Vorrichtung zur Verbindung und Führung der einzelnen Faltelemente eines faltbaren starren Antennenreflektors

Abstract

 Mit der Vorrichtung sind die einzelnen an einem Zentralpanel (3) mittels Gelenken (4, 10) angelenkten Faltsegmente (5) an ihren äußeren Enden über daran angeordnete Gelenke (6, 8) miteinander verbunden. Die Vorrichtung besteht aus einem Verbindungsstab (7), weicher die Feltsegmente (5) im Zusammenwirken mit den Gelenken (4, 10 und 6, 8) beim Entfalten definiert führt und in der Endstellung fixiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbindung und Führung der einzelnen Faltelemente eines faltbaren starren Antennenreflektors, bestehend aus einem Zentralpanel und daran über Gelenke angeordnete Faltsegmente.

[0002] Die Entwicklung in der Raumfahrt führt zu immer leistungsfähigeren Antennensystemen hin, wobei diesen eine zentrale Bedeutung zukommt, wie beispielsweise in den Bereichen Kommunikation, Navigation, Fernerkundung und Energieübertragung.

[0003] Diese steigenden Anforderungen führen zu Antennen mit höherer Konturgenauigkeit und grösserem Durchmesser. Durch die Verwendung von kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und starren Reflektorschalen konnte die Konturgenauigkeit zwar stark verbessert werden, jedoch sind der Grösse der Antennen aufgrund der vorhandenen Raumtransport-Systeme, wie Ariane und Shuttle, gewisse Grenzen gesetzt, welche primär durch die Grösse des zur Verfügung stehenden Nutzlastraumes bestimmt sind. Diese Grenzen sind nur überschreitbar, wenn die Antennen während des Transports gefaltet sind und erst im Orbit entfaltet werden. Hierzu gibt es prinzipiell zwei Alternativen, den Netzreflektor und den aus faltbaren Segmenten zusammengesetzten starren Reflektor, wobei der Netzreflektor wegen der hohen Genauigkeitsanforderungen hier ausser Betracht bleibt.

[0004] Für die aus faltbaren Segmenten bestehenden starren Antennen sind verschiedene Konfigurationen bekannt; z.B. wie die von der Fa. Thomson Ramo Willdridge (TRW) entwickelten und in den Veröffentlichungen NASA Conference Publication 2118 "_Large Space Systems Technology" - 1979, 7.-8.11.1979, Seite 38 bis 41 und LSST 1^st Annual Development Review "Advanced Sunflower Antenna" Concept Development 7.-8.11.1979_r Seite 34 bis 58 beschrieben.

[0005] Nachteilig ist hierbei zum einen, dass eine relativ grosse Anzahl von faltbaren Segmenten und zugehörigen Gelenken benötigt wird, um einen ausreichend grossen Antennendurchmesser zu erhalten und zum anderen, dass die einzelnen Segmente nur an ihren Fußenden am Zentralpanel befestigt bzw. gehalten sind. Durch diese einseitige Halterung ist eine genaue Endlage der einzelnen Segmente nach ihrer Entfaltung nicht gewährleistet, da sich die einzelnen Segmente in den Halterüngen am Zentralpanel durch verschieden geartete Zustände zueinander verändern können. Auch besteht die Gefahr, dass sich die Segmente während des Entfaltvorgangs gegeneinander stören oder behindern (z.B. durch Reibung der Segmentblätter, Summierung der Lagertoleranzen u.a.) und dadurch eine Deformierung der Segmentblätter oder Blockierung des Entfaltens hervorgerufen wird.

[0006] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die einzelnen Segmente miteinander verbunden sind, derart, dass die Segmente während des Entfaltvorganges und in ihrer Endlage bzw. Endstellung miteinander verbunden und fixiert sind, um dadurch die Konturgenauigkeit und Formstabilität des Antennenreflektors und den Verriegelungsaufwand der einzelnen Segmente zu optimieren.

[0007] Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind erfindungsgemäss die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.

[0008] Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die einzelnen Segmente durch wenigstens einen jeweils an ihren äusseren Enden angelenkten Verbindungsstab miteinander verbunden sind. Dadurch werden die Faltsegmente in den Zwischenstellungen während des Entfaltens definiert geführt und in ihrer Endlage bzw. Endstellung fixiert. Die Fixierung kann dabei durch den bzw. die Verbindungsstäbe selbst oder durch ein oder mehrere an sich bekannte zusätzliche Mittel erfolgen (z.B. Anschläge und Rasten). Die Position und Länge des bzw. der Verbindungsstäbe, sowie die Lage ihrer Anlenkungen bzw. Anschlusspunkte an den Enden der Faltsegmente wird durch die Startkonfiguration und durch die Endstellung der Antenne definiert. Während des Entfaltvorgangs bewirken die Verbindungsstäbe ein zusätzliches Drehen der Faltsegmente um eine Drehachse, die durch ein einem jeden Faltsegment zugeordnetes und am Zentralpanel angeordnetes einfaches Gelenk mit schräg im Raum stehender Achse oder durch ein Doppelgelenk gegeben ist. In der Endlage bzw. Endstellung sind die Faltsegmente und die Verbindungsstäbe gestreckt und zueinander fixiert.

[0009] Ein für die Ausgangs- bzw. Startkonfiguration benötigtes möglichst geringes Stauvolumen wird durch spezielle Formen der am Zentralpanel angeordneten Gelenke erzielt, welche die Faltsegmente im verstauten Zustand weit nach innen schwenken, so dass der Staudurchmesser nahezu dem Durchmesser des Zentralpanels entspricht.

[0010] Ausführungsbeispiele sind nachstehend beschrieben und durch Skizzen erläutert.

[0011] Es zeigen:

Fig. 1a, b einen Antennenreflektor mit gefalteten Segmenten,

Fig. 2a, b den Antennenreflektor mit teilweise entfalteten Segmenten gemäss Fig. 1a, b,

Fig. 3 den Antennenreflektor mit voll in die Endlage bzw. Endstellung entfalteten Segmenten und fixierten Verbindungsstäben gemäss Fig. 1a, b und Fig. 2a, b.

[0012] Der aus Fig. 1a ersichtliche Antennenreflektor 1 ist auf einer Halterung 2 angeordnet, welche um eine Achse a kippbar an einem in der Figur nicht näher dargestellten Träger (z.B. Shuttle) befestigt ist. Am sich verjüngenden Ende der Halterung 2 ist ein kreisförmig gestaltetes Zentralpanel 3 starr befestigt, an dessen Umfang gleichmässig verteilte Gelenke 4 angeordnet sind, welche einzelne Faltsegmente 5 an ihren Fußenden verbinden. Die Gelenke 4 können je nach Ausführung des Antennenreflektors 1 einfachgelenkig mit schrägen Achsen 10 oder doppelgelenkig 11, 12 ausgebildet sein (Fig. 2a). Am gegenüberliegenden Kopfende weisen die Faltsegmente 5 an ihren Ecken Gelenke 6 auf, an die Verbindungsstäbe 7 angelenkt sind, welche in am äusseren Ende eines jeden Faltsegments 5 angeordnete Gelenke 8 greifen und die Faltsegmente 5 miteinander verbinden. In der Grund- bzw. Ausgangsposition stehen die einzelnen Faltsegmente 5 zum Zentralpanel 3 senkrecht.

[0013] Aus Fig. 1b ist die in Fig. 1a erwähnte Senkrechtstellung der gefalteten Faltsegmente 5 zum Zentralpanel 3 sowie die daran angeordneten Gelenke 4, 6, 8 und daran angreifenden Verbindungsstäbe 7 in der Ansicht von oben ersichtlich.

[0014] Aus Fig. 2a, b ist der Antennenreflektor 1 mit teilweise entfalteten Faltsegmenten 5 aus einer Schrägsicht und in der Ansicht von oben ersichtlich. Nach Lösen einer in den Figuren nicht näher gezeigten Starthalterung entfalten sich die Faltsegmente 5 z.B. durch einen zentral angeordneten nicht näher gezeigten Federantrieb oder mittels eines oder mehrerer Steller (gleichfalls nicht näher dargestellt). Dabei wird davon ausgegangen, dass durch die Führungswirkung der äusseren Verbindungsstäbe 7 nicht alle Faltsegmente 5 einzeln angetrieben werden.

[0015] Während des Entfaltvorganges gewährleisten die am Zentralpanel 3 angeordneten Gelenke 4 ein definiertes und gleichzeitiges Schwenken und Drehen der Faltsegmente 5. Dabei wird das Drehen durch die am äusseren Ende der Faltsegmente 5 angelenkten Verbi-ndungsstäbe 7 erzwungen, deren Position so getroffen ist, dass jeweils das Gelenk 8 in der Mitte des einen Faltsegments 5 das Gelenk 6 an der Ecke des nächsten Faltsegments 5 verbindet. Dadurch wird eine Verbindungskette erzielt, die in Kombination mit den Gelenken 4 die einzelnen Faltsegmente 5 am Zentralpanel 3 definiert führt und verbindet. Komplizierte Verriegelungen werden dadurch vermieden. Alternativ hierzu sind die Positionen der Gelenke 6 und 8 variabel. Beim Entfalten drehen die Faltsegmente 5 um die durch ein Doppelgelenk 4 gegebenen senkrecht zueinanderstehenden Achsen 11, 12, wobei diese so positioniert sind, dass bei gleichzeitigem Drehen (siehe Pfeilrichtung) der Faltsegmente 5 um die Achse 11 (Längsachse) ein radiales Entfalten um die Achse 12 möglich ist. Dabei wird die Drehung der Faltsegmente 5 durch die äusseren Verbindungsstäbe 7 erzwungen. Die Endstellung der entfalteten Faltsegmente 5 ist dann erreicht, wenn die Verbindungsstäbe 7 mit den Faltsegmenten 5 die aus Fig. 3 ersichtliche gestreckte Lage bilden und in dieser Stellung miteinander verriegelt sind.

[0016] Zur Erzielung einer hohen Konturgenauigkeit im entfalteten Zustand des Antennenreflektors 1 bzw. seiner Faltsegmente 5 sind an den Gelenken 4, welche die einzelnen Faltsegmente 5 mit dem Zentralpanel 3 verbinden, justierbare Anschläge 9 vorgesehen. Dadurch ist eine genaue Position der Faltsegmente 5 in Relation zum Zentralpanel 3 gewährleistet. Die Position in Umfangsrichtung, sowie die richtige Winkellage der einzelnen Faltsegmente 5 wird durch die Verbindungstäbe 7 erzielt, die diese in der Endstellung fixieren.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Verbindung und Führung der einzelnen Faltelemente eines faltbaren starren Antennenreflektors, bestehend aus einem Zentralpanel und daran über Gelenke angeordnete Faltsegmente, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Enden der Faltsegmente (5) über daran angeordnete Gelenke (6, 8) durch wenigstens einen Verbindungsstab (7) miteinander verbunden sind, der die einzelnen Faltsegmente (5) beim Entfalten definiert führt und in der Endstellung fixiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Zentralpanel (3) angeordneten Gelenke als mit schräger Raumachse (10) angreifende Einachsgelenke (4) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die am Zentralpanel (3) angeordneten Gelenke als Zweiachsgelenke (10) ausgebildet sind.

Zeichnung