst, der zur Montage auf einer Transportplattform für mehrere derartige Satelliten bestimmt ist, welche Teil einer die Verbringung der Satelliten in eine Erdumlaufbahn gewährleistenden Trägerrakete ist, wobei die verschiedenen Sockel ringförmig auf der Transportplattform angeordnet sind, wobei jeder Sockel eine zylindrische Wand mit gekrümmten Flächenelementen und im wesentlichen ebenen Flächenelementen aufweist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß modulare gekrümmte Wandelemente und Wandelemente mit ebener Fläche entsprechend einer vorbestimmten Sockelgeometrie angeordnet werden und die Elemente an ihren benachbarten Rändern miteinander verbunden werden, um die zylindrische Wand des Sockels zu bilden.
Wie im folgenden im einzelnen ersichtlich, ermöglicht dieses verfahren durch die Verwendung von modularen Elementen, die in verschiedenen Sockelkonfigurationen verwendbar sind, eine Rationalisierung der Herstellung von Sockeln mit verschiedenen Formen, das heißt, eine Verringerung des Zeitaufwands und der Kosten der Durchführung.
Nach anderen Merkmalen der vorliegenden Erfindung werden vor dem Anordnen von modularen Wandelementen mit einwärts gekrümmten Flächen entsprechend der vorbestimmten Sockelgeometrie die modularen Wandelemente zu der Geometrie passend zugeschnitten. Diese modularen Wandelemente können drehzylindrisch sein. Die Geometrie des Sockels wird in Abhängigkeit von der Geometrie und der Zahl der auf der Transportplattform zu montierenden Satelliten unter mehreren derartigen Geometrien gewählt, die in ein Kreisringelement einschreibbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung und aus der Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, welche zeigen:
1 und 2 schematische Seitenansichten eines Sockels des Typs, der mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren realisierbar ist, in zwei verschiedenen Positionen des Sockels,
3 eine schematische Draufsicht des Sockels der 1 und 2,
4 und 5 Querschnittsdarstellungen von modularen Wandelementen, die bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verwendet werden,
6 eine Draufsicht zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, angewandt auf die Herstellung eines Sockels des in den 1 bis 3 dargestellten Typs, und
7 und 8 die Herstellung von Varianten des Sockels der 6 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Unter Bezugnahme auf 1 der beigefügten Zeichnungen wird kurz der Aufbau eines Sockels oder Nutzlastadapters des von der vorliegenden Erfindung angesprochenen Typs beschrieben. Für weitere Einzelheiten zu diesem Aufbau wird auf die vorgenannte Französische Patentanmeldung 00 02251 verwiesen.
Der dargestellte Sockel 4 weist eine im Querschnitt im wesentlichen trapezförmige zylindrische Seitenwand auf (siehe 3), die zum Stützen eines prismatischen Satelliten 3 geeignet ist, dessen Querschnitt in Form eines gleichschenkligen Trapez in gestrichelten Linien ebenfalls in 3 dargestellt ist. Der Satellit 3 trägt klassischerweise Solarzellenplatten 8₁ , 8₂ , 8₃ und Antennen oder andere (nicht dargestellte) Elemente.
Die Seitenwand des Sockels 4 ist in zwei benachbarte Teile 5 und 6 unterteilt, von denen einer (5) den Satelliten 3 aufnimmt, und der andere (6) einen auf einer Plattform 2 einer Transportstruktur befestigten Boden bildet. Zwischen den beiden Teilen ist eine pyrotechnische Trenneinrichtung 15 vorgesehen, die zum selektiven Zerreißen der Seitenwand und somit zum Trennen der Teile 5 und 6 ausgebildet ist, um so das Kippen des oberen Teils 5 auf dem unteren Teil 6 und damit das Kippen des von diesem getragenen Satelliten 3 entsprechend dem Verfahren des Ausfahrens der "Auslösekegel" der verschiedenen von der Plattform 2 getragenen Satelliten zu ermöglichen, wobei dieses Ver fahren in den vorgenannten französischen Patentanmeldungen beschrieben ist. Dieses Kippen wird durch das Vorhandensein von Einrichtungen ermöglicht, die ein Schwenken des oberen Teils 5 auf dem Boden 6 um eine Schwenkachse 7 erlauben. In 2 sind der Sockel und der Satellit in einer vorbestimmten Kippstellung entsprechend dem Ausfahren dargestellt.
Elemente zur vorübergehenden Verbindung 10₁ , 10₂ , 10₃ , 10₄ sind am oberen Teil 5 zum Aufnehmen des Satelliten 3 an den Winkeln seines trapezförmigen Querschnitts vorgesehen, wie in 3 dargestellt. Dieser nimmt ferner einen Impulszylinder 16, der nach dem Zerreißen der Seitenwand des Sockels 4 eine Kippkraft auf den oberen Teil 5 aufbringt, Rückstellsicherungszylinder 17₁ , 17₂ zum Blockieren des Teils 5 in einer vorbestimmten Kippwinkelposition und vier Federelemente 18₁ , 18₄ auf, die nach dem Funktionieren der pyrotechnischen Trenneinrichtung 15 und des Impulszylinders 16 sowie der Deaktivierung der Verbindungselemente 10_i einen axialen Impuls auf den Satelliten 3 aufzubringen, der das Lösen des Satelliten von der Trägerrakete ermöglicht.
Die Elemente 10_i , 15, 16, 17₁ , 17₂ und 18, sind Standardelemente, die mit Sockeln unterschiedlicher Geometrie verwendbar sind. Um die Rationalisierung der Herstellung dieser Sockel gemäß der Aufgabe der vorliegenden Erfindung weiter voranzutreiben, müssen sich die Anstrengungen im wesentlichen auf die Herstellung der Seitenwand des Sockels richten, deren Form stark von derjenigen des kreisringförmigen Elements abhängt, in welche sie auf der Plattform 2 eingeschrieben werden soll.
Nach der vorliegenden Erfindung wird diese konvexe Wand, um die Kraftübertragung zwischen dem Satelliten 3 und der Plattform 2 ohne Verformung zu gewährleisten, in Wandelemente mit gekrümmter Fläche und Wandelemente mit gerader oder im wesentlichen gerader Fläche zerlegt, und es wird die Herstellung dieser Wand durch Zusammenbauen dieser Elemente organisiert. Dieser Vorgang ist in den 4 bis 6 dargestellt, wobei die 4 und 5 zwei modulare Wandelemente mit gekrümmter Fläche 20 bzw. 21 zeigen und die 6 eine Anordnung derartiger Elemente mit ebenen Wandelementen 22, 23 und 24 zeigt.
Lediglich als illustratives und nicht einschränkendes Beispiel ist in der 4 ein modulares Wandelement 20 mit einer halbdrehzylindrischen Fläche und in 5 ein modulares Wandelement 21 mit einer drehzylindrischen Fläche dargestellt, deren Winkel in der Mitte eine Öffnung von 90° aufweist. Jede ist mit einem Verbindungselement 10_i versehen, das in 2 erkennbar ist, wobei dieses Element entweder am konvexen Teil des Elements 20, oder in der Konkavität des Elements 21 angebracht ist.
Wie in 6 dargestellt, kann eine im wesentlichen der Sockelwand nach 2 konforme Sockelwand gebildet werden, indem zwei Elemente 20₁ , 20₂ an den Enden der langen Seite einer Trapezform und zwei Elemente 21₁ , 21₂ an den Enden der kurzen Seite dieser Form angeordnet werden, und indem diese Elemente entweder untereinander (Elemente 21₁ und 21₂ ) oder durch Zwischenfügen ebener Elemente 22, 23, 24 verbunden werden.
Es ist offensichtlich vor der Montage dieser Elemente, beispielsweise durch Maschinenschweißen, erforderlich, die Elemente nachzuschneiden, damit sie entsprechend verschiedenen Sockelgeometrien, die an das Abschießen von Gruppen mit unterschiedlichen Zahlen und Formen von Satelliten angepaßt sind, an den Rändern bündig und/oder tangential miteinander verbindbar sind.
In den 7 und 8 sind lediglich als illustratives und nicht einschränkendes Beispiel zwei andere Geometrien von Sockelwänden dargestellt, die mittels der zuvor beschriebenen Wandelemente realisierbar sind, wobei diese Geometrien aus einer großen Zahl möglicher, durch das erfindungsgemäße Verfahren realisierbarer Geometrien ausgewählt sind. Der Querschnitt der Sockelwand von 7 neigt durch die Verringerung der Länge des ebenen Wandelements 22 der Wand der 5 zu einer kreisrunden Form, während derjenige der Wand von 8 zu einer dreieckigen Form neigt, basierend auf der Verwendung dreier Elemente 20₁ , 20₂ , 20₃ des in 3 dargestellten Typs.
Es ist somit ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren, ausgehend von einer geringen Anzahl an modularen Wandelementen mit gekrümmter Fläche, die ungeachtet der zu bildenden Sockelgeometrie verwendbar sind, die Bildung von Sockelwänden mit sehr unterschiedlichen Formen ermöglicht, die sich an eine große Vielzahl verschiedener Konfigurationen von Satellitengruppen anpassen. Somit werden die Lagerkosten für diese Elemente verringert, während ihre unmittelbare Verfügbarkeit gleichzeitig gesichert ist. Das Lagern der ebenen Wandelemente ist aufgrund der Tatsache einfach, daß diese Elemente bei Bedarf aus ebenen Standardplatten geschnitten werden können. Die Wandelemente mit gekrümmter Fläche können, wie die ebenen Wandelemente, für höhere Lasten ausgelegt werden, so daß sie ohne neuerliche Untersuchung verwendet werden können. Vorteilhafterweise werden die modularen Elemente 20, 21 mit gekrümmter Fläche, die in den Ecken des Querschnitts der Sockelwand angeordnet sind, vorab mit den Verbindungselementen 10_i des Sockels und des Satelliten, den sie tragen, versehen, bevor diese modularen Elemente gelagert werden.
All diese Maßnahmen gewährleisten für das erfindungsgemäße Sockelherstellungsverfahren bemerkenswerte Leistungen hinsichtlich der Vielseitigkeit, der Schnelligkeit der Anpassung und der Kosten der Herstellung der betreffenden Sockel. Nach der Serienherstellung der an eine bestimmte Geometrie der Transportstruktur einer Gruppe von Satelliten angepaßten Sockelwände werden die Sockel vervollständigt, indem diese mit den zuvor beschriebenen Kippelementen 7, 15, 16, 17₁ , 17₂ und den Einrichtungen 18, versehen werden, um das Trennen jedes der Satelliten zu ermöglichen. Bei der Installierung des Satelliten 3 auf dem ihm zugeordneten Sockel 4, werden zwischen diesen die Elemente zur vorübergehenden Verbindung 10_i angeordnet, die in der vorgenannten französischen Patentanmeldung eingehender beschrieben sind.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele begrenzt, die lediglich zu Beispielzwecken angeführt wurden. Daher wird der Rahmen der Ansprüche nicht verlassen, wenn eine oder mehrere ebene Wandelemente 22, 23, 24 nach den Ausführungsbeispielen der 6 bis 8 durch äquivalente Wandelemente, beispielsweise flache und leicht eingeschnürte Wandelemente, ersetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Sockels (4) für einen künstlichen Satelliten (3), der zur Montage auf einer Transportplattform für mehrere derartige Satelliten bestimmt ist, welche Teil einer die Verbringung der Satelliten in eine Erdumlaufbahn gewährleistenden Trägerrakete ist, wobei die verschiedenen Sockel ringförmig auf der Transportplattform angeordnet sind, wobei jeder Sockel (4) eine zylindrische Wand mit gekrümmten Flächenelementen und im wesentlichen ebenen Flächenelementen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß modulare gekrümmte Wandelemente (20, 21) und Wandelemente mit ebener Fläche (22, 23, 24) entsprechend einer vorbestimmten Sockelgeometrie angeordnet werden und die Elemente an ihren benachbarten Rändern miteinander verbunden werden, um die zylindrische Wand des Sockels (4) zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Anordnen von modularen Wandelementen mit einwärts gekrümmten Flächen (20, 21) entsprechend der vorbestimmten Sockelgeometrie die modularen Wandelemente (20, 21) zu der Geometrie passend zugeschnitten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die modularen Wandelemente (20, 21) drehzylindrisch sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sockelgeometrie in Abhängigkeit der Geometrie und der Zahl der auf der Transportplattform zu montierenden Satelliten unter mehreren derartigen Geometrien gewählt wird, die in ein Kreisringelement einschreibbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die modularen Wandelemente (20, 21) Einrichtungen (10_i ) zum Herstellen einer vorübergehenden Verbindung zwischen dem Sockel (4) und dem Satelliten (3), den er stützen soll, aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Montieren der Elemente (20 bis 24) der Seitenwand des Sockels (4) auf diesem a) Einrichtungen (7, 15, 16) zum selektiven Kippen eines oberen Teils (5) des Sockels (4) in bezug zu einem Boden (6) des Sockels vor dem Abschießen des von dem Sockel (4) gestützten Satelliten in dessen Orbit und b) Einrichtungen (18i) zum Ermöglichen des Lösens des Satelliten (3) nach dem Deaktivieren der Verbindungseinrichtungen (10_i ) installiert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippeinrichtungen Einrichtungen (7) zum Verschwenken des Teils (5) auf dem Boden (6) und eine pyrotechnische Trenneinrichtung (15) aufweist, die an der Seitenwand des Sockels (4) derart angebracht ist, daß sie diese Wand selektiv entlang einer das genannte Teil (5) vom Boden (6) trennenden Linie abreißt.
Sockel, erhalten durch die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Sockel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß er im Querschnitt Trapezform hat, die in ein Kreisringelement einschreibbar ist.