ES2586112T3 - Mástil desplegable con despliegue espontáneo autónomo y satélite que consta al menos de un mástil de este tipo - Google Patents
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Abstract
Mástil desplegable con despliegue espontáneo autónomo que consta al menos de un bloque (10, 10a, 10b, 10c) estructural elemental que tiene un eje X de despliegue longitudinal, constando el bloque estructural elemental de dos plataformas, respectivamente (13) inferior y (12) superior, paralelas a un plano YZ ortogonal al eje X, y de N pisos (P1,..., Pi, Pi+1,..., PN) apilados unos sobre otros en paralelo al eje X de despliegue longitudinal, donde N es superior a 1 y donde i está comprendido entre 1 y N-1, y cada piso (Pi) consta al menos de tres cintas (11) de resorte longitudinales flexibles, fijándose los N pisos entre sí de dos en dos por medio de unas plataformas (15) de unión paralelas al plano YZ, caracterizado porque dos pisos (Pi, Pi+1), inferior y superior, contiguos están desplazados angularmente entre sí mediante una rotación alrededor del eje X de despliegue, intercalándose las cintas de resorte del piso (Pi) inferior entre las cintas de resorte del piso (Pi+1) superior.
Description
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DESCRIPCION
Mastil desplegable con despliegue espontaneo autonomo y satelite que consta al menos de un mastil de este tipo
La presente invencion se refiere a un mastil desplegable con despliegue espontaneo autonomo y a un satelite que consta al menos de un mastil de este tipo. Se aplica en particular, en el campo de los equipos espaciales que deben desplegarse en orbita y, de manera mas particular, en los equipos espaciales para satelites, como unos sensores o unas antenas o unos instrumentos con una larga distancia focal como los telescopios, por ejemplo.
Un mastil desplegable destinado a unir dos equipos espaciales alejados varios metros esta por lo general compuesto por una multitud de segmentos de mastil apilados unos sobre otros, articulados entre sf y cuyo despliegue esta motorizado. Cada segmento de mastil esta por lo general compuesto por varias vigas ngidas articuladas mediante unas bisagras y bloqueadas mediante unos pestillos. Este tipo de mastil presenta el inconveniente de precisar la utilizacion de un motor para el despliegue y presenta un problema de gran masa y de fiabilidad de las articulaciones. Ademas, al ser ngidas las vigas, el mastil ocupa, en la posicion de almacenamiento, un gran volumen bajo el fuselaje de una lanzadera. Al ser limitado el espacio asignado a las estructuras desplegables, bajo el fuselaje de una lanzadera, es importante reducir el volumen del mastil cuando este esta en la posicion de almacenamiento, de modo que se optimice la superficie en la posicion desplegada. De este modo, el mastil debe presentar una relacion longitud desplegada / volumen apilado lo mas grande posible garantizando al mismo tiempo una pequena masa, una estabilidad y una rigidez del mastil en la posicion desplegada lo suficientemente grandes como para ser compatibles con las aplicaciones espaciales.
El documento US 2008/0283670 A1 da a conocer las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1.
El objetivo de la invencion es realizar un mastil desplegable que no conste de los inconvenientes de los mastiles desplegables existentes, que presente la ventaja de ser poco voluminoso, ligero, simple de realizar, presentando una optimizacion del volumen del mastil cuando este esta almacenado bajo el fuselaje de una lanzadera, permitiendo un despliegue seguro en orbita en una gran longitud y el control del despliegue sin utilizar ningun motor y permitiendo una rigidez y una estabilidad del mastil cuando este esta desplegado.
Para ello, la invencion se refiere a un mastil desplegable con despliegue espontaneo autonomo que consta al menos de un bloque estructural elemental que tiene un eje X de despliegue longitudinal, constando el bloque estructural elemental de dos plataformas respectivamente inferior y superior paralelas a un plano YZ ortogonal al eje X, y de N pisos apilados unos sobre otros en paralelo al eje X de despliegue longitudinal, donde N es superior a 1. Cada piso consta al menos de tres cintas de resorte longitudinales flexibles, estando los N pisos fijados entre sf de dos en dos por medio de unas plataformas de union paralelas al plano YZ, estando dos pisos, inferior y superior, contiguos desplazados angularmente uno respecto al otro mediante una rotacion alrededor del eje X de despliegue, estando las cintas de resorte del piso inferior intercaladas entre las cintas de resorte del piso superior.
De manera ventajosa, todas las cintas de resorte son identicas y con las mismas longitudes.
De manera ventajosa, dos pisos contiguos, respectivamente inferior y superior, estan fijados entre sf por una plataforma de union comun a los dos pisos contiguos.
De manera ventajosa, cada plataforma superior, inferior y de union consta de unas patillas de fijacion repartidas a intervalos regulares, siendo cada patilla de fijacion espedfica para la fijacion de un extremo de una cinta de resorte.
De manera ventajosa, los dos pisos contiguos inferior y superior constan de una zona de recubrimiento longitudinal.
De manera ventajosa, las patillas de fijacion solidarias con cada plataforma de union estan inclinadas con respecto al plano YZ de la plataforma de union, estando la inclinacion de las patillas de fijacion de las cintas de resorte del piso inferior orientada hacia la parte superior del mastil y estando la inclinacion de las patillas de fijacion de las cintas de resorte del piso superior orientada hacia la parte inferior del mastil.
De manera ventajosa, en la posicion de almacenamiento, todas las cintas de resorte se doblan en dos, en el sentido de su longitud y todas las plataformas, inferior, de union y superior, de un mismo bloque estructural se apilan unas sobre otras.
De manera ventajosa, el mastil desplegable consta de varios bloques estructurales identicos apilados unos sobre otros.
La invencion tambien se refiere a un satelite que consta al menos de un mastil desplegable con despliegue espontaneo autonomo.
Se mostraran claramente otras particularidades y ventajas de la invencion en la siguiente descripcion, dada a tttulo de ejemplo meramente ilustrativo y no limitativo, en referencia a los dibujos esquematicos adjuntos que representan:
- figura 1: un esquema de un primer ejemplo de mastil en la posicion desplegada, constando el mastil de un bloque estructural elemental de un solo piso, segun la invencion;
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- figura 2a: un esquema, en perspectiva, de un ejemplo de cinta de resorte en la posicion desplegada, segun la invencion;
- figura 2b: un esquema, en seccion transversal, de la seccion de la cinta de resorte, segun la invencion;
- figura 3: un esquema en perspectiva, de un ejemplo de placa inferior o superior del mastil, segun la invencion;
- figura 4: un esquema de un segundo ejemplo de mastil en la posicion desplegada, constando el mastil de un bloque estructural elemental con varios pisos, segun la invencion;
- figura 5a: un esquema en perspectiva de un ejemplo de plataforma de union entre dos pisos contiguos de un mismo bloque estructural elemental, segun la invencion;
- figura 5b: un esquema en perspectiva de un ejemplo de fijacion de las cintas de resorte de dos pisos contiguos sobre una plataforma de union, segun la invencion;
- figura 6a: un esquema en perspectiva, que ilustra un bloque estructural elemental del mastil en la posicion de almacenamiento, habiendose omitido las cintas de resorte, segun la invencion;
- figura 6b: un esquema en perspectiva, que ilustra un bloque estructural elemental del mastil en la posicion de almacenamiento, estando las cintas de resorte plegadas hacia el exterior del mastil, segun la invencion;
- figura 6c: un esquema en perspectiva, que ilustra un bloque estructural elemental del mastil en la posicion de almacenamiento, estando las cintas de resorte plegadas hacia el interior del mastil, segun la invencion;
- figura 7: un esquema en perspectiva, que ilustra un mastil en la posicion de almacenamiento, constando el mastil de tres bloques estructurales elementales apilados y fijados unos sobre otros, estando las cintas de resorte plegadas hacia el exterior del mastil, segun la invencion.
La figura 1 ilustra un ejemplo de mastil desplegable conforme con la invencion, en la posicion desplegada, constando el mastil de un bloque estructural elemental con un solo piso. El bloque 10 estructural elemental esta constituido por al menos tres cintas 11 de resorte (en ingles: tape-spring) que se extienden a lo largo de un eje X de despliegue longitudinal, por una plataforma 12 superior y una plataforma 13 inferior. Las dos plataformas, inferior y superior, son paralelas a un plano YZ ortogonal al eje X. Las cintas de resorte son todas identicas, todas tienen la misma longitud y la misma forma. Cada cinta de resorte consta de un extremo inferior fijado de forma ngida sobre la plataforma 13 inferior y un extremo superior fijado de forma ngida sobre la plataforma 12 superior.
Las cintas de resorte son habituales en el sector espacial siendo unas cintas o unas laminas flexibles que tienen una primera cara 101 convexa y una segunda cara 102 concava, y que tienen una seccion en forma de arco de cfrculo con un radio R de curvatura, como se representa por ejemplo en las figuras 2a y 2b. Las cintas de resorte tienen una tendencia natural a desplegarse longitudinalmente, en paralelo al eje X de despliegue, de manera autonoma, esencialmente gracias a su propia energfa elastica, sin utilizar un motor.
Las plataformas, 12 superior y 13 inferior, del bloque 10 estructural elemental pueden ser ngidas o elasticas, y tienen una forma de preferencia simetrica alrededor del eje X. Cada plataforma 12 superior y 13 inferior puede tener, por ejemplo, la forma de un disco o de un anillo, como se representa por ejemplo en la figura 3, y tener un contorno periferico poligonal o circular. Cada plataforma superior e inferior consta de unas patillas 14 de fijacion que estan de preferencia repartidas a intervalos regulares en su periferia, siendo cada patilla de fijacion espedfica para la fijacion de un extremo de una cinta de resorte. En el caso de que el bloque 10 estructural elemental conste de tres cintas de resorte, cada plataforma superior e inferior consta de tres patillas de fijacion como se representa en la figura 3. De preferencia, las patillas 14 de fijacion estan repartidas a intervalos regulares alrededor de cada plataforma 12 superior o 13 inferior y estan situadas en el plano YZ de la plataforma correspondiente. En las figuras 1 y 3, las patillas 14 de fijacion estan orientadas de modo que se extiendan hacia el exterior del bloque 10 estructural elemental y, por lo tanto, hacia el exterior del mastil, pero tambien se pueden orientar en el sentido opuesto de modo que se extiendan hacia el interior del bloque 10 estructural elemental. Igualmente, en la figura 1, las cintas de resorte estan orientadas de forma que presenten su cara concava orientada hacia el exterior del mastil, pero tambien se pueden orientar en el sentido contrario de modo que presenten su cara concava orientada hacia el interior del mastil.
Un bloque 10 estructural elemental que consta de un solo piso es la configuracion minima del mastil segun la invencion, pero presenta un interes limitado cuando se desean unas grandes longitudes de mastil ya que la rigidez del mastil disminuye cuando aumenta la longitud de cada cinta 11 de resorte. Se puede aumentar la longitud del mastil apilando varios bloques estructurales elementales unos sobre otros, pero cuando cada bloque estructural solo consta de un piso y el numero de bloques es grande, entonces la compacidad del mastil en la posicion plegada no esta optimizada.
La figura 4 ilustra un ejemplo de un mastil en la posicion desplegada, constando el mastil de un bloque 10 estructural elemental constituido por una plataforma inferior, por una plataforma superior y por N pisos P1,..., Pi, Pi+1,..., PN, donde N es un numero entero superior a uno e i esta comprendido entre 1 y N-1 inclusive, apilados unos sobre otros en paralelo al eje X de despliegue longitudinal y fijados de forma ngida entre sf de dos en dos. Las dos plataformas 13 inferior y 12 superior son paralelas a un plano Yz ortogonal al eje X. Cada piso consta al menos de tres cintas 11 de resorte que se extienden, en la posicion desplegada, en paralelo al eje X de despliegue longitudinal, constando las tres cintas 11 de resorte de dos extremos opuestos respectivamente fijados sobre unas plataformas 15 de union o sobre la plataforma 12 superior o sobre la plataforma 13 inferior. Se pueden fijar dos pisos Pi y Pi+1 contiguos entre sf por medio de una plataforma 15 de union comun a los dos pisos contiguos, pudiendo ser la plataforma 15 de union ngida o elastica. Como se representa, por ejemplo, en las figuras 5a y 5b, cada plataforma 15 de union tiene una forma de preferencia simetrica alrededor del eje X tal como, por ejemplo, la forma de un disco o de un anillo, y
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puede tener un contorno periferico poligonal o circular. Cada plataforma de union consta de unas patillas 16a, 16b de fijacion, siendo cada patilla 16a, 16b de fijacion respectivamente espedfica para la fijacion de un extremo de una cinta 11 de resorte de un piso Pi inferior, respectivamente de un piso Pi+1 superior contiguo al piso Pi inferior. Para garantizar la fijacion de los extremos de las cintas 11 de resorte de los dos pisos Pi, Pi+1 contiguos, el numero de patillas 16a, 16b de fijacion de cada plataforma 15 de union es dos veces mayor que el numero de cintas 11 de resorte de un piso Pi del bloque 10 estructural elemental. De este modo, en el caso de que cada piso Pi del bloque estructural elemental conste de tres cintas de resorte, como se representa en la figura 4, cada plataforma 15 de union consta de seis patillas de fijacion, sobre las cuales se fijan respectivamente seis cintas 11 de resorte de dos pisos Pi inferior y Pi+1 superior contiguos. Las patillas 16a, 16b de fijacion solidarios con cada plataforma 15 de union estan inclinadas con respecto al plano YZ de la plataforma 15 de union, estando la inclinacion orientada en sentidos opuestos para las cintas de resorte del piso Pi+1 superior con respecto al piso Pi inferior. Las patillas 16a de fijacion de las cintas de resorte del piso Pi inferior pueden estar inclinadas hacia la parte superior del mastil mientras que las patillas 16b de fijacion de las cintas de resorte del piso Pi+1 superior pueden estar inclinadas hacia la parte inferior del mastil, de modo que creen una zona 17 de recubrimiento longitudinal entre dos pisos Pi y Pi+1 contiguos, lo que presenta la ventaja de aumentar la rigidez del mastil y de mejorar la compacidad del bloque 10 estructural elemental cuando este se pliega en la posicion de almacenamiento. Dos plataformas 15 de union consecutivas, que pertenecen por lo tanto a un mismo piso Pi, constan de este modo de unas patillas 16a, 16b de fijacion orientadas en sentidos opuestos con respecto al plano YZ de las dos plataformas de union. En las figuras 4, 5a, 5b, las patillas 16a, 16b de fijacion solidarias con cada plataforma 15 de union estan montadas en la periferia externa de cada plataforma de union y se extienden hacia el exterior del mastil, pero como alternativa, tambien se pueden montar las patillas 16a, 16b de fijacion en sentido inverso de modo que se extiendan hacia el interior del mastil.
Los extremos de las cintas 11 de resorte de cada piso Pi se pueden fijar mediante empotramiento por medio de unas bridas montadas sobre las patillas 16a, 16 de fijacion de las plataformas 15 de union o sobre las patillas 14 de fijacion de las plataformas, 12 superior o 13 inferior, o se pueden fijar mediante remachado o mediante encolado. En el caso de que el mastil conste de varios bloques 10 estructurales elementales, las plataformas, 13 inferior y 12 superior, situadas en la base y en la parte superior de cada bloque 10 estructural elemental garantizan la union entre las cintas 11 de resorte de dos bloques estructurales elementales consecutivos.
De manera preferente, para el mastil este equilibrado, las patillas 14, 15a, 15b de fijacion y las cintas 11 de resorte que estan fijadas a el pueden estar separadas a intervalos regulares alrededor del eje X de despliegue longitudinal y los angulos que separan dos patillas de fijacion de cada plataforma de union pueden tener valores identicos.
Dos pisos contiguos estan desplazados angularmente uno con respecto al otro mediante una rotacion alrededor del eje X de despliegue de modo que se intercalen las cintas de resorte de un piso Pi inferior entre las cintas de resorte de un piso Pi+1 contiguo superior, y de modo que se intercalen las patillas 16a de fijacion de un piso Pi inferior entre las patillas 16b de fijacion de un piso Pi+1 contiguo superior. De este modo, las cintas 11 de resorte de los dos pisos consecutivos, unidos a una misma plataforma 15 de union tambien estan desplazados angularmente unos con respecto a los otros.
Cuando un bloque 10 estructural elemental se pliega en la posicion de almacenamiento, este se encuentra en un estado compacto y todas las plataformas, 12 superior, 13 inferior y 15 de union, que separan los diferentes pisos del bloque estructural elemental se apilan unos sobre otras como se representa en la vista parcial de la figura 6a en la que las cintas de resorte no se han representado, en la figura 6b en la que las cintas de resorte se han representado plegadas hacia el exterior del mastil y en la vista parcial de la figura 6c en la que solo se han representado las cintas de resorte plegadas hacia el interior del mastil. En las figuras 6b y 6c, el bloque estructural elemental consta de seis pisos compuestos por tres cintas de resorte por piso, esto es un total de 18 cintas de resorte repartidas a intervalos regulares en la circunferencia de una corona anular constituida por el apilamiento de todas las plataformas, superior, inferior y de union, del bloque estructural elemental en el estado apilado. En este estado compacto, las cintas 11 de resorte se pliegan en dos sobre sf mismas en el sentido de su longitud, pudiendo realizarse el plegado hacia el exterior del mastil cuando las patillas de fijacion se extienden hacia el exterior del mastil como se representa en la figura 6b, o hacia el interior del mastil como se representa de manera esquematica en la figura 6c, cuando las patillas 16a, 16b de fijacion se extienden hacia el interior del mastil. Dos plataformas 15 de union consecutivas, que por lo tanto pertenecen a un mismo piso Pi, constan de unas patillas 16a, 16b de fijacion, montadas opuestas unas a otras, cuya distancia se determina de modo que se garantice un plegado elastico maximo de las cintas de resorte. Esta separacion es identica para cada par de patillas de fijacion colocadas opuestas.
Las cintas 11 de resorte se realizan de un material biocompatible con un entorno espacial y se pueden realizar de un material metalico o de un material compuesto como, por ejemplo, fibras de carbono sumergidas en una resina epoxi o en una resina de cianato. Se prefieren los materiales compuestos ya que tienen un coeficiente de dilatacion mucho mas bajo en temperatura que los materiales metalicos. Las plataformas, superior e inferior, y las plataformas de union son, de preferencia, de carbono.
El mastil no consta de ninguna articulacion, de ninguna bisagra, de ningun pivote ni de ningun motor. En la posicion de almacenamiento, todas las cintas 11 de resorte de todos los pisos Pi estructurales elementales almacenan energfa elastica causada por las tensiones que las mantienen en la posicion doblada en dos. El mantenimiento de
las cintas 11 de resorte en la posicion doblada se garantiza mediante un sistema de apilado. El despliegue del mastil se realiza de manera pasiva mediante la relajacion de las tensiones sobre las cintas de resorte al desplegarse y la liberacion de la energfa elastica almacenada por las cintas de resorte. Para que el despliegue no sea excesivamente violento, se puede utilizar ademas un medio de frenado que permita controlar el despliegue del mastil. Por ejemplo, 5 la velocidad del despliegue de las cintas de resorte se puede controlar mediante un desenrollado progresivo de un cable gestionado por un motor.
La longitud del mastil se puede aumentar o reducir de forma simple aumentando el numero de bloques estructurales elementales sucesivos apilados unos sobre otros a lo largo del eje X de despliegue longitudinal como se representa, por ejemplo, en la figura 7 en la que el mastil consta de tres bloques 10a, 10b, 10c estructurales apilados unos sobre 10 otros, estando los tres bloques estructurales en su estado apilado, por lo tanto compacto. En el ejemplo de realizacion de la figura 7, cada bloque 10a, 10b, 10c estructural en posicion apilada corresponde a una corona anular constituida por seis pisos compuestos por tres cintas de resorte por piso, esto es un total de 18 cintas de resorte repartidas a intervalos regulares en la circunferencia de la corona anular. Las tres coronas anulares apiladas corresponden a los tres bloques estructurales elementales.
15 Para las aplicaciones espaciales, el mastil se puede utilizar, por ejemplo, para alejar un aparato o una antena del cuerpo de un satelite. En este caso, la plataforma 13 inferior del piso inferior del mastil se fija sobre el cuerpo del satelite y el aparato que hay que alejar se fija en la plataforma 12 superior del piso superior del mastil.
Aunque se ha descrito la invencion en relacion a unas formas particulares de realizacion, es evidente que no esta en modo alguna limitada a estas y que comprende todos los equivalentes tecnicos de los medios descritos asf como 20 sus combinaciones si estas entran dentro del marco de la invencion. En particular, todas las figuras muestran una configuracion de cintas de resorte que presentan su cara 102 concava orientada hacia el exterior del mastil, pero como alternativa, tambien se pueden girar 180° todas las cintas 11 de resorte y montarlas de modo que presenten su cara 101 convexa orientada hacia el exterior del mastil.
Claims (9)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. Mastil desplegable con despliegue espontaneo autonomo que consta al menos de un bloque (10, 10a, 10b, 10c) estructural elemental que tiene un eje X de despliegue longitudinal, constando el bloque estructural elemental de dos plataformas, respectivamente (13) inferior y (12) superior, paralelas a un plano YZ ortogonal al eje X, y de N pisos (P1,..., Pi, Pi+1,..., PN) apilados unos sobre otros en paralelo al eje X de despliegue longitudinal, donde N es superior a 1 y donde i esta comprendido entre 1 y N-1, y cada piso (Pi) consta al menos de tres cintas (11) de resorte longitudinales flexibles, fijandose los N pisos entre sf de dos en dos por medio de unas plataformas (15) de union paralelas al plano YZ, caracterizado porque dos pisos (Pi, Pi+1), inferior y superior, contiguos estan desplazados angularmente entre sf mediante una rotacion alrededor del eje X de despliegue, intercalandose las cintas de resorte del piso (Pi) inferior entre las cintas de resorte del piso (Pi+1) superior.
- 2. Mastil desplegable segun la reivindicacion 1, caracterizado porque todas las cintas (11) de resorte son identicas y de la misma longitud.
- 3. Mastil desplegable segun la reivindicacion 2, caracterizado porque dos pisos (Pi, Pi+1) contiguos, respectivamente inferior y superior, estan fijados entre sf por una plataforma (15) de union comun a los dos pisos (Pi, Pi+1) contiguos.
- 4. Mastil desplegable segun la reivindicacion 3, caracterizado porque cada plataforma (12) superior, (13) inferior y (15) de union, consta de unas patillas (14, 16a, 16b) de fijacion repartidas a intervalos regulares, siendo cada patilla de fijacion espedfica para la fijacion de un extremo de una cinta de resorte.
- 5. Mastil desplegable segun la reivindicacion 4, caracterizado porque los dos pisos, (Pi) inferior y (Pi+1) superior, contiguos constan de una zona (17) de recubrimiento longitudinal.
- 6. Mastil desplegable segun la reivindicacion 5, caracterizado porque las patillas (16a, 16b) de fijacion solidarias con cada plataforma (15) de union estan inclinadas con respecto al plano YZ de la plataforma de union, estando la inclinacion de las patillas (16a) de fijacion de las cintas de resorte del piso (Pi) inferior orientada hacia la parte superior del mastil y estando la inclinacion de las patillas (16b) de fijacion de las cintas de resorte del piso (Pi+1) superior orientada hacia la parte inferior del mastil.
- 7. Mastil desplegable segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, en la posicion de almacenamiento, todas las cintas (11) de resorte se doblan en dos, en el sentido de su longitud y porque todas las plataformas, inferior, de union y superior, de un mismo bloque (10, 10a, 10b, 10c) estructural se apilan unas sobre otras.
- 8. Mastil desplegable segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque consta de varios bloques (10a, 10b, 10c) estructurales identicos apilados unos sobre otros.
- 9. Satelite caracterizado porque consta al menos de un mastil desplegable con despliegue espontaneo autonomo, segun una de las reivindicaciones anteriores.
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