SE504926C2

SE504926C2 - Path simulator for satellites

Info

Publication number: SE504926C2
Application number: SE9602403A
Authority: SE
Inventors: Boerje Rautio; Birger Eriksson
Original assignee: Micsat Ab
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1996-06-18
Publication date: 1997-05-26
Also published as: SE9602403L; SE9602403D0

Abstract

The device incorporates a satellite (1) which, borne by support component (2), is arranged to execute a circulating movement in a path around an artificial celestial body (3), preferably in the form of an earth globe. Manoeuvring units are arranged on the support component for attitude control of the satellite during its circular movement around the artificial celestial body. The manoeuvring units can be activated for adjustment by a guide and control unit. The artificial celestial body can be placed on a base and the support component comprises an arm (5) rotatably fixed to the body. The arm can pivot around an axis (6) extending vertically through the body. At the end of the arm a carriage (7) is supported by the base and at least one wheel drives the carriage and thereby the arm. The manoeuvring units for attitude control of the satellite comprise one unit for pivoting the satellite around an axis parallel to the movement direction (23) and one unit for pivoting the satellite around an axis at right-angles to the movement direction (25).

Description

15 20 25 30 5 Û 4 9 2 6 2 gasdrivna justeringsraketer eller momenthjul med vars hjälp man kan ändra attityden genom att accelerera eller retardera rotationen hos hjulet. 15 20 25 30 5 Û 4 9 2 6 2 gas-powered adjusting rockets or torque wheels by means of which the attitude can be changed by accelerating or decelerating the rotation of the wheel.

Satelliten står i kontinuerlig förbindelse med en ständigt bemannad markstation, varigenom man hela tiden kontrolleras såväl position som attityd.The satellite is in continuous connection with a constantly manned ground station, whereby both position and attitude are constantly checked.

Ett problem är svårigheten att på ett enkelt och billigt sätt kunna utbilda och träna pesonalen i att styra och manövrera en satellit. Hitintills har man varit hänvisad till att använda reella satelliter för övning i att leta upp områden på jordytan för att ta bilder, eller för att fokusera satelliten mot en punkt under en viss period.One problem is the difficulty of educating and training personnel in a simple and inexpensive way in controlling and maneuvering a satellite. Until now, real satellites have been used to practice locating areas on the earth's surface to take pictures, or to focus the satellite on a point for a period of time.

Ett ändamål med föreliggande uppfmning är därför att åstadkomma en anordning som på ett så verklighetsnära sätt som möjligt tillåter simulering och styrning av en satellit under drift.An object of the present invention is therefore to provide a device which, in as realistic a manner as possible, allows simulation and control of a satellite during operation.

Detta uppnås genom de särdrag som anges ipatentkravets 1 kännetecknande del.This is achieved by the features stated in the characterizing part of patent claim 1.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare i form av ett utföringsexempel med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka; fig. 1 i en perspektivvy schematiskt visar en utföringsform av den uppfmnings- enliga bansimuleringsanordningen för en satellit enligt uppñnningen, och fig. 2 i en schematisk sprängvy i perspektiv visar en hissanordning ingående i bansimuleringsanordningen enligt fig. 1 för manövrering av satelliten, och fig. 3 visar hissanordningen enligt ﬁg. 2 sammansatt.The invention will now be described in more detail in the form of an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings, in which; Fig. 1 schematically shows in a perspective view an embodiment of the path simulation device according to the invention according to the invention, and Fig. 2 in a schematic exploded view shows an elevator device included in the path simulation device according to Fig. 1 for operating the satellite, and fig. 3 shows the elevator device according to ﬁ g. 2 compound.

Bansimuleringsanordningen enligt uppfmningen är avsedd att användas för simulering av en satellit under rörelse i en bana omkring en himlakropp under det att den samtidigt tillåter satelliten de frihetsgrader för manövrering och attitydkontroll som en reell satellit uppvisar. Emellertid är bansimuleringsanordningen enligt föreliggande utförings- exempel utformad på ett sådant sätt att den inte är möjlig att manövreras omkring en tippaxel som är parallell med banradie då detta inte anses nödvändigt i utbildningssyfte.The orbital simulation device according to the invention is intended to be used for simulating a satellite in motion in an orbit around a celestial body while at the same time allowing the satellite the degrees of freedom of maneuvering and attitude control that a real satellite exhibits. However, the track simulation device according to the present embodiment is designed in such a way that it is not possible to operate around a tilt axis which is parallel to the track radius as this is not considered necessary for training purposes.

För fackmannen får det dock anses närliggande att konstruktivt utforma uppfinningen på ett sådant sätt att detta medges.For the person skilled in the art, however, it may be considered obvious to constructively design the invention in such a way that this is allowed.

Det i ﬁg. 1 visade utföringsexemplet av bansimuleringsanordningen består i huvudsak av en känd satellit 1 vilken, uppburen av allmänt med 2 betecknade bärorgan, är anordnad för utförande av en omloppsrörelse i en bana omkring en artiñciell himlakropp 3 i form av en jordglob. På denna himlakropp kan lämpligen anbringas bilder som motsvar de bilder som på en tillhörande monitor erhålles från en reell satellit, för att på ett i utbildningssyfte verklighetsnära sätt simulera satellitnavigering. Till nämnda bärorgan 2 är 10 15 20 25 30 504 926 s anordnade manöverdon för manövrering och attitydkontroll av satelliten 1 under dess kretsrörelse omkring den artificiella himlakroppen 3, vilka manöverdon är päverkbara för inställning genom en till anordningen hörande styr- och kontrollcnhet. Denna styr- och kontrollcnhet innefattar en fjärrstymingsanordning som är utfomtad på ett i och för sig känt sätt och är därför ej visad eller närmare beskriven. Emellertid skiljer sig nämnda ﬁärrstyrningsanordning från den typ som används vid reella satelliter, vilka företrädesvis innefattar radiovågsändare, på en väsentlig punkt nämligen att den är utformad för styrning av satelliten medelst infrarött ljus. Användandet av infrarött ljus har fördelen att risken för påverkan och stöming av andra närbelägna, medelst radiovâgor, tjärrstyrda anordningar undviks.That i ﬁ g. The embodiment of the track simulation device shown in 1 consists essentially of a known satellite 1 which, supported by supporting means generally denoted by 2, is arranged for performing an orbital movement in an orbit around an artificial celestial body 3 in the form of a globe. Images corresponding to the images obtained on an associated monitor from a real satellite can be suitably applied to this celestial body, in order to simulate satellite navigation in a realistic manner for educational purposes. To said support means 2 are arranged actuators for operating and attitude control of the satellite 1 during its orbital movement around the artificial celestial body 3, which actuators can be actuated for adjustment by a control unit belonging to the device. This control and monitoring unit comprises a remote control device which is designed in a manner known per se and is therefore not shown or described in more detail. However, said remote control device differs from the type used in real satellites, which preferably comprise radio wave transmitters, in an essential point namely that it is designed to control the satellite by means of infrared light. The use of infrared light has the advantage that the risk of impact and disturbance of other nearby, by means of radio waves, tar-controlled devices is avoided.

I den visade utfóringsfonnen innefattar nämnda bärorgan 2 ett stöd 4 som vridbart uppbär jordgloben och vilket stöd 4 är avsett att placeras på ett underlag såsom ett golv eller liknande, en vid stödet 4 vridbart lagrat fastsatt arm 5 vilken är anordnad för sväng- ning omkring en i huvudsak vertikal genom jordgloben sig sträckande axel 6, en vid änden av armen 5 mot underlaget stödjande hjulförsedd vagn 7 vid vilken åtminstone ett hjul är avsett för drivning av vagnen 7 och därigenom armen, varvid drivningen av nämnda hjul sker medelst en till detta anordnad drivmotor 8 med varierbar hastighet, som exempelvis en transistorstyrd likströmsmotor. Genom denna motor 8 kan, i likhet med en reell satellit, rörelsehastigheten varieras i banan.In the embodiment shown, said support member 2 comprises a support 4 which rotatably supports the globe and which support 4 is intended to be placed on a support such as a floor or the like, an arm 5 rotatably mounted at the support 4 which is arranged for pivoting about a shaft 6 extending substantially vertically through the globe, a wheeled carriage 7 supported at the end of the arm 5 at the base, in which at least one wheel is intended for driving the carriage 7 and thereby the arm, the driving of said wheel taking place by means of a drive motor arranged therefor 8 at variable speed, such as a transistor controlled DC motor. Through this motor 8, like a real satellite, the speed of movement in the orbit can be varied.

I ett allmänt med 9 betecknat omrâde mellan armen 5 och stödet 4 är anordnad en låsanordning som lämpligen utgöres av en snäpplásning eller liknande (ej visat i ﬁgtirerna), så att jordgloben 3 kan låsas vid armen 5 för simulering av geostationär drift av satelliten.In a generally designated area 9 between the arm 5 and the support 4, a locking device is arranged which suitably consists of a snap lock or the like (not shown in the figures), so that the globe 3 can be locked at the arm 5 for simulating geostationary operation of the satellite.

Armen 5 består av tvâ inuti varandra löpande rörformade delar 10, 11 som, via tapp med tillhörande hål 12, är låsbara i önskat läge. Härvid kan således satellitens 1 ban- radie varieras. I den här visade utföringsformen sker den inbördes rörelsen mellan dessa rörformade delar 10, 11 manuellt, men i andra utföringsformen skulle den inbördes rörelsen mellan delarna 10, 11 kunna åstadkommas genom någon typ av drivanordning, t ex en anordning innefattande en skruv med tillhörande mutter eller en inuti nämnda delar 10, 11 upptagen hydraulisk cylinder. Härvid skulle det alltså vara möjligt att variera satellitens 1 banradie under dess kretsrörelse.The arm 5 consists of two mutually running tubular parts 10, 11 which, via pin with associated holes 12, are lockable in the desired position. In this case, the radius of the satellite 1 can thus be varied. In the embodiment shown here, the mutual movement between these tubular parts 10, 11 takes place manually, but in the second embodiment the mutual movement between the parts 10, 11 could be effected by some type of drive device, e.g. a device comprising a screw with associated nut or a hydraulic cylinder accommodated inside said parts 10, 11. In this case, it would thus be possible to vary the radius of the satellite 1 during its orbital motion.

För att i likhet med en reell satellit vara rörlig upp och ner i rät vinkel mot rörelseriktningen (betecknat med en dubbelpil) är satelliten 1 uppburen av vagnen 7 via en pelarlik hissanordning 13, sträckande sig i riktning uppåt sett från vagnen 7. Som visas i 10 15 20 25 504 926 4 fig. 2 innefattar hissanordningen 13 en rörformig del 14 i vilken vridbart lagrat är upptagen en rörelseskruv med tillhörande mutter 15 resp 16. Vid muttem 16 är via skruvar 17 fastsatt en fástanordning 18 för satelliten vilken, på ett fribärande sätt, skjuter ut från den rörformiga delens 14 periferi och är styrd i en längs den rörformiga delen löpande urtagning 19 (se även ﬁg. 3). Rörelseskruven 15 är anordnad att drivas roterbart av en genom elektriska pulser stegvis styrbar elektrisk motor 20, t ex en s k stegmotor, varvid fástanordningen 18 för satelliten hârigenom erhåller en vertikal rörelse längs den rörformiga delen 14.In order, like a real satellite, to be movable up and down at a right angle to the direction of movement (denoted by a double arrow), the satellite 1 is supported by the carriage 7 via a pillar-like elevator device 13, extending in the upward direction seen from the carriage 7. Fig. 2 comprises the elevator device 13 a tubular part 14 in which a movement screw with associated nut 15 and 16, respectively, is rotatably mounted. At the nut 16 a fastening device 18 for the satellite is fastened via screws 17 which, on a cantilever protrudes from the periphery of the tubular part 14 and is guided in a recess 19 running along the tubular part (see also ﬁ g. 3). The movement screw 15 is arranged to be rotatably driven by an electric motor 20 which can be steered by electrical pulses, for example a so-called stepping motor, the fastening device 18 for the satellite thereby obtaining a vertical movement along the tubular part 14.

Satelliten 1 är vid 21, via en tapp med tillhörande hål, ledbart monterad vid fástanordningen 18 samtidigt som den med en nedan tappen belägen del stödjer mot en till fástanordningen anordnad stöddel 22. För inställning av satelliten 1 omkring en axel parallell med rörelseriktningen 23 är en excenteraxel med tillhörande drivanordning (ej visat i ﬁgurerna) anordnad mellan stöddelen 22 och satelliten 1 varvid, genom vridning av nämnda excenteraxel, satelliten kan bringas att svänga kring tappen.The satellite 1 is at 21, via a pin with associated holes, hingedly mounted to the fastening device 18 at the same time as the part located below a pin bears against a support part 22 arranged for the fastening device. eccentric shaft with associated drive device (not shown in the ur gures) arranged between the support part 22 and the satellite 1, whereby, by turning said eccentric shaft, the satellite can be caused to pivot about the pin.

Hissanordningen 13 är vid 24 vridbart förbunden med vagnen 7 så att hissanord- ningen kan svängas omkring en giraxel vinkelrät mot rörelseriktningen 25 varvid nämnda svängrörelse åstadkommes av en pâ vagnens undersida anordnad drivanordning (ej visat i ﬁgurerna). Nämnda drivanordning utgöres lämpligen av genom elektriska pulser styrbar elektrisk motor som via transmission är anordnad att drivande påverka hissanordningen 13.The elevator device 13 is rotatably connected at 24 to the carriage 7 so that the elevator device can be pivoted about a gear axis perpendicular to the direction of movement 25, said pivoting movement being effected by a drive device arranged on the underside of the carriage (not shown in the gurus). Said drive device is suitably constituted by an electric pulse controllable electric motor which is arranged via transmission to drive the elevator device 13 in a driving manner.

Föreliggande uppñnning är inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningarna visade utan kan ändras och modiﬁeras pá många olika sätt inom ramen för den i efterföljande patentlcrav angivna uppﬁnningstanken. __.-_____-__...-.-_---The present invention is not limited to what is described above and that shown in the drawings, but can be changed and modified in many different ways within the scope of the invention concept set forth in the appended claims. __.-_____-__...-.-_---

Claims

10 15 20 25 30 5 0 4 9 2 6 5 PATENT CLAIMS

Track simulation device for satellites, particularly useful in training and education in the art of controlling satellites during operation, characterized in that it comprises a satellite known per se (1) which, supported by support means (2), is arranged for execution of an orbital motion in an orbit around an artificial celestial body (3), preferably in the form of a globe, said actuators being arranged for said support means for attitude control of the satellite (1) during its orbital movement around the artificial celestial body, which actuators are adjustable for actuation a control and monitoring unit belonging to the device.

Track simulation device according to claim 1, characterized in that the artificial celestial body (3) is intended for placement on a ground and that the support means (2) comprise an arm (5) rotatably mounted at the artificial celestial body (3) arranged for pivoting. about a shaft (6) extending substantially vertically through the celestial body, a wheeled carriage (7) supported at the end of the arm of the base, of which at least one wheel is arranged for driving the carriage and thereby the arm (5).

Track simulation device according to claim 1 or 2, characterized in that the actuators for attitude control of the satellite (1) comprise means for pivoting the satellite about an axis parallel to the direction of movement (23), and means for pivoting the satellite about an axis perpendicular to the direction of movement (25).

Orbit device according to any one of the preceding claims, characterized in that the actuators also comprise means for maneuvering the satellite (1) up and down at right angles to its direction of movement and / or means for adjusting the orbit of the satellite.

Track simulation device according to claim 4, characterized in that the means for operating the satellite up and down at right angles to the direction of movement comprise an elevator device (13) arranged on the wheeled carriage (7) and that the arm (5) is variably adjustable in longitudinal direction. for setting the orbital radius of the satellite (1).

Track simulation device according to claim 5, characterized in that the arm (5), in order to be adjustable in the longitudinal direction, consists of at least two longitudinally adjustable mutually adjustable parts (10, 11).

7. Tracking device according to any one of the preceding claims, characterized in that the control and control unit belonging to the device comprises a device for remote control of the actuators.