ES2832548T3 - Dispositivo de apilamiento para vehículo espacial y vehículo espacial asociado - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de apilamiento para vehículo espacial, comprendiendo dicho dispositivo n apéndices espaciales, siendo n un número entero estrictamente superior a 2, y una pluralidad de mecanismos de retención y liberación (10), estando dicho dispositivo de apilamiento configurado para retener en posición apilada, de manera temporal, los n apéndices espaciales en un mismo soporte del vehículo espacial con la ayuda de los mecanismos de retención y liberación (10), incluyendo dicho dispositivo de apilamiento unos casquillos (42), estando cada casquillo implantado sobre una estructura de soporte (20) de uno de los apéndices espaciales, y permitiendo la fijación de uno de los mecanismos de retención y liberación (10) en un apéndice espacial; caracterizado porque el número, la configuración y disposición de los mecanismos de retención y liberación (10) se determinan de tal manera: - que cada mecanismo de retención y liberación (10) está dimensionado y configurado para retener n-1 apéndices espaciales en posición apilada; y - que para cada uno de los n apéndices espaciales, cada uno de los otros apéndices espaciales distintos del apéndice espacial considerado está retenido en posición por al menos uno de los mecanismos de retención y liberación (10) asegurando la retención del apéndice espacial considerado.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de apilamiento para vehículo espacial y vehículo espacial asociado
La presente invención se refiere al campo espacial. La invención se refiere de manera más particular a un dispositivo de apilamiento y a un vehículo espacial asociado.
Los ingenios o vehículos espaciales, tales como, aunque no de manera limitativa, los satélites o estaciones orbitales en órbita alrededor de la Tierra comprenden equipos espaciales destinados a desplegarse en el espacio. En lo sucesivo, estos equipos se denominarán, "apéndices espaciales". Por apéndices espaciales se deben entender generadores solares, antenas, reflectores, espejos, mástiles o cualquier otro equipo equivalente.
Cuando se lanza y se posiciona un vehículo espacial, los distintos apéndices espaciales, que equipan dicho vehículo, están sujetos a esfuerzos importantes. Con el fin de protegerlos durante esta fase, los apéndices espaciales se repliegan y retienen temporalmente sobre al menos una cara del vehículo espacial para inmovilizarlos. Los apéndices se apilan, es decir, se mantienen en una configuración de almacenamiento, en el vehículo espacial mediante un dispositivo de apilamiento que comprende varios puntos de apilamiento o mecanismos de retención y liberación, también conocidos por el acrónimo HRM de "Hold down and Release Mechanism", según la terminología anglosajona. Un mecanismo de retención y liberación de apéndice espacial se compone principalmente de un sistema de eyección y de un tirante de apilamiento tensado en una tuerca de apilamiento destinada a fijarse sobre el cuerpo del vehículo espacial. Después de la fase de lanzamiento y del posicionamiento del vehículo espacial, se acciona el sistema de eyección de cada mecanismo de retención y liberación para liberar los apéndices espaciales y asegurar su despliegue, véase el documento WO 02/079034 A1.
Generalmente, durante la fase de lanzamiento y de posicionamiento, los apéndices espaciales están retenidos en un soporte del vehículo espacial, por ejemplo, una cara de este último, al menos por tres puntos de apilamiento. Cuando se disponen varios apéndices espaciales en la misma cara del vehículo espacial, cada apéndice está retenido por otros cuatro mecanismos de retención y liberación.
A modo ilustrativo, las figuras 1a, 1b y 1c representan un ejemplo de cara 15 de un satélite en la que están apilados dos apéndices espaciales, a saber, dos reflectores de antena R1, R2. Cada reflector está retenido a la carcasa del satélite por un dispositivo de apilamiento que comprende cuatro mecanismos de retención y liberación, 10, diferentes. El reflector R2 más próximo al satélite está retenido, de manera temporal, por unos puntos de apilamiento 10 fijados directamente a la cara 15 del satélite. El reflector R1 más alejado de la cara 15 del satélite está retenido por otros cuatro puntos de apilamiento un poco más en la periferia y sobreelevados con respecto a los cuatro puntos de apilamiento anteriores por unas alzas 11. Debido a su altura, estos puntos de apilamiento 10 alzados son más voluminosos. Por lo demás, para fortalecer y aumentar su estabilidad, estas alzas están provistas de unas barras de refuerzo 12 lo que aumentan aún más su volumen, su masa y el coste del dispositivo de apilamiento. Estas alzas 11 y barras de refuerzo 12 también añaden nuevas limitaciones a la colocación de los mecanismos de retención y liberación 10 durante la fase de diseño del satélite. En efecto, estos puntos de apilamiento deben colocarse de manera que, durante la misión, cuando los reflectores R1, R2 están desplegados, la parte residente de los mecanismos de retención y liberación 10, a saber, las tuercas de apilamiento, no entren en el campo de visión de las fuentes radiantes 13 con las que cooperan los reflectores de antena R1, R2. Las alzas 11 barras de refuerzo 12 y otros dispositivos adicionales también deben colocarse de manera que no obstaculicen el despliegue de los reflectores R1, R2 después del lanzamiento y posicionamiento del vehículo espacial.
Con referencia a la figura 2, otro problema se plantea cuando se busca apilar varios apéndices espaciales en la misma cara de un vehículo espacial.
Por una parte, aumentando el número de mecanismos de retención y liberación 10 en una misma cara del satélite o pared del satélite, se incrementan las limitaciones de disposición en esa pared. La distribución de los mecanismos de retención y liberación 10 en la pared del satélite debe realizarse de una manera compatible con la transmisión de fuerzas entre los mecanismos de retención y liberación 10 y la estructura del vehículo espacial.
Por otra parte, la anchura del vehículo espacial debe aumentarse para permitir la instalación de los distintos puntos de apilamiento sin interferencias. En efecto, a partir de un número determinado de apéndices, el tener en cuenta estas limitaciones conlleva que las estructuras de soporte 20 (o "backing structure" según la terminología anglosajona) de los apéndices espaciales se encuentren más allá de la estructura 21 del vehículo espacial. Por tanto, es imposible situar los mecanismos de retención y liberación 10 en el vehículo espacial a no ser que se fijen en voladizo a la estructura 21 del vehículo los dispositivos destinados a recibir los mecanismos de retención y liberación 10, lo que plantea nuevos problemas de masa, volumen y fragilidad. Actualmente, teniendo en cuenta las limitaciones de espacio de los vehículos espaciales, el número de apéndices fijados en una misma cara de un vehículo espacial generalmente está limitado a dos.
Un objetivo de la invención es, en concreto, corregir todos o parte de los inconvenientes de la técnica anterior proponiendo una solución que permita apilar dos o más apéndices espaciales en una misma cara de un vehículo espacial, teniendo asimismo un número reducido de HRM en comparación con las soluciones actuales.
Para este propósito, la invención tiene por objetivo un dispositivo de apilamiento para un vehículo espacial según la reivindicación 1, comprendiendo dicho dispositivo una pluralidad de mecanismos de retención y liberación y estando configurado para retener, de manera temporal, n apéndices espaciales, siendo n, en este contexto, un número entero estrictamente superior a 2, en un mismo soporte de un vehículo espacial con la ayuda de unos mecanismos de retención y liberación, estando dicho dispositivo de apilamiento configurado de manera que varios apéndices espaciales estén retenidos por un mismo mecanismo de retención y liberación.
Según un modo de realización, un mismo mecanismo de retención y liberación está configurado para retener dos apéndices espaciales. Según un modo de realización, cada apéndice espacial está retenido por cuatro mecanismos de retención y liberación.
Según un modo de realización, los mecanismos de retención y liberación están situados en un círculo centrado en el centro de los apéndices espaciales.
Según un modo de realización, los mecanismos de retención y liberación están dispuestos en la periferia de los apéndices espaciales.
Según un modo de realización, al menos un mecanismo de retención y liberación atraviesa al menos un apéndice espacial.
Las características específicas de estos modos de realización pueden considerarse por separado o combinadas entre sí.
La invención también tiene como objetivo un vehículo espacial que comprende n apéndices espaciales, siendo n un número entero estrictamente superior a dos, comprendiendo dicho vehículo espacial al menos un dispositivo de apilamiento, tal como se ha definido anteriormente, configurado para mantener temporalmente los apéndices espaciales en una misma cara del vehículo espacial.
Otras particularidades y ventajas de la presente invención se apreciarán con más claridad tras la lectura de la siguiente descripción, aportada a modo de ilustración y no limitativa, y realizada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- las figuras 1a, 1b y 1c, ya presentadas, representan un ejemplo de una cara de satélite en la que están apilados dos reflectores;
- la figura 2, citada anteriormente, ilustra un ejemplo de ubicación de los mecanismos de retención y liberación en una configuración que comprende varios apéndices espaciales en una misma cara del vehículo espacial;
- la figura 3, representa un ejemplo de ubicación de los mecanismos de retención y liberación en una configuración que comprende n apéndices espaciales en una misma cara del vehículo espacial según la invención;
- las figuras 4a 4b, representan respectivamente un ejemplo de ubicación de los mecanismos de retención y liberación en una configuración que comprende tres apéndices espaciales en una misma cara de un vehículo espacial y un ejemplo de apilamiento de los apéndices espaciales en los mecanismos de retención y liberación para esta misma configuración;
- la figura 5, representa un ejemplo de apilamiento de apéndices espaciales en sus mecanismos de retención y liberación en una configuración que comprende cuatro apéndices espaciales en una misma cara del vehículo espacial.
El principio de la invención se basa en el uso de mecanismos de retención y liberación comunes a varios apéndices espaciales en un dispositivo de apilamiento para fijar, de manera temporal, un número estrictamente superior a dos apéndices espaciales en una misma cara de un ingenio o vehículo espacial.
Preferentemente, aunque sin limitación, el vehículo espacial es un satélite artificial.
La figura 3 representa un ejemplo de configuración en la que n apéndices espaciales, n representando un número entero estrictamente superior a 2, están parcialmente superpuestos y fijados temporalmente en una misma cara del vehículo espacial. Para no sobrecargar la figura, sólo se han representado las estructuras de soporte 20 de los apéndices espaciales. En esta configuración, los apéndices espaciales y, por tanto, su estructura de soporte 20, están apilados unos encima de otros y están retenidos temporalmente en un soporte del vehículo espacial, situado, por ejemplo, en una cara de este último, con la ayuda de mecanismos de retención y liberación 10.
Ventajosamente, al menos dos apéndices espaciales pueden estar retenidos, temporalmente, por un mismo mecanismo de retención y liberación 10. El uso de mecanismos de retención y liberación 10 comunes a varios apéndices espaciales permite reducir ventajosamente el número de mecanismos de retención y liberación a utilizar y, por lo tanto, reducir la masa fijada a las caras del vehículo espacial. Esto permite, de manera igualmente ventajosa, obtener configuraciones más compactas.
Según un modo de realización preferido, el mecanismo de retención y liberación 10 está dimensionado para n-1 apéndices espaciales, entre los n apéndices espaciales montados en un mismo soporte del vehículo espacial. De este modo, por ejemplo, si se deben apilar 4 apéndices, ventajosamente, un mismo mecanismo de retención y liberación 10 solo estará dimensionado para cargas correspondientes a solo 3 apéndices.
Otra ventaja reside en el hecho de que, según la invención, todos los mecanismos de retención y liberación 10 tienen una forma idéntica y la misma altura. Debido a este hecho, durante la fase de calificación de los mecanismos de retención y liberación, será suficiente con la calificación de uno solo de estos mecanismos.
Según un modo de realización, cada apéndice espacial está retenido temporalmente en un soporte del vehículo espacial con la ayuda de cuatro mecanismos de retención y liberación 10 que atraviesan los casquillos (no representados) fijados a la estructura de soporte 20 de cada apéndice espacial. Estos casquillos permiten el paso del tirante de apilado.
Según un modo de realización, cuando, por ejemplo, los diferentes apéndices espaciales tienen formas y dimensiones similares, los mecanismos de retención y liberación 10 pueden disponerse en la periferia de los apéndices espaciales. Ventajosamente, esta disposición permite facilitar el acceso a los apéndices espaciales durante las fases de ensamblaje, integración y prueba.
Según un modo de realización, al menos un mecanismo de retención y liberación 10 puede atravesar al menos un apéndice espacial por su parte central.
Como alternativa, cuando los diferentes apéndices espaciales tienen diferentes formas y/o dimensiones, los mecanismos de retención y liberación 10 pueden disponerse en una zona de solapamiento común a los apéndices para fijar los apéndices espaciales entre sí.
Como se ilustra en la figura 3, los apéndices espaciales pueden apilarse concéntricamente y los mecanismos de retención y liberación pueden distribuirse sobre un círculo C cuyo centro está sustancialmente alineado con el del círculo que circunscribe el apilamiento de los diversos apéndices espaciales. En esta configuración, el radio del círculo C, sobre el que están alineados los mecanismos de retención y liberación 10, no depende del número de apéndices espaciales apilados, sino solo de aquél en el que están dispuestos los casquillos en la estructura de soporte 20 de cada apéndice espacial.
Según un modo de realización alternativo, los casquillos, destinados a ser atravesado por los mecanismos de retención y liberación, puede distribuirse siguiendo una disposición irregular o patatoide.
Según un modo de realización, los mecanismos de retención y liberación 10 pueden estar distribuidos uniformemente sobre la estructura 21 del vehículo espacial. Estos mecanismos de retención y liberación 10 pueden, por ejemplo, estar uniformemente distribuidos en un círculo.
Según un modo de realización, los casquillos de cada apéndice espacial pueden disponerse de una manera sustancialmente idéntica en cada uno de los soportes 20 de los apéndices espaciales. Por ejemplo, si cada estructura de soporte 20 de cada apéndice espacial forma un cuadrilátero, como se ilustra en la figura 3, los casquillos se pueden disponer en cada ángulo de los cuadriláteros.
Según un modo de realización preferido, cada punto de apilamiento mantiene dos apéndices espaciales diferentes. Ventajosamente, esta limitación del número de apéndices espaciales por mecanismo de retención y liberación 10 permite reducir la altura de cada mecanismo de retención y liberación 10. En esta configuración, para n apéndices espaciales, se necesitan 2n mecanismos de retención y liberación 10 para retener el conjunto de apéndices espaciales en el vehículo espacial durante la fase de lanzamiento y de posicionamiento. Si se compara esta solución con la solución clásica que consiste en inmovilizar cada apéndice espacial mediante cuatro mecanismos de retención y liberación, la solución propuesta permite reducir a la mitad el número de mecanismos de retención y liberación necesarios para apilar el conjunto de apéndices espaciales. Esto permite conseguir un ahorro de volumen y masa nada despreciable.
Las figuras 4 y 4b ilustran un ejemplo de modo de realización de un dispositivo de apilamiento que permita retener temporalmente tres apéndices espaciales en una misma cara de un vehículo espacial. En este modo de realización, se supone que cada apéndice espacial está fijado por cuatro mecanismos de retención y liberación 10 y que cada mecanismo 10 retiene dos apéndices espaciales diferentes. Para ello, son necesarios seis mecanismos de retención y liberación.
La figura 4a representa un ejemplo de ubicación de los mecanismos de retención y liberación en un dispositivo de apilamiento de apéndices espaciales. En este ejemplo, las estructuras de soporte 20 de los tres apéndices espaciales están apiladas concéntricamente y presentan una forma tal que los mecanismos de retención y liberación pueden distribuirse en la periferia de los apéndices espaciales en un círculo C con un centro sustancialmente igual al del apilamiento. En esta configuración, dos mecanismos idénticos de retención y liberación 10 retienen los apéndices numerados A1 y A3, otros dos apéndices numerados A1 y A2 y otros dos apéndices numerados A2 y A3. Por tanto, el dispositivo de apilamiento cuenta con tres combinaciones diferentes de mecanismos de retención y liberación 10.
De manera general, un dispositivo de apilamiento destinado a apilar n apéndices espaciales, representando n un número entero estrictamente superior a dos, utiliza n combinaciones diferentes de mecanismos de retención y liberación 10.
Como se ha mencionado anteriormente, los apéndices espaciales están retenidos contra el cuerpo 40 del vehículo espacial en la configuración de apilamiento por unos tirantes de apilamiento 41 con la ayuda de casquillos 42 fijados a las estructuras de soporte 20 de los apéndices espaciales y separadores o cilindros de conexión 43. Los cilindros de conexión 43 tienen la función de mantener la separación entre los diferentes apéndices espaciales A1, A2, A3. Cada tirante de apilamiento 41 está tensado por una tuerca de apilamiento 44 y un sistema de eyección 45 permite liberar los apéndices espaciales y garantizar su despliegue tras su activación.
La figura 4b ilustra las posibles combinaciones de casquillos 42 y cilindros de conexión 43 para lograr las diferentes configuraciones de los mecanismos de retención y liberación 10 para este ejemplo de realización.
A modo ilustrativo, la figura 5 representa un ejemplo de configuración de los mecanismos de retención y liberación 10 en el caso de un apilamiento de cuatro apéndices espaciales A'1, A'2, A'3, A'4 en una misma cara de un vehículo espacial. En este modo de realización, son necesarias cuatro combinaciones diferentes de casquillos 42 y cilindros de conexión 43.
La invención tiene, asimismo, como objetivo un vehículo espacial que comprende un número entero estrictamente superior a dos apéndices espaciales. El vehículo espacial comprende al menos un dispositivo de apilamiento, como el presentado previamente, configurado para retener temporalmente en posición de almacenamiento al menos tres apéndices espaciales en una misma cara de un vehículo espacial.
Claims (9)
1. Dispositivo de apilamiento para vehículo espacial, comprendiendo dicho dispositivo n apéndices espaciales, siendo n un número entero estrictamente superior a 2, y una pluralidad de mecanismos de retención y liberación (10), estando dicho dispositivo de apilamiento configurado para retener en posición apilada, de manera temporal, los n apéndices espaciales en un mismo soporte del vehículo espacial con la ayuda de los mecanismos de retención y liberación (10), incluyendo dicho dispositivo de apilamiento unos casquillos (42), estando cada casquillo implantado sobre una estructura de soporte (20) de uno de los apéndices espaciales, y permitiendo la fijación de uno de los mecanismos de retención y liberación (10) en un apéndice espacial; caracterizado porque el número, la configuración y disposición de los mecanismos de retención y liberación (10) se determinan de tal manera:
- que cada mecanismo de retención y liberación (10) está dimensionado y configurado para retener n-1 apéndices espaciales en posición apilada; y
- que para cada uno de los n apéndices espaciales, cada uno de los otros apéndices espaciales distintos del apéndice espacial considerado está retenido en posición por al menos uno de los mecanismos de retención y liberación (10) asegurando la retención del apéndice espacial considerado.
2. Dispositivo de apilamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque cada mecanismo de retención y liberación (10) comprende un tirante de apilamiento (41) y espaciadores o cilindros de conexión (43) atravesados por dicho tirante de apilamiento; atravesando el tirante de apilamiento (41) de cada uno de los mecanismos de retención y liberación (10) un número determinado de casquillos (42) para asegurar la retención de los apéndices espaciales en los que dichos casquillos están montados, estando los distintos espaciadores que constituyen cada mecanismo de retención y liberación (10) dimensionados y dispuestos en relación con los casquillos atravesados por el tirante de apilamiento para asegurar la retención y separación entre los distintos apéndices espaciales retenidos por el mecanismo de retención y liberación (10) considerado.
3. Dispositivo de apilamiento según la reivindicación 2, caracterizado porque cada mecanismo de retención y liberación (10) además comprende una tuerca de apilamiento (44) que permite tensar el tirante de apilamiento (41) de dicho mecanismo.
4. Dispositivo de apilamiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que cada apéndice espacial está retenido por cuatro mecanismos de retención y liberación (10).
5. Dispositivo de apilamiento según la reivindicación 4, en el que, siendo el número n de apéndices espaciales igual a 3, cada mecanismo de retención y liberación (10) está configurado para asegurar la retención de dos apéndices espaciales.
6. Dispositivo de apilamiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los mecanismos de retención y liberación (10) están situados en un círculo centrado en el centro de los apéndices espaciales.
7. Dispositivo de apilamiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los mecanismos de retención y liberación (10) están dispuestos en la periferia de los apéndices espaciales.
8. Dispositivo de apilamiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los mecanismos de retención y liberación (10) están dispuestos en una zona de superposición común de los distintos apéndices espaciales.
9. Vehículo espacial, estando dicho vehículo espacial caracterizado porque comprende al menos un dispositivo de apilamiento según una de las reivindicaciones anteriores configurado para retener temporalmente los apéndices espaciales en una misma cara del vehículo espacial.
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