WO2021058838A1 - Conjunto desplegable para antenas - Google Patents

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WO2021058838A1
WO2021058838A1 PCT/ES2019/070635 ES2019070635W WO2021058838A1 WO 2021058838 A1 WO2021058838 A1 WO 2021058838A1 ES 2019070635 W ES2019070635 W ES 2019070635W WO 2021058838 A1 WO2021058838 A1 WO 2021058838A1
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WO
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segments
deployable
antennas
deployed
reflective surface
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Application number
PCT/ES2019/070635
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English (en)
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Inventor
José Luis PLAZA MORA
Fernando José CESPEDOSA CASTÁN
Original Assignee
Airbus Defence And Space, S.A.
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Publication date
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Priority to PCT/ES2019/070635 priority patent/WO2021058838A1/es
Priority to US17/762,673 priority patent/US11784415B2/en
Priority to CA3151901A priority patent/CA3151901A1/en
Priority to EP19797318.3A priority patent/EP4024606B1/en
Priority to JP2022518317A priority patent/JP7459237B2/ja
Priority to ES19797318T priority patent/ES2950826T3/es
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H01Q15/161—Collapsible reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1235—Collapsible supports; Means for erecting a rigid antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas

Definitions

  • the present invention relates to a deployable assembly for antennas, mainly used in space systems, particularly to a deployable assembly for deploying large parabolic reflectors.
  • the assembly is suitable for multiple purposes, not only for deploying large reflectors, but also for building large antennas for Earth observation and for telecommunications, for building folding groups of satellites, and even for building space debris capture systems.
  • Document US 4030102 A referring to a "deployable reflector structure”, describes a support structure that when deployed resembles a spoke wheel that is retractable into a compact volume by virtue of its foldable rim and rolled spokes, which is an efficient and stable structure for storing, deploying and supporting surfaces such as radar and communications antennas, shielding, ground detection, solar cell arrays and solar energy reflectors.
  • Document US 3617113 A describes a deployable reflector assembly comprising a deployable reflector, a series of deployable panels surrounding and operatively connected to said deployable reflector, said series of deployable panels comprising a first deployable set of panels interconnected to substantially form an open cylinder at the time of deployment and a second deployable set of panels operatively connected to said first deployable set of panels, said second set of panels being interconnected to form a substantially flat ring upon deployment that lies in a plane that is substantially perpendicular to the central axis of said cylinder formed by said first deployed set of panels and deployment means operatively connected to said sets of deployable panels to deploy said sets of deployable panels.
  • Document WO 2009153454 A2 presents a hinged folding structure consisting of a set of elements articulated by hinges, in which each of the elements has a hinge at each end that allows it to be connected to the end of another element through a hinge axis. (X, Y), all the pivoting pins of the hinges being constructed in such a way that the structure can adopt two extreme positions, namely, a deployed position in which the elements are more or less continuous with each other to form an ellipse, and a folded position in which the elements meet each other, approximately parallel to each other.
  • the elements and the hinges are connected both to means for controlling the unfolding of the elements, and to assisting means to ensure the simultaneity of the unfolding or folding of the elements.
  • Document EP 2482378 A1 discloses a deployed antenna having a larger aperture diameter via four-sided connections provided in at least three stages and including: six deployment mechanisms arranged radiantly from a central axis to support a portion of the outer edge of a reflective mirror flexible surface: and a deployment drive mechanism disposed at a bottom of a center of the six deployment mechanism arrangement, to deploy the six deployment mechanisms.
  • Each of the six deployment mechanisms includes a first four-sided connection, a second four-sided connection, and a third four-sided connection arranged in order from a central axis position, around which the six deployment mechanisms are arranged. , toward an outer side of each of the six deployment mechanisms, so that each of the six deployment mechanisms is structured so that it can be folded in three stages.
  • WO 2013135298 Al describes a mechanical support ring structure for supporting a deployable space reflector antenna.
  • the mechanical support ring structure is convertible from a folded state to a deployed state and comprises a ring-shaped pantograph having a plurality of circumferentially disposed pantograph sections that are deployable to convert the mechanical support ring structure from the folded state. to the deployed state, and a plurality of circumferentially arranged support bars, each pantograph section being arranged between a pair of support bars, wherein each pantograph section comprises one or more pairs of transversely intersecting pantograph bars in a respective crossover position.
  • Document EP 2768077 A1 describes a spatial deployable structure capable of changing from a substantially cylindrical configuration to a substantially flat polygonal configuration with n sides, comprising: n pairs of segments, each pair of segments being formed by two individual segments, forming one side of the polygon of the deployed structure, in such a way that the individual segments have a substantially vertical lower base with a prismatic shape, the segments being substantially symmetrical with each other with respect to said lower base, having their longest direction parallel to the side of the polygon formed in the unfolded configuration of the structure; 2n unions that join the segments to each other at their ends; and a deployment system based on the simultaneous folding of all the segments that form the structure with respect to their contiguous segments, on the corresponding joints, so that the hinge axis and the axis of the cone are parallel to the plane of the polygon in the configuration deployed, always maintaining the same deployment angles between the same type of joints.
  • an object of the invention is to provide a deployable assembly for reflectors used in space systems that is capable of overcoming the aforementioned drawbacks.
  • the invention provides a deployable assembly for antennas, comprising:
  • each pair of segments corresponding to one side of an unfolded polygon shape
  • a deployable mast between two segments in which the deployable mast is gathered between the two segments before being deployed, the deployable mast terminating in a feeder that electromagnetically feeds the antenna and that includes a fastening element to keep the structure closed when it is retracted, so that the feeder acts as a structural support element when it is retracted and an electromagnetic feeder for the antenna when it is deployed,
  • the largest reflector diameter can be achieved by varying only the length of the segments, and the contour of the circular to elliptical reflector can be achieved by varying only the angles between the segments ).
  • the kinematics of the segments during deployment make their centers of gravity follow a straight linear pattern, facilitating validation by testing with a gravity compensation device.
  • the global center of mass does not move during deployment, they can be fixed or deployable.
  • the structural support of the feeder is an integral part of the collected structure and, when the invention is deployed and used as a reflector antenna, it plays the role of feeder in the focal position.
  • the deployable assembly of the invention provides performance superior to those found to date in conventional systems known in the art.
  • Two clamping mechanisms (could be clamp bands) hold the folded assembly during launch and deployment suffices.
  • the folded assembly is very compact and robust, allowing a small size of the system within the available volume of the launcher
  • the unfolded frame design can easily accommodate different sizes for larger or smaller reflectors and satellites.
  • This structure is suitable for multiple purposes, not only for deploying large reflectors but also for building large antennas for Earth observation and for telecommunications, to build groups of coordinated folding satellites launched together, and even to build space debris capture systems.
  • the deployed structure of the invention is also self-supporting, so that no auxiliary elements are needed to obtain rigidity, guidance and shape during deployment.
  • Figure 1 is an isometric view of a large deployable reflector connected to a satellite.
  • Figures 2A, 2B and 2G are schematic general views of the object of the invention in the collected, deployed and fully deployed (operative) positions, respectively.
  • Figure 3 is a more detailed view of the collected assembly, in the launch configuration within the available volume of the fairing.
  • Figure 4 shows the assembly deployed in the operative arrangement.
  • Figure 5 is a simplified view of! collected and unfolded assembly (feeder, mast, cable net and reflective surface not shown).
  • Figures 6A to 6F show the main steps in the deployment of the structure and the assembly.
  • Figure 7 shows the deployable assembly of the invention in an intermediate position of the deployment process.
  • Figures 2A, 2B and 2G show the deployable antenna assembly of the Invention in various stages.
  • Figure 2A shows the stowed (or stowed) position
  • Figure 2B shows an intermediate position in which the assembly is being deployed
  • Figure 2C shows the fully deployed position.
  • FIGS 6A to 6F also show the deployable antenna assembly of the invention in various stages, with more intermediate positions.
  • Figure 7 is a detailed view of the deployable assembly of the invention in an intermediate position of the deployment process, in which all its elements can be seen.
  • the deployed set for antennas shown in these figures includes:
  • the structure is capable of changing from a folded position with a substantially cylindrical shape to a deployed position with a substantially flat polygonal shape with n sides, as can be seen in Figure 5.
  • the drop-down set for antennas also includes:
  • a deployable mast 3 (also called “boom”) between two segments 4, 5, in which the deployable mast 3 remains tucked between the two segments 4, 5 before being deployed, the deployable mast 3 terminating in a feeder 1 that electromagnetically feeds the antenna and comprising a fastening element 2 to keep the structure closed when it is folded up, in such a way that the feeder 1 plays the role of structural support element when it is picked up and electromagnetic feed of the antenna when it is deployed,
  • the deployable pole 3 is located between two segments 4, 5 on the same side of the polygonal shape, as can be seen, for example, in Figures 6B to 6F.
  • the drop-down pole 3 remains folded, secured and protected between two segments 4, 5 before being unfolded to reach the focal length.
  • Figures 6A to 6D show the successive steps for the formation of the polygonal shape with n sides
  • Figures 6D to 6F show the deployment of the mast 3.
  • the deployable antenna assembly of the invention is fully deployed.
  • Figure 5 is a simplified view of the deployable assembly of the invention, mainly showing the structure, in which the feeder 1, the mast 3, the cable network 7 and the reflective surface 9 are not represented.
  • feeder 1 can play the role of: - a fixing element for the segments 4, 5 when it is retracted, by means of the clamping element 2 (see figure 3, for example), and
  • the fastening element 2 can be, for example, a fastening band similar to those used in similar applications in spacecraft systems.
  • the unfolded polygonal shape has n sides, corresponding to the n pairs of segments 4, 5.
  • a hexagonal shape has been chosen (see, for example, Figure 5).
  • Each pair of segments is made up of two symmetrical segments 4, 5, with a hinge joint as a connecting element between them.
  • the deployable ring structure of the invention has sufficient space within it to contain the necessary subsystems of the spacecraft. It can contain everything necessary to form a complete satellite, such as power systems, flight and attitude control and communication with the Earth, although it can also be conceived as a payload, coupled to a larger satellite.
  • Figures 5 and 7 also show n angular connections of hinge 6 between each two adjacent sides of the polygon shape, thus located at each corner of the polygon shape.
  • the shape can be defined as a regular or non-regular polygon, in order to achieve a circular or elliptical contour of the reflecting surface 9.
  • Figures 5 and 7 also show a set of supports 15 that protrude from the back of the segments 4 , 5 to shape the outline of the reflective surface 9.
  • the movement of the unfolding of the structure is carried out by motors in each of the hinge angle connections 6. Coordination can be ensured by mechanical means and / or position sensors as feedback signals when necessary. The end position can be guaranteed by end stops, and the irreversibility of the deployed end configuration can be secured with locks, if desired.
  • the cable network 7 comprises several tension cables to ensure that the reflective surface 9 conforms to the desired shape when deployed. As can be seen in figure 7, the tensioning cables can be held by the tensioning elements 8 that protrude from the back of the segments 4, 5, capable of tensioning the tensioning cables.
  • the reflective surface 9 is a paraboloid formed by cables working in tension, as described above.
  • the contour of the reflective surface 9 it can be circular or elliptical
  • the reflective surface 9 is folded, limited and protected within the structure collected during launch (see Figures 3 and 6A).
  • the collected structure protects the reflective surface 9 from contact and prevents damage to the feeder 1.
  • Figure 3 also shows a lower fastener 10 (eg, a fastener band) that remains with the launcher after separation. It also shows the range of collected height 14 available within the launcher, which defines the diameter of the reflective surface 9.
  • a lower fastener 10 eg, a fastener band
  • Figure 5 also shows the minor axis 11 and the major axis 12 of the contour of the reflective surface 9 when it is elliptical. It also shows the diameter 13 of the frame in the stowed position.
  • the present invention represents a spatial closed loop deployable assembly with a structure capable of changing from a substantially cylindrical configuration to a substantially planar polygonal configuration having n sides:

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Abstract

Conjunto desplegable para antenas, que comprende: - una estructura que comprende: - n pares de segmentos (4, 5), cada par de segmentos (4, 5) correspondientes a un lado de una forma poligonal desplegada, - n articulaciones de bisagra entre los dos segmentos (4, 5) de un lado, y - n conexiones angulares de bisagra (6) entre cada dos lados adyacentes, de modo que la estructura puede pasar de una posición recogida con una forma sustancialmente cilíndrica a una posición desplegada con una forma poligonal sustancialmente plana con n lados, y - una superficie reflectante (9), - un mástil desplegable (3) entre dos segmentos (4, 5), en el que el mástil desplegable (3) se encuentra recogido entre los dos segmentos (4, 5) antes de ser desplegado, terminando el mástil desplegable (3) en un alimentador (1) que alimenta electromagnéticamente la antena y que comprende un elemento de sujeción (2) para mantener la estructura cerrada cuando está recogida, de modo que el alimentador (1) desempeña el papel de elemento de soporte estructural cuando está recogido y alimentador electromagnético de la antena cuando está desplegado, - un conjunto de elementos tensores (8) que sobresalen de la parte posterior de los segmentos (4, 5), y - una red de cables (7) que puede dar forma a la superficie reflectante (9), de modo que los cables correspondientes quedan sujetos por los elementos tensores (8).

Description

Conjunto desplegable para antenas
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un conjunto desplegable para antenas, principalmente empleado en sistemas espaciales, particularmente a un conjunto desplegable para desplegar reflectores parabólicos grandes. El conjunto es adecuado para múltiples propósitos, no solo para desplegar grandes reflectores, sino también para construir grandes antenas para la observación de la Tierra y para telecomunicaciones, para construir grupos plegables de satélites e incluso para construir sistemas de captura de desechos espaciales.
Técnica anterior
Hay muchas estructuras de antenas reflectoras desplegables ya conocidas en el estado de la técnica.
El documento US 4030102 A, referido a una "estructura de reflector desplegable", describe una estructura de soporte que desplegada se parece a una rueda con radios que es retráctil en un volumen compacto en virtud de su llanta abatióle y unos radios enrolladles, que es una estructura eficiente y estable para almacenar, desplegar y soportar superficies tales como antenas de radar y de comunicaciones, apantallamiento, detección de tierra, conjuntos de células solares y reflectores de energía solar.
El documento US 3617113 A describe un conjunto de reflector desplegable que comprende un reflector desplegable, una serie de paneles desplegables circundantes y conectados operativamente a dicho reflector desplegable, comprendiendo dicha serie de paneles desplegables un primer conjunto desplegable de paneles interconectados para formar sustancialmente un cilindro abierto en el momento del despliegue y un segundo conjunto desplegable de paneles conectados operativamente a dicho primer conjunto desplegable de paneles, estando dicho segundo conjunto de paneles interconectados para formar un anillo sustancialmente plano al desplegarse que se encuentra en un plano que es sustancialmente perpendicular al eje central de dicho cilindro formado por dicho primer conjunto desplegado de paneles y medios de despliegue conectados de manera operativa a dichos conjuntos de paneles desplegadles para desplegar dichos conjuntos de paneles desplegables. El documento WO 2009153454 A2 presenta una estructura plegable abisagrada consistente en un conjunto de elementos articulados mediante bisagras, en la que cada uno de los elementos tiene en cada extremo una bisagra que le permite conectarse al extremo de otro elemento a través de un eje de bisagra (X, Y), construyéndose todos los pasadores pivotantes de las bisagras de forma que la estructura pueda adoptar dos posiciones extremas, a saber, una posición desplegada en la que los elementos son más o menos continuos entre sí para formar una elipse, y una posición plegada en la que los elementos se juntan entre sí, aproximadamente paralelos unos a otros. Los elementos y las bisagras están conectados tanto a medios para controlar el despliegue de los elementos, como a medios de asistencia para asegurar la simultaneidad del despliegue o plegado de los elementos.
El documento EP 2482378 A1 describe una antena desplegadle que tiene un diámetro de apertura mayor mediante conexiones de cuatro lados provistos en ai menos tres etapas y que incluye: seis mecanismos de despliegue dispuestos radiaimente desde un eje central para soportar una parte del borde exterior de una superficie flexible de espejo reflector: y un mecanismo de accionamiento de despliegue dispuesto en una parte inferior de un centro de la disposición de los seis mecanismos de despliegue, para desplegar los seis mecanismos de despliegue. Cada uno de los seis mecanismos de despliegue incluye una primera conexión de cuatro lados, una segunda conexión de cuatro lados y una tercera conexión de cuatro lados dispuestas en orden desde una posición del eje central, alrededor de la cual se disponen los seis mecanismos de despliegue, hacia un lado exterior de cada uno de los seis mecanismos de de despliegue, de modo que cada uno de los seis mecanismos de despliegue esté estructurado de forma que pueda plegarse en tres etapas.
El documento WO 2013135298 Al describe una estructura de anillo de soporte mecánico para soportar una antena de reflector espacial desplegable. La estructura de anillo de soporte mecánico es convertible de un estado plegado a un estado desplegado y comprende un pantógrafo en forma de anillo que tiene una pluralidad de secciones de pantógrafo dispuestas circunferencialmente que son desplegables para convertir la estructura de anillo de soporte mecánico del estado plegado al estado desplegado, y una pluralidad de barras de soporte dispuestas circunferencialmente, estando cada sección del pantógrafo dispuesta entre un par de barras de soporte, en las que cada sección del pantógrafo comprende uno o más pares de barras de pantógrafo que se intersectan en sentido transversal en una posición de cruce respectiva. El documento EP 2768077 A1 describe una estructura desplegable espacial capaz de cambiar de una configuración sustancialmente cilindrica a una configuración poligonal sustancialmente plana con n lados, que comprende: n pares de segmentos, estando cada par de segmentos formado por dos segmentos individuales, formando un lado del polígono de la estructura desplegada, de tal forma que los segmentos individuales tienen una base inferior sustancialmente vertical con forma prismática, siendo los segmentos sustancialmente simétricos entre sí respecto a dicha base inferior, teniendo su dirección más larga paralela ai lado del polígono formado en la configuración desplegada de la estructura; 2n uniones que unen ios segmentos entre sí por sus extremos; y un sistema de despliegue basado en el plegado simultáneo de todos los segmentos que forman la estructura respecto a sus segmentos contiguos, sobre las uniones correspondientes, de forma que el eje de bisagra y el eje del cono queden paralelos al plano del polígono en la configuración desplegada, manteniendo siempre los mismos ángulos de despliegue entre el mismo tipo de uniones.
Estas configuraciones de la técnica anterior proporcionan estructuras desplegables capaces de funcionar satisfactoriamente. Sin embargo, presentan algunas desventajas, como el alto número de dispositivos necesarios para mantener la estructura plegada durante el lanzamiento, el alto número de articulaciones y conjuntos móviles y el número muy limitado de configuraciones y aplicaciones de vuelo.
Sumario de la invención
Por tanto, un objeto de ia invención es proporcionar un conjunto desplegable para reflectores utilizado en sistemas espaciales que sea capaz de superar los inconvenientes mencionados.
La invención proporciona un conjunto desplegadle para antenas, que comprende:
- una estructura que comprende:
- n pares de segmentos, cada par de segmentos correspondientes a un lado de una forma poligonal desplegada,
- n articulaciones de bisagra entre los dos segmentos de un lado, y - n conexiones angulares de bisagra entre cada dos lados adyacentes, de modo que la estructura puede pasar de una posición recogida con una forma sustancialmente cilindrica a una posición desplegada con una forma poligonal sustancialmente plana con n lados, y
- una superficie reflectante, que además comprende:
- un mástil desplegable entre dos segmentos, en el que el mástil desplegable se encuentra recogido entre los dos segmentos antes de ser desplegado, terminando el mástil desplegable en un alimentador que alimenta electromagnéticamente la antena y que comprende un elemento de sujeción para mantener la estructura cerrada cuando está recogida, de modo que el alimentador desempeña el papel de elemento de soporte estructural cuando está recogido y de alimentador electromagnético de la antena cuando está desplegado,
- un conjunto de elementos tensores que sobresalen de la parte posterior de los segmentos, y
- una red de cables que puede dar forma a la superficie reflectante, de modo que los cables correspondientes quedan sujetos por los elementos tensores.
Las principales ventajas de la configuración de la invención frente a las configuraciones conocidas son:
- Configuración geométrica simplificada para un reflector parabólico desplegable.
- Proporciona un volumen reducido del conjunto recogido en la configuración de lanzamiento, compatible con los lanzadores existentes a la vez que maximiza la relación de apertura.
- Permite acomodar dentro de segmentos de la estructura hexagonal algunos de los subsistemas de la plataforma, llegando finalmente a un diseño en el que todos los subsistemas de la plataforma satelital y el instrumento están incluidos en la estructura hexagonal.
- Estructura estable a pesar de su tamaño, lo que asegura que los errores debidos, por ejemplo, a las fluctuaciones causadas por las maniobras de los satélites, sean mínimos.
- Grandes secciones de los segmentos y uniones de bisagras y conos que permiten obtener una alta precisión angular entre los segmentos en la configuración desplegada.
- Capacidad de satisfacer fácilmente una amplia gama de prestaciones con pequeñas modificaciones en el sistema (el diámetro del reflector más grande puede lograrse variando solo la longitud de ios segmentos, y el contorno del reflector circular a elíptico puede lograrse variando solo los ángulos entre los segmentos).
- La cinemática de los segmentos durante el despliegue hace que sus centros de gravedad sigan un patrón lineal recto, facilitando la validación mediante pruebas con un dispositivo de compensación de gravedad. El centro de masa global no se mueve durante el despliegue, pueden ser fijos o desplegables.
- El soporte estructural del alimentador es una parte integral de la estructura recogida y, cuando la invención es desplegada y utilizada como antena reflectora, juega el papel de alimentador en la posición focal.
- Colocar todo fuera del campo de visión del instrumento, detrás del reflector para mejorar las prestaciones de la misión.
- Garantizar la precisión de la superficie reflectante desplegable con respecto al paraboloide objetivo.
- Proporciona la configuración geométrica óptima para un radiómetro interferométrico que mejora la interferencia de radiofrecuencia (RFI) y la resolución y reducción de ruido.
El conjunto desplegable de la invención proporciona un rendimiento superior a aquellos encontrados hasta la fecha en sistemas convencionales conocidos en la técnica. Dos mecanismos de sujeción (podrían ser bandas de sujeción) sostienen ei conjunto plegado durante el lanzamiento y basta el despliegue.
El conjunto plegado es muy compacto y robusto, permitiendo un pequeño tamaño del sistema dentro del volumen disponible del lanzador
El diseño de la estructura desplegada puede adaptarse fácilmente a diferentes tamaños para reflectores y satélites más grandes o más pequeños.
Aunque la descripción está hecha para una configuración hexagonal, puede adaptarse a un número diferente de lados.
Esta estructura es adecuada para múltiples propósitos, no sólo para desplegar grandes reflectores sino también para construir grandes antenas para la observación de la Tierra y para telecomunicaciones, para construir grupos de satélites plegables coordinados y lanzados juntos e incluso construir sistemas de captura de desechos espaciales.
La estructura desplegadle de la invención es también autoportante, por lo que no se necesitan elementos auxiliares para obtener rigidez, guía y forma durante el despliegue.
Otras características y ventajas de la presente invención serán claras a partir de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y sin limitar su propósito, en relación con las figuras que se adjuntan.
Descripción de las figuras
La figura 1 es una vista isométrica de un reflector desplegable de gran tamaño conectado a un satélite.
Las figuras 2A, 2B y 2G son vistas generales esquemáticas del objeto de la invención en las posiciones de recogida, de despliegue y completamente desplegada (operativa), respectivamente.
La figura 3 es una vista más detallada del conjunto recogido, en la configuración de lanzamiento dentro del volumen disponible del carenado. La figura 4 muestra el conjunto desplegado en la disposición operativa.
La figura 5 es una vista simplificada de! conjunto recogido y desplegado (el alimentador, el mástil, la red de cables y la superficie reflectante no están representados).
Las figuras 6A a 6F muestran los pasos principales del despliegue de la estructura y el conjunto.
La figura 7 muestra el conjunto desplegable de la invención en una posición intermedia del proceso de despliegue.
Descripción detallada de la invención
Las figuras 2A, 2B y 2G muestran el conjunto desplegable para antenas de la Invención en varias etapas. La figura 2A muestra ia posición recogida (o de estiba), la figura 2B muestra una posición intermedia en la que se está desplegando el conjunto, y la figura 2C muestra la posición de despliegue completo.
Las figuras 6A a 6F también muestran el conjunto desplegable para antenas de la invención en varias etapas, con más posiciones intermedias.
La figura 7 es una vista detallada del conjunto desplegable de la invención en una posición intermedia del proceso de despliegue, en la cual se pueden ver todos sus elementos.
El conjunto desplegadle para antenas que se muestra en estas figuras comprende:
- una estructura que comprende:
- n pares de segmentos 4, 5, cada par de segmentos 4, 5 correspondientes a un lado de una forma poligonal desplegada,
- n articulaciones de bisagra entre los dos segmentos 4, 5 de un lado, y
- n conexiones angulares de bisagra 6 entre cada dos lados adyacentes, y - una superficie reflectante 9.
La estructura es capaz de cambiar de una posición recogida con una forma sustancialmente cilindrica a una posición desplegada con una forma poligonal sustancialmente plana con n lados, como puede verse en la figura 5.
El conjunto desplegable para antenas también comprende:
- un mástil desplegable 3 (también llamado “boom”) entre dos segmentos 4, 5, en el que el mástil desplegable 3 permanece recogido entre los dos segmentos 4, 5 antes de ser desplegado, terminando el mástil desplegable 3 en un alimentador 1 que alimenta electromagnéticamente la antena y que comprende un elemento de sujeción 2 para mantener la estructura cerrada cuando está recogida, de tal manera que el alimentador 1 desempeña el papel de elemento de soporte estructural cuando está recogido y alimentador electromagnético de la antena cuando está desplegado,
- un conjunto de elementos tensores 8 que sobresalen de la parte posterior de los segmentos 4, 5, y
- una red de cables 7 que puede dar forma a la superficie reflectante 9, de modo que los cables correspondientes quedan sujetos por los elementos tensores 8.
Preferiblemente, el mástil desplegable 3 está situado entre dos segmentos 4, 5 del mismo lado de la forma poligonal, como se puede ver, por ejemplo, en las figuras 6B a 6F. El mástil desplegable 3 permanece recogido, sujeto y protegido entre dos segmentos 4, 5 antes de ser desplegado para alcanzar la distancia focal. Las figuras 6A a 6D muestran ios pasos sucesivos para la formación de la forma poligonal con n lados, y las figuras 6D a 6F muestran el despliegue del mástil 3. En la figura 6F el conjunto desplegable para antenas de la invención se encuentra completamente desplegado.
Figura 5 es una vista simplificada del conjunto desplegable de la invención que muestra, principalmente, la estructura, en la que el alimentador 1 , el mástil 3, la red de cables 7 y la superficie reflectante 9 no están representados.
Como se ba indicado, el alimentador 1 puede desempeñar el papel de: - un elemento de fijación para ¡os segmentos 4, 5 cuando está recogido, por medio del elemento de sujeción 2 (véase la figura 3, por ejemplo), y
- un alimentador electromagnético para la antena, cuando el alimentador 1 está desplegado.
El elemento de sujeción 2 puede ser, por ejemplo, una banda de sujeción similar a las que se utilizan en aplicaciones similares en sistemas de naves espaciales.
La forma poligonal desplegada tiene n lados, correspondientes a ¡os n pares de segmentos 4, 5. En las figuras que muestran una realización de la invención se ha elegido una forma hexagonal (véase, por ejemplo, la figura 5). Cada par de segmentos está formado por dos segmentos simétricos 4, 5, con una articulación de bisagra como elemento de unión entre ellos.
La estructura de anillo desplegable de la invención tiene suficiente espacio en su interior para contener ¡os subsistemas necesarios de la nave espacial. Puede contener todo ¡o necesario para formar un satélite completo, como sistemas de energía, control de vuelo y actitud y comunicación con la Tierra, aunque también puede concebirse como una carga útil, acoplada a un satélite más grande.
Las figuras 5 y 7 también muestran n conexiones angulares de bisagra 6 entre cada dos lados adyacentes de la forma poligonal, situados por tanto en cada esquina de la forma poligonal. La forma puede definirse como un polígono regular o no regular, con el objeto de conseguir un contorno circular o elíptico de la superficie reflectante 9. Las figuras 5 y 7 también muestran un conjunto de soportes 15 que sobresalen de la parte posterior de ios segmentos 4, 5 para dar forma al contorno de la superficie reflectante 9.
El movimiento del despliegue de la estructura se realiza mediante motores en cada una de las conexiones angulares de bisagra 6. La coordinación se puede garantizar por medios mecánicos y/o sensores de posición como señales de retroalimentación cuando sea necesario. La posición final se puede garantizar mediante topes finales, y la irreversibilidad de la configuración final desplegada se puede asegurar con cierres, si se desea. La red de cables 7 comprende varios cables tensores para garantizar que la superficie reflectante 9 cumpla la forma deseada cuando se despliega. Como se puede ver en la figura 7, los cables tensores pueden ser sujetados por ios elementos tensores 8 que sobresalen de la parte posterior de ios segmentos 4, 5, capaces de tensar los cables tensores.
Mediante esta configuración se obtiene una red de cables tensados 7. Preferentemente la superficie reflectante 9 es un paraboloide formado por cables que trabajan a tracción, como se ha descrito anteriormente.
En cuanto al contorno de la superficie reflectante 9, puede ser circular o elíptico
La superficie reflectante 9 está plegada, limitada y protegida dentro de la estructura recogida durante el lanzamiento (véanse las figuras 3 y 6A). La estructura recogida protege la superficie reflectante 9 del contacto y evita el daño del alimentador 1 .
La figura 3 también muestra un elemento de sujeción inferior 10 (por ejemplo, una banda de sujeción) que permanece con el lanzador después de la separación. También muestra el rango de altura recogida 14 disponible dentro del lanzador, que define el diámetro de la superficie reflectante 9.
La figura 5 también muestra el eje menor 11 y el eje mayor 12 del contorno de la superficie reflectante 9 cuando es elíptica. También muestra el diámetro 13 de la estructura en la posición recogida.
La presente invención representa un conjunto desplegable de bucle cerrado espacial con una estructura capaz de cambiar de una configuración sustancialmente cilindrica a una configuración poligonal sustancialmente plana que tiene n lados:
- que sujeta firmemente todos los sistemas desde el lanzamiento hasta el despliegue, necesitando solo dos elementos de sujeción 2, 10 (podrían ser bandas de sujeción),
- que despliega una amplia gama de antenas reflectoras, manteniendo la misma cantidad mínima de mecanismos, - que aloja todos ¡os sistemas tradicionalmente contenidos en un módulo de servicio (tales como propulsión, generación de energía, navegación, etc.) dentro de sus segmentos desplegables,
- que facilita las tareas de diseño, análisis, fabricación e integración y Pruebas de Ensamblaje ( (“Assembly Integration & Testing”, AIT),
- apto para múltiples propósitos: o Observación de la Tierra (grandes reflectores desplegables, radiómetros, radares). o Telecomunicaciones. o Captura de desechos espaciales. o Grupo de satélites coordinados lanzados conjuntamente para reducir los costes y los desechos espaciales subsiguientes al final de la vida útil. o Segmentos de construcción para estructuras espaciales más grandes ensambladas en el espacio
Aunque la presente invención ha sido completamente descrita en relación con realizaciones preferidas, es evidente que pueden realizarse modificaciones dentro del alcance, no considerando esto como limitado por dichas realizaciones, sino por el contenido de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1 Conjunto desplegable para antenas, que comprende:
- una estructura que comprende:
- n pares de segmentos (4, 5), cada par de segmentos (4, 5) correspondientes a un lado de una forma poligonal desplegada,
- n articulaciones de bisagra entre los dos segmentos (4, 5) de un lado, y
- n conexiones angulares de bisagra (6) entre cada dos lados adyacentes, de modo que la estructura puede pasar de una posición recogida con una forma sustancialmente cilindrica a una posición desplegada con una forma poligonal sustancialmente plana con n lados, y
- una superficie reflectante (9), caracterizado por que además comprende:
- un mástil desplegable (3) entre dos segmentos (4, 5), en el que el mástil desplegable (3) se encuentra recogido entre los dos segmentos (4, 5) antes de ser desplegado, terminando el mástil desplegable (3) en un alimentador (1) que alimenta electromagnéticamente la antena y que comprende un elemento de sujeción (2) para mantener la estructura cerrada cuando está recogida, de modo que el alimentador (1) desempeña el papel de elemento de soporte estructural cuando está recogido y alimentador electromagnético de la antena cuando está desplegado, - un conjunto de elementos tensores (8) que sobresalen de la parte posterior de los segmentos (4, 5), y
- una red de cables (7) que puede dar forma a la superficie reflectante (9), de modo que los cables correspondientes quedan sujetos por los elementos tensores (8).
2.- Conjunto desplegable para antenas, según la reivindicación 1 , en el que la superficie reflectante es un paraboloide de contorno circular.
3.- Conjunto desplegable para antenas, según la reivindicación 1 , en el que la superficie reflectante es un paraboloide de contorno elíptico.
4.- Conjunto desplegable para antenas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un conjunto de soportes (15) que sobresalen de la parte posterior de los segmentos (4, 5) para conformar el contorno de la superficie reflectante (9).
5.- Conjunto desplegadle para antenas, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un elemento de sujeción inferior (10).
6.- Conjunto desplegable para antenas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mástil desplegadle (3) está situado entre dos segmentos (4, 5) del mismo lado de la forma poligonal.
7.- Conjunto desplegable para antenas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente motores en cada una de las conexiones angulares de bisagra (6) entre cada dos lados adyacentes.
8.- Conjunto desplegable para antenas, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente cierres para asegurar la irreversibilidad de la posición final desplegada.
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