ES2709185T3 - Dispositivo de separación controlada entre dos piezas y aplicación de un dispositivo de este tipo - Google Patents

Abstract

Dispositivo (6) de separación controlada de una primera pieza (7) denominada fija y de una segunda pieza (8) denominada móvil, presentando la pieza (7) fija una superficie (9) de unión fija frente por frente de una superficie (10) de unión móvil de la pieza (8) móvil, comprendiendo el dispositivo (6) de separación: - al menos un agente de unión dispuesto en capa (11) entre la superficie (9) de unión fija y la superficie (10) de unión móvil, - al menos un dispositivo (13) de calentamiento de al menos una de la pieza (7) fija y de la pieza (8) móvil, - al menos un sistema (14) de mando del dispositivo (13) de calentamiento, caracterizado por que la pieza (7) fija presenta un coeficiente de dilatación térmica diferente del de la pieza (8) móvil.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo de separacion controlada entre dos piezas y aplicacion de un dispositivo de este tipo

Sector de la tecnica

La invencion se refiere a un dispositivo de separacion de dos piezas, que encontrara una aplicacion particular, pero no exclusivamente, en el campo de los vehuculos espaciales. En concreto, esta invencion se aplica a los satelites que comprenden unos apendices o equipos tales como unos paneles solares o unos radiadores destinados a ser desplegados de una posicion almacenada, para el lanzamiento, por ejemplo, a una posicion de operacion o desbloqueada cuando el satelite esta en orbita, es decir, de un estado fijo a un estado libre. La invencion se aplica, igualmente, a unos equipos animados de un satelite, es decir, unos equipos destinados a estar en movimiento cuando el satelite esta en orbita y que deben estar bloqueados, por ejemplo, durante el lanzamiento.

Estado de la tecnica

Segun una implementacion particular, la invencion propone un sistema de desapilamiento y/o de desbloqueo de un apendice o equipo de un satelite que no contiene ningun mecanismo, que sea fiable, que sea de poco espacio necesario, que no genere choques importantes y que no cueste caro para fabricarse.

Ya existen unos mecanismos de desapilamiento y/o de desbloqueo que utilizan, por ejemplo, unos sistemas pirotecnicos, es decir, que implican la combustion con vistas a la destruccion de una pieza de union o unos sistemas mecanicos complejos o tambien unos sistemas que se basan en la separacion por calentamiento de las piezas que hay que separar.

Los sistemas pirotecnicos generan unos numerosos problemas. En particular, durante la combustion, pueden producirse unos choques y vibraciones, que corren el riesgo de danar los equipos del satelite, en concreto, los equipos de medicion de precision. Ademas, los sistemas pirotecnicos arrastran, en general, unos restos que se arrojaran al espacio, lo que no es deseable, en concreto, en el caso en que unos instrumentos sensibles, por ejemplo, de optica o de carga util de telecomunicaciones, estan montados en el satelite y corren el riesgo de ser danados o contaminados por los restos. Por ultimo, los sistemas pirotecnicos implican la instauracion de cableado costoso.

El documento de los Estados Unidos US 6.299.105 da un ejemplo de dispositivo de separacion para el desapilamiento de una estructura desplegable de un satelite. La estructura desplegable esta montada sobre un panel de materia compuesta por medio de un zocalo metalico. Una vez arrojado, el satelite esta sometido por su entorno a varios ciclos termicos, que implican una sucesion de subida y de bajada de temperatura. El zocalo metalico esta disenado para romperse por fatiga despues de un numero predeterminado de ciclos termicos por el efecto de deformaciones.

Esta solucion presenta varios inconvenientes. En concreto, la fatiga del zocalo metalico no esta controlada, sino que depende de las condiciones del entorno del satelite. Por consiguiente, el momento de la separacion de la estructura desplegable no esta determinado con precision. Ademas, la fiabilidad de los elementos del dispositivo debe ser elevada para evitar que la separacion tenga lugar en un momento inoportuno, lo que aumenta los costes de fabricacion del dispositivo. En esta solucion, el satelite debe estar colocado en orbita terrestre baja (LEO) para que los ciclos termicos del entorno sean suficientes para obtener la separacion en algunas horas. Esta solucion no esta adaptada para el caso de una orbita geoestacionaria (GEO), ya que las diferencias de temperatura son tales que la separacion tardana varios dfas en hacerse.

El documento japones JP 2009-066678 propone otra solucion, en la que un tornillo asegura la union entre dos elementos. El tornillo esta insertado en unas perforaciones aterrajadas y coaxiales para mantener los dos elementos solidarios. Unos medios de calentamiento aumentan la temperatura de uno de los elementos, de modo que el aterrajado de la perforacion del elemento en cuestion se dilata. Entonces, el tornillo ya no se mantiene sobre el elemento calentado, permitiendo la separacion de los dos elementos.

El problema mayor es que el tornillo, una vez liberado del elemento calentado, puede bloquearse en la perforacion de este elemento. Por lo tanto, unos medios suplementarios deben estar previstos para permitir que el tornillo salga con certeza de la perforacion del elemento calentado. Ademas, el tornillo es una pieza suplementaria que, una vez que la separacion de los dos elementos se hace, se vuelve sin funcion, aumentando la masa y los costes inutilmente.

Por ultimo, el documento frances FR 2947808 propone un dispositivo de separacion que se basa en el calentamiento violento de uno de los dos elementos unidos. Los dos elementos estan unidos por unos pasadores o por pegado. Un primer elemento se calienta por una fuente de calentamiento qrnmico, en este caso concreto, una Termita, pero no el segundo elemento, que se afsla termicamente de la fuente. Por el efecto de la subida violenta de la temperatura de una cara del primer elemento, del orden de 300 °C en 1,4 s, este se deforma de manera que se aleja del segundo elemento, provocando la separacion.

Un problema de esta solucion es que, una vez iniciado el proceso de elevacion de la temperatura, ya no es posible pararlo en caso de necesidad, prohibiendo unas paradas de emergencia, por ejemplo, cuando el proceso se ha iniciado de manera involuntaria. Ademas, esta solucion requiere el control del aumento de la temperatura sobre una sola cara del elemento calentador, sin lo cual la deformacion no es adecuada para obtener la separacion. Esto es por lo que el aumento de temperatura debe ser violento - del orden de algunos segundos solamente - para que no haya transferencia termica hacia la otra cara del elemento calentado. La eleccion del material del elemento calentado esta, por lo tanto, restringida, puesto que debe limitar, igualmente, la conduccion termica en su interior. Ademas, una elevacion violenta de este tipo corre el riesgo de danar unos equipos situados alrededor del dispositivo de separacion, salvo que se coloquen unos medios de aislamiento de espacio necesario y costosos.

El documento internacional WO 2015/014942 divulga un dispositivo de separacion que comprende un agente de union, un dispositivo de calentamiento y un sistema de mando.

De este modo, existe una necesidad de un nuevo dispositivo de separacion de dos piezas particularmente adaptado para el campo espacial, que supere, en concreto, los inconvenientes anteriormente citados.

Objeto de la invencion

La invencion propone, por lo tanto, un dispositivo de separacion en el que la separacion esta controlada y es predecible, fiable, que no aumenta los costes, que no dana los equipos que estan en el entorno, que no produce restos y de tamano compacto que no aumenta el espacio necesario.

Segun un primer aspecto, la invencion propone un dispositivo de separacion controlada de una primera pieza denominada fija y de una segunda pieza denominada movil. La pieza fija presenta una superficie de union fija frente por frente de una superficie de union movil de la pieza movil. Ademas, la pieza fija presenta un coeficiente de dilatacion termica diferente del de la pieza movil. El dispositivo de separacion comprende, entonces:

- al menos un agente de union dispuesto en capa entre la superficie de union fija y la superficie de union movil, - al menos un dispositivo de calentamiento de al menos una de la pieza fija y de la pieza movil,

- al menos un sistema de mando del dispositivo de calentamiento.

De este modo, la separacion se basa en la diferencia de deformacion entre la pieza fija y la pieza movil durante la implementacion del dispositivo de calentamiento. El dispositivo de separacion permite, entonces, obtener la separacion de la pieza fija y de la pieza movil de manera controlada, de manera independiente del entorno y sin la instauracion de un ciclo de deformacion.

El dispositivo de calentamiento puede estar montado sobre la pieza fija, sin contacto con la pieza movil, de modo que la pieza movil no se calienta directamente. La diferencia de temperatura combinada con la diferencia de coeficiente termico aumenta la diferencia de deformacion entre la pieza fija y la pieza movil, favoreciendo mas la separacion.

Preferentemente, el agente de union tiene una temperatura de transicion vftrea inferior a la temperatura de calentamiento del dispositivo de calentamiento, de modo que la capa del agente de union se reblandece, debilitando su consistencia mecanica. El agente de union puede, por otra parte, presentar una temperatura de degradacion superior a la temperatura de calentamiento del dispositivo de calentamiento, de manera que no se destruya totalmente por el calentamiento.

Por ejemplo, el dispositivo de calentamiento comprende unos elementos de calentamiento electricos, de buen precio, facil de instaurar y de controlar. Los elementos de calentamiento de tipo electrico son, por ejemplo, unos hilos que pueden arrollarse facilmente alrededor de la pieza fija y/o de la pieza movil.

El agente de union es, por ejemplo, un pegamento de tipo Hysol® EA9321.

Segun un ejemplo de realizacion, el coeficiente de dilatacion termica de la pieza fija es superior al coeficiente de dilatacion termica de la pieza movil. De este modo, colocando el dispositivo de calentamiento sobre la pieza fija, esta se deforma mas que la pieza movil, para favorecer la separacion.

La pieza fija puede realizada de aluminio o una de sus aleaciones y la pieza movil puede estar realizada a eleccion con uno de los siguientes materiales: Invar, titanio, carburo de silicio, polfmero reforzado con fibra de carbono (CFRP). Cuando la pieza fija esta realizada de aluminio y la pieza movil esta realizada de Invar, la diferencia entre el coeficiente termico de la pieza fija y el coeficiente de dilatacion termica de la pieza (8) movil es del orden de 20.10'6 °C'1.

Por ejemplo, la separacion de la pieza fija y de la pieza movil se efectua en una duracion entre 2 y 10 minutos. Por ejemplo, tambien, la temperatura maxima del dispositivo de calentamiento es de 200 °C.

Segun un modo de realizacion, el sistema de mando comprende un sistema de comunicacion inalambrica para recibir una senal de mando, que permite echar a andar el dispositivo de calentamiento a distancia, por ejemplo, desde la Tierra.

La pieza y la pieza movil pueden presentar una forma cilmdrica, de modo que la subida de temperatura por el efecto del dispositivo de calentamiento se efectua de manea sustancialmente homogenea en las piezas por radiacion.

La pieza fija y la pieza movil pueden estar en contacto directo o no.

Segun un segundo aspecto, la invencion propone una aplicacion de un dispositivo de separacion tal como se ha presentado mas arriba a las lanzaderas espaciales, a las sondas espaciales, a los satelites, a los misiles.

Descripcion de las figuras

Otras ventajas de la invencion se pondran de manifiesto a la luz de la descripcion que sigue de un modo de realizacion particular acompanado de las figuras en las que:

La figura 1 es una representacion esquematica en perspectiva de un satelite que comprende un cuerpo principal sobre el que estan montados un conjunto de equipos, estando los equipos en una posicion replegada.

La figura 2 es una representacion del satelite de la figura 1 en el que los equipos estan en una posicion desplegada. La figura 3 es una representacion tridimensional de una primera pieza de un dispositivo de separacion segun un primer modo de realizacion.

La figura 4 es una representacion tridimensional de una segunda pieza del dispositivo de separacion del primer modo de realizacion.

La figura 5 es una vista en corte del dispositivo de separacion que comprende la primera pieza de la figura 3 y la segunda pieza de la figura 4.

La figura 6 es una vista en perspectiva del dispositivo de la figura 5.

La figura 7 es una representacion esquematica de un dispositivo de calentamiento del dispositivo de separacion. La figura 8 es una ilustracion del dispositivo de calentamiento de la figura 7 montado sobre la primera pieza de la figura 3.

La figura 9 es una vista similar a la figura 5, para un segundo modo de realizacion del dispositivo de separacion.

Descripcion detallada de la invencion

En las figuras 1 y 2, se representa un vehfculo espacial, en este caso concreto, un satelite 1, que comprende un cuerpo 2 principal sobre el que esta montado un conjunto de equipos, cuyo al menos un equipo es movil con respecto al cuerpo 2 principal.

Los equipos moviles comprenden, por ejemplo, unas antenas 3 , un brazo 4 y unos paneles solares 5 , siendo cada uno de sus equipos desplegables, es decir, que son moviles con respecto al cuerpo 2 principal entre una posicion replegada (figura 1) en la que se llevan contra el cuerpo 2 del satelite, de manera que se proporcione una forma compacta, adaptada para el lanzamiento del satelite 1 y una posicion desplegada (figura 2) en la que se separan del cuerpo 2 para su utilizacion una vez que el satelite esta arrojado al espacio.

Se puede observar para la continuacion de la descripcion que los paneles 5 solares estan montados en serie, estando dos series formadas sobre el cuerpo 2 del satelite 1, sobre dos caras opuestas, estando una articulacion formada entre dos paneles 5 sucesivos adyacentes. Cuando los paneles 5 solares estan en posicion replegada, cada panel 5 de una serie se lleva contra otro panel 5 de la misma serie, a manera de un plegado en acordeon.

Para cada uno de los equipos desplegables, el satelite 1 necesita, por lo tanto, la implementacion de uno o varios dispositivos 6 de separacion controlada que permite, por una parte, mantener los equipos desplegables en una posicion replegada y los mecanismos y, por otra parte, permitir su paso a la posicion desplegada.

Los equipos moviles pueden, igualmente, comprender un equipo animado, destinado a tomar un estado inactivo, en el que el equipo esta inmovil con respecto al cuerpo 2 principal, por ejemplo, durante el lanzamiento del satelite y un estado en funcionamiento, en el que el equipo esta en movimiento con respecto al cuerpo 2 principal, por ejemplo, cuando el satelite esta en orbita. T ambien en este caso, uno o varios dispositivos 6 de separacion entre un mecanismo de este tipo y el cuerpo 2 principal, que permite mantener el mecanismo animado en el estado inactivo y liberarlo para ponerlo en el estado de funcionamiento son necesarios.

El dispositivo 6 de separacion comprende una primera pieza 7 , llamada pieza fija y una segunda pieza 8 , llamada pieza movil, cada una fijada de manera ngida a una estructura del satelite 1, al nivel de una articulacion. La pieza 7 fija puede, por ejemplo, estar fijada de manera ngida al cuerpo 2 del satelite, en cuyo caso la pieza 8 movil esta fijada de manera ngida a un equipo desplegable. Como variante, la pieza 7 fija puede estar fijada de manera ngida a un panel solar 5 y la pieza 8 movil esta fijada, entonces, de manera ngida al panel 5 solar adyacente de la misma serie. Puede utilizarse cualquier tipo de medios para el montaje de la pieza 7 fija y de la pieza 8 movil sobre el cuerpo 2 o sobre uno de los equipos desplegables.

La pieza 7 fija y la pieza 8 movil estan ensambladas por medio de un agente de union de alta resistencia compatible con las exigencias espaciales. En particular, el agente de union tiene sus propiedades ffsicas que no estan impactadas o lo estan poco por el entorno del satelite 1, tanto durante el lanzamiento como una vez en el espacio.

Mas precisamente, la pieza 7 fija presenta una superficie 9 de union fija, destinada a cooperar con una superficie 10 de union movil de la pieza 8 movil. La superficie 9 de union fija esta frente por frente de la superficie 10 de union movil, estando una capa 11 del agente de union dispuesta entre las dos superficies 9, 10 de union. La superficie 9 de union fija es compatible con la superficie 10 de union movil, es decir, que su forma y sus dimensiones permiten poner las dos superficies 9, 10 en contacto la una con la otra por medio de la capa 11 del agente de union.

De este modo, segun un ejemplo, las dos superficies 9, 10 de union son planas, como se ilustran en las figuras 3 a 8. Segun este ejemplo, las dos piezas 7, 8 no estan en contacto directo la una con la otra, es decir, que no hay superficie de contacto directo entre la pieza 7 fija y la pieza 8 movil, sin interposicion de la capa 11 de agente de union. Esta configuracion permite, en concreto, tener una consistencia mecanica de las dos piezas 7, 8 juntas optimizada.

Segun otro ejemplo de realizacion ilustrado en la figura 9, la pieza 7 fija es una pieza denominada macho y la pieza 8 movil es una pieza denominada hembra. Las superficies 9, 10 de union son de forma troncoconica complementaria, estando la capa 11 de agente de union interpuesta entre ellas. El angulo en la cuspide de la forma troncoconica es, por ejemplo, de 45 ° aproximadamente. En esta configuracion, las dos piezas 7, 8 de union pueden estar en contacto directo por otra parte. Por ejemplo, la pieza 7 fija comprende una superficie 9' de contacto y la pieza 8 movil comprende una superficie 10' de contacto. Las dos superficies 9', 10' de contacto son de forma compatible con un contacto directo la una con la otra, sin interposicion de la capa 11 de agente de union. Por ejemplo, las dos superficies 9', 10' de contacto son sustancialmente planas. Como se precisara esto mas adelante, esta configuracion permite participar en la separacion de las dos piezas 7, 8.

De manera preferente, se aplica una preparacion de superficie espedfica de las superficies 9, 10 de union de cada una de las piezas 7, 8, con el fin de adaptar, es decir, de aumentar o de reducir la capacidad de adhesion del agente de union y permitir utilizar varios tipos de agente de union. Por ejemplo, cada una de las superficies 9, 10 de union puede experimentar una abrasion, con el fin de hacer variar segun las necesidades las propiedades de anclaje mecanico con el agente de union.

La pieza 7 fija presenta un coeficiente de dilatacion termica diferente del de la pieza 8 movil. Por ejemplo, la pieza 7 fija esta realizada con un material con un coeficiente de dilatacion termica muy importante, de tipo aluminio, mientras que la pieza 8 movil esta realizada con un material de coeficiente de dilatacion termica muy escaso, tal como el INVAR, el titanio (Ti), el carburo de silicio (SiC) o el polfmero reforzado con fibra de carbono (tambien conocido con su acronimo ingles de CFRP para Carbon Fiber Reinforced Polymer). No obstante, puede estar previsto que la pieza 8 movil tenga un coeficiente de dilatacion termica superior al de la pieza 7 fija. Un objetivo es maximizar la diferencia de coeficiente de dilatacion con la ayuda de materiales que tienen un muy fuerte coeficiente de dilatacion para poder tener que proporcionar la menos energfa posible para permitir la separacion. Por lo tanto, preferentemente, la diferencia de coeficiente de dilatacion termica entre el material de la pieza 7 fija y el material de la pieza 8 movil esta adaptada para crear una tension termoelastica en el ensamblaje pegado al menos igual a la tension de rotura de este ensamblaje.

De manera opcional, el dispositivo 6 de separacion comprende, ademas, uno o varios elementos 12 de precarga con memoria de forma o unos muelles fijados de manera ngida a la pieza 7 fija y que, como se vera esto mas adelante, ayudan a la separacion de las dos piezas 7, 8.

El dispositivo 6 de separacion comprende, ademas, un dispositivo 13 de calentamiento de al menos una de la pieza 7 fija y de la pieza 8 movil y un sistema 14 de mando (MAN) del dispositivo 13 de calentamiento. Preferentemente, el dispositivo 13 de calentamiento comprende unos elementos de calentamiento electrico, por ejemplo, de tipo resistencia y el sistema 14 de mando es de naturaleza electronica, estando unos medios de conexion alambricos colocados entre ellos. Para facilitar su conexion, segun el ejemplo que se presenta en el presente documento, el dispositivo 13 de calentamiento esta montado sobre la pieza 7 fija y el sistema 14 de mando esta montado sobre el cuerpo 2 del satelite.

Segun el modo de realizacion que se presenta en el presente documento, la superficie exterior de la pieza 7 fija presenta al menos una porcion 15 cilmdrica y el dispositivo 13 de calentamiento comprende al menos una bobina 16 de hilos calentadores arrollados en espiral alrededor de la porcion 15 cilmdrica de la pieza 7 fija. Para asegurar la redundancia del calentamiento, se pueden utilizar dos bobinas 16a, 16b espirales independientes de hilos calentadores arrollados de forma alterna alrededor de la porcion 15 cilmdrica de la pieza 7 fija.

La forma en espiral se debe al hecho, en concreto, de que es necesaria una cierta longitud de hilo para obtener las temperaturas deseadas con la potencia disponible. La espiral permite, por lo tanto, habilitar la longitud necesaria en un espacio reducido.

Para asegurarse de que las espirales permanecen en su sitio durante las cargas mecanicas del lanzamiento, las dos bobinas 16a, 16b estan alojadas en un espacio acotado, por un lado, por un resalte 19 y, por otro lado, por un manguito de retencion 20 implantado en una garganta 21, estando resalte 19 y garganta 21 formados sobre la porcion 15 cilmdrica de la superficie exterior de la pieza 7 fija. El contacto termico entre las espirales 16 y el cilindro 15 puede estar asegurado por un aglutinante que optimiza la conduccion.

Alternativamente, la o las bobinas 16a, 16b utilizadas pueden estar dispuestas en el interior de la pieza 7 fija, en una garganta abierta sobre la parte sujeta al satelite y horadada en la parte cilmdrica 15 de la pieza 7 fija. De este modo, el recalentamiento todavfa es mas eficaz, puesto que se produce en el nucleo mismo de la pieza 7 fija que hay que recalentar.

Preferentemente, la pieza 7 fija y la pieza 8 movil son simetricas de revolucion, al menos al nivel de su superficie 9, 10 de union, de modo que la difusion termica a partir del dispositivo 13 de calentamiento arrollado sobre la porcion 15 cilmdrica de la pieza 7 fija radia de manera uniforme en las piezas y, en concreto, sobre las superficies 9, 10 de union, entonces, circulares o anulares, limitando el riesgo de presencia de punto fno.

El dispositivo 6 de separacion se preensambla, en primer lugar, poniendo en cooperacion la superficie 9 de union fija de la pieza 7 fija con la superficie 10 de union movil de la pieza 8 movil por medio de la capa 11 del agente de union. Por ejemplo, la capa 11 de agente de union puede aplicarse sobre una de la superficie 9 de union fija y de la superficie 10 de union movil y la otra de la superficie 9 de union fija y de la superficie 10 de union movil se apoya sobre la capa 11 del agente de union. Las dos piezas 7, 8 se presionan la una contra la otra para obtener la adhesion del agente de union sobre las dos superficies 9, 10 de union. Como variante, puede aplicarse una primera capa del agente de union sobre la superficie 9 de union fija y puede aplicarse una segunda capa sobre la superficie 10 de union movil, luego, se aproximan las dos superficies 9, 10, estando la primera capa puesta en contacto con la segunda capa del agente de union, para formar la capa 11 de agente de union entre las dos piezas 7, 8. Preferentemente, la capa 11 del agente de union esta en contacto sobre la superficie 9 de union fija sobre una dimension igual a aquella con la que esta en contacto con la superficie 10 de union movil.

El dispositivo 6 de separacion preensamblado se instala, entonces, sobre el satelite 1. Por ejemplo, la pieza 7 fija se fija de manera ngida al cuerpo 2 del satelite por atornillado en unos agujeros aterrajados 17a y la pieza 8 movil se fija de manera ngida a un equipo desplegable del satelite, igualmente, por atornillado en unos agujeros aterrajados 17b. Unas arandelas aislantes, respectivamente 22a y 22b, pueden interponerse, respectivamente, por una parte, entre el cuerpo 2 del satelite y la pieza 7 fija y, por otra parte, entre el equipo desplegable y la pieza 8 movil, para proteger el satelite 1 y el equipo desplegable de las temperaturas elevadas.

El dispositivo 6 de separacion se bloquea y ancla, entonces, sobre el satelite 1, entre el cuerpo 2 y un equipo y permite soportar los esfuerzos esperados, en concreto, durante el transporte y la fase de lanzamiento, durante los que debe mantener el equipo en posicion replegada.

El dispositivo 6 de separacion se desbloquea en el momento oportuno, de manera que se ponga el equipo en la posicion desplegada.

Para esto, se envfa una serial de mando al sistema 14 de mando. Por ejemplo, el dispositivo 14 de mando comprende un sistema 18 de comunicacion (SEN) inalambrica, que permite recibir la serial de mando emitida, por ejemplo, desde la Tierra. Como variante, el sistema 14 de mando puede estar preprogramado para disparar la implementacion del dispositivo 13 de calentamiento en un momento dado.

A la recepcion de la serial de mando, el sistema 14 de mando echa a andar la puesta en marcha del dispositivo 13 de calentamiento. La temperatura de la pieza 7 fija aumenta y la pieza 7 fija se deforma aumentando su volumen por el efecto del calor. La temperatura de la pieza 8 movil puede aumentar, igualmente, por la transferencia de calor que se opera de la pieza 7 fija calentada por medio de la capa 11 de agente de union. El dispositivo 6 de separacion no utiliza ciclo termico, sino solamente un unico aumento de la temperatura provocado por el dispositivo 13 de calentamiento.

No siguiendo las deformaciones de la pieza 7 fija las deformaciones de la pieza 8 movil, la capa 11 de agente de union esta sometida, entonces, a unas tensiones y, en concreto, unas tensiones de cizallado, es decir, transversales al espesor de la capa 11 de agente de union entre las dos superficies 9, 10 de union, lo que provoca la separacion de la pieza 7 fija y de la pieza 8 movil.

La separacion puede ser adhesiva, es decir, que la capa 11 del agente de union permanece adherida a una sola de la superficie 9 de union fija y de la superficie 10 de union movil, o ser cohesiva, es decir, que la capa 11 del agente de union se escinde en al menos dos partes, una parte que permanece adherida sobre la superficie 9 de union fija y la otra parte que permanece adherida sobre la superficie 10 de union movil.

Los eventuales elementos 12 de precarga participan en la separacion creando una tension axial, es decir, en la direccion del espesor de la capa 11 de agente de union, que tiende a separar la pieza 7 fija y la pieza 8 movil. Los elementos 12 de precarga son, por ejemplo, unos muelles, comprimidos entre la pieza 7 fija y la superficie 10 de union movil de la pieza 8 movil, cuando el dispositivo 6 de separacion esta bloqueado y que se relajan cuando la capa 11 de agente de union se ha debilitado lo suficientemente por las tensiones provocadas por las diferencias de deformaciones de las dos piezas 7, 8 y/o por el calor. Como variante, los elementos 12 de precarga pueden ser unos pasadores que se dilatan por el efecto del calor del dispositivo 13 de calentamiento, de manera que se ejerza un esfuerzo axial entre la pieza 7 fija y la pieza 8 movil. Mas precisamente, los pasadores tienen un coeficiente de dilatacion mas elevado que el de la pieza 7 fija, de modo que se deforman mas que la pieza 7 fija por el efecto del calor para ejercer el esfuerzo axial.

Cuando la pieza 7 fija y la pieza 8 movil estan en contacto directo, por medio de superficies 9', 10' de contacto como se ha visto anteriormente con el ejemplo de las superficies 9, 10 de union troncoconica, las diferencias de deformaciones inducen, igualmente, que se ejerza una tension axial entre las dos piezas 7, 8 por sus superficies 9', 10' de contacto, que ayuda a separarlas la una de la otra.

Una vez que se ha obtenido la separacion entre la pieza 7 fija y la pieza 8 movil, el sistema 14 de mando para la alimentacion del dispositivo 13 de calentamiento. Para esto, puede recibirse una serial de parada por el sistema 16 de comunicacion o la parada puede programarse despues de un periodo de tiempo determinado.

El mecanismo de separacion implementado por el dispositivo 6 de separacion hace intervenir principalmente la diferencia de coeficiente de dilatacion termica. En efecto, por ejemplo, cuando el dispositivo 13 de calentamiento esta montado sobre la pieza 7 fija, por el efecto del calor generado por el dispositivo 13 de calentamiento, la pieza 7 fija, al menos al nivel de su superficie 9 de union fija, se deforma y las deformaciones de la pieza 8 movil no siguen las de la pieza 7 fija. Ademas, siendo el calor transferido de la pieza 7 fija hacia la pieza 8 movil, la temperatura dentro de las dos piezas 7, 8 no es identica, acentuando mas todavfa las diferencias de deformacion.

Entonces, la capa 11 de agente de union se encuentra debilitada, es decir, que la consistencia mecanica de la capa 11 de agente de union entre las dos superficies 9, 10 de union se ha degradado.

El mecanismo de separacion puede hacer intervenir, igualmente, otros parametros y, en concreto, el estado de las superficies 9, 10 de union, favoreciendo o no la adhesion de la capa 11 del agente de union, el espesor de la capa 11 del agente de union y la naturaleza del agente de union.

Por lo tanto, se trata de tomar en cuenta un conjunto de parametros para determinar la tension de rotura del conjunto formado por la pieza 7 fija, la capa 11 del agente de union y la pieza 8 movil y la temperatura que hay que aplicar a la pieza 7 fija por el dispositivo 13 de calentamiento para obtener la separacion.

De este modo, a tttulo de ejemplo unicamente, se pueden citar los siguientes ejemplos de pares de materiales que han sido satisfactorios en el dispositivo 6 de separacion:

- el par de material Invar-Aluminio con una diferencia de coeficiente de dilatacion termica del orden de 20.10-6 °C-1; - el par de material Titanio-Acero inoxidable con una diferencia de coeficiente de dilatacion termica del orden de 2.10-6 °C-1;

- el par de material Aluminio-CFRP con una diferencia de coeficiente de dilatacion termica del orden de 24.10'6 °C-1.

La temperatura de calentamiento por el dispositivo 13 de calentamiento se elige para que sea inferior a la temperatura de degradacion del agente de union, es decir, que la temperatura de calentamiento no rebasa la temperatura mas alla de la que el agente de union pierde completamente sus propiedades mecanicas y su integridad ffsica.

Por ejemplo, la temperatura puede elegirse inferior a la temperatura de fusion del agente de union. De este modo, la capa 11 de agente de union no se funde, evitando la emision de restos que podnan danar los equipos del satelite 1. Sin embargo, ventajosamente, la temperatura de calentamiento es superior a la temperatura de transicion vttrea del agente de union, de modo que la capa 11 de agente de union se reblandece por el efecto del calor y lo debilita. Preferentemente, la temperatura de transicion vftrea es elevada, es decir, superior o igual a 50 °C.

Como variante, el agente de union puede ser termoendurecible, de modo que no se reblandece por el efecto del calor, sino que, al contrario, se endurece, volviendolo mas ngido y, por lo tanto, mas fragil respecto a las diferencias de deformaciones de las dos piezas 7, 8. De este modo, mientras que las dos piezas 7, 8 se deforman por el efecto del calor, la rigidez de la capa 11 del agente de union aumenta, impidiendo que la capa 11 de union siga las deformaciones.

Entonces, la separacion entre la pieza 7 fija y la pieza 8 movil no genera o genera pocos restos o contaminacion para los equipos y el satelite 1.

El agente de union es, en concreto, un pegamento. Se trata, por ejemplo, de un pegamento estructural bicomponente y/o termoendurecible a base de epoxi. Su resistencia al cizallado depende de las necesidades. Tradicionalmente, puede ser superior o igual a 20 MPa (megapascales) a temperatura ambiente. Su modulo de Young esta determinado, igualmente, en funcion de las necesidades y es, por ejemplo, superior o igual a 1,8 GPa (gigapascales) a temperatura ambiente.

A tftulo de ejemplo, cuando a pieza 7 fija es de aluminio, la pieza 8 movil de INVAR, la temperatura maxima de calentamiento es de 200 °C, el agente de union es un pegamento Hysol® EA9321 y la potencia consumida por el dispositivo 13 de calentamiento es de 300 W, entonces, el tiempo para obtener la separacion entre la pieza 7 fija y la pieza 8 movil es del orden de 2 minutos. El tiempo de separacion depende, igualmente, de la potencia electrica utilizada para el recalentamiento y de la temperatura inicial de los materiales antes de arranque del recalentamiento. De este modo, con una potencia electrica mas escasa (por ejemplo, de 150 W), el tiempo de separacion puede situarse tradicionalmente entre 3 y 10 minutos.

Sin embargo, el tiempo para obtener el desbloqueo del dispositivo 6 de separacion es variable, ya que depende, en concreto, del tamano de la pieza 7 fija, del agente de union, del material utilizado para las piezas 7 fija y 8 movil. El tiempo de separacion puede, por lo tanto, estar adaptado en funcion de las necesidades.

En el caso de equipos en serie, es decir, con varias articulaciones, tales como los paneles 5 solares montados en serie o unos reflectores de antena o unos brazos desplegables o unos instrumentos, cada dispositivo 6 de separacion colocado sobre cada articulacion debe desbloquearse. Este es el caso, a menudo, para unas estructuras amplias o de masa importante o que necesitan una consistencia a las vibraciones muy elevada. Segun una realizacion, el desbloqueo se efectua de manera sucesiva, con el fin de aumentar progresivamente la carga aplicada a los dispositivos 6 restantes. Esto permite limitar el consumo electrico. Segun una variante, los dispositivos 6 de separacion se desbloquean todos simultaneamente, de manera que se obtenga la posicion desplegada para el conjunto de los paneles mas rapidamente.

La separacion esta completamente controlada por el dispositivo 6 de separacion. De este modo, en caso de problema, el calentamiento por el dispositivo 13 de calentamiento puede detenerse, interrumpiendo el proceso de separacion. El dispositivo 6 de separacion esta adaptado, igualmente, sea el que sea el tipo de orbita, puesto que no esta influenciado o lo esta poco por el entorno exterior del satelite y que no depende de ello para su funcionamiento.

Ademas, el dispositivo 6 de separacion no produce o produce pocos restos que puedan danar los equipos sensibles del satelite 1. El modo de proceder de separacion se hace con suavidad, sin choque ni vibracion, con el fin de preservar los equipos de medicion de precision, por ejemplo.

La separacion se realiza rapidamente, en algunos minutos, por ejemplo, dos minutos, pero no violentamente, como en el estado de la tecnica, lo que permite poder parar el procedimiento de separacion en caso necesario, pero, igualmente, limitar la transferencia de calor hacia la pieza 8 movil, que esta unida a un quipo susceptible de degradarse por un aumento de temperatura demasiado importante.

El dispositivo 6 de separacion se basa, por lo tanto, en la utilizacion astuta de la diferencia de deformacion entre la pieza 7 fija y la pieza 8 movil por el efecto del calor. El entorno del satelite no influye sobre la separacion. El dispositivo 6 de union no utiliza un ciclo termico, de aumento y de bajada de temperatura, sino unicamente un aumento de temperatura.

El dispositivo 6 de separacion puede, ademas, reacondicionarse. En efecto, las deformaciones de la pieza 7 fija y, eventualmente, de la pieza 8 movil son reversibles: una vez que se ha parado el calentamiento y que la temperatura baja, las piezas 7, 8 retoman su forma inicial. De este modo, para reutilizar el dispositivo 6 de separacion, es suficiente con aplicar una nueva capa 11 de agente de union entre las superficies 9, 10 de union. De este modo, el dispositivo 6 de separacion esta particularmente adaptado para unas pruebas en tierra.

El dispositivo 6 de separacion puede utilizarse, igualmente, en la interfaz entre un satelite y una lanzadera, entre las diferentes etapas de un misil o de una lanzadera o en una sonda espacial portadora de equipos o de sistemas que hay que separar (vehuculo o robot, por ejemplo) en el marco de misiones de exploracion.

El dispositivo 6 de separacion puede utilizarse, igualmente, para unas constelaciones de satelites en las que el tamano pequeno de las plataformas necesitana unos puntos unicos de separacion de los apendices que senan, gracias a la invencion, mas faciles de desarrollar y de hacer fiable rapidamente.

El dispositivo 6 de separacion puede utilizarse, igualmente, en unos satelites LEO para facilitar su desagregacion al final de su vida, activando la separacion de las partes estructurales del satelite (previamente ensambladas por pegado segun la invencion) durante la fase de regreso a la atmosfera.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo (6) de separacion controlada de una primera pieza (7) denominada fija y de una segunda pieza (8) denominada movil, presentando la pieza (7) fija una superficie (9) de union fija frente por frente de una superficie (10) de union movil de la pieza (8) movil, comprendiendo el dispositivo (6) de separacion:

- al menos un agente de union dispuesto en capa (11) entre la superficie (9) de union fija y la superficie (10) de union movil,

- al menos un dispositivo (13) de calentamiento de al menos una de la pieza (7) fija y de la pieza (8) movil, - al menos un sistema (14) de mando del dispositivo (13) de calentamiento,

caracterizado por que la pieza (7) fija presenta un coeficiente de dilatacion termica diferente del de la pieza (8) movil.

2. Dispositivo (6) de separacion segun la reivindicacion 1, en el que el dispositivo (13) de calentamiento esta montado sobre la pieza (7) fija, sin contacto con la pieza (8) movil.

3. Dispositivo (6) de separacion segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en el que el agente de union tiene una temperatura de transicion vftrea inferior a la temperatura de calentamiento del dispositivo (13) de calentamiento.

4. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el agente de union tiene una temperatura de degradacion superior a la temperatura de calentamiento del dispositivo (13) de calentamiento.

5. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo (13) de calentamiento comprende unos elementos (16a, 16b) de calentamiento electricos.

6. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el agente de union es un pegamento de tipo Hysol® EA9321.

7. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el coeficiente de dilatacion termica de la pieza (7) fija es superior al coeficiente de dilatacion termica de la pieza (8) movil.

8. Dispositivo (6) de separacion segun la reivindicacion anterior, en el que la pieza (7) fija esta realizada de aluminio o una de sus aleaciones y la pieza (8) movil esta realizada a eleccion con uno de los siguientes materiales: Invar, titanio, carburo de silicio, polfmero reforzado con fibra de carbono (CFRP).

9. Dispositivo (6) de separacion segun la reivindicacion 8 en el que la pieza (7) fija esta realizada de aluminio y la pieza (8) movil esta realizada de Invar, la diferencia entre el coeficiente termico de la pieza (7) fija y el coeficiente de dilatacion termica de la pieza (8) movil es del orden de 20.10'6 °C-1.

10. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la separacion de la pieza (7) fija y de la pieza (8) movil se efectua en una duracion entre 2 y 10 minutos.

11. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura maxima del dispositivo (13) de calentamiento es de 200 °C.

12. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema (14) de mando comprende un sistema (16) de comunicacion inalambrica para recibir una senal de mando.

13. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza (7) y la pieza (8) movil tienen una forma cilmdrica.

14. Dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza (7) fija y la pieza (8) movil no estan en contacto directo.

15. Aplicacion de un dispositivo (6) de separacion segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores a las lanzaderas espaciales, a las sondas espaciales, a los satelites, a los misiles.