ES2319526T3 - Dispositivo de soporte de elementos de un equipo espacial, con laminas flexibles desplegables. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (D) de soporte de unos elementos primero (M1) y segundo (M2) de un equipo espacial, que comprende al menos dos láminas flexibles desplegables (Oij) que comprenden cada una unos extremos primero (EX1) y segundo (EX2) respectivamente que pueden estar unidos a dichos elementos primero (M1) y segundo (M2) y dispuestos cada uno para tomar al menos una posición inicial plegada mediante curvaturas y una posición final desplegada en las que mantienen el primer elemento (M1) alejado del segundo elemento (M2) unas distancias seleccionadas primera y segunda respectivamente, siendo dicha segunda distancia superior a la primera distancia; caracterizado porque comprende tres pares de láminas en cada uno de los cuales dos de dichas láminas (Oi1, Oi2) constituyen dos lados no paralelos de un trapecio (Ti) una vez colocadas en sus respectivas posiciones finales.
Description
Dispositivo de soporte de elementos de un equipo
espacial, con láminas flexibles desplegables.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La invención se refiere a equipos embarcados en
satélites, y más particularmente a los dispositivos que soportan a
ciertos elementos de estos equipos.
En este documento se entiende por "equipo
embarcado" cualquier equipo unido al menos parcialmente a al
menos un satélite. Puede tratarse particularmente de un instrumento
de observación, que cumplirá una misión de observación espacial y,
por ejemplo, constituido por uno o más telescopios espaciales,
opcionalmente distribuidos en varios satélites, o de al menos una
antena de radar, o bien de una tobera de plasma o también de un
sensor.
Por otro lado, en este documento se entiende por
"misión de observación espacial" tanto las misiones para
observar la Tierra desde el espacio, como las misiones para observar
una parte del universo desde el espacio.
Para cumplir misiones de observación, algunos
satélites comprenden al menos una parte de un instrumento de
observación, como por ejemplo un telescopio espacial, por ejemplo de
tipo Cassegrain, Grégory, Korsch, Ritchey-Chrétien
o Newton.
Dichos telescopios comprenden al menos un
dispositivo de soporte que mantendrá a un primer elemento, tal como
un espejo (opcionalmente de tipo primario (y denominado
frecuentemente colector de flujo)), alejado una distancia
seleccionada de un segundo elemento, tal como un espejo
(opcionalmente de tipo secundario) o una parte de un detector,
implantada a nivel del plano focal donde se forman las imágenes.
Dicho dispositivo constituye con los elementos que soporta una
estructura de configuración geométrica fija. Esta última tiene unas
dimensiones para soportar las tensiones mecánicas debidas a la
gravedad y a las cargas (o fuerzas) experimentadas durante las
diferentes fases del lanzamiento, y particularmente durante el
despegue del cohete en el que se embarca el satélite equipado con
el dispositivo.
Una vez que comienza la misión, las cargas
soportadas por la estructura son muy reducidas, incluso casi nulas.
La estructura se muestra por lo tanto sobredimensionada durante todo
su periodo de vida operativa, lo que induce una inercia,
particularmente transversal, mayor de la que es realmente necesaria.
Al no perderse reducir esta inercia excesiva en órbita, limita la
velocidad de variación de la orientación del telescopio y por lo
tanto el tiempo durante el cual puede adquirir imágenes, lo que es
particularmente perjudicial cuando está embarcado en un satélite
llamado AGILE y/o cuando debe realizarse un mosaico de imágenes
(debido a que el campo del instrumento es inferior al campo a
observar).
Además, el sobredimensionamiento de la
estructura de soporte se traduce en una masa y un volumen
adicionales que imponen la utilización de cohetes de mayor
capacidad de carga y/o pueden limitar el número de satélites que un
mismo cohete puede lanzar.
Los documentos US 5003736 y US 3474488 describen
dispositivos de soporte con láminas flexibles desplegables.
Por lo tanto, la invención tiene por objeto
mejorar la situación. La invención propone para ello un dispositivo
de soporte de unos elementos primero y segundo de un equipo espacial
(como por ejemplo un instrumento de observación), que se embarcará
en al menos un satélite, que comprende:
al menos dos láminas flexibles que pueden ser
desplegadas (o más sencillamente desplegables) que comprenden cada
una unos extremos primero y segundo unidos a los elementos primero y
segundo respectivamente y dispuestos cada uno para tomar al menos
unas posiciones inicial (plegada por curvaturas) y final
(desplegada) en las que mantienen el primer elemento alejado del
segundo elemento unas distancias seleccionadas primera y segunda
respectivamente, siendo la segunda distancia superior a la
primera;
tres pares de láminas en cada uno de los cuales
las dos láminas pueden constituir dos lados no paralelos de un
trapecio una vez colocadas en sus respectivas posiciones
finales;
como variante, tres pares de láminas en cada uno
de los cuales las dos láminas pueden constituir dos lados de un
triángulo una vez colocadas en sus respectivas posiciones
finales.
El dispositivo de soporte de acuerdo con la
invención puede comprender otras características que pueden tomarse
por separado o en combinación y particularmente:
- Las láminas de cada par pueden ser de
longitudes idénticas para que el trapecio correspondiente sea de
tipo isósceles.
- Las láminas de cada par pueden ser de
longitudes idénticas para que el triángulo correspondiente sea de
tipo isósceles.
- Un primer marco en el que pueden fijarse el
primer elemento y el primer extremo de cada lámina, con el fin de
estar unido al primer elemento, y un segundo marco en el que pueden
fijarse el segundo elemento y el segundo extremo de cada lámina,
con el fin de estar unido al segundo elemento.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- Los extremos primero y segundo de cada lámina
pueden fijarse respectivamente a los marcos primero y segundo
mediante una unión mecánica y/o un material de inmovilización
destinados a bloquear cualquier grado de libertad de
movimiento.
- Cada lámina puede comprender una primera
sub-lámina que comprende el primer extremo y un
tercer extremo y una segunda sub-lámina que
comprende el segundo extremo y un cuarto extremo. En este caso,
puede preverse un tercer marco intercalado entre los marcos primero
y segundo y en el que se fijan el tercer extremo de cada primera
sub-lámina y el cuarto extremo de cada segunda
sub-lámina.
- Los extremos tercero y cuarto de cada primera
sub-lámina y cada segunda sub-lámina
pueden fijarse al tercer marco mediante una unión mecánica y/o un
material de inmovilización destinados a bloquear cualquier grado de
libertad de movimiento.
- Medios de amortiguación pueden encargarse de
amortiguar el desplazamiento del segundo elemento cuando cada
lámina alcanza su posición final.
- Medios de guía pueden encargarse de guiar una
parte al menos del desplazamiento del segundo elemento cuando cada
lámina evoluciona de su posición inicial (plegada o bobinada o
enrollada) a su posición final (desplegada o desbobinada o
desenrollada), o en otras palabras limitar la cinemática del
movimiento de despliegue.
- Medios de desplazamiento pueden encargarse de
desplazar el primer extremo y/o el segundo extremo de al menos una
de las láminas para controlar su posición final y el posicionamiento
del primer elemento con respecto al segundo elemento.
- Medios de inmovilización plegables pueden
encargarse de inmovilizar el primer elemento y/o el segundo elemento
con respecto a una estructura rígida del equipo hasta que cada
lámina esté colocada en su posición inicial.
- Cada lámina flexible puede disponerse para que
soporte al menos dos curvaturas en al menos un plano seleccionado
cuando está colocada en la posición inicial.
- Cada lámina flexible es por ejemplo capaz de
soportar al menos dos curvaturas en un mismo plano cuando está
colocada en su posición inicial.
- Como variante cada lámina flexible es por
ejemplo capaz de soportar al menos dos curvaturas en al menos dos
planos diferentes cuando está colocada en su posición inicial.
- Cada lámina flexible puede estar realizada en
fibras de carbono.
- El primer elemento es por ejemplo un espejo,
opcionalmente de tipo primario.
- El segundo elemento es por ejemplo un espejo
secundario o una parte de un detector, instalada en un plano
focal.
La invención también propone un equipo espacial,
de tipo instrumento de observación, que comprende al menos un
conjunto de elementos primero y segundo soportado por al menos un
dispositivo de soporte del tipo presentado anteriormente.
Otras características y ventajas de la invención
surgirán con el examen de la descripción detallada a continuación y
de los dibujos adjuntos, en los que:
- las figuras 1A y 1B ilustran de forma muy
esquemática, respectivamente en vistas en corte transversal (y
diametral) y desde arriba, un dispositivo de soporte de elementos de
telescopio, de acuerdo con el estado de la técnica, colocado en su
posición inicial (láminas plegadas mediante curvaturas),
- la figura 2 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista lateral, el dispositivo de soporte de las figuras 1A y
1B, cuando está colocado en su posición final (desplegada),
- la figura 3 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista lateral, un ejemplo de realización de medio de
desplazamiento de tipo "reptador" (o "inchworm"),
- la figura 4 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista en perspectiva, un primer ejemplo de realización de un
dispositivo de soporte de elementos de telescopio, de acuerdo con la
invención, colocado en su posición final (desplegada),
- la figura 5 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista superior ligeramente deformada, el primer ejemplo de
realización del dispositivo de soporte de la figura 4, cuando está
colocado en su posición final (desplegada),
- la figura 6 ilustra de forma muy esquemática y
parcial, en una vista en perspectiva, un ejemplo de modo de
fijación de un segundo espejo en un segundo marco,
- la figura 7 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista lateral, el primer ejemplo de realización del
dispositivo de soporte de la figura 4, cuando está colocado en su
posición inicial (láminas plegadas mediante curvaturas),
- la figura 8 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista lateral, el primer ejemplo de realización del
dispositivo de soporte de la figura 4, cuando está colocado en su
posición final (desplegada),
- la figura 9 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista en perspectiva, un ejemplo de modo de fijación de las
láminas flexibles desplegables de un dispositivo de soporte de
acuerdo con la invención,
- la figura 10 ilustra de forma esquemática, en
una vista en perspectiva, un segundo ejemplo de realización de un
dispositivo de soporte de elementos de telescopio, de acuerdo con la
invención, colocado en su posición final (desplegada), y
- la figura 11 ilustra de forma muy esquemática,
en una vista superior, el segundo ejemplo de realización del
dispositivo de soporte de la figura 10, cuando está colocado en su
posición final (desplegada).
\vskip1.000000\baselineskip
Los dibujos adjuntos no solamente servirán para
completar la invención, sino también, llegado el caso, para
contribuir a su definición.
La invención tiene por objeto permitir la
reducción de la masa y de la inercia, particularmente transversal,
de un equipo espacial embarcado en al menos un satélite que se
pondrá en órbita por medio de un cohete (o de una lanzadera).
Para ello, la invención propone un dispositivo
de soporte (D) que soportará a al menos dos elementos de un equipo
espacial, embarcados en un mismo satélite.
En lo sucesivo se considera que el equipo
espacial es un instrumento de observación tal como un telescopio
embarcado en un satélite de observación, por ejemplo de tipo
AGILE.
Sin embargo, la invención no se limita a este
tipo de equipo espacial. En efecto, podría tratarse de un
instrumento de observación constituido por varios telescopios
distribuidos por varios satélites que vuelan en formación, o bien
de una antena de radar que comprende un primer elemento tal como un
reflector y un segundo elemento tal como una fuente. También podría
tratarse de toberas llamadas de plasma para controlar la actitud de
vuelo del satélite y que deben desplegarse una vez que el satélite
en órbita, para aumentar el brazo de palanca para reducir las
fuerzas a aplicar. También podría tratarse de sensores de los que
una parte, para la adquisición de datos, debe estar separada del
satélite una vez que éste está en su órbita, para que no sufra
perturbaciones electromagnéticas o simplemente eléctricas.
El dispositivo de soporte (D) de acuerdo con la
invención forma parte del equipo, en este caso un telescopio, del
que soporta al menos dos de los elementos y generalmente está unido
a la estructura del satélite. Cuando el instrumento de observación
está constituido por varios telescopios embarcados en varios
satélites, comprende varios conjuntos de elementos primero y
segundo, cada uno soportado por un dispositivo de soporte D
instalado en uno de los satélites.
En lo sucesivo, se considera como ejemplo no
limitante que el telescopio es de tipo Cassegrain y que los dos
elementos soportados por el dispositivo de soporte (D) de acuerdo
con la invención son un espejo llamado "primario" y un espejo
llamado "secundario".
Sin embargo, la invención no se limita a este
tipo de telescopio espacial. La invención se refiere en efecto a
todos los telescopios (o instrumentos de observación) en los que dos
elementos que participan en la observación (o adquisición de datos)
deben estar alejados uno del otro una distancia seleccionada. Estos
dos elementos pueden, por consiguiente, ser dos espejos (siendo uno
de tipo primario y el otro de tipo secundario), como por ejemplo en
el caso de los telescopios de tipo Grégory, Korsch o
Ritchey-Chrétien, o un espejo y una parte de un
detector, implantada a nivel del plano focal donde se forman las
imágenes, como por ejemplo en el caso de un telescopio de tipo
Newton, o también un espejo plano de reenvío y otro espejo.
Se hará referencia en primer lugar a las figuras
1 y 2 para describir un dispositivo de soporte D de acuerdo con el
estado de la técnica.
El dispositivo de soporte D comprende al menos
dos láminas flexibles desplegables O1 y O2 que comprenden cada una
unos extremos primero EX1 y segundo EX2 respectivamente unidos al
espejo primario M1 y al espejo secundario M2 del telescopio (o a la
parte de un detector situada en el plano focal).
En el ejemplo ilustrado en las figuras 1 y 2, el
dispositivo de soporte D solamente comprende dos láminas flexibles
desplegables O1 y O2. Sin embargo, como se verá a continuación, el
dispositivo puede comprender varias de estas láminas, por ejemplo
tres o cuatro, o incluso más.
Es importante observar que la unión de los
extremos EX1 y EX2 de cada lámina O1, O2 a los espejos primario M1
y secundario M2 puede ser directa o indirecta. En el ejemplo
ilustrado en las figuras 1 y 2, esta unión es indirecta. Más
exactamente, el dispositivo de soporte D comprende, por un lado, un
primer marco rígido C1 en el que se fija el espejo primario M1 y el
primer extremo EX1 de cada lámina flexible O1, O2, y por otro lado,
un segundo marco rígido C2 en el que se fija el espejo secundario M2
y el segundo extremo EX2 de cada lámina flexible O1, O2.
En el ejemplo ilustrado esquemáticamente en las
figuras 1 y 2, el segundo marco C2 presenta un diámetro menor que
el del primer marco C1. Sin embargo, como se verá a continuación en
referencia a las figuras 4 a 9, los marcos primero C1 y segundo C2
pueden presentar diámetros prácticamente idénticos.
Puede preverse cualquier medio de fijación para
unir los extremos primero EX1 y segundo EX2 de cada lámina O1, O2
(en este caso) a los marcos primero C1 y segundo C2. Esto puede
realizarse por ejemplo por medio de una unión mecánica que
bloqueará cualquier grado de libertad de movimiento. Como variante o
como complemento, puede sumergirse (o "encapsularse") cada
extremo EX1, EX2 en un material de inmovilización, como por ejemplo
una resina polimerizable, para bloquear cualquier grado de libertad
de movimiento.
Las láminas O1, O2 se disponen de modo que tomen
al menos posiciones iniciales replegadas mediante curvaturas en las
que mantienen al espejo primario M1 alejado del espejo secundario M2
una primera distancia seleccionada, y posiciones finales
desplegadas en las que mantienen al espejo primario M1 alejado del
espejo secundario M2 una segunda distancia seleccionada, superior a
la primera.
Es importante observar que los repliegues (o las
curvaturas) de una lámina flexible O1, O2 pueden estar todos
situados prácticamente en un mismo plano, o bien en al menos dos
planos diferentes (debido a su flexibilidad). Por otro lado, los
repliegues (o las curvaturas) de las diferentes láminas flexibles O1
y O2 no son necesariamente idénticos entre sí.
Pueden utilizarse por ejemplo láminas flexibles
curvadas, del tipo que se ilustra parcialmente en la figura 6. Cada
lámina flexible O1, O2 podría disponerse en forma de cinta métrica
metálica. Sin embargo, para presentar la estabilidad térmica
requerida, cada lámina O1, O2 se realiza preferiblemente en fibras
de carbono.
Cada lámina flexible también puede estar
constituida por dos láminas de tipo cinta métrica, unidas por sus
bordes longitudinales y posicionadas de modo que las cavidades
definidas por sus convexidades estén una frente a la otra una vez
colocadas en la posición final. Cuando están en posición plegada,
las dos láminas están aplastadas una contra la otra y están
desprovistas de convexidad.
Como se ilustra esquemáticamente en la figura
1A, cada lámina flexible O1, O2 soporta al menos dos curvaturas en
al menos un plano seleccionado cuando está colocada en su posición
inicial. El número de curvaturas que debe soportar una lámina
flexible depende de hecho del espacio disponible para el repliegue
y/o de la longitud que debe presentar cuando está desplegada, es
decir colocada en su posición final ilustrada en la figura 2 y/o de
su límite elástico que está asociada a un radio de curvatura mínimo
por debajo del cual puede deformarse definitivamente
(deslaminarse).
Como se ilustra en la figura 1A, cuando las
láminas O1 y O2 están colocadas en su posición inicial plegada los
espejos primario M1 y secundario M2 están cerca, para hacer compacto
(o para reducir su extensión longitudinal inicial de) lo que
especialista en la técnica llama habitualmente el "tubo" del
telescopio, siguiendo su eje de revolución XX, mientras que el
satélite en el que está embarcado no alcance su órbita de
misión.
Gracias a esta compacidad (o este reducido
volumen) y a la estructura aligerada que ofrece el dispositivo de
soporte D, puede utilizarse un cohete de menor capacidad de carga
y/o aumentar el número de satélites que un cohete puede poner en
órbita (o lanzar).
Al estar la estructura de soporte aligerada, es
preferible prever medios de inmovilización para inmovilizar,
durante la fase de lanzamiento, el espejo secundario (segundo
elemento) M2 (o más exactamente el segundo marco C2 al que está
fijado), así como opcionalmente cada lámina flexible desplegable O1,
O2, con respecto a la estructura principal del telescopio (a la que
está fijado el espejo primario (primer elemento) M1 (o más
exactamente el primer marco C1 al que está fijado)). Para ello
puede utilizarse cualquier medio de inmovilización plegable
conocido por el especialista en la técnica.
Como se ilustra en la figura 2, cuando las
láminas O1 y O2 están colocadas su posición final desplegada los
espejos primario M1 y secundario M2 están alejados de la segunda
distancia seleccionada, que es en la cual el telescopio funciona de
forma óptima. El volumen del tubo del telescopio es por lo tanto
notablemente mayor que cuando las láminas O1 y O2 están en su
posición inicial plegada. Sin embargo, al estar aligerada la
estructura de soporte, se reduce la inercia del telescopio, aunque
la velocidad a la que puede desviarse su orientación se incrementa,
permitiendo de este modo aumentar el tiempo durante el cual puede
adquirir imágenes.
Al estar los extremos primero EX1 y segundo EX2
de cada lámina O1 y O2 fijados en dos partes de los marcos primero
C1 y segundo C2 que se sitúan en la periferia de los espejos
primario M1 y secundario M2, ninguna lámina O1, O2 se encuentra en
la trayectoria de los fotones recogidos por el telescopio. En otras
palabras, la o las láminas flexibles desplegables respetan el campo
de visión del telescopio.
Las láminas flexibles Oij se mantienen
preferiblemente durante la fase de lanzamiento en su posición
inicial (bajo tensión elástica) gracias a medios de inmovilización
plegables (no se representan). También es preferible prever medios
de inmovilización plegables para inmovilizar durante la fase de
lanzamiento el espejo secundario (segundo elemento) M2 (o más
exactamente el segundo marco C2 al que está fijado), con respecto a
la estructura principal del telescopio (a la que está fijado el
espejo primario (primer elemento) M1 (o más exactamente el primer
marco C1 al que está fijado)). Para ello puede utilizarse cualquier
medio de inmovilización plegable conocido por el especialista en la
técnica.
Por otro lado, debido al choque sufrido por el
espejo secundario M2 cuando las láminas flexibles O1 y O2 liberadas
alcanzan su posición final, es preferible prever medios encargados
de amortiguar el desplazamiento de dicho espejo secundario M2. Para
ello puede utilizarse cualquier medio de amortiguación conocido por
el especialista en la técnica, y particularmente el utilizado para
la amortiguación de paneles solares desplegables.
Además, para evitar que el despliegue simultáneo
de las diferentes láminas O1 y O2 provoque un posicionamiento
inadecuado del espejo secundario M2, pueden preverse medios de guía.
Estos últimos se encargan entonces de guiar una parte al menos del
desplazamiento del espejo secundario M2 (segundo elemento) durante
la transición de las láminas O1 y O2 de su posición inicial plegada
hacia su posición final desplegada. Para ello puede utilizarse
cualquier medio de guía conocido por el especialista en la técnica,
y particularmente cables o alambres que unen los marcos primero C1
y segundo C2 (por ejemplo).
Además, para permitir desorientaciones muy
reducidas del espejo secundario (segundo elemento) M2 con respecto
al espejo primario (primer elemento) M1, el dispositivo de soporte
puede comprender medios de desplazamiento. Estos últimos se
encargan más exactamente de desplazar el primer extremo E1 y/o el
segundo extremo E2 de al menos una de las láminas flexibles O1 y O2
con respecto al marco C1 o C2 al que está unida, para controlar su
posición final y por lo tanto el posicionamiento del espejo
secundario M2 con respecto al espejo primario M1.
Para ello puede utilizarse cualquier medio de
desplazamiento conocido por el especialista en la técnica, y
particularmente componentes piezoeléctricos que permiten un
desplazamiento llamado "de oruga", tales como los actuadores
del tipo llamado "reptador" (o "inchworm").
Los inchworms (o actuadores paso a paso del tipo
de reptado) permiten realizar desplazamientos relativos de mayor
amplitud con resoluciones muy pequeñas. Pueden utilizarse para
realizar despliegues de estructuras micrométricas, tales como las
estructuras de telescopios espaciales de despliegue en órbita, para
los que grandes oscilaciones iniciales (típicamente del orden de 3
metros y más) van junto con ajustes de amplitud muy reducida
(típicamente varios micrómetros) durante todo el periodo de vida
del instrumento de observación.
Se ha representado esquemáticamente en la figura
3 un ejemplo de estribo ET que permite desplazarse paso a paso en
un tubo de guía gracias a tres actuadores piezoeléctricos AA, AB y
AC que funcionan según dos secuencias posibles: marcha hacia
delante o marcha atrás. Los actuadores AA y AB son pinzas eléctricas
que permiten bloquear una u otra de las patas del estribo en el
tubo de guía. El cuerpo del estribo puede alargarse gracias al
actuador AC, que de este modo hace deslizar la pata libre sobre el
tubo. Este último puede sustituirse por una lámina flexible y el
estribo puede estar unido a uno de los marcos que constituyen el
tubo del telescopio, esta vez.
A continuación nos remitimos a las figuras 4 a 9
para describir un primer ejemplo de realización de un dispositivo
de soporte D de acuerdo con la invención.
En este primer ejemplo de realización, el
dispositivo de soporte D comprende seis láminas flexibles
desplegables Oij, que cooperan por pares. En este caso, El índice i
está comprendido entre 1 y 3 y permite designar un par de láminas,
y el índice j está comprendido entre 1 y 2 y permite diferenciar las
dos láminas de un mismo par. Por consiguiente, el primer par (i=1)
comprende las láminas O11 y O12, el segundo par (i=2) comprende las
láminas O21 y O22, y el tercer par (i=3) comprende las láminas O31 y
O32.
Cualquier medio de fijación puede preverse para
unir los extremos primero EX1 y segundo EX2 de cada lámina Oij (en
este caso) a los marcos primero C1 y segundo C2.
Las seis láminas flexibles están ligeramente
desviadas hacia el exterior del tubo gracias a las patas de fijación
Pkn para no interceptar el flujo óptico útil (delimitado en este
caso por el diámetro interno de los marcos C1 y C2).
En este caso, los marcos primero C1 y segundo C2
presentan diámetros prácticamente idénticos. Sin embargo, esto no
es obligatorio. El segundo espejo M2, que es más pequeño que el
primer espejo M1, se une entonces preferiblemente al segundo marco
C2 por medio de tres láminas rígidas colocadas de forma tangencial a
120º unas de otras, por ejemplo. Dicho modo de fijación se ilustra
parcial y esquemáticamente en la figura 6.
En este modo de fijación, se prevé una caja B
que contiene un dispositivo de fijación de espejo (DFM), que no se
representa, en el que se pegará el segundo espejo M2. El dispositivo
de fijación de espejo (intermedio entre la caja B y el segundo
espejo M2) tiene el papel de filtrar las tensiones debidas a
tornillos de fijación (ajuste) que podrían deformar el segundo
espejo M2.
La caja B está fijada al segundo marco C2 por
medio de un dispositivo, denominado generalmente araña, y
constituido por tres láminas rígidas L1 a L3 tangentes a la
superficie lateral de dicha caja B. La dilatación de las láminas
(debida por ejemplo al desconocimiento de la temperatura exacta de
funcionamiento del telescopio en órbita) se traduce en una rotación
de la caja B que no desajusta el instrumento de observación y no
conlleva tensiones sobre el segundo espejo M2.
La unión de los extremos primero EX1 y segundo
EX2 puede realizarse por ejemplo por medio de una unión mecánica
que bloqueará cualquier grado de libertad de movimiento. Un ejemplo
de unión mecánica se ilustra en la figura 9. En este caso, cada
extremo EX1 o EX2 de una lámina Oij (por ejemplo O22) se encastra
entre dos piezas de inmovilización PF1 y PF2.
La pieza PF2 por ejemplo está unida a (o forma
parte integrante de) una pata de fijación Pkn de uno de los marcos
primero C1 y segundo C2 y comprende dos agujeros roscados TF. En
este caso, el índice k está comprendido entre 1 y 3 y permite
designar una de las tres patas de fijación del marco primero C1 o
segundo C2, y el índice n está comprendido entre 1 y 2 y permite
designar el marco primero C1 o segundo C2. Por consiguiente, las
patas de fijación P11, P12 y P13 pertenecen al primer marco C1,
mientras que las patas de fijación P21, P22 y P23 pertenecen al
segundo marco C2.
La pieza PF1 presenta por ejemplo una porción
cuya forma (En este caso convexa) es complementaria de la (en este
caso cóncava) de una porción de la pieza PF1 y comprende dos
agujeros pasantes TT para permitir el paso de pernos B. La pieza
PF2 está pegada o unida a (o forma parte integrante de) una pata de
fijación Pkn de uno de los marcos primero C1 y segundo C2.
Cada extremo EX1 o EX2 comprende también dos
agujeros pasantes para permitir el paso de los pernos B y por lo
tanto su inmovilización con respecto a las piezas PF1 y PF2.
Por supuesto, puede prescindirse de las patas de
fijación Pkn que, en este caso, sobresalen en la periferia de los
marcos primero C1 y segundo C2.
Como variante o como complemento, puede
sumergirse (o encapsularse) cada extremo EX1, EX2 en un material de
inmovilización, como por ejemplo una resina polimerizable, para
bloquear cualquier grado de libertad de movimiento.
Como se ilustra esquemáticamente en la figura 7,
cada lámina flexible Oij (solamente se representan O32 y O31)
soporta en este caso cuatro curvaturas en al menos un plano
seleccionado cuando está colocada en su posición inicial plegada.
El número de curvaturas que debe soportar una lámina flexible
depende también del espacio disponible para el repliegue y/o de la
longitud que debe presentar cuando está desplegada, es decir
colocada en su posición final ilustrada en la figura 8.
Es importante observar que los repliegues (o las
curvaturas) de una lámina flexible Oij pueden estar todos situados
prácticamente en un mismo plano, o bien en al menos dos planos
diferentes (debido a su flexibilidad). Por otro lado, los
repliegues (o las curvaturas) de las diferentes láminas flexibles
Oij no son necesariamente idénticos entre sí.
El plano medio de cada lámina flexible puede
estar orientado de manera óptima para permitir el repliegue de las
láminas flexibles en seis planos perpendiculares al plano del primer
marco C1 y para facilitar la guía durante el despliegue. Cada uno
de estos seis planos es apropiado para una lámina y está definido
por los tres puntos EX1, EX2 en posición de lámina plegada y EX2 en
posición de lámina desplegada. El plano medio de la lámina flexible
debe entonces ser perpendicular a este plano. En efecto, en este
caso, las láminas plegadas no se someten a fuerzas lateralmente lo
que mejora su estabilidad en posición plegada.
En la figura 5 se encuentra ilustrada
esquemáticamente la orientación óptima de las láminas flexibles en
una vista desde arriba del tubo del telescopio. El diámetro interno
del marco C1 se redujo en este caso ligeramente para facilitar la
comprensión. La traza del primer extremo EX1 de la lámina flexible
O11 en la pata de fijación P11 forma en este caso un ángulo
\alpha de aproximadamente 30º con el eje de simetría más cercano.
Lo mismo ocurre para todos los extremos de láminas flexibles.
Por otro lado, es preferible prever medios
encargados de amortiguar el desplazamiento del espejo secundario M2
(segundo elemento) y/o medios encargados de guiar al espejo
secundario M2 y/o medios plegables encargados de inmovilizar los
segundo C2 y tercer C3 marcos, así como opcionalmente las láminas
Oij. También es posible prever medios encargados de desplazar al
menos uno de los extremos primeros EX1 y/o segundos EX2 de las
láminas Oij.
Como se ha mencionado anteriormente, en este
primer ejemplo de realización las láminas flexibles Oij cooperan
preferiblemente por pares. Más exactamente, el dispositivo de
soporte D comprende al menos tres pares de láminas flexibles Oij en
cada uno de los cuales las dos láminas (Oi1 y Oi2) constituyen dos
lados no paralelos de un poliedro que presenta tres lados
(triángulo) o cuatro lados (trapecio), una vez colocadas en sus
posiciones finales respectivas. Estos tres pares de láminas
flexibles Oij definen un hexápodo una vez colocadas en sus
posiciones finales respectivas (véase figura 4). Este hexápodo se
pliega prácticamente siguiendo el eje de simetría principal XX
cuando los tres pares de láminas flexibles Oij están colocadas en
sus posiciones iniciales respectivas.
En el ejemplo ilustrado en la figura 4, dos
láminas flexibles Oi1 y Oi2 de cada uno de los tres pares
constituyen dos lados no paralelos de un trapecio Ti (T1 a T3),
materializado mediante línea de puntos en el caso de T3, una vez
colocadas en sus posiciones finales respectivas.
Debido a esta disposición particular, las dos
láminas flexibles Oij de un par crean fuerzas cuyas componentes
vectoriales contribuyen a establecer un equilibrio en el plano de la
figura. El equilibrio del conjunto se asegura entonces mediante la
cooperación de los tres pares de láminas cuyos segundos extremos E2
se distribuyen juiciosamente en la periferia del segundo marco C2.
Más exactamente, los segundos extremos E2 están en este caso unidos
a las patas de fijación Pkn que están colocadas prácticamente a 120º
unas de otras.
Este equilibrio se optimiza cuando las láminas
flexibles Oij de los diferentes pares son de longitudes idénticas,
y por lo tanto los trapecios Ti correspondientes son de tipo
isósceles.
Esta claro que cuanto menor es la distancia que
separa los segundos extremos E2 de las dos láminas flexibles Oij de
un par, más tiende el poliedro, en el que participan las láminas,
hacia un triángulo. Como en el caso de los trapecios, el equilibrio
de la estructura se optimiza cuando las láminas flexibles Oij de los
diferentes pares son de longitudes idénticas, y por lo tanto los
triángulos Ti correspondientes son de tipo isósceles.
A continuación nos remitimos a las figuras 10 y
11 para describir un segundo ejemplo de realización de un
dispositivo de soporte D de acuerdo con la invención.
En este segundo ejemplo de realización, cada
lámina flexible desplegable Oij se subdivide en unas
sub-láminas primera Oij1 y segunda Oij2.
Cada primera sub-lámina Oij1
comprende el primer extremo EX1 y un tercer extremo EX3 y cada
segunda sub-lámina Oij2 comprende el segundo
extremo EX2 y un cuarto extremo EX4.
Por ejemplo, cada segunda
sub-lámina Oij2 es flexible, mientras que cada
primera sub-lámina Oij1 puede ser flexible o
rígida.
Cada tercer extremo EX3 de una primera
sub-lámina Oij1 está unido indirectamente al cuarto
extremo EX4 de la segunda sub-lámina con la que
constituye una lámina Oij, por medio de un tercer marco rígido C3
intercalado entre los marcos primero C1 y segundo C2. Más
exactamente, el tercer extremo EX3 de cada primera
sub-lámina Oij1 está unido a una primera cara del
tercer marco C3, mientras que el cuarto extremo EX4 de cada segunda
sub-lámina Oij2 está unido a una segunda cara del
tercer marco C3, por ejemplo opuesta a la primera cara, y
prácticamente al mismo nivel que el tercer extremo EX3
correspondiente.
Como en el primer ejemplo de realización,
cualquier medio de fijación puede preverse para unir los tercer EX3
y cuarto EX4 extremos de las sub-láminas Oij1 y Oij2
al tercer marco C3.
La unión puede realizarse por ejemplo por medio
de una unión mecánica que bloqueará cualquier grado de libertad de
movimiento, y por ejemplo mediante encastre como se ilustra en la
figura 9. Como variante o como complemento, puede sumergirse (o
encapsularse) cada extremo EX3, EX4 en un material de
inmovilización, como por ejemplo una resina polimerizable, para
bloquear cualquier grado de libertad de movimiento.
En el ejemplo ilustrado en las figuras 10 y 11
el tercer marco C3 se dispone en forma de triángulo equilátero.
Aunque no aparece en la figura 10, el marco es hueco en su centro.
Sin embargo, pueden preverse otras formas de marco.
En este segundo ejemplo, como en el primer
ejemplo presentado anteriormente en referencia a las figuras 4 a 9,
las primeras sub-láminas Oij1 cooperan por pares, al
igual que las segundas sub-láminas Oij2.
Cada sub-lámina Oij1, Oij2 es
del mismo tipo que las presentadas anteriormente en los ejemplos de
realización primero y segundo. El modo de repliegue de las primeras
sub-láminas Oij1 en su posición inicial plegada
mediante curvaturas, al igual que el del las segundas
sub-láminas Oij2, es por lo tanto idéntico al
descrito anteriormente, debiendo cada sub-lámina
soportar al menos dos curvaturas en al menos un plano.
En el ejemplo ilustrado en la figura 10, el
dispositivo de soporte D comprende tres pares de primeras
sub-láminas (flexibles o rígidas) Oij1 en cada una
de las cuales las dos sub-láminas (Oi11 y Oi21)
constituyen dos lados no paralelos de un poliedro que presenta tres
lados (triángulo) o cuatro lados (trapecio), una vez colocadas en
sus posiciones finales respectivas.
Cuando son flexibles, estos tres pares de
primeras sub-láminas Oij1 ((O111, O121), (O211,
O221), (O311, O321)) definen un primer hexápodo una vez colocadas
en sus posiciones finales respectivas. De lo contrario, constituyen
un primer hexápodo desde el principio.
Este primer hexápodo, en caso de flexibilidad,
se repliega prácticamente siguiendo el eje de simetría principal XX
cuando los tres pares de primeras sub-láminas
flexibles Oij1 están colocadas en sus posiciones iniciales
respectivas.
Por otro lado, el dispositivo de soporte D
también comprende tres pares de segundas sub-láminas
flexibles Oij2 en cada uno de las cuales las dos
sub-láminas (Oi12 y Oi22) constituyen dos lados no
paralelos de un poliedro que presenta tres lados (triángulo) o
cuatro lados (trapecio), una vez colocadas en sus posiciones
finales respectivas. Estos tres pares de segundas
sub-láminas flexibles Oij2 ((O112, O122), (O212,
O222), (O312, O322)) definen un segundo hexápodo una vez colocadas
en sus posiciones finales respectivas. Este segundo hexápodo
también se repliega prácticamente siguiendo el eje de simetría
principal XX cuando los tres pares de segundas
sub-láminas flexibles Oij2 están colocados en sus
posiciones iniciales respectivas.
La estructura de soporte está por lo tanto en
cierto modo constituida por dos hexápodos montados en posición
capiculada.
En el ejemplo ilustrado en la figura 10, dos
primeras sub-láminas Oi11 y Oi21 de cada uno de los
tres pares del primer hexápodo constituyen dos lados no paralelos
de un trapecio Ti1 (T11 a T31), materializado mediante línea de
puntos en el caso de T31, una vez colocadas en sus posiciones
finales respectivas. Por otro lado, dos segundas
sub-láminas flexibles Oi12 y Oi22 de cada uno de los
tres pares del segundo hexápodo constituyen dos lados no paralelos
de otro trapecio Ti2 (T12 a T32), materializado mediante línea de
puntos en el caso de T12, una vez colocadas en sus posiciones
finales respectivas.
Es importante observar que los pares de primeras
sub-láminas Oi11 y Oi21 pueden constituir lados
paralelos de poliedros (triángulos o trapecios) que presentan
primeras dimensiones y los pares de segundas
sub-láminas Oi12 y Oi22 pueden constituir lados
paralelos de poliedros (triángulos o trapecios) que presentan
segundas dimensiones, opcionalmente diferentes de las primeras
dimensiones (como es el caso en el ejemplo ilustrado). También
puede preverse que los pares de primeras sub-láminas
Oi11 y Oi21 constituyan lados paralelos de poliedros de un primer
tipo (por ejemplo triángulos), mientras que los pares de segundas
sub-láminas Oi12 y Oi22 constituyan lados paralelos
de poliedros de un segundo tipo (por ejemplo trapecios).
El modo de repliegue de las primeras
sub-láminas Oij1 en su posición inicial, puede por
lo tanto ser diferente del de las segundas
sub-láminas Oij2 en su posición inicial. En otras
palabras, el número de curvaturas soportadas por las primeras
sub-láminas Oij1 puede ser diferente del soportado
por las segundas sub-láminas Oij2. Lo mismo ocurre
para el número de planos en los que se realizan los repliegues (o
curvaturas).
Como en el primer ejemplo, los trapecios y/o
triángulos constituidos son preferiblemente de tipo isósceles.
La configuración ilustrada en las figuras 10 y
11 es ventajosa en términos de estabilidad. Puede optimizarse
cuando el tercer marco C3 se inscribe en un círculo que presenta un
diámetro doble que el de los marcos primero C1 y segundo C2. La
traza del extremo EX4 de la lámina O212 en el tercer marco C3 forma
un ángulo \beta de aproximadamente 60º con el eje de simetría más
cercano. La traza del extremo EX2 de la lámina O212 es prácticamente
paralela al eje de simetría más cercano. Con dicha orientación de
las láminas flexibles, cada uno de los tres triángulos puede
plegarse en el mismo plano que las dos láminas flexibles que lo
constituyen. En este caso, las láminas replegadas no se someten (o
casi no se someten) a una fuerza lateral (fuera del plano de cada
triángulo) lo que mejora la estabilidad de la posición plegada.
Por otro lado, como en el primer ejemplo, es
preferible prever medios encargados de amortiguar el desplazamiento
del espejo secundario M2 (segundo elemento) y/o medios encargados de
guiar al espejo secundario M2 y/o medios plegables encargados de
inmovilizar los segundo C2 y tercer C3 marcos, así como
opcionalmente las primeras Oij1 y segundas Oij2
sub-láminas. También es posible prever medios
encargados de desplazar al menos uno de los extremos primeros EX1
y/o segundos EX2 y/o terceros EX3 y/o cuartos EX4 de las
sub-láminas Oij1 y Oij2.
La invención no se limita a las realizaciones de
dispositivo de soporte y de telescopio espacial descritas
anteriormente, solamente como ejemplo, sino que engloba todas las
variantes que podrá prever el especialista en la técnica en el
marco de las reivindicaciones a continuación.
Claims (21)
1. Dispositivo (D) de soporte de unos elementos
primero (M1) y segundo (M2) de un equipo espacial, que comprende al
menos dos láminas flexibles desplegables (Oij) que comprenden cada
una unos extremos primero (EX1) y segundo (EX2) respectivamente que
pueden estar unidos a dichos elementos primero (M1) y segundo (M2) y
dispuestos cada uno para tomar al menos una posición inicial
plegada mediante curvaturas y una posición final desplegada en las
que mantienen el primer elemento (M1) alejado del segundo elemento
(M2) unas distancias seleccionadas primera y segunda
respectivamente, siendo dicha segunda distancia superior a la
primera distancia; caracterizado porque comprende tres pares
de láminas en cada uno de los cuales dos de dichas láminas (Oi1,
Oi2) constituyen dos lados no paralelos de un trapecio (Ti) una vez
colocadas en sus respectivas posiciones finales.
2. Dispositivo (D) de soporte de unos elementos
primero (M1) y segundo (M2) de un equipo espacial, que comprende al
menos dos láminas flexibles desplegables (Oij) que comprenden cada
una unos extremos primero (EX1) y segundo (EX2) respectivamente que
pueden estar unidos a dichos elementos primero (M1) y segundo (M2) y
dispuestos cada uno para tomar al menos una posición inicial
plegada mediante curvaturas y una posición final desplegada en las
que mantienen el primer elemento (M1) alejado del segundo elemento
(M2) unas distancias seleccionadas primera y segunda
respectivamente, siendo dicha segunda distancia superior a la
primera distancia; caracterizado porque comprende tres pares
de láminas en cada uno de los cuales dos de dichas láminas (Oi1,
Oi2) constituyen dos lados de un triángulo (Ti) una vez colocadas
en sus respectivas posiciones finales.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque dichas láminas (Oi1, Oi2) de cada
par son de longitudes idénticas de modo que el trapecio (Ti)
correspondiente sea de tipo isósceles.
4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizado porque dichas láminas (Oi1, Oi2) de cada
par son de longitudes idénticas de modo que el triángulo (Ti)
correspondiente sea de tipo isósceles.
5. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende un
primer marco (C1) en el que puede estar fijado dicho primer
elemento (M1) y está fijado el primer extremo (EX1) de cada lámina
(Oij), para estar unido a dicho primer elemento (M1), y un segundo
marco (C2) en el que puede estar fijado dicho segundo elemento (M2)
y está fijado el segundo extremo (EX2) de cada lámina (Oij), para
estar unido a dicho segundo elemento (M2).
6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
5, caracterizado porque dichos extremos primero (EX1) y
segundo (EX2) de cada lámina (Oij) están fijados a dichos marcos
primero (C1) y segundo (C2) respectivamente, mediante una unión
mecánica y/o un material de inmovilización destinados a bloquear
cualquier grado de libertad de movi-
miento.
miento.
7. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 6 en combinación con una de las
reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque cada lámina
(Oij) comprende una primera sub-lámina (Oij1) que
comprende dicho primer extremo (EX1) y un tercer extremo (EX3) y
una segunda sub-lámina (Oij2) que comprende dicho
segundo extremo (EX2) y un cuarto extremo (EX4), y porque comprende
un tercer marco (C3) intercalado entre dichos marcos primero (C1) y
segundo (C2) y en el que están fijados el tercer extremo (EX3) de
cada primera sub-lámina (Oij1) y el cuarto extremo
(EX4) de cada segunda sub-lámina (Oij2).
8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
7, caracterizado porque dichos extremos tercero (EX3) y
cuarto (EX4) de cada primera sub-lámina (Oij1) y
cada segunda sub-lámina (Oij2) están fijados a dicho
tercer marco (C3) mediante una unión mecánica y/o un material de
inmovilización destinados a bloquear cualquier grado de libertad de
movimiento.
9. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende medios
de amortiguación dispuestos para amortiguar el desplazamiento de
dicho segundo elemento (M2) cuando cada lámina (Oij) alcanza su
posición final.
10. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende medios
de guía dispuestos para guiar una parte al menos del desplazamiento
de dicho segundo elemento (M2) cuando cada lámina (Oij) evoluciona
desde su posición inicial hacia su posición final.
11. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende
medios de desplazamiento dispuestos para desplazar el primer
extremo (EX1) y/o el segundo extremo (EX2) de al menos una de
dichas láminas (Oij) para controlar su posición final y el
posicionamiento de dicho segundo elemento (M2) con respecto a dicho
primer elemento (M1).
12. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque comprende
medios de inmovilización plegables dispuestos para inmovilizar
dicho primer elemento (M1) y/o dicho segundo elemento (M2) con
respecto a una estructura rígida de dicho equipo mientras cada
lámina (Oij) esté colocada en su posición
inicial.
inicial.
13. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque cada lámina
flexible (Oij) es apropiada para soportar al menos dos curvaturas
en al menos un plano seleccionado cuando está colocada en dicha
posición inicial.
14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque dicha lámina flexible (Oij, Oij1,
Oij2) es apropiada para soportar al menos dos curvaturas en un mismo
plano cuando está colocada en dicha posición inicial.
15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
13, caracterizado porque dicha lámina flexible (Oij, Oij1,
Oij2) es apropiada para soportar al menos dos curvaturas en al menos
dos planos diferentes cuando está colocada en dicha posición
inicial.
16. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque cada lámina
flexible (Oij, Oij1, Oij2) está realizada en fibras de carbono.
17. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque dicho primer
elemento (M1) puede ser un espejo primario.
18. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque dicho segundo
elemento (M2) puede seleccionarse de un grupo que comprende al
menos un espejo secundario y un plano focal.
19. Equipo espacial que comprende al menos un
conjunto de elementos primero (M1) y segundo (M2),
caracterizado porque comprende al menos un dispositivo (D)
de soporte de dicho conjunto de elementos primero (M1) y segundo
(M2) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
20. Equipo espacial de acuerdo con la
reivindicación 19, caracterizado porque está dispuesto en
forma de instrumento de observación.
21. Equipo espacial de acuerdo con la
reivindicación 20, caracterizado porque dicho instrumento de
observación está constituido por al menos un telescopio.
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