ES3064708T3 - Compact deployable opto-mechanical system - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un sistema optomecánico para una nave espacial, que comprende un chasis, un espejo primario compuesto por varios pétalos (2A, 2B, 2C), un espejo secundario (5) y un sensor fotosensible para captar los rayos reflejados por los espejos. El espejo secundario está montado sobre una plataforma secundaria, y cada pétalo está montado sobre una plataforma primaria individual que puede desplegarse entre una configuración de almacenamiento plegada y una configuración operativa desplegada. El chasis comprende un pilar hueco calado que delimita un volumen central libre, al cual se fija cada plataforma primaria o cada espejo primario. El pilar hueco calado comprende al menos tres barras longitudinales (13A, 13B, 13C) distribuidas alrededor del volumen central, cuyos extremos superiores presentan elementos (16B, 16C) que se conectan con la plataforma secundaria. El espejo secundario se sitúa más allá de estos extremos superiores, en un volumen delimitado por líneas rectas que prolongan las barras, al menos en la configuración desplegada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema optomecánico desplegable compacto

[0003] Campo técnico

[0004] La presente solicitud se refiere a un sistema optomecánico, tal como un telescopio, destinado para ser embarcado en una nave espacial. Un tal sistema se utiliza especialmente en el contexto de misiones espaciales de observación de la Tierra.

[0005] Técnica anterior

[0006] Se conocen los telescopios que comprenden un espejo primario de grandes dimensiones configurado para reflejar y concentrar los rayos percibidos hacia un espejo secundario de menor dimensión, el cual a su vez refleja los rayos recibidos hacia un sensor fotosensible.

[0007] En general se busca proponer los sistemas optomecánicos restringidos en términos de masa y de volumen especialmente para reducir su coste de lanzamiento.

[0008] La patente US2015/0146288 en nombre de la Fundación de Investigación de la Universidad Estatal de Utah, titulada «Multiple petal deployable telescope», divulga un telescopio desplegable que comprende un espejo primario en forma de varios pétalos que se pueden mover entre una posición plegada de almacenamiento y una posición desplegada de funcionamiento. Sin embargo, un tal telescopio es complejo y además su precisión está limitada. El documento US2023/339626 también divulga un telescopio desplegable.

[0009] Por tanto, aparece la necesidad de mejorar la precisión de este tipo de telescopio desplegado en la órbita, permitiendo al mismo tiempo responder a las exigencias en términos de reducción de masa y de volumen. Exposición de la invención

[0010] La invención tiene por objetivo superar al menos uno de los inconvenientes anteriormente mencionados, proponiendo un sistema optomecánico a la vez menos complejo y más eficiente.

[0011] La invención propone un sistema optomecánico para una nave espacial, que comprende un chasis, un espejo primario que incluye una pluralidad de pétalos, un espejo secundario y un sensor fotosensible configurado para recoger los rayos reflejados por los espejos primario y secundario, teniendo cada uno de los pétalos una cara de espejo y una cara posterior, teniendo el espejo secundario una cara de espejo y una cara posterior, estando el espejo secundario montado sobre una plataforma secundaria, estando cada uno de los pétalos montado sobre una plataforma primaria individual desplegable con respecto al chasis entre una configuración replegada de almacenamiento y una configuración desplegada de funcionamiento, estando las caras de espejo de los pétalos configuradas para concentrar los rayos reflejados hacia el espejo secundario en la configuración desplegada de funcionamiento.

[0012] El sistema optomecánico según la invención está caracterizado porque:

[0013] - el chasis comprende un pilar hueco perforado que delimita un volumen central libre,

[0014] - cada plataforma primaria o cada espejo primario, en la configuración replegada de almacenamiento, está solidarizada al dicho pilar hueco perforado por al menos un primer mecanismo de apilamiento.

[0015] - el pilar hueco perforado comprende al menos tres barras longitudinales distribuidas alrededor del volumen central libre, presentando cada una de la dichas barras una base y un vértice,

[0016] - los vértices de las barras llevan los elementos de conexión con la plataforma secundaria.

[0017] - el espejo secundario está posicionado más allá de los vértices de las barras en un volumen delimitado por líneas rectas que llegan en la prolongación de las barras, al menos en la configuración desplegada de funcionamiento,

[0018] - la plataforma secundaria es desplegable con respecto al chasis entre su configuración replegada de almacenamiento y su configuración desplegada de funcionamiento, y los elementos de conexión entre el chasis y la plataforma secundaria (6) comprenden tres brazos (16), incluyendo dos brazos rígidos (16A, 16B) y un brazo plegable (16C), los cuales forman, en la posición desplegada, un trípode que soporta la plataforma secundaria (6), teniendo cada uno de los tres brazos un extremo inferior conectado al chasis por una bisagra inferior (161) que define una conexión de pivote inferior y un extremo superior conectado a la plataforma secundaria (6) por una bisagra superior (162) que define una conexión de pivote superior, teniendo además el brazo plegable una articulación intermedia (163) entre sus extremos inferior y superior que define una conexión de pivote intermedia, estando el espejo secundario (5) o su plataforma secundaria (6), en la configuración replegada de almacenamiento, plegado en frente del pilar hueco perforado y solidarizado al pilar hueco perforado por al menos un segundo mecanismo de apilamiento,

[0019] - el chasis comprende un soporte (11) sobre el cual se fija el pilar hueco perforado, cuyo soporte presenta una abertura (110) en el lugar de la dicha zona de concentración de los rayos luminosos, comprendiendo el sistema optomecánico, sobre el dicho soporte en el lado opuesto del espejo secundario (5), un espejo terciario (18) que tiene un eje focal terciario y un espejo de desviación (17) configurado para recibir los rayos salientes del espejo secundario y para desviar estos rayos hacia el espejo terciario, estando el sensor fotosensible (19) dispuesto sobre el eje focal terciario para captar los rayos reflejados por el espejo terciario.

[0020] Según una particularidad de la invención, los pétalos, en la configuración desplegada de funcionamiento, están dispuestos cada uno en frente de un espacio entre dos barras consecutivas del pilar hueco perforado el cual está configurado para que los rayos reflejados por cada uno de los pétalos hacia el espejo secundario no se encuentren en el pilar hueco perforado, siendo los rayos luminosos reflejados por el espejo secundario dirigidos hacia una zona de concentración de los rayos luminosos dispuesta entre las bases de las barras.

[0021] Según otra particularidad de la invención, los pétalos son al menos un total de tres, estando tres ejes de pivotamiento de los dichos pétalos dispuestos según un triángulo equilátero, de modo que los dichos tres pétalos estén dispuestos alrededor de un eje central del sistema optomecánico a 120°C entre sí.

[0022] Según otra particularidad de la invención, cada uno de los pétalos presenta una proyección rectangular o cuadrada en un plano ortogonal a su eje focal primario, estando las bases de las barras dispuestas de modo que las rectas tangentes en los bordes laterales de los pétalos, en la configuración desplegada, pasen entre las barras.

[0023] Según otra particularidad, el sistema optomecánico según la invención comprende además accionadores de posicionamiento nanométricos dispuestos en las plataformas primarias y en la plataforma secundaria para el ajuste de la orientación y de la posición de cada uno de los pétalos y del espejo secundario.

[0024] Según otra particularidad de la invención, los accionadores de posicionamiento nanométricos de cada uno de los pétalos están constituidos por al menos tres accionadores nanométricos lineales que llegan en apoyo sobre la cara posterior del dicho pétalo y los accionadores de posicionamiento nanométricos del espejo secundario están constituidos por al menos tres accionadores nanométricos lineales que llegan en apoyo sobre la cara posterior del espejo secundario.

[0025] Según otra particularidad, el sistema optomecánico según la invención comprende, además:

[0026] - dispositivos de despliegue para el despliegue de los pétalos y/o del espejo secundario entre su configuración replegada de almacenamiento y su configuración desplegada de funcionamiento, y

[0027] - dispositivos de bloqueo en la configuración desplegada de funcionamiento.

[0028] Otro objeto de la invención se refiere a un satélite de observación que comprende un sistema optomecánico según la invención.

[0029] Breve descripción de los dibujos

[0030] La invención, según los ejemplos de realización, será bien comprendida y sus ventajas se presentarán mejor con la lectura de la siguiente descripción detallada, dada a título indicativo y de ningún modo limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos dados a título de ejemplos en los cuales:

[0031] [Fig.1] la figura 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de realización de un sistema optomecánico según la invención, en la configuración replegada;

[0032] [Fig. 2] la figura 2 es una vista en perspectiva del sistema optomecánico de la figura 1, en la configuración desplegada;

[0033] [Fig. 3] la figura 3 es una representación esquemática, vista de perfil y en la configuración replegada, de diferentes elementos de un sistema optomecánico según la invención que puede corresponder a la figura 1;

[0034] [Fig. 4] la figura 4 es una representación esquemática, vista de perfil y en la configuración desplegada, del sistema optomecánico de la figura 3, siendo un solo pétalo representado;

[0035] [Fig. 5] la figura 5 es una representación esquemática, de perfil, de una parte de un ejemplo del sistema optomecánico según la invención que ilustra la cinemática de despliegue del dicho sistema optomecánico que puede corresponder a la figura 1;

[0036] [Fig.6] la figura 6 representa un ejemplo de pétalo montado sobre el chasis de un sistema optomecánico según la invención, visto de perfil en la posición replegada, que puede corresponder a la figura 1;

[0037] [Fig.7] la figura 7 representa el pétalo de la figura 6 en la posición desplegada;

[0038] [Fig.8] la figura 8 muestra un ejemplo del satélite de observación según la invención;

[0039] [Fig.9] la figura 9 ilustra un ejemplo del procedimiento de pilotaje del sistema optomecánico según la invención. Descripción detallada

[0040] Los elementos idénticos o similares representados en las figuras mencionadas anteriormente se identifican mediante referencias numéricas idénticas.

[0041] El sistema optomecánico según la invención puede hacer parte, de manera no limitativa, de un telescopio 400 y especialmente de un satélite 401 de observación de la Tierra, como se representa en la figura 8.

[0042] Como se representa en la figura 1, el sistema optomecánico ilustrado comprende un espejo primario, dispuesto alrededor de un Δ central y segmentado en tres pétalos 2<A>, 2<B>, 2c (la referencia 2 designa de forma genérica uno cualquiera de los dichos pétalos) en este caso en la configuración replegada de almacenamiento. Cada uno de los pétalos está montado sobre una plataforma primaria 3<A>, 3<B>, 3c (la referencia 3 designa de forma genérica una cualquiera de las plataformas primarias), la cual integra tres accionadores lineales nanométricos 4a, 4b, 4c (la referencia 4 designa de forma genérica uno cualquiera de los dichos accionadores).

[0043] Cada pétalo comprende una cara de espejo 20 primaria, una cara posterior 21 opuesta a la cara de espejo 20 y sobre la cual se apoyan de manera directa o indirectamente los accionadores lineales nanométricos 4. Las caras posteriores 21 están dispuestas hacia el exterior mientras que las caras de espejo 20 están dispuestas en frente de un pilar central hueco perforado que hace parte del chasis.

[0044] En la variante, cada pétalo en la posición replegada puede, por ejemplo, llegar a insertarse de manera total o parcialmente entre dos barras del pilar central hueco perforado que presenta entonces los alojamientos para este efecto.

[0045] Como se representa en la figura 1, el chasis comprende especialmente un soporte 11 solidario de un pilar hueco perforado que comprende tres barras dispuestas ortogonalmente con respecto al soporte. El pilar hueco perforado comprende tres barras 13<A>, 13<B>y 13c paralelas al eje central Δ del sistema optomecánico, siendo en adelante las dichas barras designadas de forma genérica mediante la referencia 13. El pilar hueco perforado comprende, por ejemplo, una estructura de refuerzo perforada que forma, por ejemplo, una celosía (no se representa) que conecta cada una de las dos barras 13 consecutivas.

[0046] Como se representa en la figura 1, el pilar hueco perforado deja un volumen central libre, alrededor del cual se distribuyen las barras 13. Cada barra 13 presenta una base fijada en el soporte 11 y un vértice. El pilar hueco perforado comprende tres barras instaladas a 120° entre sí, las bases de las barras corresponden a los tres vértices de un triángulo equilátero, siendo en consecuencia el volumen central libre de sección triangular equilátera y extendiéndose según la dirección axial.

[0047] En la variante, el pilar hueco perforado podría, por ejemplo, comprender las barras dobles.

[0048] En la variante el pilar hueco perforado podría, por ejemplo, comprender cuatro barras instaladas a 90° entre sí en los cuatro vértices de un cuadrado.

[0049] Como se representa en la figura 1, en la configuración replegada de almacenamiento, los pétalos 2<A>, 2<B>, 2c del espejo primario están asegurados al pilar central mediante los mecanismos de apilamiento. Cada uno de los pétalos 2 se mantiene, por ejemplo, en la posición replegada mediante un (o posiblemente varios) mecanismo de apilamiento primario durante las fases de lanzamiento y de puesta en órbita del satélite. Cada pétalo 2 está montado sobre su plataforma primaria 3 la cual está articulada en relación con el chasis alrededor de un eje de rotación paralelo al plano de referencia del soporte, es decir ortogonal al eje central Δ del sistema optomecánico. Cada plataforma primaria 3 comprende dos brazos de montaje 31, 32 articulados mediante conexiones de pivote sobre una abrazadera 33 fijada en el soporte 11 del chasis.

[0050] Como se representa en la figura 1, el sistema optomecánico también comprende un espejo secundario 5 sostenido por una plataforma secundaria 6 la cual integra tres accionadores lineales nanométricos 7. Los elementos de conexión de la plataforma secundaria 6 con respecto al chasis 10 comprenden dos brazos rígidos 16<A>, 16<B>y un brazo plegable 16c. Cada uno de los brazos 16<A>, 16<B>, 16c (ya sea rígido o plegable) comprende un primer extremo, articulado en el vértice de una de las barras 13<A>, 13<B>, 13c por una bisagra inferior 161, y un segundo extremo articulado sobre la plataforma secundaria 6 por una bisagra superior 162. Estas conexiones también pueden ser del tipo rótula.

[0051] Como se representa en la figura 1, el brazo plegable 16c incluye además una articulación intermedia 163 la cual divide el brazo plegable en dos porciones, es decir, una porción inferior 164 y una porción superior 165, lo cual permite plegar el dicho brazo en dos. Las barras 13<A>, 13<B>sobre las cuales están articulados los brazos rígidos 16<A>, 16<B>son, por ejemplo, más largas que la barra 13c sobre la cual está articulado el brazo plegable 16c de modo que, cuando el espejo secundario 5 está en la posición replegada, los dos brazos rígidos 16<A>, 16<B>forman un ángulo inferior o igual a 90° con la barra 13<A>, 13<B>a la cual están respectivamente vinculados. Por tanto, el espejo secundario 5 desciende por debajo del vértice del pilar central. Cuando el espejo secundario 5 está en la configuración replegada, el brazo plegable 16c está completamente plegado en dos, es decir que sus dos porciones 164, 165 están sustancialmente paralelas y presionadas una contra la otra, formando la articulación intermedia 163 un ángulo cercano a 0°. Además, todavía en la configuración replegada, la porción inferior del brazo plegable forma un ángulo cercano a 0° con la barra 13c a la cual está vinculado el brazo plegable 16c. Por tanto, el sistema optomecánico es particularmente compacto cuando el espejo secundario 5 está en la configuración replegada.

[0052] En la variante, la barra 13c también puede, por ejemplo, comprender extensiones, las cuales forman un alojamiento de recepción y un apoyo para la plataforma secundaria 6 y el espejo secundario 5 en la configuración replegada.

[0053] En la configuración replegada, la plataforma secundaria 6 o los brazos 16 son, por ejemplo, mantenidos por los mecanismos de apilamiento durante las fases de lanzamiento y de puesta en órbita del satélite.

[0054] Los mecanismos de apilamiento para el espejo secundario, así como los mecanismos de apilamiento para el espejo primario, están configurados, por ejemplo, para abrirse bajo petición con fines del despliegue del sistema optomecánico.

[0055] Los mecanismos de apilamiento de los pétalos están, por ejemplo, vinculados a los pétalos o a las plataformas primarias. Una fijación, mediante el mecanismo de apilamiento, del pétalo directamente al chasis, permitirá no ejercer los esfuerzos generados durante el lanzamiento, sobre los accionadores.

[0056] El o los mecanismos de apilamiento del espejo secundario están, por ejemplo, vinculados al espejo secundario o a la plataforma secundaria. Una fijación, mediante el mecanismo de apilamiento, del espejo secundario directamente al chasis, permitirá no ejercer los esfuerzos generados durante el lanzamiento, sobre los accionadores.

[0057] Como se representa en la figura 2, el espejo secundario 5 puede, por ejemplo, desplazarse desde su posición replegada hacia una posición desplegada en la cual el espejo secundario 5 está centrado sobre el eje central del sistema optomecánico y en la cual su cara de espejo está orientada hacia el soporte 11 del chasis. El espejo secundario 5 está situado sobre el eje central Δ del sistema optomecánico, en la prolongación axial del volumen central libre delimitado por el pilar central, a una distancia más allá de los vértices de las barras 13. Por tanto, el espejo secundario 5 se posiciona más allá de los vértices de las barras en un volumen delimitado por las líneas rectas que llegan en la prolongación de las barras 13, en la configuración desplegada de funcionamiento. Su cara de espejo está orientada hacia el espejo primario.

[0058] Para una mayor precisión y estabilidad, cada una de las conexiones de pivote pasivas, es decir, las bisagras inferiores 161 y las bisagras superiores 162 de los tres brazos 16<A>, 16<B>, 16c, están, por ejemplo, provistas de topes y de cerraduras de fin de carrera (no se representan) los cuales permiten ventajosamente bloquear los elementos de conexión en la posición desplegada. Por tanto, el sistema optomecánico gana en fiabilidad. La altura del espejo secundario 5 en la posición desplegada con respecto al soporte 11 del chasis (altura la cual corresponde aproximadamente a la longitud acumulada de una barra 13 y del brazo 16 el cual prolonga la dicha barra) puede ser, por ejemplo, tal que la zona de focalización del espejo secundario, hacia la cual convergen los rayos reflejados por el espejo secundario, esté situada sustancialmente al nivel del soporte 11 (es decir, entre las bases de las barras) o cerca, de un lado o del otro del soporte.

[0059] En la variante, se podría prever un espejo secundario fijo con respecto al chasis y posicionado sobre su plataforma secundaria en la posición correspondiente a la figura 2.

[0060] Como se representa en la figura 2, los tres pétalos 2<A>, 2<B>, 2c del espejo primario, se pueden mover desde su posición replegada hacia una posición desplegada en la cual forman el espejo primario segmentado que refleja los rayos luminosos recibidos hacia el espejo secundario 5. El eje de rotación del pétalo puede estar, por ejemplo, situado en el plano definido por las dos barras o en un plano paralelo y en el exterior del pilar. Cada uno de los dos pétalos 2 presenta, por ejemplo:

[0061] - un borde interno el cual se extiende paralelamente y en la proximidad inmediata del eje de rotación del pétalo definido por las conexiones de pivote 34, 35, de su plataforma primaria,

[0062] - dos bordes laterales 27, 28 los cuales salen de los extremos del borde interno hacia el exterior del sistema optomecánico,

[0063] - y un borde externo 29, opuesto al borde interno.

[0064] En la figura 2, los pétalos ilustrados tienen una forma (se habla en este caso de su proyección en un plano ortogonal a su eje focal primario FP) cuadrada o rectangular.

[0065] En la variante, los pétalos podrían, por ejemplo, tener una forma trapezoidal con un borde externo más largo que el borde interno, o incluso una forma circular, una forma hexagonal o una forma no polinómica. La forma de los pétalos puede en efecto adaptarse a las necesidades de la misión.

[0066] En la variante, los propios pétalos podrían segmentarse y desplegarse en varias partes, haciendo cada uno de estos pétalos en varias partes, por ejemplo, frente a un espacio entre dos barras 13 consecutivas.

[0067] Como se representa en la figura 2, cada pétalo 2 y su plataforma primaria 3 están, por ejemplo, dispuestos frente a un intervalo libre entre dos barras consecutivas (por tanto, el pétalo 2<A>está situado entre las barras 13<A>y 13<B>), estando las dichas barras consecutivas dispuestas a cada lado de las líneas rectas las cuales son tangentes a los bordes laterales 27, 28 del pétalo. Por tanto, los rayos luminosos reflejados por el pétalo 2 en la dirección del espejo secundario 5 no encuentran las barras 13, ni los brazos 16 los cuales sostienen la plataforma secundaria.

[0068] El posicionamiento de los pétalos y del espejo secundario, mediante el mando de al menos tres accionadores de posicionamiento nanométricos, puede ser pilotado de forma conocida mediante un procedimiento de recuperación de fase el cual permite ajustar las posiciones de los espejos en función de las imágenes recibidas por el sensor fotosensible. Un módulo de telecomunicación está previsto para la implementación del procedimiento de recuperación de fase. De forma convencional, esta operación se efectúa en colaboración con el segmento de tierra, mediante recuperación de fase, a partir del análisis de imágenes captadas por el sensor fotosensible 19 mientras el sistema optomecánico está apuntando hacia una estrella determinada. Los accionadores 7 de posicionamiento nanométrico del espejo secundario y los accionadores 4 de posicionamiento nanométrico de los pétalos son entonces pilotados para colocar los espejos primario y secundario en una configuración de ajuste inicial, lo cual proporciona al sistema optomecánico los rendimientos deseados especialmente en términos de nitidez, resolución, precisión.

[0069] En la variante, se puede prever un procedimiento que comprende una etapa Etp001de calibración de los espejos que consiste en un procedimiento de recuperación de fase, seguido de una o varias etapas Etp002 de supervisión y de reposicionamiento.

[0070] De preferencia, después de la etapa de calibración, se ejecutan, por ejemplo, a intervalos de tiempos regulares, varias etapas de supervisión y de reposicionamiento, como se representa en la figura 9. Las variaciones termoelásticas se corrigen, por ejemplo, mediante una supervisión y un reposicionamiento cada 10 segundos. Para la medición en sí, un instrumento láser puede, por ejemplo, funcionar a algunos kHz. Por ejemplo, es posible promediar varias mediciones.

[0071] Como se representa en la figura 3, un módulo de supervisión y de reposicionamiento 62 supervisa y pilotea el posicionamiento de los espejos primario y secundario, en función de datos de distancias medidas a bordo generadas a partir de los sensores de medición de distancia colocados en cada uno de los pétalos (2, 2<A>, 2<B>, 2c) y en el espejo secundario 5. Ventajosamente, estas operaciones de supervisión y de reposicionamiento permiten garantizar, en la duración, un posicionamiento nanométrico de los pétalos y del espejo secundario con respecto al chasis. Ventajosamente, esta rutina puede ejecutarse a bordo y los rendimientos están garantizados durante toda la misión a pesar de las perturbaciones termoelásticas experimentadas por el sistema optomecánico en el entorno espacial.

[0072] Como se representa en la figura 4, las operaciones de reposicionamiento utilizan las mediciones de distancias proporcionadas por un transceptor LASER 60, en cooperación con los objetivos 25 y 50 fijados a los espejos. Se utiliza ventajosamente el ajuste inicial mediante recuperación de fase para establecer las mediciones de distancias en una configuración inicial. Por tanto, estas mediciones de distancias sirven de referencia para ajustar las posiciones de los espejos.

[0073] Para este efecto, se utilizan, por ejemplo, tres objetivos para cada pétalo 2 y tres objetivos para el espejo secundario 5, objetivos cuyas posiciones se miden con respecto a un transceptor LASER colocado sobre una de las barras del pilar hueco perforado.

[0074] Ventajosamente estas operaciones, que requieren pocos recursos de cálculo y de energía, se efectúan, por ejemplo, de forma autónoma mediante el sistema optomecánico, sin intervención del segmento de tierra, sin necesidad de telecomunicación con la tierra, ni análisis de imágenes.

[0075] Aún más ventajosamente, un tal reposicionamiento con la ayuda del módulo de supervisión y de reposicionamiento 62 y de los sensores de distancias, lleva muy poco tiempo, en comparación con una operación de recuperación de fase (también designada por «phase retrieval» en inglés), tal como la operación inicial de calibración, la cual requiere modificar específicamente la orientación del sistema optomecánico hacia una estrella determinada, intercambiar con tierra y efectuar los análisis de imágenes.

[0076] Ventajosamente un tal reposicionamiento, con la ayuda del módulo de supervisión y de reposicionamiento y de los sensores de distancia, permite también una ganancia de tiempo operacional, así como una ganancia en términos de energía y de recursos materiales necesarios para el cálculo.

[0077] Aún ventajosamente, un tal reposicionamiento, con la ayuda del módulo de supervisión y de reposicionamiento y de los sensores de distancia no requiere una interrupción de la misión, sino que se efectúa, por ejemplo, independientemente de la dirección apuntada por el sistema optomecánico, en tiempo enmascarado, incluso cuando el sistema optomecánico está en proceso de capturar las imágenes para la misión. Sin embargo, puede ser preferible interrumpir las mediciones en el momento de capturar las imágenes si la longitud de onda del telémetro LASER 60 puede perturbar el sensor fotosensible 19.

[0078] Como se representa en la figura 4, el sistema optomecánico comprende, por ejemplo, sensores de medición de distancias utilizados para la detección de la posición y la orientación del espejo secundario 5 y de cada uno de los pétalos 2 en relación con el chasis. Los sensores de medición de distancias comprenden, por ejemplo: - para cada uno de los pétalos 2, tres objetivos 25 del tipo esquina de cubo, no alineados, fijados en la periferia del dicho pétalo del lado de su cara de espejo primario (se representa un solo objetivo 25 en la figura 4),

[0079] - para el espejo secundario 5, tres objetivos 50 del tipo esquina de cubo, no alineados, fijados a la periferia del dicho espejo secundario 5 del lado de su cara de espejo secundario (se representa un solo objetivo 50 en la figura 4).

[0080] Como se representa en la figura 4, el transceptor LASER emite una radiación de medición en la dirección de los objetivos y es capaz de detectar una radiación que proviene de él en la misma dirección que la radiación de medición, estando el transceptor LASER 60 montado fijo en el chasis en un lugar visible para todos los objetivos 25 de los tres pétalos y para todos los objetivos 50 del espejo secundario. Ventajosamente, para las pruebas en tierra, es posible utilizar un módulo de metrología de LASER disponible en el comercio, siendo un tal módulo posteriormente espacializado para la integración en una nave espacial.

[0081] De preferencia, el lugar elegido para posicionar el transceptor LASER permite mediciones a menos de 45°, es decir que el transceptor LASER 60 orientado paralelamente al eje central puede ver el conjunto de objetivos en dos conos superiores e inferiores que presentan un ángulo sólido de 45°. Por ejemplo, se prevé instalar el transceptor LASER suficientemente lejos de un plano de referencia del espejo primario y de un plano de referencia del espejo secundario según la dirección axial para que, sea cual sea el objetivo 25 o 50 considerado, el ángulo entre el eje central Δ y la dirección de medición, la cual conecta el objetivo 25 considerado y el transceptor LASER, sea inferior o igual a 45°. El plano de referencia del espejo primario pasa por el centro virtual del espejo primario y es ortogonal al eje central. El plano de referencia del espejo secundario pasa por el centro del espejo secundario y es ortogonal al eje central.

[0082] Por tanto, cuanto mayor sea el diámetro del espejo primario, mayor será la altura a la cual se posiciona el transceptor LASER 60, por ejemplo, elevado, lo cual puede requerir alejar también el espejo secundario en la posición desplegada y dimensionar en consecuencia las barras 13 y/o los brazos 16.

[0083] Como se representa en la figura 4, el transceptor LASER 60 está, por ejemplo, fijado cerca del vértice de la barra 13<A>.

[0084] Ventajosamente, el carácter perforado del pilar central hueco, permite encontrar fácilmente una ubicación en el chasis para recibir el transceptor LASER y tres ubicaciones en cada pétalo, así como tres ubicaciones en el espejo secundario donde se pueden instalar respectivamente los objetivos 25 y 50 y de forma que todos los objetivos 25, 50 sean visibles para el transceptor LASER 60.

[0085] Como se representa en la figura 4, el soporte 11 del chasis presenta una abertura 110 centrada en el eje central Δ del sistema optomecánico, en frente del volumen central vacío delimitado por el pilar hueco perforado y en frente del espejo secundario 5 en la configuración desplegada. Los rayos recibidos y reflejados por el espejo secundario 5 en la posición desplegada atraviesan, por ejemplo, el volumen central vacío y luego la abertura 110 y luego son desviados por un espejo de desviación 17, fijado bajo una cara inferior 111 del soporte axialmente en frente de la abertura 110, en la dirección de un espejo terciario 18, fijado bajo la cara inferior 111 del soporte. El espejo terciario 18 refleja y concentra los rayos recibidos en la dirección de un sensor fotosensible 19 fijado también bajo la cara inferior 111 del soporte.

[0086] En la variante, la abertura podría ser eliminada para disponer un sensor fotosensible en la zona de concentración de los rayos luminosos.

[0087] Una unidad de mando con microprocesadores 23 permite, por ejemplo, operar el sistema optomecánico a través de buses de datos, de direccionamiento y de control.

[0088] Por ejemplo, se prevé al menos un elemento radiante 25 para la refrigeración de los diversos componentes del sistema optomecánico susceptibles de calentarse.

[0089] El sistema optomecánico también comprende, por ejemplo:

[0090] - un módulo de telecomunicación 61 para la calibración y

[0091] - un módulo de supervisión y de reposicionamiento 62 que comprende un bucle de control.

[0092] El módulo de telecomunicación, como el módulo de supervisión y de reposicionamiento, se presentan, por ejemplo, en forma de un módulo electrónico de hardware y software.

[0093] La figura 3 muestra el sistema optomecánico de la figura 4, en la configuración replegada de almacenamiento. El despliegue, por ejemplo, se obtiene mediante un único accionador en rotación 301 el cual actúa sobre la articulación intermedia 163 del brazo plegable 16c, siendo las otras conexiones de pivote de los brazos 16, por ejemplo, pasivas.

[0094] En la variante, por razones de redundancia, se puede prever, sin embargo, un accionador en rotación adicional en el mismo lugar.

[0095] La utilización de un solo accionador 301, posiblemente redundante, para el conjunto de la estructura de despliegue permite especialmente una ganancia de masa significativa.

[0096] Como se representa en la figura 3 o 6, se puede prever, por ejemplo, para cada pétalo, un mecanismo de apilamiento 9 dispuesto en un ángulo externo del dicho pétalo o de su plataforma primaria o al nivel de un borde lateral del pétalo o de su plataforma primaria, estando el mecanismo de apilamiento configurado para mantener el pétalo 2 o su plataforma primaria 3 fijado a una de las dos barras 13 del chasis en la posición replegada. Como se representa en las figuras 6 y 7, cada plataforma primaria 3 está, por ejemplo, asociada a un único accionador rotativo 302 (con, posiblemente, un accionador redundante de respaldo) que actúa sobre la conexión de pivote 34 para el despliegue del pétalo desde la posición replegada (figura 6) hasta la posición desplegada (figura 7), siendo la conexión de pivote 35 pasiva.

[0097] En la posición desplegada, cada plataforma primaria 3 puede, por ejemplo, llegar en apoyo sobre la abrazadera 33. Los topes de fin de carrera (no se representan), contra los cuales llega en apoyo una cara posterior de la plataforma primaria 3, pueden estar previstos en cada abrazadera 33. Estos topes definen, por ejemplo, una posición de referencia para la posición desplegada del pétalo. La simplicidad de la cinemática de despliegue del espejo primario permite, por ejemplo, utilizar un único accionador rotativo por pétalo, lo cual induce a una ganancia de masa.

[0098] La posición inmediatamente después del despliegue presenta, por ejemplo, una precisión micrométrica. La figura 5 muestra un ejemplo de la cinemática de despliegue de los elementos de conexión que permiten el paso de la posición replegada a la posición desplegada del espejo secundario 5. La línea continua 200 representa el brazo plegable 16c, la plataforma secundaria 6 y el primer brazo rígido 16<A>(siendo el segundo brazo rígido 16<B>paralelo al primero y enmascarado por este último en vista de perfil) en la posición replegada. La línea discontinua 201 (primer tipo de línea discontinua) representa el brazo plegable 16c, la plataforma secundaria 6 y el primer brazo rígido 16<A>en una primera posición intermedia. La línea discontinua 202 (segundo tipo de línea discontinua) representa el brazo plegable 16c, la plataforma secundaria 6 y el primer brazo rígido 16<A>en una segunda posición intermedia. La línea discontinua 203 (tercer tipo de línea discontinua) representa el brazo plegable 16c, la plataforma secundaria 6 y el primer brazo rígido 16<A>en la posición desplegada. Para cada pétalo 2, se prevén, por ejemplo, tres accionadores lineales nanométricos 4a, 4b, 4c. Estos accionadores están, por ejemplo, integrados en la plataforma primaria 3 del pétalo.

[0099] El espejo está, por ejemplo, soportado por bípodes conectados además a una interfaz posterior, actuando los accionadores nanométricos sobre esta interfaz.

[0100] En la variante, el espejo puede ser realizado en una sola pieza con la interfaz sobre la cual actúan los accionadores nanométricos.

[0101] En la configuración desplegada, las plataformas primarias 3 de los pétalos y la plataforma secundaria 6 del espejo secundario se realizan solidarias del chasis (es decir, fijadas con respecto a este último), por ejemplo, mediante mecanismos de bloqueo. Por tanto, en la configuración desplegada, los accionadores nanométricos ejercen su acción sobre un pétalo o sobre el espejo secundario, al estar además en apoyo sobre el chasis. Los accionadores están, por ejemplo, fijados al panel de una plataforma y actúan mediante desplazamiento de una superficie de apoyo sobre el espejo. Los accionadores están, por ejemplo, dispuestos en la plataforma 3 de forma que su eje de trabajo sea paralelo al eje focal primario F<P>del pétalo.

[0102] Los espejos se pueden, por ejemplo, ajustar en rotación y en traslación controlando los accionadores nanométricos.

[0103] Por tanto, los tres accionadores lineales nanométricos permiten, por ejemplo, ajustar de forma muy precisa la posición del pétalo según el eje focal primario del pétalo (o más generalmente según la dirección de trabajo de los accionadores) y la orientación del pétalo alrededor de tres ejes ortogonales al dicho eje focal.

[0104] De forma similar a los pétalos, la plataforma secundaria 6 integra, por ejemplo, tres accionadores lineales nanométricos 7 los cuales permiten ajustar con una precisión nanométrica la orientación del espejo secundario, así como su posición según el eje focal secundario FS el cual corresponde al eje central Δ del sistema optomecánico en la configuración desplegada.

[0105] El sistema optomecánico tiene por objetivo captar los rayos luminosos los cuales le llegan en la dirección de su eje central Δ. El camino recorrido por los rayos reflejados por los pétalos del espejo primario en la dirección del espejo secundario 5 es específico de la invención gracias a las barras 13 del pilar hueco perforado y a los brazos 16 conectados a los vértices de estas barras. Por tanto, los rayos luminosos no son perturbados por las barras o los brazos los cuales no se encuentran con ellos.

[0106] Tres flujos luminosos son, por ejemplo, captados por los pétalos y completamente reflejados hacia el espejo secundario, antes de concentrarse completamente hacia una zona situada entre las bases de las barras. La arquitectura propuesta según la invención permite además obtener un sistema optomecánico ligero y compacto para ser embarcado en satélites también de tamaño más pequeño. Por tanto, se reduce ventajosamente el coste de lanzamiento.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

1. Sistema optomecánico para una nave espacial, que comprende un chasis, un espejo primario que incluye una pluralidad de pétalos (2, 2<A>, 2<B>, 2c), un espejo secundario y un sensor fotosensible (19) configurado para recoger los rayos reflejados por los espejos primario y secundario, teniendo cada uno de los pétalos una cara de espejo (20) y una cara posterior (21), teniendo el espejo secundario (5) una cara de espejo y una cara posterior, estando el espejo secundario montado sobre una plataforma secundaria (6), estando cada uno de los pétalos montado sobre una plataforma primaria (3, 3<A>, 3<B>, 3c) individual desplegable con respecto al chasis entre una configuración replegada de almacenamiento y una configuración desplegada de funcionamiento, estando las caras de espejo de los pétalos configuradas para concentrar los rayos reflejados hacia el espejo secundario en la configuración desplegada de funcionamiento,

caracterizado porque:

- el chasis comprende un pilar hueco perforado que delimita un volumen central libre,

- cada plataforma primaria o cada espejo primario (3), en la configuración replegada de almacenamiento, está solidarizada al dicho pilar hueco perforado mediante al menos un primer mecanismo de apilamiento (9), - el pilar hueco perforado comprende al menos tres barras (13, 13<A>, 13<B>, 13c) longitudinales distribuidas alrededor del volumen central libre, presentando cada una de las dichas barras una base y un vértice, - los vértices de las barras sostienen los elementos (16<A>, 16<B>, 16c) de conexión con la plataforma secundaria (6),

- el espejo secundario (5) está posicionado más allá de los vértices de las barras en un volumen delimitado por la líneas rectas que llegan en la prolongación de las barras (13), al menos en la configuración desplegada de funcionamiento,

- la plataforma secundaria es desplegable con respecto al chasis entre su configuración replegada de almacenamiento y su configuración desplegada de funcionamiento, y los elementos de conexión entre el chasis y la plataforma secundaria (6) comprenden tres brazos (16), incluidos dos brazos rígidos (16<A>, 16<B>) y un brazo plegable (16c), los cuales forman, en la posición desplegada, un trípode que soporta la plataforma secundaria (6), teniendo cada uno de los tres brazos un extremo inferior conectado al chasis por una bisagra inferior (161) que define una conexión de pivote inferior y un extremo superior conectado a la plataforma secundaria (6) por una bisagra superior (162) que define una conexión de pivote superior, teniendo además el brazo plegable una articulación intermedia (163) entre sus extremos inferior y superior que define una conexión de pivote intermedia, estando el espejo secundario (5) o su plataforma secundaria (6), en la configuración replegada de almacenamiento, plegado frente al pilar hueco perforado y solidarizado al pilar hueco perforado mediante al menos un segundo mecanismo de apilamiento,

- el chasis comprende un soporte (11) sobre el cual se fija el pilar hueco perforado, cuyo soporte presenta una abertura (110) en el lugar de la dicha zona de concentración de los rayos luminosos, comprendiendo el sistema optomecánico, sobre el dicho soporte en el lado opuesto del espejo secundario (5), un espejo terciario (18) que tiene un eje focal terciario y un espejo de desviación (17) configurado para recibir los rayos que salen del espejo secundario y para desviar estos rayos hacia el espejo terciario, estando el sensor fotosensible (19) dispuesto sobre el eje focal terciario para captar los rayos reflejados por el espejo terciario.

2. Sistema optomecánico según la reivindicación 1, en el cual los pétalos, en la configuración desplegada de funcionamiento, están dispuestos cada uno frente a un espacio entre dos barras (13) consecutivas del pilar hueco perforado el cual está configurado para que los rayos reflejados por cada uno de los pétalos hacia el espejo secundario no encuentren el pilar hueco perforado, siendo los rayos luminosos reflejados por el espejo secundario dirigidos hacia una zona de concentración de los rayos luminosos dispuesta entre las bases de las barras.

3. Sistema optomecánico según una de las reivindicaciones 1 a 2, en el cual los pétalos son al menos un total de tres (2<A>, 2<B>, 2c), estando tres ejes de pivotamiento de los dichos pétalos dispuestos según un triángulo equilátero, de modo que los dichos tres pétalos estén dispuestos alrededor de un eje central (Δ) del sistema optomecánico a 120°C entre sí.

4. Sistema optomecánico según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual cada uno de los pétalos (2) presenta una proyección rectangular o cuadrada en un plano ortogonal a su eje focal primario (FP), estando las bases de las barras dispuestas de modo que las líneas rectas tangentes a los bordes laterales (27, 28) de los pétalos, en la configuración desplegada, pasen entre las barras.

5. Sistema optomecánico según una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además accionadores de posicionamiento nanométricos (4, 7) dispuestos en las plataformas primarias y en la plataforma secundaria para el ajuste de la orientación y de la posición de cada uno de los pétalos (2) y del espejo secundario (5).

6. Sistema optomecánico según la reivindicación 5, en el cual los accionadores de posicionamiento nanométricos de cada uno de los pétalos (2) están constituidos por al menos tres accionadores nanométricos lineales (4a, 4b, 4c) que llegan en apoyo sobre la cara posterior (21) del dicho pétalo y los accionadores de posicionamiento nanométricos del espejo secundario están constituidos por al menos tres accionadores nanométricos lineales (7) que llegan en apoyo sobre la cara posterior del espejo secundario.

7. Sistema optomecánico según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende:

- dispositivos de despliegue (301, 302) para el despliegue de los pétalos (2) y/o del espejo secundario (5) entre su configuración replegada de almacenamiento y su configuración desplegada de funcionamiento, y - dispositivos de bloqueo en la configuración desplegada de funcionamiento.

8. Satélite de observación que comprende un sistema optomecánico según una de las reivindicaciones 1 a 7.