DE102007059033B3

DE102007059033B3 - Vorrichtung zum Andocken an Satelliten

Info

Publication number: DE102007059033B3
Application number: DE102007059033A
Authority: DE
Inventors: Andreas Baumann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: US20090146012A1; US8016242B2

Abstract

Eine auf einem Raumtransporter vorgesehene Vorrichtung zum Andocken an Satelliten, insbesondere Kommunikations- oder Navigationssatelliten, weist eine Zugstange (2) mit einem an deren - bezogen auf den Raumtransporter - distalen Ende vorgesehenen Konus (21) und einen von dem Raumtransporter aus betätigbaren Spreizmechanismus mit Spreizelementen in Form von Hebelspreizern (4) mit an deren - bezogen auf den Raumtransporter - proximalen Enden nach innen zur Zugstange (2) vorstehenden Nasen (41) auf. An einem zur Zugstange (2) konzentrischen Halteteil (3) der Vorrichtung sind mindestens zwei Hebelspreizer (4) schwenkbar gelagert; die Krümmung am distalen Ende jedes der Hebelspreizer (4) ist der Krümmung des Düsenhalses der Düse eines Satelliten-Triebwerks angepasst. Unterhalb des Halteteils (3) ist eine bezüglich der Zugstange (2) konzentrische drehbare Hülse (5) vorgesehen. An einem distalen ringförmigen Abschnitt (51) der Hülse (5) sind jeweils abwechselnd unterschiedlich hohe Einraststellen (52) ausgebildet und von dem proximalen Endabschnitt der Hülse (5) stehen zwei Zapfen (53) vor, die zum Einstellen der Verstellwege der Zugstange (2) durch einander zugeordnete schräg ausgerichtete Gleitflächen (62; 72) in einem ortsfesten Gehäuse (7) geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine auf einem Raumtransporter vorgesehene Vorrichtung zum Andocken an Satelliten, insbesondere Kommunikations- oder Navigationssatelliten, welche eine Zugstange mit einem an deren – bezogen auf den Raumtransporter – distalen Ende vorgesehenen Konus und einen von dem Raumtransporter aus betätigbaren Spreizmechanismus mit Spreizelementen in Form von Hebelspreizern mit an deren – bezogen auf den Raumtransporter – proximalen Enden nach innen zur Zugstange vorstehenden Nasen aufweist, wobei an einem zur Zugstange konzentrischen Halteteil der Vorrichtung mindestens zwei Hebelspreizer schwenkbar gelagert sind, und die Krümmung am distalen Ende jedes der Hebelspreizer der Krümmung des Düsenhalses der Düse eines Satelliten-Triebwerks angepasst ist.
Eine derartige Vorrichtung zum Andocken an Satelliten ist aus DE 10 2006 009 001 B3 bekannt. Bei der bekannten Andock-Vorrichtung ist an der durchgehenden Zugstange im mittleren unteren Bereich ein Einstich ausgebildet.
Die Andock-Vorrichtung wird in eine Düse eines Apogäum-Triebwerks so weit eingeführt, dass sich der Konus am distalen Ende der Zugstange oberhalb des die engste Stelle der Düse darstellenden Düsenhalses befindet. Anschließend wird die Zugstange so weit in Richtung Raumtransporter zurückgezogen, bis die an den Hebelspreizern ausgebildeten Nasen in den Einstich der Zugstange einrasten. Hierdurch sind die Hebelspreizer so weit gespreizt, dass zwischen ihnen der vorgegebene definierte Öffnungswinkel erreicht ist. Bei weiterem Zurückziehen der Zugstange wird eine Spiralfeder zusammengedrückt; gleichzeitig werden die in dem Zugstangen-Einstich eingerasteten Hebelspreizer so weit zurückgezogen, dass die definiert aufgespreizten Enden der Hebelspreizer formschlüssig an der Innenwandung des Düsenhalses anliegen.
Da die Hebelspreizer eine der Krümmung des Düsenhalses entsprechend angepasste Krümmung aufweisen, ist die Flächenpressung zwischen den Enden der Hebelspreizer und dem Düsenhals sehr viel geringer als bei den bisher eingesetzten Andock-Vorrichtungen. Aufgrund der erheblich geringeren Flächenpressung zwischen Hebelspreizern und Düsenhals ist ein Kaltverschweißen zwischen den oberen Enden der Hebelspreizer und der Innenwandung im Bereich des Düsenhalses so gut wie ausgeschlossen.
Aus DE 198 48 427 A1 ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Andocken, beispielsweise an einen Satelliten bekannt, bei welcher ein Federdorn-Koppelmechanismus vorgesehen ist, welcher im wesentlichen aus einer Baueinheit mit einem Federdorn und einem Anlagekopf besteht. Bei diesem Koppelmechanismus sind jedoch die Hebelspreizer nicht drehbar gelagert und weisen auch keine vorstehenden Nasen auf.
Bei derzeit eingesetzten Apogäum-Triebwerken der Satelliten haben die Düsen unterschiedliche Durchmesser. Es kommen Düsen mit Düsenhals-Durchmessern von 16 mm bis 22 mm zum Einsatz. Bei der aus DE 10 2006 009 001 B3 bekannten Ausführungsform einer Andock-Vorrichtung können nur Düsen von 16 bis 19 mm gegriffen werden. Es wäre möglich, den Öffnungswinkel und damit den Greifdurchmesser der Hebelspreizer zu vergrößern. Wenn jedoch eine der kleineren Düsen mittels einer Andock-Vorrichtung mit großem Greifdurchmesser der Hebelspreizer gegriffen würde, liegt der Kraftangriffspunkt seitlich an den Hebelspreizern. Durch die sich hierdurch ergebende Keilwirkung würden auf die Hebelspreizer extrem große Kräfte ausgeübt werden, was starke Schäden an den Hebelspreizern zur Folge hätte, so dass die Andock-Vorrichtung insgesamt unbrauchbar würde. Dies bedeutet daher, eine derartige Lösung scheidet aus.
Um die Vorgaben der Satelliten-Betreiber zu erfüllen, müssten Raumtransporter mit jeweils unterschiedlich ausgeführten Andock-Vorrichtungen auf zwei Satelliten ins All befördert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Andock-Vorrichtung eines Raumtransporters so auszulegen, dass die Greifdurchmesser der Hebelspreizer hinsichtlich der Größe des Halses der jeweiligen Düse des zu ergreifenden Apogäum-Triebwerks entsprechend eingestellt werden können.
Gemäß der Erfindung ist dies bei einer auf einem Raumtransporter vorgesehenen Vorrichtung zum Andocken an Satelliten durch die Merkmale im Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist unterhalb des Hebelspreizer-Halteteils eine bezüglich der Zugstange konzentrische drehbare Hülse vorgesehen, wobei an einem – bezogen auf den Raumtransporter – distalen ringförmigen Abschnitt der Hülse jeweils unterschiedlich hohe Einraststellen ausgebildet sind. Hierbei sind die Einraststellen vorzugsweise gleich breit, jedoch abwechselnd unterschiedlich hoch ausgebildet. Von dem – bezogen auf den Raumtransporter – proximalen Endabschnitt der Hülse stehen zwei Zapfen vor, die zum Einstellen der Verstellwege der Zugstange durch einander zugeordnete schräg ausgerichtete Gleitflächen in einem gegen Verdrehen gesicherten Gehäuse geführt sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zum Einstellen der Verstellwege der Zugstange bezüglich der Zapfen der Hülse an einem ortsfest angeordneten Gleitring zu einem ortsfesten Gehäuse ausgerichtete Ansätze mit schrägen Gleitflächen ausgebildet. In dem Gehäuse sind den schrägen Gleitflächen des Gleitrings entsprechend ausgerichtete Vorsprünge mit schrägen Gleitflächen vorgesehen
Gemäß der Erfindung können somit mittels der drehbaren Hülse die Einraststellen der Hebelspreizer geändert werden, so dass mit ein und derselben Andock-Vorrichtung entsprechend den unterschiedlich großen Durchmessern der Düsenhälse von Apogäum-Triebwerken zwei unterschiedliche Öffnungswinkel bzw. Greifdurchmesser der Hebelspreizer eingestellt werden können.
Gemäß der Erfindung erfolgt ein schrittweises Drehen der Hülse nicht mittels eines zusätzlichen Aktuators, der zusätzlichen Platz benötigt und Energie verbraucht, sondern dadurch, dass eine lineare Vorschubbewegung der Zugstange in eine Drehbewegung der Hülse umgesetzt wird. Gemäß der Erfindung gleiten beim schrittweisen Drehen der Hülse die zwei Zapfen am proximalen Ende der Hülse auf speziell schräg ausgerichteten und ortsfest angeordneten Gleitflächen. Der von der drehbaren Hülse und den Gleitelementen benötigte Platz ist gering. Obendrein sind keine aktive Regelung, keine Steuerelektronik und kein Aktuator erforderlich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1a und 1b eine Vorderansicht bzw. eine Schnittansicht einer Andock-Vorrichtung mit anliegenden Hebelspreizern;
2 eine schematische Darstellung von wesentlichen Teilen der Andock-Vorrichtung;
3 eine vergrößerte Wiedergabe der Funktionselemente der Andock-Vorrichtung, und
4 eine der 3 entsprechende Darstellung mit detaillierter Wiedergabe der Funktionselemente der Andock-Vorrichtung.
In 1a und 1b sind in schematisierten Darstellungen wesentliche Teile einer Andock-Vorrichtung 1 wiedergegeben, nämlich eine durchgehende Zugstange 2, an deren oberen Ende ein Konus 21 vorgesehen ist und ein zu der Zugstange 2 konzentrisches Halteteil 3, unter welchem eine Schraubenfeder 8 angeordnet ist und in welchem als Drehachsen dienende Haltestifte 31 eingesetzt sind, um welche mindestens zwei, vorzugsweise vier gleichmäßig verteilte Hebelspreizer 4 schwenkbar gehaltert sind.
An den unteren Enden der Hebelspreizer 4 sind nach innen zur Zugstange 2 vorstehende Nasen 41 ausgebildet. Die Außenflächen der Hebelspreizer 4 haben an den nach außen weisenden Enden 42 jeweils eine der Krümmung eines Düsenhalses eines Satelliten-Triebwerks entsprechende Krümmung. Die Zugstange 2 und das Halteteil 3 sind gegen Verdrehen gesichert.
Unterhalb des Halteteils 3 ist in 1b eine drehbare Hülse 5 konzentrisch zu der Zugstange 2 angeordnet; die Hülse 5 weist an ihrem in 1b oberen Ende einen ringförmigen Abschnitt 51 auf. Am in 1b unteren Ende der Andock-Vorrichtung ist ein ortsfest angeordneter Gleitring 6 mit nach unten vorstehenden Ansätzen 61 sowie ein ortsfestes Gehäuse 7 mit nach innen vorstehenden Vorsprüngen 71 dargestellt, welche in 2 bis 4 deutlicher dargestellt sind.
In 2 ist in einer schematischen Darstellung eine Andock-Vorrichtung 1 mit anliegenden Hebelspreizern 4 wiedergegeben, welche um die im Halteteil 3 vorgesehenen Haltestifte 31 schwenkbar gelagert sind. Unterhalb des in 2 nicht dargestellten Halteteils 3 ist die zur Zugstange 2 konzentrische drehbare Hülse 5 angeordnet. In einem ringförmigen Abschnitt 51 am oberen Ende der drehbaren Hülse 5 sind gleich breite, jedoch abwechselnd unterschiedlich hohe Einraststellen 52 ausgebildet. Da bei der in 1 bis 3 dargestellten Andock-Vorrichtung 1 vier Hebelspreizer 4 vorgesehen sind, sind in dem ringförmigen Abschnitt 51 der Hülse 5 abwechselnd vier hohe und vier niedrige Einraststellen 52 ausgebildet. Am unteren Ende der drehbaren Hülse 5 stehen Zapfen 53 vor.
Konzentrisch zur Hülse 5 und der im unteren Teil von 2 nicht dargestellten Zugstange 2 ist der ortsfeste Gleitring 6 mit den nach unten vorstehenden Ansätzen 61 dargestellt, welche schräg verlaufende Gleitflächen 62 aufweisen. Von den ins Innere des Gehäuses 7 vorstehenden Vorsprüngen 71 sind in 2 nur zwei Vorsprünge 71 mit Gleitflächen 72 dargestellt.
Nunmehr wird die Funktionsweise der Andock-Vorrichtung beschrieben. Die Andock-Vorrichtung 1 mit anliegenden Hebelspreizern 4 (1 und 2) ist beispielsweise in eine nicht dargestellte Düse eines Apogäum-Triebwerks mit einem Düsenhalsdurchmesser von 16 bis 19 mm eingeführt. Im Unterschied zu 2 ist in 3 die Zugstange 2 so weit in Richtung eines nicht dargestellten Raumtransporters zurückgezogen, dass in 3 die am unteren Ende der Hebelspreizer 4 ausgebildeten Nasen 41 an den hohen Einraststellen 52 eingerastet sind. Beim Einrasten sind die Hebelspreizer 4 durch den Konus 21 am distalen Ende der Zugstange 2 so weit gespreizt, dass zwischen ihnen der vorgegebene definierte Öffnungswinkel erreicht ist.
Durch ein weiteres Zurückziehen der Zugstange 2, beispielsweise mittels eines Motors, wird die Druckfeder 8 (1) zusammengedrückt. Gleichzeitig werden die an den hohen Einraststellen 52 der Hülse 5 eingerasteten Hebelspreizer 4 so weit zurückgezogen, dass die Enden 42 der Hebelspreizer 4 formschlüssig an der Innenwandung eines nicht dargestellten Düsenhalses anliegen.
Wenn nunmehr der Raumtransporter von dem Apogäum-Triebwerk abgekoppelt werden soll, wird die Zugstange 2 so weit in Richtung der Düse des Apogäum-Triebwerks vorgeschoben, bis die Hebelspreizer 4 so an der Zugstange 2 anliegen, wie in 2 dargestellt ist. Beim Vorschieben der Zugstange 2 gleiten die am proximalen Ende der drehbaren Hülse 5 vorgesehenen Zapfen 53, wie in der vergrößerten Darstellung der 4 durch Pfeile angedeutet ist, entlang der Gleitflächen 62 der Gleitringansätze 61 bzw. entlang der Gleitflächen 72 der Vorsprünge 71.
Da am Halteteil 3 der Andock-Vorrichtung 1 vier schwenkbare Hebelspreizer 4 vorgesehen sind, sind am ringförmigen Abschnitt 51 der Hülse 5 insgesamt acht Einraststellen 52 ausgebildet, nämlich abwechselnd vier hohe und vier niedrige Einraststellen. Da die Zugstange 2 so weit in Richtung des Apogäum-Triebwerks vorgeschoben worden ist, bis die Hebelspreizer 4 wieder an ihr anliegen, ist dadurch, wie anhand von 4 beschrieben, die Hülse 5 weiter gedreht worden, und zwar um 45°. (360°:8 (Einrastsstellen) = 45°).
Wenn die Andock-Vorrichtung 1 aus der Düse des Apogäum-Triebwerks zurückgezogen worden ist und anschließend an einem anderen Apogäum-Triebwerk angedockt werden soll, dessen Düse einen Düsenhalsdurchmesser von 18 bis 22 mm aufweist, kann die Andock-Vorrichtung 1 in diese Düse eingeführt werden. Beim anschließenden Zurückziehen der Zugstange 2 rasten die Nasen 41 der Hebelspreizer 4 an den niedrigeren Einraststellen 52 ein, wodurch ein vorgegebener, definierter Öffnungsdurchmesser von 24 mm erreicht ist. Durch entsprechendes Zurückziehen der Zugstange 2 liegen dann die definiert aufgespreizten Enden 42 der Hebelspreizer 4 formschlüssig an der Innenwandung des Düsenhalses dieses Apogäum-Triebwerks an.
Wenn jedoch zweimal nacheinander an Düsen angekoppelt werden soll, bei welchen die Hebelspreizer wieder auf den gleichen Durchmesser wie beim vorhergehenden Andock-Vorgang gespreizt werden sollen, muss eine "Leerfahrt" mit der Andock-Vorrichtung durchgeführt werden, damit die Hülse 5 um 90° anstelle von 45° gedreht wird. Da jedoch die Hülse 5 immer in der gleichen Drehrichtung gedreht wird, kann dies beliebig oft durchgeführt werden. Allerdings ist darauf zu achten, dass festgehalten bzw. registriert ist, welcher Öffnungsdurchmesser eingestellt war, da nur auf diese Weise eine Beschädigung der Andock-Vorrichtung vermieden werden kann.

1: Andock-Vorrichtung
2: Zugstange
21: Konus an 2
3: Halteteil
31: Haltestifte
4: Hebelspreizer
41: Nasen an 4
42: Enden von 4
5: drehbare Hülse
51: ringförmiger Abschnitt von 5
52: Einraststellen in 51
53: Zapfen
6: Gleitring
61: Ansätze an 6
62: Gleitflächen auf 61
7: Gehäuse
71: Vorsprünge von 7
72: Gleitflächen auf 71
8: Schraubenfeder

Claims

Auf einem Raumtransporter vorgesehene Vorrichtung zum Andocken an Satelliten, insbesondere Kommunikations- oder Navigationssatelliten, welche Vorrichtung eine Zugstange (2) mit einem an deren – bezogen auf den Raumtransporter – distalen Ende vorgesehenen Konus (21) und einen von dem Raumtransporter aus betätigbaren Spreizmechanismus mit Spreizelementen in Form von Hebelspreizern (4) mit an deren – bezogen auf den Raumtransporter –proximalen Enden nach innen zur Zugstange (2) vorstehenden Nasen (41) aufweist, wobei an einem zur Zugstange (2) konzentrischen Halteteil (3) der Vorrichtung mindestens zwei Hebelspreizer (4) schwenkbar gelagert sind, und die Krümmung am distalen Ende jedes der Hebelspreizer (4) der Krümmung des Düsenhalses der Düse eines Satelliten-Triebwerks angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Halteteils (3) eine bezüglich der Zugstange (2) konzentrische drehbare Hülse (5) vorgesehen ist, wobei an einem – bezogen auf den Raumtransporter – distalen ringförmigen Abschnitt (51) der Hülse (5) jeweils abwechselnd unterschiedlich hohe Einraststellen (52) ausgebildet sind und von dem – bezogen auf den Raumtransporter –proximalen Endabschnitt der Hülse (5) zwei Zapfen (53) vorstehen, die zum Einstellen der Verstellwege der Zugstange (2) durch einander zugeordnete schräg ausgerichtete Gleitflächen (62; 72) in einem ortsfesten Gehäuse (7) geführt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Einraststellen (52) gleich breit, jedoch abwechselnd hoch ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen der Verstellwege der Zugstange (2) mittels der Zapfen (53) der Hülse (51) an einem ortsfest angeordneten Gleitring (6) zu dem ortsfesten Gehäuse (7) ausgerichtete Ansätze (71) mit schrägen Gleitflächen (62) ausgebildet sind und im Gehäuse (7) den schrägen Gleitflächen (62) des Gleitrings (6) entsprechend ausgerichtete Vorsprünge (71) mit schrägen Gleitflächen (72) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelspreizer-Halteteil (3) und die Zugstange (2) gegen Verdrehen gesichert sind.