-
Der technische Bereich der Erfindung
betrifft Raumfahrzeuge wie zum Beispiel Satelliten und Sonden mit
elektronischen oder optischen Nutzlasten. Derartige Raumfahrzeuge
sind typischerweise mit Mitteln zur Erzeugung, Speicherung und Verteilung der
elektrischen Energie zur Versorgung der gesamten Bordelektronik
ausgerüstet.
Diese elektronischen Ausrüstungen
strahlen im Betriebszustand je nach ihrer eigenen elektrischen Leistung
einen Teil der aufgenommenen elektrischen Energie als Wärme ab. Diese
Wärme muss
durch Leitung verteilt, transportiert und anschließend durch
Strahlung aus dem Raumfahrzeug in das Weltraumvakuum abgeführt werden.
Die Erfindung betrifft Raumfahrzeuge, die über Kühler verfügen, um diese Funktion zu erfüllen.
-
Es sind mehrere Konfigurationen feststehender
oder ausklappbarer Kühler
bekannt, deren Abmessungen mit der Größe und den elektrischen Leistungen
der Satelliten zunehmen. Eine aktuelle Tendenz bei den Nachrichtensatelliten
geht dahin, dass sie über
immer größere Abmessungen
und immer leistungsfähigere
Stromerzeuger verfügen,
woraus sich ein steigender Bedarf an abstrahlenden Flächen an
Bord der Satelliten ergibt.
-
Ein Kühler ist wirksamer, wenn er
nicht von der Sonne beschienen wird; so werden bei geostationären Satelliten
allgemein die feststehenden Kühler vorzugsweise
an den nach Norden und nach Süden ausgerichteten
Platten der Satellitenstruktur installiert, wenn sich der Satellit
in seiner orbitalen Arbeitsposition befindet und das Gehäuse des
Satelliten so ausgerichtet ist, dass die Antennen zur Erdoberfläche weisen.
-
Ausklappbare Kühler werden benutzt, wenn die
zur Struktur des Satelliten gehörenden,
feststehenden Oberflächen
nicht ausreichen, um die gesamte an Bord erzeugte Wärme abzuführen. Ausklappbare
Kühler
sind wie die übrigen
ausklappbaren Strukturen, wie zum Beispiel Solarzellen, Antennenreflektoren,
etc., an die feststehende Struktur des Satelliten angelegt, damit
sie in das unter die Spitze der Trägerrakete verfügbare Volumen
passen. Nach dem Start trennt sich der Satellit nach dem Abwurf
der Trägerraketenspitze
von der Trägerrakete,
und die verschiedenen ausklappbaren Strukturen werden je nach den
Anforderungen der Mission von jeweils dem Einzelfall spezifisch
angepassten Ausklappmechanismen ausgeklappt.
-
Beim Start eines geostationären Satelliten bringt
die Trägerrakete
den Satelliten typischerweise auf eine Übergangsbahn, die als Transferbahn
oder "GTO" bezeichnet wird,
was die englischsprachige Abkürzung
für "Geostationary Transfer
Orbit" ist.
-
Anschließend kann er durch die an Bord
eines geostationären
Satelliten befindlichen Antriebsmittel von der Übergangsbahn in seine endgültige orbitale
Position auf dem geostationären
Kreisbogen gebracht werden, der als "GEO" bezeichnet
wird, was die englischsprachige Abkürzung für "Geostationary Earth Orbit" ist.
-
Diese Antriebsmittel bestehen derzeit
meistens aus einem oder mehreren chemischen Verbrennungsmotoren,
die in den Satelliten integriert sind.
-
Um die Kapazität und die Lebensdauer des Satelliten
zu erhöhen,
soll bei einer zukünftigen
Satellitengeneration allgemein die Verwendung elektrischer Antriebe
für die
Positionierung und/oder die Positionsbeibehaltung der Satelliten
eingeführt
werden. Ein derartiger Antrieb wird durch erneuerbare Energie, nämlich die
durch Solarzellen gewonnene Elektrizität, gespeist, wodurch die Nachteile
an Bord befindlicher chemischer Treibstoffe, wie zum Beispiel deren
Masse und deren Lagerplatz, eingeschränkt werden können.
-
Folglich wird eine neue Satellitengeneration mit
elektrischem Antrieb entwickelt und gebaut. Hinsichtlich des Ablaufs
der Positionierung, das heißt dem
Transfer von der Übergangsbahn
zur endgültigen
Orbitalposition auf der geostationären Umlaufbahn, sind mehrere
Optionen möglich.
-
Bei der Verwendung des elektrischen
Antriebs für
den Transfer oder für
einen Teil von diesem muss die Solarenergie aufgegangen werden,
um sie zwecks Versorgung der elektrischen Antriebe in elektrische
Energie umzuwandeln. Dies kann durch ein partielles oder vollständiges Ausklappen
der Solarzellen des Satelliten geschehen. Oder in anderen Szenarien
könnte
der Satellit die Strecke zwischen seiner Übergangsbahn und der geostationären Umlaufbahn
oder einen Teil dieser Strecke mit beim Start an Bord genommener,
chemischer oder elektrochemischer Energie (Batterien) oder gar mit
Kernenergie zurücklegen.
-
In sämtlichen Fällen ist die für den Transfer verfügbare Energie
durch die Mittel zur Energiegewinnung oder -speicherung, die genauestens
ausgelegt werden müssen,
beschränkt.
-
Da demnach in sämtlichen Fällen die verfügbare Energie
genauestens bemessen ist, darf diese während der Transferphase möglichst
nicht vergeudet werden.
-
Durch das Dokument D1 =
EP 0 780 304 A1 ist ein
Raumfahrzeug mit ausklappbaren Kühlern
bekannt, wobei jeder Kühler über zwei
dem Wesen nach parallele Oberflächen
verfügt,
nämlich
eine erste abstrahlende Seite und eine zweite, entgegen gesetzte
und isolierende Seite, sodass während
der Übergangsphase
vom GTO zum GEO die ausklappbaren Kühler in einer Ruheposition
an die Struktur des Satelliten angelegt sind, die abstrahlenden
Flächen
zur Satellitenstruktur zeigen und die isolierenden Seiten zum Weltraumvakuum
gewandt sind, um während
dieser Phase den Heizungsbedarf an Bord zu reduzieren und um somit
an Bord befindliche Energie einzusparen. Dieses System ist in
1 dargestellt und wird nachfolgend
ausführlicher
beschrieben.
-
Es sind andere Raumfahrzeuge mit
ausklappbaren Kühlersystemen
nach herkömmlicher Bauart
bekannt, zum Beispiel durch das Dokument D2 = WO 99/19212, deren
Merkmale mit Hilfe von 2 dieses
Antrages beschrieben werden. Hier handelt es sich um ausklappbare
Kühler
mit zwei abstrahlenden Flächen.
-
Die ausklappbaren Kühler gemäß Dokument 1
sind wegen der Wärmedämmung während der Transferphase
von der Übergangsbahn
zur geostationären
Umlaufbahn sehr effizient. Dagegen wird deren Effizienz als Wärmestrahler
nach ihrer Positionierung in der geostationären Umlaufbahn durch die Tatsache
beeinträchtigt,
dass etwa die Hälfte
der verfügbaren
Oberfläche
isolierend und nicht abstrahlend ist.
-
Die ausklappbaren Kühler gemäß Dokument D2
sind auf beiden Seiten vollständig
abstrahlend, aber sie gewährleisten
keinerlei Wärmedämmung während der
Transferphase. Die Raumfahrzeuge gemäß der Erfindung ermöglichen
die Behebung der Nachteile der herkömmlichen Bauart. Zu diesem Zweck
schlägt
die Erfindung ein Raumfahrzeug mit mindestens einem ausklappbaren
Kühler
vor, der vor dem Ausklappen eine Ruheposition und nach dem Ausklappen
eine ausgeklappte Arbeitsposition einnimmt; der genannte Kühler verfügt über zwei
Hauptflächen,
wobei die erste Fläche
in Ruhestellung an das Raumfahrzeug angelegt ist, die zweite, entgegen gesetzte
Fläche
in Ruhestellung zum All weist, die genannte erste Fläche zumindest
in dem größten Teil ihrer
Oberfläche
abstrahlend ist und zumindest ein Teil der genannten zweiten Fläche wärme gedämmt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass ein wesentlicher Teil der genannten
zweiten Fläche
Wärme abstrahlt und
vor dem Ausklappen des genannten Kühlers durch andere Elemente
des genannten Raumfahrzeuges, die beim Start und zumindest während eines Teils
der Übergangsbahn
des genannten Raumfahrzeuges in seine orbitale Position auf der
geostationären
Umlaufbahn eine Abschirmung bilden, im Wesentlichen verdeckt ist.
-
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal
ist der ausklappbare Kühler
durch einen Halte- und Ausklappmechanismus, der über ein Scharnier und eine Scharnierachse
verfügt,
mit der Struktur des Raumfahrzeuges verbunden, dadurch gekennzeichnet, dass
die genannte Achse in einem Winkel, der gegebenenfalls nicht null
beträgt,
in Bezug auf die Hauptachsen der Struktur des genannten Raumfahrzeuges ausgerichtet
ist. Gemäß einer
besonderen Ausführung
ist das genannte Scharnier an einem als "Kommunikationsmodul" bezeichneten Teil des genannten Raumfahrzeuges
befestigt, wobei dieses Modul im Wesentlichen den Bordausrüstungen
der Nutzlast dient. Gemäß einer
alternativen Ausführung
ist das genannte Scharnier an einem als "Bedienungsmodul" bezeichneten Teil des genannten Raumfahrzeuges
befestigt, wobei dieses Modul im Wesentlichen den Bordausrüstungen
der Plattform dient, die für
die Verfügbarkeit
der Ausrüstungen
der Nutzlast sorgen.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführung verfügt der genannte
Kühler
in ausgeklappter Position über
mindestens einen Freiheitsgrad um mindestens eine Achse herum. Gemäß einer
anderen Ausführung
verfügt
der genannte Kühler
in ausgeklappter Position über
mindestens zwei Freiheitsgrade um mindestens zwei Achsen herum.
Gemäß einer
besonderen Ausführung
ist die Hauptachse des genannten Kühlers in ausgeklappter Position
nicht parallel zu einer Hauptachse des genannten Raumfahrzeuges.
Gemäß einer
anderen besonderen Ausführung
ist die Hauptebene des genannten Kühlers in ausgeklappter Position
nicht parallel zu einer Hauptebene des genannten Raumfahrzeuges.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sowie deren wesentliche Varianten werden bei der Lektüre der folgenden,
ausführlichen
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Abbildungen deutlicher,
wobei
-
die bereits genannte 1 bekannte ausklappbare Kühler nach
herkömmlicher
Bauart zeigt, die eine wärme
gedämmte
Fläche
aufweisen;
-
die bereits genannte 2 bekannte ausklappbare Kühler nach
herkömmlicher
Bauart zeigt, die über
zwei vollständig
abstrahlende Flächen
verfügen;
-
die 3a und 3b schematisch und in einer Ebene
eine erste Ausführung
ausklappbarer Kühler gemäß der Erfindung
zeigen, die in 3a in
Ruheposition an die Struktur des Raumfahrzeuges angelegt sind und
in 3b ausgeklappt sind;
-
die 4a und 4b zwei Perspektivansichten
eines Raumfahrzeuges zeigen, das mit ausklappbaren Kühlern gemäß 3 ausgerüstet ist, die aber ausgeklappt
sind;
-
die 5 eine
weitere Ausführung
eines ausklappbaren Kühlers
gemäß der Erfindung
in Ruheposition zeigt;
-
die 6 den
ausklappbaren Kühler
von 5 in ausgeklappter
Position sowie dessen Verhältnis
zu dem Gesichtsfeld eines Bordinstrumentes zeigt;
-
die 7 den
ausklappbaren Kühler
der 5 in ausgeklappter
Position sowie dessen Verhältnis
zu den Strahlen der chemischen Antriebsdüsen des Raumfahrzeuges zeigt;
-
die 8a und 8b zwei ausklappbare Kühler der 5 in ausgeklappter Position
in perspektivischer Ansicht aus zwei verschiedenen Blickrichtungen
sowie deren Verhältnis
zu den Antennen der Mission zeigen;
-
die 9 die
Bewegung eines Raumfahrzeuges gemäß den 8a und 8b auf
seiner Umlaufbahn um die Erde zeigt;
-
die 10 einen
Mechanismus zeigt, der die Rotation um zwei Achsen ermöglicht.
-
In sämtlichen Abbildungen beziehen
sich dieselben Nummern auf dieselben Teile. Die maßstäbliche Darstellung
wird aus Gründen
der Klarheit und Leserlichkeit nicht immer eingehalten.
-
1 zeigt
einen durch das Dokument D1 bekannten Satelliten 10 nach
herkömmlicher
Bauart. Der Satellit 10 besteht im Wesentlichen aus einem Bedienungsmodul 14 und
einem Kommunikationsmodul 16. Ausklappbare Kühler 28, 30, 32 und 34 sind
in ausgeklappter Position dargestellt.
-
Die abzuführende Wärme, die aus den in der Struktur 12 des
Satelliten 10 befestigten Ausrüstungen stammt, wird mittels
(nicht dargestellter) Wärmerohre,
die an dem oder den Befestigungsscharnier(en) der ausklappbaren
Kühler
an der Struktur 12 des Satelliten über ein flexibles Stück verfügen, zu den
Kühlern
geleitet.
-
Es sind verschiedene Antriebsausrüstungen vorgesehen,
um sowohl während
der Phasen des Transfers des Satelliten von einer Umlaufbahn in eine
andere, als auch während
der Mission des Satelliten dessen Position zu steuern, um die Positionsbeibehaltung
zu gewährleisten.
In 1 sind zwei Paare à zwei
chemische Triebwerke 24 an den Enden der erd abgewandten
Abdeckung des Bedienungsmoduls 14 sowie ein Paar elektrischer
Ionentriebwerke 26 dargestellt. Es sind mehrere Triebwerke
beider Typen vorgesehen, aber sie sind in dieser Abbildung aufgrund
der Perspektive nicht alle sichtbar. Es kann auch für den Transfer
von der Übergangsbahn
in die geostationäre
Umlaufbahn ein (nicht dargestelltes) zentrales Großtriebwerk
mit Verbrennung flüssiger
oder pulverförmiger
Ergole vorhanden sein.
-
In dieser 1 sind weitere ausgeklappte Ausrüstungen
wie zum Beispiel Solarzellenausleger 18 und die großen Antennenreflektoren 20 dargestellt.
In dem Beispiel von 1 stehen
die großen Reflektoren 20 den
primären
Reflektoren 22 gegenüber,
die wiederum den primären
Antennenquellen gegenüberstehen.
-
In dieser 1 ist hinsichtlich einer besseren Einschätzung der
Erfindung die unterschiedliche Beschaffenheit der beiden Flächen jedes
ausklappbaren Kühlers
zu beachten. Tatsächlich
besitzt jeder ausklappbare Kühler 28, 30, 32 und 34 dieses
Beispiels der herkömmlichen
Bauart eine erste abstrahlende Fläche, die mit dem Kennbuchstaben "R" bezeichnet wird, und eine zweite, entgegen
gesetzte und isolierende Fläche,
die mit dem Kennbuchstaben "I" bezeichnet wird;
diese Kennbuchstaben werden der Kennziffer (28, 30, 32, 34)
jedes Kühlers
nachgestellt, was zum Beispiel 28R, 30R, 32I oder 34I ergibt. Die
abstrahlenden und isolierenden Eigenschaften werden in klassischer
Weise mit Hilfe von dem Fachmann bekannten Beschichtungen, wie zum
Beispiel mehreren Isolierschichten (MLI, englischsprachige Abkürzung für "multi-layer insulation") auf der isolierenden
Fläche
und reflektierenden und abstrahlenden Beschichtungen auf den abstrahlenden
Flächen (OSR,
englischsprachige Abkürzung
für "optical solar reflector") erzielt.
-
Das in dem Dokument D2 beschriebene
und in 2 dargestellte
Raumfahrzeug 10 der herkömmlichen Bauart umfasst eine
Struktur 12 mit Solarzellenauslegern 18 und ausklappbaren
Kühlern 48,
die mit der Struktur 12 des Raumfahrzeuges 10 durch
einen Ausklappmechanismus mit einem Scharnier 29 und einer
Scharnierachse verbunden sind, wobei die genannte Achse in Bezug
auf die Hauptachsen der Struktur 12 des genannten Raumfahrzeuges 10 in
einem Winkel positioniert ist, der nicht null ist. Gemäß den Angaben
in dieser 2 sind die
beiden Flächen
der ausklappbaren Kühler abstrahlend,
und sie sind jeweils als solche durch den Kennbuchstaben "R" gekennzeichnet, der der Kennziffer 48 für die Kühler nachgestellt
ist. Nach dem Ausklappen befindet sich die Hauptebene der Kühler in
der Ebene der feststehenden, nach Norden oder Süden ausgerichteten Flächen des
Satelliten, wobei die Hauptachse des Kühlers mit der Achse Satellit-Erde
einen Winkel bildet, der nicht null ist.
-
3a zeigt
schematisch und in einer Ebene eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines ausklappbaren
Kühlers 5 für ein Raumfahrzeug 10, der
sich in Ruheposition befindet. Die Antennenreflektoren 2 sind
an die nach Osten und Westen gewandten Platten des Satellitengehäuses angelegt. Die
Antennenquellen 3 sind im oberen Teil der Abbildung, der
wie üblich
die erd zugewandte Seite darstellt, erkennbar. Die ausklappbaren
Kühler 5 sind
in diesem Beispiel an die nach Norden und Süden gewandten Flächen des
Satelliten 10 angelegt. In dem in diesen 3a und 3b dargestellten
Ausführungsbeispiel
sind diese ausklappbaren Kühler
teilweise durch Solarzellenausleger 18 verdeckt, die wiederum in
Ruheposition an den Satelliten angelegt sind. Ein Teil dieser ausklappbaren
Kühler 5,
der nicht durch eine andere, ausklappbare Ausrüstung verdeckt ist, ist isolierend,
was durch den Kennbuchstaben "I" für "isolierend" nach der Kennziffer "5" angegeben ist. Der verdeckte Teil ist
seinerseits abstrahlend, aber in dieser Zeichnung in Ruheposition
nicht sichtbar.
-
3b zeigt
dasselbe Raumfahrzeug wie in 3a,
aber in ausgeklappter Position. Man erkennt in dieser Ansicht die
Solarzellenausleger 18 an ihren Abschnitten. Wenn die Senkrechte
zu den Platten sich quasi im rechten Winkel zur Richtung Erde-Satellit
befindet, können
die Kühler 5 ausgeklappt werden.
Man erkennt, dass diese Kühler
eine vollständig
abstrahlende Fläche
besitzen, die nach der Kennziffer "5" den
Kennbuchstaben "R" trägt.
-
Der hauptsächliche Vorteil der Erfindung
ist im Vergleich zur der herkömmlichen
Bauart von 1 leicht
verständlich,
da nach der Beschreibung von Dokument D1 bei einer gegebenen Oberfläche eines
ausklappbaren Kühlers
die Hälfte
der Oberfläche
des genannten Kühlers
isolierend ist und demnach nur die Hälfte abstrahlend ist, während ein
ausklappbarer Kühler
gemäß der Erfindung
eine abstrahlende Oberfläche
aufweisen kann, die weit mehr als die Hälfte ausmacht. Der Kühler gemäß der Erfindung
ist folglich bei gleicher Oberfläche
im Hinblick auf die Wärmeabfuhr
leistungsfähiger
als der Kühler gemäß dem Dokument
D1.
-
Der hauptsächliche Vorteil der Erfindung
ist im Vergleich zu der herkömmlichen
Bauart von 2 leicht
verständlich,
da die ausklappbaren Kühler
gemäß Dokument
D2 auf beiden Seiten vollständig
abstrahlen. Das heißt,
dass das Raumfahrzeug während
der Start- und Transferphase
ohne Isolation der Kälte
des Alls ausgesetzt ist. Ein Teil der Bordenergie muss demnach während der
Transferstrecke für
das Beheizen des Raumfahrzeuges zu Lasten der Energie aufwendet
werden, die unter anderem für
den Einsatz einiger für
den Transfer erforderlicher Antriebsmittel benötigt wird.
-
Die Erfindung ermöglicht es demnach, gleichzeitig
den Einsatz der Bordenergie während der
Transferphase sowie die Abstrahlungskapazitäten der ausgeklappten Kühler für die gesamte
Dauer der Mission zu optimieren, nachdem das Raumfahrzeug seine
Position erreicht hat. Die 4a und 4b zeigen schematisch denselben
Satelliten wie die 3a und 3b, wobei dieser jedoch perspektivisch dargestellt
ist. In 4a ist die Nordseite
des Satelliten sichtbar, und in 4b blickt
man auf die Ostseite. In beiden Abbildungen sind dieselben Elemente
erkennbar: die Antennenquellen 3, die Antennenreflektoren 2,
die feststehenden Kühler 4R sowie
die ausklappbaren Kühler 5 mit
einer ersten, vollständig abstrahlenden
Seite 5R, die in Ruheposition an den feststehenden Kühler 4R angelegt
wird, und einer zweiten Seite, von der ein Teil 5I isolierend
ist und ein zweiter, wesentlicher Teil 5R Wärme abstrahlt.
Während
der orbitalen Transferphase wird dieser zweite abstrahlende Teil 5R der
zweiten Seite des genannten Kühlers
durch eine andere, ausklappbare Ausrüstung, zum Beispiel durch die
(nicht dargestellten) Solarzellenausleger, durch ausklappbare Antennenreflektoren
oder durch jegliche andere Ausrüstung verdeckt,
die während
der Transferphase nicht ausgeklappt werden muss. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines ausklappbaren Kühlers gemäß der Erfindung
in Ruheposition. Hier ist ein größerer Kühler als
in den vorhergehenden Abbildungen erkennbar, der jedoch dieselben
Eigenschaften besitzt. Eine erste abstrahlende Fläche, die
in dieser Zeichnung nicht sichtbar ist, ist an die Nordseite des Kommunikationsmoduls 16 angelegt.
Die zweite Seite des Kühlers
umfasst einen ersten, wärmegedämmten Teil 5I und
einen zweiten, Wärme
abstrahlenden Teil 5R, wobei dieser zweite, abstrahlende
Teil im Wesentlichen durch andere, (nicht dargestellte) ausklappbare
Elemente verdeckt wird, die während der
Transferstrecke des Raumfahrzeuges eine Abschirmung bilden. Der
Kühler
ist mit dem Kommunikationsmodul 16 durch ein Scharnier 6 mit
einer Scharnierachse verbunden. Wie in der Zeichnung dargestellt
ist die Scharnierachse in Bezug auf die Hauptachsen des Raumfahrzeuges
in einem Winkel positioniert, der nicht null ist. Der Kühler kann
aufgrund des nicht null betragenden Winkels in ausgeklappter Position
außerhalb
des Gesichtsfeldes der Fühler,
außerhalb
der Strahlen der chemischen Triebwerke oder Ionenantriebe und gegebenenfalls außerhalb
der Strahlungsfelder der Antennen, ihrer Reflektoren und ihrer Quellen
positioniert werden. Diese Anordnung ist in den folgenden Abbildungen noch
deutlicher dargestellt.
-
6 zeigt
schematisch und in einer Ebene den ausklappbaren Kühler 5R von 5 in ausgeklappter Position.
Das Scharnier 6 ist am Kommunikationsmodul 16 montiert,
und die Scharnierachse 6 ist in Bezug auf die Hauptachsen
des Raumfahrzeuges in einem Winkel angeordnet, der nicht null ist. Das
Gesichtsfeld eines Fühlers
ist in der Zeichnung mit der Ziffer 11 bezeichnet. Es handelt
sich zum Beispiel um einen Positionsfühler in der Art eines Sternsensors.
Es ist erkennbar, dass die Positionierung der Scharnierachse in
Bezug auf die Hauptachsen des Raumfahrzeuges in einem Winkel, der
nicht null beträgt,
das Ausklappen des Kühlers
außerhalb
des Gesichtsfeldes 11 des Positionsfühlers ermöglicht. Ein Ausklappen, wodurch
die Hauptebene des Kühlers
in eine Position gebracht wird, die diesen gegenüber den feststehenden Ebenen
der Nord- und Südseiten
des Satelliten in nicht kollinearer Weise anordnet, trägt ebenfalls
dazu bei. Außerdem
ist es zwecks einer Erleichterung der industriellen Fertigung von Raumfahrzeugen
in einer größeren Stückzahl mit ausklappbaren
Kühlern
gemäß der Erfindung
wünschenswert,
das Raumfahrzeug mit einer Modularität dieser Komponenten, zum Beispiel
einem Bedienungsmodul 14 und einem Kommunikationsmodul 16,
zu planen. In den meisten Fällen
sind die Wärmequellen
an Bord im Kommunikationsmodul 16 konzentriert; es ist
demnach logisch, das Scharnier 6 an diesem Kommunikationsmodul 16 zu
befestigen, und die Wärmeleitung
vom Kommunikationsmodul zu dem ausklappbaren Kühler am Scharnier 6 mithilfe von
einem oder mehreren flexiblen Wärmerohren oder
mithilfe von einer oder mehreren Kühlschleifen (nicht dargestellt)
vorzusehen.
-
In einer weiteren, nicht dargestellten
Ausführung
könnte
man es vorziehen, das Scharnier 6 am Bedienungsmodul 14 zu
befestigen, das für
eine ganze Vielfalt verschiedener Kommunikationsmodule innerhalb
einer Baureihe von Satelliten dieselbe Konstruktion aufweisen könnte.
-
7 zeigt
schematisch eine Detailansicht ausklappbarer Kühler in ausgeklappter Position
an der erd abgewandten Seite des Raumfahrzeuges. Hier ist im Vordergrund
die abstrahlende Fläche 5R eines
ersten, an der Ost- oder Westseite des Raumfahrzeuges um die Scharniere 6 ausklappbaren
Kühlers
wie in dem Beispiel von 6 mit
einer Scharnierachse erkennbar, die in Bezug auf die Hauptachsen
des Raumfahrzeuges in einem Winkel positioniert ist, der nicht null
beträgt,
sowie ein Teil eines zweiten, ausklappbaren Kühlers, der an der entgegen
gesetzten Seite des Raumfahrzeuges (Nord- beziehungsweise Südseite)
befestigt ist und der wie in dieser 7 dargestellt
einen isolierenden Teil 5I und einen abstrahlenden Teil 5R aufweist.
In dieser Abbildung sind ebenfalls die Hüllkurven von Strahlen 23 und 25 eines
chemischen Triebwerks 24 zu sehen. Es ist festzustellen,
dass durch die Form des Kühlers 5R sowie
durch dessen Positionierung gegenüber dem Raumfahrzeug in ausgeklappter
Position vermieden werden kann, dass der Kühler Verbrennungsprodukte aufnimmt.
-
In dieser 7 ist der Strahl 23 als Volumen dargestellt,
und es ist sein geometrisches Verhältnis zum Kühler erkennbar. Dieser Strahl
kann vom Kühler
nur dann vollständig
gemieden werden, wenn wie in dieser 7 dargestellt
eine Hauptebene des genannten Kühlers
in ausgeklappter Position nicht mit einer Hauptebene des genannten
Raumfahrzeuges parallel ist.
-
Die 8a und 8b zeigen schematisch und in
einer Perspektive die Nordbeziehungsweise Ostseite eines Satelliten
mit ausklappbaren Kühlern
gemäß den Darstellungen
in den 5, 6 und 7, wobei sich diese Kühler in ausgeklappter Position
befinden. Da sämtliche
Kennziffern mit den Kennziffern der vorhergehenden Abbildungen identisch
sind, wird die ausführliche
Beschreibung hier nicht wiederholt. In der 8b ist insbesondere zu erkennen, dass
die Hauptebenen der Kühler
in ausgeklappter Position zu den Hauptebenen des Raumfahrzeuges
aus den oben erwähnten
Gründen
nicht parallel sind.
-
9 zeigt
die Bewegung eines Raumfahrzeuges 10 gemäß den 8a und 8b auf seiner Umlaufbahn O um die Erde
E. Es ist erkennbar, dass sich die Sonne S nicht in der Ebene der
geostationären
Umlaufbahn O des Raumfahrzeuges 10 um die Erde E befindet.
Dies hat zur Folge, dass sich der Winkel der Sonnenstrahlen, die
auf den Satelliten 10 und folglich auf diese Kühler 5R auftreffen,
in Abhängigkeit
von der Position des Raumfahrzeuges 10 auf der Umlaufbahn
O sowie in Abhängigkeit
von der Jahreszeit ändert.
Die Leistungsfähigkeit
eines Kühlers
ist umso größer, je
geringer dessen Sonnenbestrahlung und demnach die Absorption von
Sonnenergie ist. Die Absorption von Sonnenenergie verändert sich
in Abhängigkeit
von dem Winkel der einfallenden Sonnenstrahlen auf die abstrahlende
Oberfläche 4R und 5R.
Diese Veränderung
kann als eine Funktion des Skalarprodukts n.s eines senkrecht zur abstrahlenden
Oberfläche 5R befindlichen
Vektors n und einem parallel zu den Sonnenstrahlen verlaufenden
Vektors s ausgedrückt
werden. Mit einer Motorisierung eines um mindestens eine Rotationsachse klappbaren
Kühlers
können
dieses Skalarprodukt n.s und somit die Absorption der Sonnenenergie
durch diesen Kühler
minimiert und folglich dessen Leistung bei der Wärmeabgabe optimiert werden.
Mit einer Motorisierung eines um mindestens zwei Achsen klappbaren
Kühlers
wird es möglich,
das Skalarprodukt n.s hinsichtlich einer maximalen Leistung des Kühlers bei
null zu halten.
-
Die 10 zeigt
einen Mechanismus, der die Rotation um zwei Achsen ermöglicht.
Diese Art von Mechanismus ist dem Fachmann wohlbekannt. Sie umfasst
eine erste, untere Befestigung 41, die einen (nicht dargestellten)
Ringmotor enthält,
mit dem eine Rotation um eine erste Achse 42 einer zweiten Zwischenhalterung 43 erreicht
werden kann, die wiederum einen zweiten (nicht dargestellten) Ringmotor enthält, mit
dem eine zwei Rotation um eine zweite Achse 44 einer dritten
Schnittstellenhalterung der zu drehenden Ausrüstung erreicht werden kann.
Die Verkabelung 46 ermöglicht
die Übertragung
von Fernmessungssignalen der Position der beiden Motoren sowie die
zur Erzielung der Rotation erforderliche Stromversorgung. Ein derartiger
Mechanismus mit zwei Achsen, der zwischen der Struktur des Satelliten 10 und
den ausklappbaren Kühlern
oder innerhalb des ausklappbaren Kühlers (Schnittstelle Auslegerarm – Abstrahlungsplatten)
installiert wird, ermöglicht
auf der gesamten Umlaufbahn O die Erzielung eines Skalarprodukts
n.s, das gleich null ist.
-
Die mithilfe dieser wenigen Ausführungsbeispiele
und ihren erläuternden
Abbildungen beschriebene Erfindung ist keineswegs auf diese spezifischen
Beispiele beschränkt.
-
Beispielsweise ist die dargestellte
Form der Kühler "L"-förmig,
aber es sind mühelos
weitere Formen, wie zum Beispiel ein Dreieck oder andere, vorstellbar,
um eine optimale Anordnung am Raumfahrzeug zu erzielen. Die Anordnung
der Kühler
wurde an den Rändern
der Satellitenstruktur oder an der erd abgewandten Seite in ausgeklappter
Position dargestellt, aber es ist leicht vorstellbar, diese an anderer Stelle
an der Struktur des Raumfahrzeuges zu positionieren. Die angeführten Beispiele
betreffen hauptsächlich
Satelliten, aber sie können
auch interplanetare Sonden, bemannte Flüge oder jegliches andere Raumfahrzeug
betreffen, das eine zusätzliche
Wärmeableitungskapazität erfordert.