ES2963233T3 - Método de repostaje de combustible por satélite - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un método, sistema y aparato para el repostaje robótico de satélites. El sistema puede incluir un satélite de reabastecimiento de combustible lanzado directamente desde la Tierra o, alternativamente, podría lanzarse desde otra nave espacial nodriza o estación espacial más grande en la que el satélite de reabastecimiento de combustible se transporta al espacio en el caso de la nave espacial más grande o puede almacenarse. en la estación espacial hasta que sea necesario desde donde se pueda lanzar. El sistema incluye un brazo robótico, herramientas adecuadas que se pueden fijar al efector final del brazo robótico necesarias para acceder, abrir y cerrar la válvula de llenado de combustible en el satélite al que se le da servicio, estaciones de almacenamiento y recuperación en un carrito de herramientas en el que se encuentran las herramientas. y se almacenan varias tapas de válvulas de llenado de combustible. El sistema es teleoperado por un operador ubicado remotamente, por ejemplo ubicado en la Tierra, en la estación madre o en la estación espacial. Se incluyen cámaras enfocadas en el brazo robótico y el efector final y las imágenes se transmiten al operador para permitirle dirigir y controlar el procedimiento de reabastecimiento de combustible. El sistema también puede configurarse para funcionar de forma autónoma bajo control por computadora. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método de repostaje de combustible por satélite
Referencia cruzada a la solicitud de patente de Estados Unidos relacionada
La presente solicitud de patente se relaciona con la solicitud de patente provisional de Estados Unidos N.° de serie 60/905.837 presentada el 9 de marzo de 2007, titulada ROBOTIC SATELLITE REFUELLING METHOD AND SYSTEM, presentada en inglés.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para repostar satélites.
Antecedentes de la invención
Muchos satélites de comunicaciones en órbita geosincrónica actualmente en operación fueron diseñados con una cantidad finita de combustible y no estaban diseñados para la posibilidad de repostar. La filosofía de diseño se basó en la sustitución de los satélites después de que se hubiera agotado el suministro de combustible a bordo. Teniendo en cuenta el coste de la sustitución de satélites, sería muy ventajoso poder repostar satélites de comunicaciones que estén cerca del final de su vida útil o que hayan sufrido un fallo inicial en el sistema de propulsión, ampliando de este modo su vida operativa en varios años.
En muchos incidentes, al final de los 10 a 15 años de vida útil de un satélite, todos sus subsistemas siguen funcionando y es solo el agotamiento de la carga de combustible cuidadosamente presupuestada lo que impulsa el retiro del satélite. Usando el modelo económico actual, la capacidad de repostar combustible de 10 a 12 de estos satélites al final de su vida útil en una misión extendería su vida útil de 3 a 5 años y, por lo tanto, retrasaría la necesidad de desembolsar entre 150 y 250 millones de dólares para lanzar un reemplazo. Algunos satélites sufren fallos en el sistema de propulsión primaria poco después de su lanzamiento. En estos casos, el asegurador espacial debe declarar siniestro total y pagar una compensación al operador. El satélite se convierte en un activo de la aseguradora espacial y eventualmente tendrá que disponerse en una órbita cementerio. Si uno de estos activos puede repostarse, extendiendo su vida útil entre 5 y 10 años, se podrá recuperar la mayor parte del valor de la nave espacial.
La principal dificultad técnica es que estos satélites no fueron diseñados para servicios robóticos y, en general, no se acepta que tales misiones sean técnicamente posibles. Específicamente, la mayoría de los satélites están diseñados con válvulas de llenado y drenaje de combustible que debían llenarse una vez antes del lanzamiento y nunca volver a abrirse ni manipularse. Por lo tanto, acceder a estas válvulas de llenado y drenaje de manera remota presenta diversos desafíos importantes e implicaría diversas operaciones, cada una de las cuales es difícil de realizar de manera robótica, entre ellas: cortar y retirar las mantas térmicas protectoras, retirar varios alambres de seguridad enrollados manualmente alrededor de las válvulas, desenroscar y retirar las tapas de las válvulas exterior e interior, acoplar la línea de llenado de combustible a la boquilla de la válvula, accionar mecánicamente la válvula y, cuando se complete el repostaje de combustible, reemplazar la tapa de la válvula interior.
Los servicios en órbita han sido objeto de muchos estudios durante los últimos treinta años. La idea de mantener los activos espaciales en lugar de deshacerse de los mismos y reemplazarlos ha atraído una variedad de ideas y programas. Hasta ahora, el concepto solo ha encontrado cabida en el programa espacial tripulado, donde se pueden atribuir algunos éxitos a las misiones de reparación del telescopio espacial Hubble, las misiones de rescate Palapa-B2 y Westar y el montaje y mantenimiento de la Estación Espacial Internacional.
Nunca se ha demostrado la captura y el mantenimiento robóticos de naves espaciales geoestacionarias existentes. Durante la última década han madurado varias de las tecnologías clave necesarias para el servicio orbital. Estas incluyen encuentro autónomo (ETS-VII (1998), XSS-11 (2005), DART (2006) Orbital Express (2007), atraque autónomo (ETS-VII, Soyuz, Orbital Express), teleoperación robótica terrestre (ETS-VII, SSRMS (2005) Orbital Express) y transferencia de fluidos en órbita (ISS). Sin embargo, existe una brecha en las tecnologías necesarias para dar servicio o repostar combustible a un satélite en órbita no preparado. Un satélite no preparado se define en el presente documento como una nave espacial que no fue diseñada para manipularse o repararse por un sistema robótico. Se han logrado algunos avances en las tecnologías necesarias para acoplarse a un satélite no preparado, y tanto el DLR (Centro Aeroespacial Alemán) como el MDA han demostrado a través de diversos esfuerzos de I+D que acoplarse a un satélite de comunicaciones GEO a través del motor de apogeo de la nave espacial es una opción de acoplamiento viable.
Hasta la fecha no se ha desvelado ninguna tecnología que pueda resolver el problema de acceder al sistema de combustible de un satélite no preparado para reponer el combustible de mantenimiento de la estación. La mayoría de los satélites en órbita hoy en día no fueron diseñados teniendo en cuenta el repostaje de combustible orbital y el acceso al sistema de combustible está diseñado para que lo pueda acceder un ser humano en la Tierra antes del lanzamiento. Las tecnologías necesarias para acceder al sistema de combustible de la nave espacial objetivo con fines de repostaje todavía tienen un nivel de preparación tecnológica muy bajo y, en general, se consideran el principal obstáculo para una misión de mantenimiento exitosa.
La publicación de patente de Estados Unidos n.° 2006/0151671 (Kosmos) desvela un brazo accionador montado en una nave espacial diseñado como un manipulador de servicio para su uso dentro de una bahía de servicio de nave espacial e incluye un brazo accionador conectado a una base que usa cintas de conexión flexibles.
La publicación de patente de Estados Unidos n.° 2006/0151671 desvela una arquitectura de comunicación de servicio en la que la comunicación entre una estación terrestre y el satélite de servicio se lleva a cabo a través del sistema de comunicación de los enlaces de comunicación de los satélites clientes. También se desvela una arquitectura de servicio general en la que los satélites objetivo se capturan y se devuelven a una nave espacial de servicio. Se propone que dentro de esta nave espacial de mantenimiento se puedan llevar a cabo todas las operaciones de mantenimiento necesarias.
La publicación "On-Orbit Servicing by "HERMES On-Orbit-Servicing System, Policy Robust Planning", C. Kosmos, Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica, actas de la conferencia SpaceOps 2006", páginas 1 a 6, 26 de abril de 2006, desvela una arquitectura de repostaje de combustible de satélites que requiere que cada satélite a recibir servicio tenga un acoplamiento de desconexión rápida (QD) personalizado conectado a su válvula de servicio antes del lanzamiento. También se presenta un diseño preliminar para una herramienta de acceso a la válvula usada para acceder a esta válvula.
La publicación "Automated Resupply of Consumables: Enhancement of Space Commercialization Opportunities", Davoud Manouchehri, Quinto Taller Anual sobre Aplicaciones e Investigación de Operaciones Espaciales (SOAR '91), NASA, Estados Unidos, vol. 3127, núm. 1, 1 de enero de 1992, páginas 407-411, desvela varios métodos de resuministro de consumibles en órbita, con el objetivo de instar a la industria aeroespacial a incorporar el repostaje de combustible en órbita en los requisitos de diseño a gran escala. La publicación enseña que el satélite objetivo debe diseñarse teniendo en cuenta el repostaje de combustible, por ejemplo, proporcionando una estación combinada de atraque y repostaje de combustible. La publicación concluye que el intercambio directo de combustible es la técnica más factible, con conectores que se acoplan en el lugar de atraque.
Por lo tanto, sería muy ventajoso proporcionar un sistema de repostaje de combustible por satélite para el repostaje controlado desde tierra de satélites no preparados.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un método, de acuerdo con la reivindicación 1.
Se pueden comprender mejor los aspectos funcionales y ventajosos de la invención haciendo referencia a la siguiente descripción detallada y a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La invención se comprenderá mejor a partir de la siguiente descripción detallada de la misma tomada en relación con los dibujos adjuntos, que forman parte de la presente solicitud, y en los que:
la Figura 1 muestra un aparato robótico de repostaje de satélites para repostar satélites montados en una nave espacial de mantenimiento y repostar un satélite;
la Figura 2 muestra una vista en perspectiva del aparato de la Figura 1 con dos cámaras montadas en brazos enfocados en la herramienta de repostaje de combustible para ayudar visualmente a los operadores en tierra a dar instrucciones al robot en el procedimiento de repostaje de combustible;
la Figura 3 muestra una vista en perspectiva de una herramienta de válvula parcialmente ensamblada que forma parte del sistema de repostaje de combustible;
la Figura 4 muestra una vista desmontada despiezada de la herramienta de válvula;
la Figura 4b muestra una vista en perspectiva de un mecanismo de sujeción que forma parte de la herramienta de válvula;
la figura 4c muestra una vista en alzado de un mecanismo de accionamiento de válvula que forma parte de la herramienta de válvula;
la Figura 5 muestra la herramienta de válvula completamente ensamblada que sostiene un módulo de conector; la Figura 6 muestra un caddie de módulo en el que están montados diversos conectores de repostaje y drenaje; la Figura 7a es una vista desmontada despiezada del caddie de la Figura 6 mirando desde una dirección;
la Figura 7b es una vista desmontada despiezada del caddie de la Figura 6, similar a la Figura 7a pero visto desde otra dirección;
la Figura 8 muestra la herramienta de válvula que sujeta un acoplamiento de línea de combustible y lo conecta a una válvula de combustible;
la Figura 8a muestra una porción de una herramienta de válvula que se engancha a una tapa de válvula en un satélite cliente;
la Figura 9 muestra una vista en sección transversal de una válvula de llenado de combustible típica montada en un satélite a repostar por el sistema que forma la presente invención;
la Figura 10 muestra las holguras e interferencias entre la tuerca B y las tuercas del accionador de válvula y el accionador de válvula;
la Figura 11 muestra un sistema de gestión de derrames de combustible/oxidante; y
la Figura 12 es un diagrama de flujo que muestra las etapas involucradas en el repostaje de combustible de un satélite.
Descripción detallada de la invención
En términos generales, los sistemas descritos en el presente documento están dirigidos a un método de repostaje de combustible de satélites y a aparatos para repostar satélites. Según sea necesario, en el presente documento se desvelan realizaciones de la presente invención. Sin embargo, las realizaciones desveladas son simplemente a modo de ejemplo y debería entenderse que la invención puede realizarse de muchas formas diversas y alternativas. Las figuras no están a escala y algunas características pueden estar exageradas o minimizadas para mostrar detalles de elementos particulares, mientras que es posible que se hayan eliminado elementos relacionados para evitar oscurecer aspectos novedosos. Por lo tanto, los detalles estructurales y funcionales específicos desvelados en el presente documento no deben interpretarse como limitantes, sino simplemente como una base para las reivindicaciones y como una base representativa para enseñar a un experto en la materia a emplear de diversas formas la presente invención. Con fines de enseñanza y no de limitación, las realizaciones ilustradas se dirigen a un método para repostar satélites.
Haciendo referencia a lasFiguras 1y1a, en términos generales, la presente divulgación está dirigida a un sistema de repostaje de combustible para repostar un satélite cliente no preparado o parcialmente preparado.14. El sistema incluye un sistema de transferencia de fluido41para transferir combustible desde un tanque de almacenamiento de combustible15en la nave espacial de servicio12a un tanque de combustible21en el satélite cliente14y para transferir oxidante desde un tanque de almacenamiento de oxidante13en una nave espacial de servicio12a un tanque de oxidante17en el satélite cliente14. El sistema incluye un mecanismo de herramienta.30para acoplar una línea de llenado de combustible19a un puerto de combustible23en el tanque de combustible21y desacoplar la línea de llenado de combustible19del mismo, y para conectar una línea de llenado de oxidante25a un puerto de oxidante27en el tanque de oxidante17y desacoplar la línea de llenado de oxidante25del mismo. Se apreciará que mientras lasFiguras 1y 1a, no muestran detalles, el sistema de transferencia de fluidos41además de contener los tanques de almacenamiento de oxidante y combustible, también contiene todos los demás equipos necesarios para bombear oxidante y combustible desde el sistema41, tales como, pero no limitados a, bombas de líquido, filtros, dispositivos de gestión de propulsor, válvulas, accionadores de válvulas y diversos sensores y monitores. El sistema de transferencia de fluido descrito se usará para reponer combustible u oxidante o ambos a los satélites que requieran reposición de estos fluidos. Esto incluye tanto los satélites con sistema de propulsión bipropulsor como los satélites con sistema de propulsión monopropulsor.
El sistema de repostaje incluye un conjunto de sensores26para determinar un desplazamiento relativo entre el mecanismo de herramienta y los puertos de combustible y oxidante23y27en el satélite cliente14. El sistema incluye un mecanismo de posicionamiento16conectado al conjunto de sensores26para posicionar el mecanismo de herramienta30con respecto a los puertos de combustible y oxidante23y27en el satélite cliente14para acoplar y desacoplar las líneas de llenado de combustible y oxidante a los puertos de combustible y oxidante respectivamente. El sistema incluye un sistema de control29en comunicación con el mecanismo de detección, los medios de posicionamiento y el mecanismo de herramienta para controlar la operación del mecanismo de posicionamiento y el mecanismo de herramienta basándose en la retroalimentación del mecanismo de detección.
En el contexto de la presente solicitud de patente, la expresión "satélite cliente no preparado" significa un satélite que ha sido lanzado a órbita sin ninguna característica de diseño que simplifique o facilite el repostaje de combustible o el mantenimiento en órbita.
En el contexto de la presente solicitud de patente, la expresión "satélite cliente parcialmente preparado" significa un satélite en el que en su diseño se ha considerado el mantenimiento en órbita o el repostaje de combustible. En estos satélites se usan interfaces estándar, pero se implementan teniendo en cuenta la posibilidad de facilitar el servicio en órbita. Un ejemplo de esto podría ser un rediseño del sistema térmico que permitiría retirar las mantas térmicas de la región alrededor de los puertos de llenado de combustible u oxidante.
Como se muestra en laFigura 1el mecanismo de posicionamiento16incluye un brazo robótico (que puede ser tan simple como un mecanismo de dos grados de libertad) y un ejecutor final18que está adaptado para recibir y acoplarse con diversas herramientas, como la herramienta de válvula30, junto con las demás herramientas contenidas en un recipiente de almacenamiento de herramientas20. Las herramientas incluyen la herramienta de válvula30como se ha mencionado anteriormente, así como cortadores para cortar mantas térmicas que envuelven las válvulas de llenado, herramientas para desactivar los alambres de seguridad que pueden estar fijando diversos componentes móviles en las válvulas de llenado y una herramienta para aflojar y retirar las tapas exteriores de la válvula de llenado.
El satélite cliente14puede ser de cualquier tipo, en cualquier órbita que requiera combustible para aumentar la vida útil del satélite. La nave espacial de servicio12, aun mostrada en forma de transbordador espacial, puede ser de cualquier tipo de nave espacial, tripulada o no, siempre que esté en comunicación con los operadores en tierra para dirigir el brazo robótico16durante el proceso de repostaje. Como alternativa, el brazo robótico16puede operarse de manera autónoma durante el proceso de repostaje de combustible como se expondrá más adelante. En este modo de operación, el sistema de repostaje está equipado con una función de visión artificial que se usa para registrar el lugar de trabajo en las proximidades de la válvula de llenado y drenaje.
A continuación, el sistema de repostaje se controla de manera autónoma usando un modelo actualizado del lugar de trabajo obtenido de la información de registro de la función de visión artificial. El sistema de sensores26se muestra en lasFiguras 1y1bcomo dos cámaras incluidas para proporcionar imágenes visuales de la herramienta30que se transmiten a la estación terrestre para proporcionar confirmación al operador del procedimiento de operación de repostaje de combustible autónomo. Si bien se muestran dos cámaras, y se considera que es el número óptimo necesario, se entenderá que pueden incluirse más o menos cámaras26.
Como se ha mencionado anteriormente, el sistema de control usado para controlar el sistema de repostaje de combustible puede configurarse de varias maneras. La operación de repostaje de combustible está controlada por un teleoperador, es decir, una persona que opera remotamente el sistema a través de una interfaz de usuario que puede estar ubicada en la Tierra o en otra nave espacial o estación espacial; en otro ejemplo, el sistema puede configurarse para funcionar en un modo autónomo de operación, en el que el sistema de control incluye ordenadores que controlan todas o algunas de las operaciones de repostaje de combustible de servicio. Estos ordenadores pueden estar ubicados en la nave espacial de servicio o pueden estar ubicadas en tierra o en otra nave espacial. El sistema de repostaje de combustible puede configurarse para operar en un modo de autonomía supervisada de tal manera que el sistema de control implique una combinación de teleoperación y operación autónoma. En autonomía supervisada, un usuario monitoriza las operaciones de servicio y da órdenes de proceder a las operaciones autónomas, que pueden ser operaciones elementales o cadenas de comandos preprogramadas. Por lo tanto, el sistema de control puede configurarse para tener cierta teleoperación y cierta operación autónoma o autónoma supervisada para esta misión. El sistema puede configurarse para poder usar todos estos modos de operación con un usuario capaz de cambiar entre los diferentes modos.
La herramienta de válvula30incluye un bastidor de soporte, un mecanismo de soporte de módulo de conector montado en el bastidor de soporte configurado para aceptar módulos de conector intercambiables que se describirán más adelante, y un mecanismo de accionamiento de conector montado en el bastidor de soporte para accionar los módulos de conector cuando están asentados en el mecanismo de soporte de módulo de conector. La herramienta de válvula 30 incluye un mecanismo de sujeción montado en el bastidor de soporte para fijar la herramienta de válvula 30 a un área de reacción de la válvula de llenado de combustible y la válvula de llenado de oxidante. El mecanismo de sujeción está configurado para localizar el par generado por la herramienta de válvula 30 para garantizar que cualquier par de reacción del mecanismo de accionamiento del conector reaccione localmente para evitar daños a las válvulas en los tanques del satélite cliente. La herramienta de válvula 30 incluye un mecanismo de accionamiento de válvula montado en el bastidor de soporte usado para abrir y cerrar las válvulas de llenado de combustible y oxidante accionando sus respectivas tuercas de accionamiento de válvula. Estos componentes, que constituyen la herramienta de válvula 30, se analizarán ahora con más detalle.
La Figura 2 muestra un primer plano de la herramienta de válvula 30 montada o ejecutor final 18 con unas cámaras<26 montadas en los brazos>28<que están configuradas para proporcionar una vista clara y sin obstáculos de la>herramienta 30 y la válvula 360 en el satélite 14, la Figura 3 muestra una vista en perspectiva de la herramienta de válvula 30 parcialmente ensamblada y la Figura 4 muestra la herramienta de válvula 30 desmontada. Haciendo referencia a las Figuras 3 y 4, el bastidor de soporte incluye una placa de base 40 con dos separadores largos 50 fijados a la base 40. Una placa de bastidor de motor 56 está atornillada encima de tres distanciadores 58 que a su vez están atornillados a la placa de base 40. El mecanismo de soporte de módulo de conector incluye un soporte de módulo de conector 60 y una barra de retención de módulo 63.
El mecanismo de accionamiento de conector incluye unidades de motor-caja de engranajes 54b, uno de los acoplamientos 68, pernos 61, un engranaje exterior 70, cojinetes 72 y 73, y un árbol 106 y un piñón 108. El mecanismo de accionamiento de conector se usa para activar los conectores ubicados en un soporte de módulo del conector 60 y se acciona por la unidad de motor-caja de engranajes 54b, que junto con la unidad de caja de engranajes de motor 54c usada para accionar un mecanismo de sujeción 77 que se tratará a continuación, están montados en la placa de bastidor de motor 56 y el árbol de cada motor 54a, 54b y 54c está conectado a un acoplamiento asociado 68. Tres separadores cortos 52 están atornillados encima de la placa de bastidor de motor 56. Una sección de base intermedia 62 está montada encima de una sección de base inferior 64 y ambas están atornilladas entre sí a la placa de base 40 mediante pernos 66. Un engranaje 70 está asentado en la abertura circular en la sección de base intermedia 62 y el soporte de módulo de conector 60 está asentado en el engranaje 70 (visto solo en la Figura 4). El engranaje 70 y el soporte del módulo 60 están soportados por un cojinete de bolas superior 72 y un cojinete de bolas inferior 73. El cojinete superior 72 está soportado por la placa de base 40. El cojinete inferior 73 está soportado por la sección de base intermedia 62.
Haciendo referencia a las Figuras 4 y 4b, el mecanismo de sujeción 77 con dos dedos 48 está atornillado a la sección de base media 62 mediante un perno 76 y los dos dedos pivotan alrededor de un eje definido por el perno 76. Un soporte de abrazadera 80 está montado en el lado de la sección de base intermedia 62. La herramienta 30 incluye dos enlaces de abrazadera 84 y 86 fijados al dedo de abrazadera 48 y al árbol de abrazadera 88 perpendicular al plano de accionamiento de los dedos de abrazadera 48 que contienen el eje 51 (Figura 4b). A medida que la unidad de motor-caja de engranajes 54b hace rotar el árbol de abrazadera 88 media vuelta alrededor del eje de árbol 49, los enlaces de abrazadera 84 y 86 separan los extremos de los dedos de abrazadera 48, lo que cierra las superficies de agarre de la abrazadera sobre el área de reacción de la válvula 360 o junta los extremos de los dedos de abrazadera 48, lo que abre la abrazadera lo suficiente como para permitir que la válvula 360 pase a su través. El árbol de abrazadera 88 está soportado en ambos extremos por unos casquillos 90. El casquillo superior 90 se ajusta a presión en la placa de base 40 y el casquillo inferior 90 se ajusta a presión en el soporte de abrazadera 80 que está unido a la sección de base intermedia 62.
Haciendo referencia a la Figura 4c, un mecanismo de accionamiento de válvula 87 incluye un engranaje exterior 96 con un perfil de llave interior como se muestra en la Figura 10. El engranaje exterior 96 está soportado por un cojinete 98 y se fija a ese cojinete con el soporte de cojinete 100. El engranaje exterior 96 se acciona por un piñón 104 unido al árbol 102. El árbol 102 está acoplado a la caja de engranajes de motor 54a mediante el acoplamiento 68. Los extremos del árbol 102 se insertan en los casquillos 103 con el casquillo superior encajado a presión en la placa de base 40 y el extremo inferior encajado a presión en la placa de base 64.
El mecanismo de accionamiento de válvula 87 se acciona por la caja de engranajes de motor 54a. A medida que la caja de engranajes de motor 54a rota, el árbol 102 rota y el piñón 104 acciona el engranaje 96 que tiene caras planas paralelas, similares a una llave, que se engancha a la tuerca de accionamiento de válvula 360. El enganche permite que el engranaje 96 abra y cierre la válvula 360.
La vista delantera de la herramienta 30 completamente ensamblada se muestra en la Figura 5. El bastidor de soporte incluye una placa superior 57 atornillada a los dos separadores largos 50 y a los tres separadores cortos 52. Se muestra un módulo de conector de línea de combustible 192 agarrado por la herramienta 30. Un accesorio de agarre 59 está atornillado a la parte superior de la placa superior 57 y se usa por el ejecutor final 18 para agarrar la herramienta 30. Montada junto al agarre 59 hay una mitad de conector eléctrico de n clavijas (no mostrado). Montado en el ejecutor final 18 hay un mecanismo de acoplamiento de conector (no mostrado). Una vez que el ejecutor final 18 completa el agarre de la herramienta 30, el mecanismo de acoplamiento del conector extiende la mitad opuesta del conector eléctrico sobre el conector montado en la placa 57, proporcionando de este modo señales de potencia y control a la herramienta.
La placa de base 40, la sección de base media 62 y la sección de base inferior 64 forman el cuerpo básico de la herramienta 30 que soporta todos los componentes interiores. El bastidor incluye la placa de bastidor de motor 56, los separadores cortos 52 y los separadores largos 50 y la placa superior 57. Este bastidor tiene tres funciones, i) proteger los motores 54a, b y c, ii) proporcionar estructura para unir la base (formada por la placa de base 40, la sección de base media 62 y la sección de base inferior 64) a la placa superior 57, y ill) proporcionar guías de alineación (los separadores largos 50) para operaciones usando el caddie mostrado en la Figura 7 que se trata más adelante en el presente documento.
Las tres unidades motor-caja de engranajes 54a, 54b y 54c pueden ser idénticas, aunque no es necesario que lo sean. Los motores que se usan son motores de escobillas de CC, sin embargo, se entenderá que podrían usarse motores sin escobillas de CC, motores paso a paso, motores de CA, servomotores u otros tipos de motores. Las cajas de engranajes que se usan son cajas de engranajes planetarios. Podrían usarse otras cajas de engranajes como, por ejemplo, cajas de engranajes rectos. Lo ideal, aunque no necesariamente, es que las cajas de engranajes sean reversibles. Si los motores pueden proporcionar suficiente par, es posible que las cajas de engranajes no sean necesarias en absoluto.
La función del mecanismo de sujeción 77 es fijar la herramienta de válvula 30 al área de reacción de la válvula 360, garantizando de este modo que cualquier par de reacción del mecanismo de accionamiento de conector del accionador de válvula reaccione localmente para evitar daños a la válvula.
Haciendo referencia a la Figura 4b, el mecanismo de sujeción 77 es un varillaje doble de cuatro barras y las cuatro partes principales del varillaje son el árbol-abrazadera 88, el enlace-abrazadera 84 u 86, los dedos-abrazadera 48 y la base de herramienta de válvula 30 formada por la sección de base media 62 y la sección de base inferior 64. La abrazadera se acciona por el engranaje-motor 54 en el lado derecho de la herramienta mostrada en la Figura 5. El engranaje-motor 54c acciona el eje de sujeción 88 a través de su acoplamiento flexible asociado 68. El eje de la abrazadera 88 es la entrada y rota aproximadamente 1/2 vuelta para que la abrazadera pase de la posición abierta a la posición cerrada. Los enlaces de abrazadera 84 y 86 empujan y tiran respectivamente de los dedos de abrazadera 48 para cerrarlos o abrirlos.
La geometría del mecanismo de cuatro barras de la abrazadera se ha seleccionado de tal manera que, en la posición cerrada, la abrazadera tenga características de bloqueo "sobrecentradas". La unidad de motor-caja de engranajes 54c se usa para abrir o cerrar el mecanismo de abrazadera, pero cuando el mecanismo de abrazadera está en cualquier posición, cualquier fuerza ejercida por la válvula 360 en el "área de reacción" se transfiere directamente a través del árbol-abrazadera 88 y no a través del motor 54c. Esto permite que el motor 54c sea significativamente más pequeño y liviano que lo que sería el caso si el diseño de la abrazadera fuera de tal manera que cualquier fuerza ejercida por la válvula en el "área de reacción" se transfiriera directamente a través del motor 54c.
El mecanismo del soporte de módulo de conector 60 tiene dos funciones: 1) para accionar la tuerca B o la tuerca de línea de combustible dentro o fuera de la válvula del tanque de combustible en el satélite que está repostando; y 2) aceptar y retener los módulos correspondientes requeridos para acoplar el sistema de transferencia de fluidos a los tanques de oxidante y combustible en el satélite cliente.
El soporte de módulo de conector 60 se acciona por un motor de engranajes 54b en el centro del grupo de tres motores 54a a 54c en la Figura 5. El motor de engranajes central 54b acciona el árbol 106 a través de su acoplamiento flexible asociado 68 (Figura 4). El árbol 106 está soportado en ambos extremos por casquillos 109. El casquillo superior 109 se ajusta a presión en la placa de base 40 y el casquillo inferior 109 se ajusta a presión en la sección de base media 62.
Haciendo referencia particular a la Figura 4, el piñón 108 está unido al árbol 106 mediante un pasador guía radial 111. A continuación, el piñón 108 acciona el engranaje 70. El engranaje 70 está unido al soporte del módulo 60 con dos tornillos 61.
El soporte de módulo de conector 60 está diseñado para aceptar y accionar la tuerca B hexagonal de las válvulas ubicadas en el tanque de combustible y el tanque de oxidante del satélite al que se le da servicio, y para aceptar y retener los diversos módulos de conector. El conector de línea de combustible y de línea de oxidante 192/194 y los módulos de conector 196/198 (Figura 3) están contenidos o se mantienen en su lugar con la barra de retención de módulo 63. La barra de retención de módulo 63 rota alrededor de un tornillo de fijación 65. La barra de retención de módulo 63 presenta un sistema de retención que mantiene la barra de retención 63 en la posición "abierta" o "cerrada". Este sistema de retención comprende un resorte de retención de bola 67 ubicado en el soporte de módulo 60 que se engancha a dos orificios en la barra de retención de módulo 63, correspondientes a las posiciones "abierta" y "cerrada", en la barra de retención de módulo B 63. Todos los diversos conectores están diseñados para incluir una ranura en V 79 ubicada en la circunferencia del conector de tal manera que cuando el conector se inserta en el soporte de módulo de conector 60, la barra de retención 63 puede desplazarse hacia la ranura 79, capturando el conector, evitando que sea forzado a salir del soporte de módulo de conector 60 durante la operación.
La figura 6 muestra una vista en perspectiva del caddie de módulo ensamblado190 para sostenerlos diferentes módulos de conector, siendo un módulo de conector de línea de combustible 192 para enganchar la válvula de llenado de combustible 360, acoplando de este modo el tanque de combustible en el satélite cliente al sistema de transferencia de combustible en la nave espacial de servicio a través del tubo que forma parte del módulo de conector de línea de combustible 192, siendo otro módulo de conector de línea de oxidante194para enganchar la válvula de llenado de oxidante, acoplando de este modo el tanque de oxidante en el satélite cliente al sistema de transferencia de combustible en la nave espacial de servicio a través del tubo que forma parte del módulo de conector de línea de oxidante192y siendo un tercer módulo de conector196para enganchar la tapa de acceso a la válvula (tuerca B) en la válvula de llenado de combustible y siendo un cuarto módulo de conector198para enganchar la tapa de acceso a la válvula (tuerca B) en la válvula de llenado de oxidante. En el carril 200 también hay un lugar de almacenamiento 208 para la tuerca B.
Aunque no se muestra en laFigura 6, el caddie de herramienta190incluye un soporte para la herramienta de válvula30y otras herramientas como el cortador de manta, la herramienta para retirar y reemplazar la tapa exterior y la herramienta esparcidora de manta. Por lo tanto, inicialmente cuando se despliega el sistema de repostaje de combustible, cualquiera de las herramientas requeridas puede unirse al ejecutor final del mecanismo de posicionamiento16, usarse y a continuación almacenarse en el soporte de almacenamiento.
LasFiguras 7ay7bmuestra el caddie de módulo190desmontado. Haciendo referencia a lasFiguras 6,7ay7b, el caddie190incluye un carril tubular200en el que están montados cuatro caddies de módulo202. LaFigura 7muestra con más detalle los componentes de los caddies202. Cada caddie202incluye una placa de base206, una placa de retención de módulo de conector210y un plato superior214. La placa de retención de módulo de conector2 l0está atornillada directamente a la placa de base206por los pernos216y la placa superior214está separada por encima de la placa de base206por distanciadores218y atornillada a los distanciadores218por los pernos220mientras que los distanciadores están atornillados a la placa de base206por los pernos222. La ranura en "V"79, ubicada en la parte superior de los módulos de conector192,194,196y198, está configurada para acoplarse con un retén de bola de resorte232para soportar los módulos192,194,196y198en su lugar en cada uno de los cuatro soportes de módulo de conector202.
La barra de retención de módulo 63 se activa mediante una pestaña 234 (mostrada en la Figura 7b) en la placa de retención de módulo de conector 210. Cuando la herramienta 30 está completamente enganchada al caddie de módulo 190, la pestaña 234 en la placa de retención de módulo 210 está cerca del diámetro exterior del soporte de módulo 60. La barra de retención de módulo 63 sobresale fuera de este diámetro. Cuando se activa el motor 54b del mecanismo de accionamiento de conector, la barra de retención de módulo 63 entrará eventualmente en contacto con la pestaña 234 en la placa de retención de módulo de conector 210 y se conmutará a la posición opuesta. Al accionar el conector en el sentido de las agujas del reloj se bloqueará el módulo en el soporte de módulo 60 y, a la inversa, al accionar el conector en el sentido contrario a las agujas del reloj se desbloqueará el módulo.
Se usa un segundo resorte de retención de bola en la porción de conector hexagonal del soporte de módulo 60 para enganchar la tuerca B de la válvula y mantenerla en su lugar cuando se transfiere desde la válvula a su ubicación de almacenamiento 208.
La Figura 8 muestra el sistema de repostaje de combustible acoplado con la válvula de combustible 360 del satélite cliente con la herramienta de válvula 30 que soporta un módulo de toma de línea de combustible 192 enganchado con la válvula 360, acoplando de este modo la línea de combustible del módulo de conector 192 a la válvula de combustible 360. Esta configuración se logra después de que el satélite de servicio haya capturado y atracado con el satélite cliente, y se haya desplegado el sistema de combustible en el satélite de servicio y se hayan retirado las tapas de las válvulas de acceso (tuercas B) en los tanques de combustible/oxidante usando los módulos de conector 196 y 198, cuyos procesos se describen a continuación con más detalle. Como puede verse en la Figura 8, la sección de base inferior 64 del bastidor de soporte incluye un pasaje que tiene dimensiones y entradas asociadas 410 para recibir en el mismo una porción de la válvula de llenado de combustible 360 (y la válvula comparable ubicada en el puerto de llenado del tanque de oxidante del satélite cliente). Como se ha mencionado anteriormente, diversas secciones de la herramienta de válvula 30 están diseñadas específicamente para teleoperación robótica proporcionando características de entrada tales como la sección inferior de base 64 que incluye las entradas (chaflán) 410. Estas entradas junto con los recortes 46 permiten que la sección inferior de la sección inferior de base 64 se acople a la válvula de combustible 55, acoplando de este modo el módulo de conector de línea de combustible 192 a la válvula 55. El soporte de módulo de conector 60 está montado en la sección de base media 62 de tal manera que cuando un módulo de conector está ubicado en el soporte de módulo 60, una porción del módulo de conector sobresale hacia el interior del pasaje para engancharse con la válvula de llenado de combustible y dicha válvula de llenado de oxidante.
La Figura 9 muestra una vista en sección transversal de una válvula de llenado de combustible típica 55 montada en el satélite cliente a repostar mediante la herramienta de válvula 30. La válvula 55 incluye una tapa exterior 362 y un alambre de seguridad de tapa exterior 370 fijado a la base 380. Se enrosca una tapa de tuerca B 364 en el vástago de válvula 376 y un alambre de seguridad 366 fija la tapa de tuerca B 364 al vástago de válvula. Se hace rotar una tuerca de accionamiento 374 para abrir o cerrar la válvula. El alambre de seguridad 372 fija la tuerca de accionamiento 374 al vástago de válvula 376.
Haciendo referencia a la Figura 10, el engranaje de accionador de válvula 96 está diseñado para aceptar y accionar la escuadra del accionador de válvula de la válvula. La parte de "llave" del accionador de válvula está configurada de tal manera que permite un espacio máximo, al pasar sobre la tuerca B de la válvula, y un área de contacto suficiente para accionar el accionador de válvula de la válvula.
La herramienta 30 está configurada para poder usarse junto con vistas de cámara de las cámaras 26. La apertura del bastidor y los recortes en la base permiten a las cámaras ver todas las fases críticas de la operación de la herramienta. Hay recortes 69 en la sección media de base 62 y recortes 46 en la sección inferior de base64(véase lasFiguras 3y5). Hay características mecanizadas en las siguientes piezas y en el diseño de bastidor para permitir una fácil interpretación de la posición con las cámaras26, el soporte de módulo60, el engranaje96, la barra de retención de módulo63y la abrazadera77.
Varias piezas de la herramienta de válvula30y el caddie de herramienta190están diseñados específicamente para la teleoperación robótica proporcionando funciones de entrada. Incluyen la sección inferior de base64que incluyen entradas (chaflán)410 (Figura 8), el engranaje96que incluye entradas (chaflán)412, el soporte de módulo60que incluye entradas (chaflán)414 (Figura 8a)y (chaflán)416(parte superior para módulos e inferior para tuercas B), el diseño de bastidor de herramientas, la placa superior de caddie de módulo214que incluye entradas420y la placa de base de caddie de módulo206que incluye entradas418 (Figuras 6y7).
El sistema puede incluir un sistema de gestión de derrames de combustible. Durante cada ciclo de conexióndesconexión existe una mínima fuga de propulsor en el intervalo de2 cm2 En muchos casos, este derrame no causará ningún daño, ni al satélite cliente ni a la nave espacial de servicio, y puede ser evacuado lentamente al espacio. En otros casos, las naves espaciales clientes con elementos sensibles, como ópticas o engranajes expuestos, pueden necesitar la gestión del combustible derramado. Los acoplamientos de desconexión rápida ofrecen un medio para minimizar el derrame a un nivel aceptable, pero estos acoplamientos tendrían que instalarse en los satélites cliente antes del lanzamiento.
El sistema de gestión de derrames ilustrado de manera general en600en laFigura 11, evacua el volumen del derrame a una cámara de vacío602ubicada a bordo de la nave espacial de servicio, diluyendo el derrame, antes de que finalmente sea evacuado al espacio de manera controlada. Por lo tanto, antes de que la herramienta de servicio se separe de la válvula de servicio de cliente, el derrame se dirige a la cámara de vacío602diluyendo el líquido derramado. Más particularmente, una vez que la nave espacial de servicio se ha acoplado con el satélite cliente y el sistema de transferencia de fluido se ha acoplado al tanque de combustible del satélite cliente, en el estado inicial las válvulasA B C,yDestán cerradas. A continuación, se abre la válvulaDpara ventilar la cámara602al vacío, y una vez que esté completa, se cierra la válvula D. Una vez completada la transferencia de combustible desde el tanque de retención de la nave de servicio al tanque de combustible del satélite cliente, se debe eliminar cualquier exceso de combustible en las líneas. Para diluir el exceso, a continuación se abre la válvula de combustibleBy el combustible restante en las líneas de transferencia de combustible se aspira la cámara60. A continuación, la cámara602se presuriza con helio y, a continuación, la válvulaDse abre para ventilar el vapor de combustible diluido al lado cenital de la nave de servicio a través del respiradero604. La columna de combustible u oxidante ventilada se dirige lejos de la pila de la nave espacial cliente-servicio, minimizando la posible corrosión de los componentes sensibles de la nave espacial.
LaFigura 12muestra un diagrama de flujo de todas los etapas en el repostaje de combustible de la nave espacial. Después de retirar la manta térmica, llenar la tapa exterior de válvula y cortar los cables de seguridad, se fija la herramienta de válvula al ejecutor final. Cuando la herramienta está en operación, las secuencias operativas para "repostar" una de las líneas de combustible son las siguientes:
1. Montar módulo de tuerca B
2. Retirar tuerca B
3. Almacenar tuerca B
4. Almacenar módulo de tuerca B
5. Montar módulo de línea de combustible
6. Conectar línea de combustible
7. Abrir válvula
8.Repostar combustible...
9. Cerrar válvula
10. Separar línea de combustible
11. Almacenar módulo de línea de combustible
12. Montar módulo de tuerca B
13. Recuperar tuerca B
14. Reemplazar tuerca B
15. Almacenar módulo de tuerca B
Operaciones concluidas
Estas tareas se dividen en etapas detalladas a continuación.
Nota: [Herramienta] se refiere a las acciones que realizará la herramienta.
[Robot] se refiere a la acción que realizará el robot.
Montar módulo de tuerca B
1. [Robot] Mover herramienta de válvula30cerca del caddie de herramienta190con el módulo de tuerca B198
2. [Robot] Establecer la altura de la herramienta de válvula30de tal manera que la placa superior de la herramienta57esté por encima de la parte superior del módulo de tuerca B198y de tal manera que la placa intermedia de herramienta de válvula40esté debajo de la parte inferior del módulo de tuerca B198. Se usará una vista de cámara para posicionar la herramienta30en relación con el caddie de herramienta190. (cámara de cambio de herramienta)
3. [Robot] Mover herramienta de válvula30hacia el caddie de herramienta 190 alineando los puestos de herramientas de válvula50en las guías de caddie de herramienta214. Garantizar que los puestos50están tocando las guías 214 ligeramente.
4. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta de válvula 54b para configurar la barra de retención de módulo 63 lejos del caddie de herramienta 190.
5. [Robot] Mover herramienta de válvula 30 hacia arriba hasta que la placa intermedia de herramienta de válvula 40 toque la pestaña inferior de caddie de herramienta 234 de la placa de retención de módulo de conector 210.
6. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta de válvula 54b en la dirección de "bloquear" hasta que se agarre el mecanismo de bloqueo (aproximadamente 1/2 vuelta)
7. [Robot] Mover herramienta de válvula 30 hacia abajo hasta el módulo de tuerca B 198 (ahora conectado a la herramienta de válvula 30) que está debajo de la parte inferior del caddie de herramienta 190
8. [Robot] Mover herramienta de válvula 30 directamente lejos del caddie de herramienta 190
9. Con el módulo de tuerca B 190 ahora montado, continuar con la siguiente tarea.
Retirar tuerca B
Se supone que el módulo de tuerca B está montado
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca por encima de la válvula 360. Esto puede lograrse moviendo el robot a una posición preprogramada.
2. [Robot] Alinear el centro de la herramienta 30 con la válvula. La alineación puede lograrse usando dos vistas de cámara ortogonales (cámaras de alineación)
3. [Robot] Alinear herramienta con las partes planas del área de reacción 376 en la válvula. Esta alineación se logra haciendo rotar la herramienta 30 sobre su eje mayor hasta que la placa rectangular 372 en la que está montada la válvula, aparece encuadrada en ambas vistas de la cámara de alineación.
4. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté abierta
5. [Robot] Asentar la herramienta 30 hacia abajo sobre la válvula 360. Dos enfoques funcionarán para lograr esto:
6. Enfoque 1: Prealinear las superficies de contacto de la herramienta para que coincidan con las superficies correspondientes de la válvula usando vistas de cámara que tengan una vista clara de las superficies de contacto de la herramienta, de la siguiente manera:
a. [Robot] Alinear herramienta 30 con partes planas del área de reacción 376 en la válvula 360 b. [Herramienta] Alinear el hexágono en el accionador de tuerca B 60 con tuerca B 364 en la válvula 360 c. [Herramienta] Alinear partes planas de la válvula-accionador 96 en la herramienta. 30 con las partes planas de la válvula-accionador 374 en la válvula
d. [Robot] Mover herramienta 30 hacia abajo hasta que la herramienta esté completamente asentada.
7. Enfoque 2: Deslizar la herramienta 30 hacia abajo sobre la válvula 360 hasta que se atasca en una característica de válvula. La herramienta se atascará si el conector de la tuerca B no está alineado con la tuerca B 364 o las partes planas de la válvula-accionador 96 en la herramienta no están alineadas con el accionador de válvula 374 en la válvula. Las marcas fiduciales en la vista de la cámara de alineación indicarán qué característica no está alineada. La herramienta puede quedarse atascada en ambas, en ninguna o en una de las características.
a. Deslizar la herramienta 30 hacia abajo sobre la válvula hasta que el accionador de tuerca B 60 en la herramienta se atasque en la tuerca B 364.
b. Apretar lentamente el accionador de tuerca B 60 hasta que la herramienta se desatasque.
c. Si la herramienta ahora se atasca en el accionador de la válvula 374, apretar lentamente la llave de accionamiento de válvula 96 en la herramienta 30 hasta que se desatasque.
8. [Herramienta] Cerrar abrazadera 77
9. [Herramienta] Activar válvula-accionador 96 en la dirección de "apretar"
10. [Herramienta] Activar el accionador de tuerca B 60 en la dirección de "aflojar" hasta que la tuerca B esté completamente desenroscada. (aproximadamente 5 revoluciones)
11. [Robot] Ejerce fuerza hacia abajo.
12. [Herramienta] Abrir abrazadera 77
13. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que esté libre de la válvula 360
14. [Robot] Mover herramienta 30 lejos de la válvula 360
15. Listo para continuar con la siguiente tarea
Almacenar tuerca B
Suponer que el módulo de tuerca B 90 está montado y la tuerca B 364 está en la herramienta
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca por encima del puesto de almacenamiento tuerca B 208. Esto puede lograrse ordenando al robot que se mueva a una posición preprogramada.
2. [Robot] Alinear el centro de la herramienta 30 con el puesto de almacenamiento de tuerca B 208 usando la cámara de cambio de herramienta,
3. [Robot] Alinear herramienta 30 con las partes planas del área de reacción con el puesto de almacenamiento de tuerca B 208
4. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté abierta
5. [Robot] Mover la herramienta hacia abajo hasta que esté completamente asentada
6. [Herramienta] Cerrar abrazadera 77
7. [Herramienta] Activar el accionador de tuerca B 66 en la dirección de "apretar" hasta que la tuerca B 364 esté completamente roscada (aproximadamente 5 revoluciones).
8. [Herramienta] Alinear las partes planas del accionador de válvula 96 con las partes planas en la tuerca B 364 9. [Herramienta] Abrir abrazadera 77
10. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que esté libre del puesto de almacenamiento de tuerca B 208.
11. [Robot] Mover herramienta 30 lejos del puesto de almacenamiento de tuerca B 208
12. Listo para continuar con la siguiente tarea
Almacenar módulo de tuerca B
Suponer que la tuerca B 364 no está en la herramienta 30
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca del caddie 202
2. [Robot] Establecer la altura de herramienta 30 de tal manera que la placa superior de herramienta 57 esté por encima de la parte superior del caddie y de tal manera que la parte superior del módulo de tuerca B 198 esté<debajo de la parte inferior de caddie>206
3. [Robot] Mover herramienta 30 hacia el caddie 202 alineando los puestos de herramientas 50 en las guías de caddie #7 y #8. Garantizar que los puestos toquen las guías ligeramente
4. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta 54b para alejar el mecanismo de bloqueo del caddie 202.
5. [Robot] Mover herramienta hacia arriba 30 hasta que la placa intermedia de herramienta 40 toque la pestaña inferior de caddie 234
6. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta 54b en la dirección de "desbloquear" hasta que se desenganche el mecanismo de bloqueo (1 vuelta)
7. [Robot] Mover herramienta hacia abajo hasta que la placa central de herramienta 40 esté debajo de la parte inferior del módulo de tuerca B 198
8. [Robot] Mover herramienta 30 directamente lejos del caddie 202
9. Listo para continuar con la siguiente tarea
Montar módulo de línea de combustible
Suponer que no hay módulos en la herramienta
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca del caddie con el módulo de línea de combustible
2. [Robot] Establecer la altura de la herramienta de tal manera que la placa superior de herramienta 57 esté encima de la parte superior del módulo de conector de línea de combustible 192 y de tal manera que la placa intermedia de herramienta 40 esté debajo de la parte inferior del módulo de conector de línea de combustible 192
3. [Robot] Mover herramienta 30 hacia el caddie 202 alineando los puestos de herramientas 50 sobre las guías de caddie #7, #8. Garantizar que los puestos toquen las guías #7, #8 ligeramente
4. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta 54b para establecer el mecanismo de bloqueo 63 lejos del caddie 202.
5. [Herramienta] Alinear el hexágono del accionador de tuerca B 54b con el hexágono del accesorio de módulo de conector de línea de combustible 192
6. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que la placa intermedia de herramienta 40 toque la pestaña inferior de caddie 234.
7. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta 54b en la dirección de "bloquear" hasta que se enganche el mecanismo de bloqueo (aproximadamente 1 vuelta)
8. [Robot] Mover herramienta 30 hacia abajo hasta que el módulo de conector de línea de combustible 192 (ahora conectado a la herramienta) esté debajo de la parte inferior de caddie 206.
9. [Robot] Mover herramienta 30 directamente lejos del caddie 202
10. Listo para continuar con la siguiente tarea
Conectar línea de combustible
Suponer que está montado el módulo de línea de combustible 192. El uso de las vistas de la cámara 26 descritas para la operación de retirada de la tuerca B se utilizará para esta operación, pero no se describe aquí.
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca por encima de la válvula 360
2. [Robot] Alinear el centro de la herramienta 30 con la válvula 360
3. [Robot] Alinear herramienta 30 con las partes planas de área de reacción 376 en la válvula
4. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté abierta
5. [Herramienta] Alinear las partes planas de válvula-accionador 96 en la herramienta con las partes planas de válvula-accionador 374 en la válvula 360
6. [Robot] Mover herramienta 30 hacia abajo hasta que la herramienta 30 está completamente asentada. 7. [Herramienta] Cerrar abrazadera 77
8. Listo para proceder con la apertura de la válvula
A brir válvula
Suponer que la línea de combustible 192 se ha conectado a la válvula 360 (y por lo tanto la herramienta 30 todavía está en la válvula 360)
1. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté cerrada
2. [Herramienta] Activar accionador de válvula 54a en la dirección de "aflojar" hasta que el accionador de válvula 96 se haya abierto 1 revolución (= aproximadamente 5 revoluciones del acoplamiento 68).
3. Listo para proceder con el repostaje de combustible
Repostar
Activar el sistema de repostaje de combustible.
Cerrar válvula
Suponer que se ha completado el repostaje de combustible
1. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté cerrada
2. [Herramienta] Activar accionador de válvula 54a en la dirección de "apretar" hasta que el accionador de válvula 96 esté completamente cerrado (aproximadamente 1 revolución del accionador de válvula o 5 revoluciones del acoplamiento 68).
3. [Herramienta] Activar accionador de válvula 54a en la dirección de "aflojar" una pequeña etapa para aliviar la fuerza sobre el accionador de válvula 96.
4. Listo para proceder con la desconexión de la línea de combustible
Separar línea de combustible
Suponer que la válvula 360 se ha cerrado
1. [Herramienta] Activar el accionador de tuerca B 54b en la dirección de "aflojar" hasta que la tuerca B 364 de la línea de combustible esté completamente desenroscada. (aproximadamente 5 revoluciones)
2. [Robot] Ejerce fuerza hacia abajo.
3. [Herramienta] Abrir abrazadera 77
4. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que esté libre de la válvula 360
5. [Robot] Mover herramienta 30 lejos de la válvula 360
6. Listo para continuar a la siguiente tarea
Almacenar módulo de línea de combustible
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca del caddie 202
2. [Robot] Establecer la altura de la herramienta de tal manera que la placa superior de la herramienta 57 esté encima de la parte superior del caddie 214 y de tal manera que la parte superior del módulo de línea de combustible 192 esté debajo de la parte inferior del caddie 206.
3. [Robot] Mover herramienta 30 hacia el caddie 202 alineando los puestos de herramientas 50 en las guías de caddie #7 y #8. Garantizar que los puestos toquen las guías ligeramente
4. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta 54b para establecer el mecanismo de bloqueo 63 lejos del caddie.
5. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que la placa intermedia de herramienta 40 toque la pestaña inferior del caddie 234
6. [Herramienta] Activar accionador de tuerca B de herramienta 54b en la dirección de "desbloquear" hasta que el mecanismo de bloqueo 63 esté desconectado (1 giro)
7. [Robot] Mover herramienta 30 hacia abajo hasta que la placa central de herramienta 40 está debajo de la parte inferior del módulo de línea de combustible 192
8. [Robot] Mover herramienta 30 directamente lejos del caddie 202
9. Listo para continuar a la siguiente tarea
Montar módulo de tuerca B
(como se ha descrito anteriormente)
Recuperar tuerca B
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca por encima del puesto de almacenamiento de tuerca B 208
2. [Robot] Alinear el centro de la herramienta 30 con el puesto de almacenamiento 208
3. [Robot] Alinear herramienta 30 con las partes planas del área de reacción en el puesto de almacenamiento de tuerca B 208
4. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté abierta
5. [Herramienta] Alinear el hexágono en el accionador de tuerca B 60 con la tuerca B 364 en el puesto de almacenamiento 208
6. [Robot] Mover herramienta 30 hacia abajo hasta que la herramienta 30 esté asentada correctamente. 7. [Herramienta] Cerrar abrazadera 77
8. [Herramienta] Activar el accionador de tuerca B 60 en la dirección de "aflojar" hasta que la tuerca B esté completamente desenroscada. (aproximadamente 5 revoluciones)
9. [Herramienta] Abrir abrazadera 77
10. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que esté libre del puesto de almacenamiento de tuerca B 208
11. [Robot] Mover herramienta 30 lejos del puesto de almacenamiento de tuerca B 208
12. Listo para continuar con la siguiente tarea
Reemplazar tuerca B
Suponer que el módulo de tuerca B 198 está montado y la tuerca B 364 se ha recuperado.
1. [Robot] Mover herramienta 30 cerca por encima de la válvula 360
2. [Robot] Alinear el centro de la herramienta 30 con la válvula 360
3. [Robot] Alinear herramienta 30 con las partes planas del área de reacción en la válvula 376
4. [Herramienta] Garantizar que la abrazadera 77 esté abierta
7. [Herramienta] Alinear el hexágono en las partes planas del accionador de válvula 96 en la herramienta con las partes planas del accionador de válvula 374 en la válvula.
8. [Robot] Mover herramienta 30 hacia abajo hasta que la herramienta esté completamente asentada 5. [Herramienta] Cerrar abrazadera 77
6. [Herramienta] Activar el accionador de tuerca B 54b en la dirección de "apretar" hasta que la tuerca B 364 está completamente roscado (aproximadamente 5 revoluciones).
7. [Herramienta] Alinear las partes planas de la válvula-accionador 96 con las partes planas en la tuerca B 364 8. [Herramienta] Abrir abrazadera 77
9. [Robot] Mover herramienta 30 hacia arriba hasta que esté libre de la válvula 360.
10. [Robot] Mover herramienta 30 lejos de la válvula 360
11. Listo para continuar con la siguiente tarea
Almacenar módulo de tuerca B
(como se ha descrito anteriormente)
El sistema para repostar satélites desvelado en el presente documento puede incluir un satélite de repostaje dedicado lanzado directamente desde la Tierra, en el que se montan el aparato de repostaje que incluye el caddie de herramienta, el brazo robótico y diversas herramientas. Un satélite dedicado de este tipo puede incluir un mecanismo de atraque de naves espaciales como el desvelado en la patente Estados Unidos número 6.969.030, emitida el 29 de noviembre de 2005.
El aparato puede adaptarse a cualquier satélite adecuado. El satélite de repostaje de combustible con el aparato de repostaje de combustible montado en el mismo podría transportarse en una "nave nodriza" más grande y lanzarse desde allí o almacenarse en una estación espacial en órbita y lanzarse desde allí cuando sea necesario. El sistema está teleoperado por un operador ubicado remotamente, por ejemplo, ubicado en la Tierra, en la "nave nodriza" o en una estación espacial en órbita.
Si bien el sistema desvelado en el presente documento se ha descrito como un sistema de repostaje de combustible remoto para repostar satélites en órbita una vez que se haya agotado el combustible, se entenderá que el presente sistema también puede usarse para repostar combustible en satélites de manera segura antes de ser lanzados al espacio. En este contexto, no es necesario ningún contacto humano directo durante el procedimiento de repostaje de combustible, ya que todo el proceso puede controlarse de manera remota desde una distancia segura. En esta situación, el repostaje de combustible se realiza antes de sellar las mantas térmicas y cablear las válvulas con los distintos alambres de seguridad para que no sea necesario cortarlos.
Tal como se usan en el presente documento, los términos "comprende", "que comprende", "que incluye" e "incluye" deben interpretarse como inclusivos y abiertos.
Específicamente, cuando se usan en el presente documento, los términos "comprende", "que comprende", "que incluye", "incluye" y las variaciones de los mismos, significan que las características, etapas o componentes especificados están incluidos en la invención descrita. Estos términos no deben interpretarse en el sentido de que excluyen la presencia de otras características, etapas o componentes.
La descripción anterior de las realizaciones preferentes de la invención se ha presentado para ilustrar los principios de la invención y no para limitar la invención a la realización particular ilustrada. Se pretende que el alcance de la invención quede definido por la siguiente reivindicación.
Claims (1)
1. Un método para repostar combustible en un satélite (12), que comprende:
dar instrucciones a un brazo robótico (16) para acceder a una válvula de llenado de combustible (55) en un tanque de combustible (21) en dicho satélite, caracterizado por las etapas de:
transmitir imágenes visuales de una región del satélite que contiene la válvula de llenado de combustible a un teleoperador remoto del satélite, usando las imágenes visuales para guiar al teleoperador para dar instrucciones al brazo robótico en las etapas de:
fijar una herramienta de corte de manta térmica en un ejecutor final (18), acoplar dicha herramienta de corte de manta térmica a una manta térmica que recubre dicha válvula de llenado de combustible y cortar una abertura de acceso en dicha manta térmica,
retirar la herramienta de corte de la manta térmica y fijar una herramienta de retirada de tapa en dicho ejecutor final y enganchar dicha herramienta de retirada de tapa a una tapa exterior de la válvula de llenado de combustible y retirar y almacenar dicha tapa exterior de la válvula de llenado de combustible,
retirar la herramienta de retirada de tapa y fijar una herramienta de válvula (30) en dicho ejecutor final, fijar una herramienta de retirada y reemplazo de tapa de acceso a válvula a dicha herramienta de válvula y enganchar dicha herramienta de válvula a dicha válvula de llenado de combustible y retirar y almacenar la tapa de acceso a válvula ubicada en dicha válvula de llenado de combustible,
retirar la herramienta de retirada y reemplazo de tapa de acceso a válvula y fijar un acoplamiento de línea de combustible en dicha herramienta de válvula, conectar el acoplamiento de línea de combustible a dicha válvula de llenado de combustible, abrir dicha válvula de llenado de combustible y repostar combustible en dicho tanque de combustible, cerrar dicha válvula de combustible, desconectar dicho acoplamiento de línea de combustible de dicha válvula de llenado de combustible, retirar y almacenar dicho acoplamiento de línea de combustible de dicho ejecutor final, fijar dicha herramienta de retirada y reemplazo de tapa de acceso a válvula a dicha herramienta de válvula y recuperar y montar dicha tapa de acceso a válvula en dicha válvula de línea de combustible.
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