WO2004092014A1 - Empfängereinrichtungen in raumfahrzeugen mit transparenter verschlusseinrichtung - Google Patents

Empfängereinrichtungen in raumfahrzeugen mit transparenter verschlusseinrichtung Download PDF

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Ernst Kulinyak
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Eads Astrium Gmbh
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/007—Pressure-resistant sight glasses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1021—Earth observation satellites

Definitions

  • the present invention relates to a receiver device in spacecraft with at least one closure device.
  • Spacecraft in the context of the invention are all artificial bodies that are designed for use in space, especially satellites, space probes, space ferries, space stations or missiles.
  • Receiving devices in the sense of the invention are all devices which are designed to receive electromagnetic radiation, for example for the purposes of data exchange between spacecraft or between spacecraft and earth stations or between other objects, or also for purposes of detection, location, surveying and / or or observation of objects that emit electromagnetic radiation.
  • Locking devices of receiver devices in spacecraft serve to protect sensitive parts of the receiver device from contamination or damage, in particular during inactive phases.
  • the closure devices are moved during the inactive phase for protection against the sensitive parts and moved away again during the active phase of the sensitive parts.
  • it is problematic for space applications in particular if the mechanisms which cause the movement of the closure device have a defect which makes movement of the closure device impossible. Then remains the closure device in an open state, so can Protection of the receiver device can no longer be guaranteed. This would be acceptable under certain circumstances. But remains the closure device in the closed state, then the receiver device can not be operated at all. This is particularly critical for space applications, as a repair - unlike terrestrial applications - is not possible or only with great effort.
  • the object of the present invention is to provide a receiver device in spacecraft with at least one closure device which overcomes the disadvantages of the prior art.
  • the subject of the invention comprises a receiver device in spacecraft with at least one closure device, wherein the receiver device is designed to receive electromagnetic radiation.
  • the at least one closure device is designed to be transparent for the electromagnetic radiation to be received. This has the advantage that the receiver device can still be operated even if due to a defect the closure device remains in the closed state. The error rate of the receiver arrangement is thereby significantly reduced.
  • At least one opening mechanism is provided for opening the at least one closure device.
  • at least one separating mechanism is provided for separating the at least one closure device from the receiver device.
  • Such a separation mechanism makes it possible, in the event of a defect, to completely separate the closure device from the receiver device in order to re-enable the beam path for the receiver device.
  • This makes it possible, for example, for the case when due to a defect, the closure device remains in the closed state, that the receiver device is initially operated with a closed closure device, in order to continue to ensure protection of the receiver device. If, however, over time a degradation of the closure device, for example due to damage, so that it affects the beam path of the receiver device, then the closure device can be separated by the separator and thus the beam path are released again without any impairment.
  • a plurality of closure devices are arranged one after the other in the beam path of the receiver device and the closure devices are separably connected to one another by a respective separation mechanism. It can be provided, for example, that closure devices are connected to a common opening mechanism, but the individual closure devices can be separated one after the other. The remaining locking devices then still provide sufficient protection for the sensitive parts of the receiver device and allow again due to their transparency for the electromagnetic radiation to be received, a further operation of the receiver device.
  • the present invention is applicable to all types of receiver devices, for electromagnetic radiation.
  • the receiver device can be designed as an optical receiver device.
  • the receiver device can be designed as part of an optical data communication device or as part of an optical sensor, in particular as part of an optical camera.
  • Fig. 1 Schematic representation of a receiver device with a transparent closure device, opening mechanism and separation mechanism.
  • FIG. 2 receiver device according to Fig. 1 with a plurality of closure means and separation mechanisms
  • FIG. 3 Receiver device according to FIG. 1 with a plurality of locking devices, separating mechanisms and common opening mechanism
  • FIG. 1 shows an optical receiver device 1 with a lens system 7 and an optical detector 8.
  • Lens system 7 and detector 8 are sensitive devices which are to be protected by a closure device 2.
  • the closure device 2 can be moved by an opening mechanism 3 from an open position (shown in dashed lines) into a closed position.
  • the closure device 2 is optically transparent, for example made of glass or quartz glass, so that optical radiation 5 reaches the detector even if the closure device 2 is located partially or completely in front of the opening 6 of the receiver device 1.
  • the receiver device 1 according to FIG. 1 has a separating mechanism 4 with which the closure device 2 together with the opening mechanism 3 can be separated from the receiver device 1 in order to release the beam path 5 again upon contamination or degradation of the closure device 2.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the receiver device according to FIG. 1, wherein now a plurality of optically transparent closure devices 21, 22, 23 are provided. These are connected to each other and to the receiver device 1 via separation mechanisms 41, 42, 43, so that upon degradation of the uppermost closure device 23, these can first be separated, but the remaining closure devices 21, 22 still remain to protect the receiver device 1. If the closure device 22 also degrades, then it can be separated off by the separating device 42, and closure device 21 still remains. If the latter finally also degrades, then the closure device 21 can be separated off by the separating device 41. The protection of the receiver device 1 can thus be significantly extended while maintaining the operational readiness of the receiver device 1. The device of FIG. 2 even comes without any moving mechanisms, which reduces the error rate of the arrangement.
  • FIG. 3 largely corresponds to the arrangement of FIG. 2, but in addition a common opening mechanism 30 for the
  • Closing devices 21, 22, 23 is provided, which allows analogous to the opening mechanism 3 from FIG. 1, the opening 6 of the receiver device. 1 completely release, so that the electromagnetic radiation 5 can enter directly into the receiver device 1. Thus, a further redundancy is created to release the beam path 5.

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Abstract

Beschrieben wird eine Empfängereinrichtung (1) in Raumfahrzeugen mit minde­stens einer Verschlusseinrichtung (2, 21, 22, 23), wobei die Empfängereinrichtung (1) zum Empfang elektromagnetischer Strahlung (5) ausgelegt ist. Die mindestens eine Verschlusseinrichtung (2, 21, 22, 23) ist für die zu empfangende elektromagnetische Strahlung (5) transparent ausgebildet.

Description

Empfängereinrichtungen in Raumfahrzeugen mit transparenter
Verschlusseinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfängereinrichtung in Raumfahrzeugen mit mindestens einer Verschlusseinrichtung. Raumfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind alle künstlichen Körper, die für einen Einsatz im Weltall ausgelegt sind, insbesondere also Satelliten, Raumsonden, Raumfähren, Raumstationen oder Raketen. Empfängereinrichtungen im Sinne der Erfindung sind alle Einrich- tungen, die dazu ausgelegt sind, elektromagnetische Strahlung zu empfangen, beispielsweise zu Zwecken des Datenaustausches zwischen Raumfahrzeugen oder zwischen Raumfahrzeug und Erdstationen oder zwischen sonstigen Objekten, oder auch zu Zwecken der Erfassung, Ortung, Vermessung und/oder Beobachtung von Objekten, die elektromagnetische Strahlung emittieren.
Aus dem Stand der Technik ist aus US 6,199,988 ein optisches Instrument, insbesondere ein Weltraum-Teleskop, mit einer ausfahrbaren, Abschirmung zur Abschirmung von Streulicht bekannt. Die Abschirmung ist dabei für elektromagne- ische Strahlung im optischen Bereich undurchlässig ausgebildet.
Verschlusseinrichtungen von Empfängereinrichtungen in Raumfahrzeugen dienen dazu, empfindliche Teile der Empfängereinrichtung vor Verschmutzung oder Beschädigung zu schützen, insbesondere während inaktiver Phasen. Dazu werden in der Regel, wie beim Stand der Technik, die Verschlusseinrichtungen während der inaktiven Phase zum Schutz vor die empfindlichen Teile bewegt und während der aktiven Phase von den empfindlichen Teilen wieder wegbewegt. Problematisch gerade für Weltraumanwendungen ist jedoch, wenn die Mechanismen, die die Bewegung der Verschlusseinrichtung bewirken, einen Defekt aufweisen, der eine Bewegung der Verschlusseinrichtung unmöglich macht. Verbleibt dann die Verschlusseinrichtung in einem geöffneten Zustand, so kann ein Schutz der Empfängereinrichtung nicht mehr garantiert werden. Dies wäre aber unter Umständen noch akzeptabel. Verbleibt aber die Verschlusseinrichtung im geschlossenen Zustand, dann kann die Empfängereinrichtung überhaupt nicht mehr betrieben werden. Dies ist für Weltraumanwendungen besonders kritisch, da eine Reparatur - anders als bei terrestrischen Anwendungen - nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Empfängereinrichtung in Raumfahrzeugen mit mindestens einer Verschlusseinrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik behebt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der Gegenstand der Erfindung umfasst eine Empfängereinrichtung in Raumfahr- zeugen mit mindestens einer Verschlusseinrichtung, wobei die Empfängereinrichtung zum Empfang elektromagnetischer Strahlung ausgelegt ist. Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass die mindestens eine Verschlusseinrichtung für die zu empfangende elektromagnetische Strahlung transparent ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Empfängereinrichtung auch dann noch betrieben werden kann, wenn aufgrund eines Defekts die Verschlusseinrichtung im geschlossenen Zustand verbleibt. Die Fehleranfälligkeit der Empfängeranordnung wird dadurch deutlich reduziert.
Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Öffnungsmechanismus zum Öffnen der mindestens einen Verschlusseinrichtung vorgesehen ist. Zusätzlich zu einem solchen Öffnungsmechanismus oder auch alternativ dazu kann auch vorgesehen werden, dass mindestens ein Trennmechanismus zum Trennen der mindestens einen Verschlusseinrichtung von der Empfängereinrichtung vorgesehen ist. Trennmechanismen sind grund- sätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus dem Dokument M. H. Lucy, R. C. Hardy, E. H. Kist, J. J. Watson and S. A. Wise, Report on Alternative Devices to Pyrotechnics on Spacecraft , 10th Annual AIAA USU Conference on Small Satellites, Logan, Utah, September 16-19, 1996, im Internet abrufbar unter http://techreports.larc.nasa.gov/ltrs/1996.html. Allerdings ergibt sich aus diesem Dokument keine Anwendung von Trennmechanismen im Rahmen des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung.
Ein solcher Trennmechanismus ermöglicht es, im Falle eines Defekts die Verschlusseinrichtung komplett von der Empfängereinrichtung zu trennen, um den Strahlengang für die Empfängereinrichtung wieder freizugeben. Dies ermöglicht es beispielsweise für den Fall, wenn aufgrund eines Defekts die Verschlusseinrichtung im geschlossenen Zustand verbleibt, dass die Empfängereinrichtung zunächst mit geschlossener Verschlusseinrichtung betrieben wird, um weiterhin einen Schutz der Empfängereinrichtung zu gewährleisten. Kommt es jedoch mit der Zeit zu einer Degradation der Verschlusseinrichtung, beispielsweise durch Beschädigungen, so dass diese den Strahlengang der Empfängereinrichtung beeinträchtigt, so kann durch die Trenneinrichtung dann die Verschlusseinrichtung abgetrennt werden und der Strahlengang somit wieder ohne jegliche Beeinträchtigung freigegeben werden.
Um zu vermeiden, dass nach dem Abtrennen einer Verschlusseinrichtung die Empfängereinrichtung ohne jeglichen Schutz verbleibt, kann vorgesehen werden, dass mehrere Verschlusseinrichtungen im Strahlengang der Empfängereinrichtung nacheinander angeordnet sind und die Verschlusseinrichtungen voneinander durch jeweils einen Trennmechanismus trennbar verbunden sind. Es kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass Verschlusseinrichtungen mit einem gemeinsamen Öffnungsmechanismus verbunden sind, aber die einzelnen Verschlusseinrichtungen nacheinander abgetrennt werden können. Die jeweils verbleibenden Verschlusseinrichtungen bieten dann noch einen ausreichenden Schutz für die empfindlichen Teile der Empfängereinrichtung und gestatten wiederum aufgrund ihrer Transparenz für die zu empfangende elektromagnetische Strahlung einen weiteren Betrieb der Empfängereinrichtung.
Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung für alle Arten von Empfängereinrichtungen, für elektromagnetische Strahlung anwendbar. Insbesondere kann die Empfängereinrichtung als optische Empfängereinrichtung ausgebildet sein. So kann die Empfängereinrichtung beispielsweise als Teil einer optischen Daten- kommunikationseinrichtung ausgebildet sein oder auch als Teil eines optischen Sensors, insbesondere als Teil einer optischen Kamera.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren 1 bis 3 am Beispiel einer optischen Empfängereinrichtung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: Schematische Darstellung einer Empfängereinrichtung mit einer transparenten Verschlusseinrichtung, Öffnungsmechanismus und Trennmechanismus.
Fig. 2 Empfängereinrichtung nach Fig. 1 mit mehreren Verschlusseinrichtungen und Trennmechanismen
Fig. 3: Empfängereinrichtung nach Fig. 1 mit mehreren Verschlusseinrich- tungen, Trennmechanismen und gemeinsamem Öffnungsmechanismus
Fig. 1 zeigt eine optische Empfängereinrichtung 1 mit einem Linsensystem 7 und einem optischen Detektor 8. Linsensystem 7 und Detektor 8 sind empfindliche Einrichtungen, die durch eine Verschlusseinrichtung 2 geschützt werden sollen. Die Verschlusseinrichtung 2 kann durch einen Öffnungsmechanismus 3 von einer geöffneten Stellung (gestrichelt gezeichnet) in eine geschlossene Stellung bewegt werden. Gemäß der Erfindung ist die Verschlusseinrichtung 2 optisch transparent ausgebildet, beispielsweise aus Glas oder Quarzglas, so dass optische Strahlung 5 auch dann den Detektor erreicht, wenn sich die Verschlusseinrichtung 2 teilweise oder vollständig vor der Öffnung 6 der Empfängereinrichtung 1 befindet. Zusätzlich weist die Empfängereinrichtung 1 nach Fig. 1 einen Trennmechanismus 4 auf, mit dem die Verschlusseinrichtung 2 samt Öffnungsmechanismus 3 von der Empfängereinrichtung 1 getrennt werden kann, um den Strahlengang 5 bei Verschmutzung oder Degradation der Verschlusseinrichtung 2 wieder freizugeben.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführung der Empfängereinrichtung nach Fig. 1, wobei nun mehrere optisch transparente Verschlusseinrichtungen 21 , 22, 23 vorgesehen sind. Diese sind untereinander und mit der Empfängereinrichtung 1 über Trennmechanismen 41 , 42, 43 verbunden, so dass bei Degradation der obersten Verschlusseinrichtung 23 zunächst diese abgetrennt werden kann, die übrigen Verschlusseinrichtungen 21, 22 aber noch zum Schutz der Empfängereinrichtung 1 verbleiben. Degradiert auch Verschlusseinrichtung 22, so kann diese durch die Trenneinrichtung 42 abgetrennt werden, es verbleibt noch Verschluss- einrichtung 21. Degradiert schließlich auch diese, so kann die Verschlusseinrichtung 21 durch die Trenneinrichtung 41 abgetrennt werden. Der Schutz der Empfängereinrichtung 1 kann damit deutlich ausgedehnt werden bei weiterer Aufrechterhaltung der Funktionsbereitschaft der Empfängereinrichtung 1. Die Einrichtung nach Fig. 2 kommt sogar ganz ohne bewegliche Mechanismen aus, was die Fehleranfälligkeit der Anordnung verringert.
Die Anordnung nach Fig. 3 entspricht weitgehend der Anordnung nach Fig. 2, wobei jedoch zusätzlich ein gemeinsamer Öffnungsmechanismus 30 für die
Verschlusseinrichtungen 21, 22, 23 vorgesehen ist, der analog zum Öffnungsme- chanismus 3 aus Fig. 1 erlaubt, die Öffnung 6 der Empfängereinrichtung 1 komplett freizugeben, so dass die elektromagnetische Strahlung 5 direkt in die Empfängereinrichtung 1 eintreten kann. Damit wird noch eine weitere Redundanz geschaffen, um den Strahlengang 5 freizugeben.

Claims

Patentansprüche
Empfängereinrichtung (1) in Raumfahrzeugen mit mindestens einer Verschlusseinrichtung (2, 21, 22, 23), wobei die Empfängereinrichtung (1) zum Empfang elektromagnetischer Strahlung (5) ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Verschlusseinrichtung (2, 21, 22, 23) für die zu empfangende elektromagnetische Strahlung (5) transparent ausgebildet ist.
Empfängereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Öffnungsmechanismus (3, 30) zum Öffnen der mindestens einen Verschlusseinrichtung vorgesehen ist.
3. Empfängereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Trennmechanismus (4, 41, 42, 43) zum Trennen der mindestens einen Verschlusseinrichtung (2, 21 , 22, 23) von der Empfängereinrichtung (1 ) vorgesehen ist.
4. Empfängereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verschlusseinrichtungen (21 , 22, 23) im Strahlengang
(5) der Empfängereinrichtung (1) nacheinander angeordnet sind und die Verschlusseinrichtungen (21, 22, 23) voneinander durch jeweils einen Trennmechanismus (41, 42, 43) trennbar verbunden sind.
Empfängereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (1 ) als optische Empfängereinrichtung ausgebildet ist.
6. Empfängereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (1) als Teil einer optischen Datenkommunikationseinrichtung ausgebildet ist.
7. Empfängereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinrichtung (1) als Teil eines optischen Sensors, insbesondere als Teil einer optischen Kamera ausgebildet ist.
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