Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
DRIVE UNIT FOR ADJUSTING SATELLITE COMPONENTS REQUIRING ORIENTATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/012806
Kind Code:
A1
Abstract:
The drive unit for adjusting satellite components requiring orientation such as thrusters (2) comprises two linear drives (9, 10) on which steering rods (5, 6) are articulated via gimbals. The rods (5, 6), like the additional bracing struts (14), are connected via globe joints (3, 4 or 5) to the components requiring orientation such as the platform (1) of the thrusters (2). An alternative or additional articulation is provided via a globe joint (13) on the main satellite body.

Inventors:
SUPPER LUDWIG (AT)
SCHWARZINGER CHRISTIAN (AT)
Application Number:
PCT/AT1996/000181
Publication Date:
April 10, 1997
Filing Date:
October 03, 1996
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OESTERREICHISCHE RAUMFAHRT UND (AT)
SUPPER LUDWIG (AT)
SCHWARZINGER CHRISTIAN (AT)
International Classes:
B64G1/22; B64G1/64; B64G1/66; B64G1/44; F16H21/46; F24J2/54; H01Q1/12; H01Q1/28; (IPC1-7): B64G1/22; B64G1/64; H01Q1/28
Foreign References:
FR2502404A11982-09-24
US5131611A1992-07-21
EP0515888A11992-12-02
GB2127624A1984-04-11
EP0043772A11982-01-13
EP0424937A21991-05-02
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche :
1. Antriebseinrichtung zum Verstellen von zu orientierenden Bauteilen eines Satelliten, wie z.B. Triebwerken, Antennen oder Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb zwei Line¬ arantriebe (9, 10) mit kardanisch (7, 8) an den Linearantrieben (9, 10) angelenkten Lenkstangen (5, 6) sowie wenigstenε eine Stützstange (14) umfaßt, wobei die Stützεtange (n) (14) sowohl am Satelliten als auch am zu orientierenden Bauteil (1) an verschiedenen Punkten gelenkig abgestützt und/oder der zu orien¬ tierende Bauteil (1) direkt am Satelliten in einem Punkt gelenkig abgeεtützt ist.
2. Antriebεeinrichtung nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkεtangen (5, 6) und die Stützεtange (n) (14) an ein Polygon aufspannenden Punkten des zu orientierenden Bauteiles (1) angreifen.
3. Antriebseinrichung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Linearantriebe (9, 10) als Spindelantriebe ausgebildet sind, und daß die Lenkstangen (5, 6) um eine die Spindelachse schneidende oder kreuzende Achse schwenkbar mit dem Antrieb (9, 10) verbunden sind.
4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebe (9, 10) in einer gemein εamen Ebene und vorzugεweiεe koaxial zueinander angeordnet sind.
5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gelenkigen Verbindungen (3, 4, 15) der Lenkstangen (5, 6) und der Stützεtangen (14) mit dem zu orien¬ tierenden Bauteil (1) als Kugelgelenke auεgebildet sind.
6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützstange (14) und eine weitere ge¬ lenkige Abstützung (13) deε zu orientierenden Bauteiles (1) gegenüber dem Satelliten vorgesehen ist.
7. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu orientierenden Bauteile (1) von Ionentriebwerken gebildet sind.
8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 biε 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antrieb (9, 10) über einen Viergelenk bogen mit dem zu orientierenden Bauteil (1) zusammenwirkt.
Description:
Antriebseinrichtunσ zum Verstellen von zu orientierenden Bau¬ teilen eines Satelliten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung zum Ver- stellen von zu orientierenden Bauteilen eines Satelliten, wie z.B. Triebwerken, Antennen oder Solarzellen.

Zur Korrektur von Fehlstellungen eines Satelliten ist eε be¬ kannt, am Satelliten eine Reihe von Triebwerken anzuordnen. Neben chemischen Triebwerken, welche hohe Massen an Treibstoff im Betrieb auswerfen, sind auch Ionentriebwerke im Einsatz, wel¬ che relativ lang in Betrieb gesetzt werden müssen, um eine Kor¬ rektur zu erzielen. Ionentriebwerke bauen in der Regel schwerer als chemische Treibsätze. Da Ionentriebwerke geringe Edelgaε- mengen ausstoßen, ist der Bedarf an mitzuführendem Treibstoff, nämlich Edelgasen, massenmäßig geringer, wenn der Antrieb über einen längeren Zeitraum funktionsfähig sein soll. Den schwerer bauenden Ionentriebwerken steht somit ein Gewichtsvorteil in be¬ zug auf die mitzuführende Treibstoffmenge gegenüber, sodaß für eine Reihe von Korrekturen mittlerweile auch schwer bauende Ionentriebwerke besonders bei Satelliten zum Einsatz gelangen, deren Betriebszeit im All höher ist als die bisheriger Satel¬ liten.

Die chemischen Triebwerke bekannter Bauart werden in der Regel pulsierend betrieben, um auf diese Weise Fehlstellungen zu kor¬ rigieren. Wesentlich für die Korrektur von FehlStellungen iεt es aber, daß unerwünschte Bewegungen, insbesondere unerwünschte Rotationsbewegungen, während des Betriebs oder in Folge des Be- triebs des Triebwerkes mit Sicherheit verhindert werden. Die Triebwerke müssen daher in exakter Weise ausgerichtet werden, wobei die Triebwerkskräfte mit dem sich im Betrieb veränder¬ lichen Schwerpunkt des Satelliten in fluchtende Relation ge¬ bracht werden müssen. Da die Schwerpunktsläge selbst sich bei- spielsweise durch Verbrauch von Treibstoff verändert und umge¬ kehrt auch die Triebwerke in ihrer axialen Ausrichtung, bedingt durch äußere Einflüsse und durch Verschleiß der Triebwerke,

Änderungen unterworfen sind, muß die relative Lage der durch Betätigung des Triebwerkes wirksamen Kräfte in Relation zum sich ändernden Schwerpunkt aufgrund von resultierenden Bewegungen des Satelliten immer wieder erfaßt werden, um auf diese Weis e weitere Korrekturmaßnahmen zu setzen . Wesentlich für derartig e Korrekturen ist aber eine einfache, betriebssichere und leichte Antriebseinrichtung , mit welcher die gewünschten Korrekturen durch Ausrichtung von Triebwerken vorgenommen werden können.

Neben relativ schwer bauenden Ionentriebwerken sind auch andere Bauteile , wie beispielsweise Antennen oder Solarzellen , im Bedarfsfalle zu orientieren, wobei auch hier ein kompakter, ein¬ fach bauender und möglichst störungsunempfindlicher Antrieb auch zur Bewegung größerer Einrichtungen gefordert wird .

Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine Antriebseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher mit einer ge¬ ringen Anzahl einfacher und betriebssicherer, sowie leicht bauender Bauteile auch relativ schwere, zu orientierende Bau- teile eines Satelliten sicher in die gewünschte Orientierung ge¬ bracht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die erfindungsgemäße Ausbil¬ dung im wesentlichen darin, daß der Antrieb zwei Linearantriebe mit kardanisch an den Linearantrieben angelenkten Lenkstangen sowie wenigstens eine Stützstange umfaßt, wobei die Stütz¬ stange(n) sowohl am Satelliten als auch am zu orientierenden Bauteil an verschiedenen Punkten gelenkig abgestützt und/oder der zu orientierende Bauteil direkt am Satelliten in einem Punkt gelenkig abgestützt ist. Dadurch, daß zwei Linearantriebe vorge¬ sehen sind, kann mit einfachen und kompakt bauenden Antrieben das Auslangen gefunden werden. Dadurch, daß die Lenkstangen, welche mit den Linearantrieben verbunden sind, kardanisch mit diesen Antrieben verbunden sind, lassen sich auch hohe Reak- tionskräfte aufnehmen, ohne daß dies zu einer Gefahr der Zerstö¬ rung des Antriebes führt. Durch geeignete Wahl der Winkelstel¬ lung der Lenkstangen zu den Linearantrieben lassen sich bei

relativ großen Verstellbewegungen deε Linearantriebes relativ kleine Winkelverstellungen in mehreren Achsen des Raumes sicher verstellen, wobei naturgemäß der Verstellweg des Linearantriebes rechnerisch in die jeweilige Korrektur der WinkelStellung umge- setzt werden muß. Eine sichere Abstützung der Reaktionskräfte bei gleichzeitig hoher Präzision bei der Verstellung um kleine Winkelinkremente wird hierbei dadurch möglich, daß die Lenkstan¬ gen und die Stützstange(n) an ein Polygon aufspannenden Punkten des zu orientierenden Bauteiles angreifen. Insgesamt eignet sich eine derartige Antriebseinrichtung bevorzugt für die Ausrichtung von Ionentriebwerken für eine weitestgehend geostationäre Posi¬ tionierung eines Satelliten außerhalb des Äquators. In diesen Fällen ist eine regelmäßige bzw. sogar konstante Korrektur gefordert, um die Satelliten in Richtung des Meridian, d.h. in Nord-Süd-Richtung jeweils auf der nördlichen oder südlichen Hemisphäre zu halten, da ja die Ebene der Umlaufbahn die Äquatorebene durchsetzt. Ionentriebwerke haben eine relativ langsame Korrektur zur Folge, wobei in der Regel alle zwölf Stunden der Antrieb für etwa drei Stunden betätigt wird. In besonders einfacher Weise können die Linearantriebe von Schritt¬ motoren gebildet werden, welche einen Spindelantrieb betätigen. Bei Spindelantrieben läßt sich auf diese Weise ein relativ langer Verstellweg in relativ kleine Winkelverstellungen um¬ setzen, wobei eine hohe Betriebεεicherheit dadurch erzielt wird, daß die Linearantriebe als Spindelantriebe ausgebildet sind, und daß die Lenkstangen um eine die Spindelachse schneidende oder kreuzende Achse schwenkbar mit dem Antrieb verbunden sind.

In konstruktiv besonders einfacher Weise kann die Ausbildung so getroffen werden, daß die Linearantriebe in einer gemeinsamen Ebene und vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind, wobei vorzugsweise die gelenkigen Verbindungen der Lenkstangen und der Stützstangen mit dem zu orientierenden Bauteil als Kugelgelenke ausgebildet sind. Neben den Kardangelenken für die sichere Aufnahme der Reaktionskräfte im Bereich der Spindelantriebe wird somit durch Verwendung von Kugelgelenken an den übrigen Anlenk- εtellen ein hohes Maß an Präzision in der Krafteinleitung ohne

Überbeanspruchung leicht bauender Lenk- bzw. Stützstangen gewährleistet.

Eine relativ einfache dreiachsige Korrektur und Ausrichtung läßt sich erfindungsgemaß dadurch verwirklichen, daß eine Stützstange und eine weitere gelenkige Abstützung des zu orientierenden Bau¬ teiles gegenüber dem Satelliten vorgesehen ist. Mit Vorteil wirkt hierbei jeder Antrieb über einen Viergelenkbogen mit dem zu orientierenden Bauteil zusammen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In dieser zeigen Fig.l eine erste Position der Antriebe, der Lenkstangen und der Abstützstangen relativ zu einem schematisch angedeuteten Ionenstrahltriebwerk, Fig.2 eine Ansicht in Rich¬ tung des Pfeiles II der Fig.l und Fig.3 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles III der Fig.l. Die Fig.4, 5 und 6, 7, 8 und 9, 10, 11 und 12 sowie 13, 14 und 15 zeigen jeweils verschiedene Positionen der Linearantriebe sowie die daraus resultierende Verstellung der Trägerplattform bzw. der Achse der Triebwerke.

In Fig.l ist mit 1 schematisch die Tragplatte von Ionenstrahl¬ triebwerken 2 bezeichnet. Die Plattform 1 ist über Kugelgelenke 3 und 4 mit Lenkstangen 5 und 6 verbunden. Die Lenkεtangen 5 und 6 sind über ein Kardangelenk 7 bzw. 8 mit einem schematisch mit 9 bzw. 10 angedeuteten Spindelantrieb verbunden. Die Verstellung der die Spindelachse kreuzenden bwz. schneidenden Kardangelenks- achεe der Kardangelenke 7 und 8 erfolgt hierbei in Richtung des Doppelpfeileε 11 bzw. 12. Die Achsen der Spindelantriebe 9 bzw. 10 sind bei der Darstellung in den Zeichnungsfiguren im wesent¬ lichen koaxial gewählt.

Die Trägerplattform 1 ist zusätzlich über ein Kugelgelenk 13 sowie eine Stützstange 14 abgestützt, wobei die Stützstange 14 an der Trägerplatte 1 in einem Kugelgelenk 15 und am Satelliten in einem Kugelgelenk 16 abgestützt ist. In den übrigen Zeich- nungsfiguren werden diese Bezugszeichen einheitlich weiter ver-

wendet, sodaß nachfolgend nur auf die durch Verschiebung der Kardangelenke 7 bwz. 8 der Lenkstangen 5 bzw. 6 längs der Spin¬ del in Richtung der Doppelpfeile 11 bzw. 12 erzielbaren unter¬ schiedlichen Orientierungen eingegangen werden muß.

Die in Fig.l bis 3 dargestellte Position, bei welcher die Kreuz¬ gelenke 7 bzw. 8 in ihrer zueinander nächsten Position gezeich¬ net sind, führt zu einer Verschwenkung der Trägerplattform 1 relativ zu der durch die Abstützpunkte aufgespannten Ebene um einen Winkel αi . Wenn, wie auf den Fig.4, 5 und 6 ersichtlich, die beiden Lenkstangen 5 und 6 längs der Spindel im Sinne der Doppelpfeile 11 bzw. 12 um im wesentlichen gleiche Stellwege nach auswärts verschoben werden, führt dies zur Einstellung eines Winkels θt.2 , wie er in Fig.6 dargestellt ist, welcher selbst wiederum kleiner ist als der Winkel αi . Durch weitere Verschiebung der Lenkstangen 6 und 5 in Richtung der Doppel¬ pfeile 11 und 12 in ihre auswärtige Position ergibt sich eine weitere Verringerung des in Fig.9 ersichtlichen Winkels CX3, so¬ daß eine dritte Winkelpoεition eingenommen werden kann. Insge- samt wird somit durch einen relativ leicht erfaßbaren und rela¬ tiv großen Verstellweg längs der Spindeln in Richtung der Dop¬ pelpfeile 11 und 12 eine präzise Verschwenkung ausgehend vom Winkel αi bis in einen Winkel 0:3 um kleine Winkel erzielt.

Aus den Fig.10 bis 15 ergibt sich nun, daß bei Verstellung der beiden Spindelantriebe in gleicher axialer Richtung eine Ver¬ schwenkung der Plattform 1 und damit der Achsen der Strahltrieb¬ werke um eine weitere Achse erfolgt. Die Schwenkbewegung wird hier schematisch durch den gekrümmten Doppelpfeil 17 in den Fig.10 und 13 angedeutet, wobei aus der Darstellung in den Fig.12 und 15 nunmehr die Verschwenkung der Ebene des Trägers 1 aus der in den Fig.3, 6 bzw. 9 ersichtlichen Lage erkennbar ist. Analogeε gilt naturgemäß für die Fig.12, wobei in Fig.10 die Lenkstange 5 in ihrer dem Träger benachbarte Postition mit ihrem Kardangelenk 7 verfahren ist, wohingegen die Lenkstange 6 sowie das zugehörige Kardangelenk 8 in die dem Träger 1 abgewandte Position nach auswärts verlagert ist, wodurch die Kippbewegung

um daε Kugelgelenk 13 und das Kugelgelenk 15 bewirkt wird. Insgesamt wird jeweils durch Betätigung der Spindelantriebe und Verschiebung der Kardangelenke 7 und 8 längs der Spindel eine mehrachsige Verstellung ermöglicht, wobei jeweils ein Vierge- lenkbogen für die Kraftübertragung zum Einsatz gelangt, wodurch große Reaktionskräfte mit leicht bauenden Teilen sicher aufge¬ nommen werden können. Bedingt durch den großen möglichen Ver- stellweg von Linearantrieben lassen sich auch große Verεtellwege in relativ kleine Winkelverstellungen sicher umsetzen.