DE2853070C3 - Niederhaltersystem für entfaltbare oder entklappbare Trägerelemente an Raumflugkörpern - Google Patents

Niederhaltersystem für entfaltbare oder entklappbare Trägerelemente an Raumflugkörpern

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DE2853070C3 DE2853070A DE2853070A DE2853070C3 DE 2853070 C3 DE2853070 C3 DE 2853070C3 DE 2853070 A DE2853070 A DE 2853070A DE 2853070 A DE2853070 A DE 2853070A DE 2853070 C3 DE2853070 C3 DE 2853070C3
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Description

Die Erfindung betrifft ein Niederhaltersystem für entfaltbare oder entklappbare Trägerelemente an Raumflugkörpern.
Beim Start eines Raumflugkörpers von der Erde ist einerseits das Platzangebot in der Trägerrakete beschränkt, andererseits soll zur Erfüllung der späteren Mission der Bedarf an elektrischer Energie durch großflächige Verwertung der Solarenergie auf Halbleiterbasis gedeckt werden. Es müssen daher Vorkehrungen getroffen werden, um die bestrahlbare Fläche nach der Trennung des Raumflugkörpers von der Trägerrakete möglichst groß gestalten zu können. Zur Lösung dieses Problems hat sich der entfaltbare oder entklappbare Solargenerator durchgesetzt. Beispiele unter vielen hierfür aus der jüngsten Zeit sind der 1978 gestartete europäische Testsatellit OTS, der kanadische Nachrichtensatellit CTS, welcher 1976 gestartet wurde, und Intelsat V, dessen Start für Mitte 1979 vorgesehen ist.
In der DE-AS 27 51 273 und auch der DE-PS 20 21580 sind solche entfaltbare Trägerclemente dargestellt. Es handelt sich dabei um als Panel bezeichnete Platten in Kohlefr.ser-Sandwichbauweisc in der Größenordnung von mehreren m2, welche ein Leistungsgewicht von rund 30 W/kg und mehr aufweisen.
Die Panels liegen beim Start der Trägerrakete enggefaltet am Raumflugkörper an. In der Startphase und auch noch in der ersten Zeit nach Trennung des Raumflugkörpers von der Trägerrakete müssen Vorrichtungen vorhanden sein, welche die Panels in dieser Stellung festhalten, ohne die spätere Entfaltung zu beeinträchtigen.
Hierzu wurden bisher Niederhalter verwendet, welche am Rande der Platten, d. h. an deren äußeren Umfang, eingreifen, sh. auch den europäischen Satelliten Maritime OTS (Marots). Man hat dazu Haken oder Riegel an den äußeren Panel angebracht und in einen Mechanismus am Raumflugkörper eingreifen lassen, oder aber auch den umgekehrten Weg beschritten.
Niederhalter dieser Art, d. h. an der Peripherie angreifende Haltevorrichtungen, sind nur bei kleineren zu fixierenden Panels verwendbar, da mit zunehmender Größe die freie oszillierende Fläche im Quadrat zunimmt und die Startbelastungen zu nicht mehr beherrschbaren Belastungen führen bzw. zu Dimensionierungen zwingen würden, die sich nachteilig auf die Struktur, Nutzlast usw. des Raumflugkörpers auswirken müßten.
Bei den bekannten Haken o. ä. Niederhaltern wirkt sich weiter nachteilig aus, daß mit steigender Panelanzahl immer unförmigere Halter mit zunehmenden Winkelwegen konzipiert werden müßten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Nieiierhaltersystem anzugeben, das in gleicher optimaler Weise für zu haltende Trägerelemente aller Größenordnungen und beliebiger Zahl verwendbar ist und bei dem die Freigabebewegung des Niederhalters auf ein Minimum beschränkt ist
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Vorteile des Niederhaltersystems sind nicht nur in seiner Unkompliziertheit und nachgewiesener Zuverlässigkeit zu sehen. Es wird ein System geboten, das sich baukastenartig auf jede Größe anpassen läßt, so daß kostspielige Neuentwicklungen bei anderen Raumflugkörperkonfigurationen entfallen. Zur Betätigung wird keine Energie im Einsatz benötigt, da diese infolge der Vorspannung des Haltebolzens am Boden eingespeichert wird, ohne daß zusätzliche Mittel mitgenommen werden müßten. Die universelle Einsetzbarkeit läßt die Verwendung auch bei anderen auszuklappenden Bauelementen, wie z. B. Antennen, zu.
Das Niederhaltersystem ist beispielhaft anhand der Figuren erläutert. Es zeigt
F i g. 1 den Schnitt durch ein Niederhaltersystem und
Fig. 2 ein Niederhaltersystem mit sechs Niederhalterpunkten.
Gemäß Fig. 1 besteht ein Niedcrhaltersystem im wesentlichen aus einem Haltebolzen 11, einem Arretierungsbolzen 12, einem beides aufnehmenden Gehäuse 13 und Blockierelementcn 14 und 15.
Der Haltebolzen 11 ragt von außen durch eine beliebige Anzahl von Trägerelementen 16. An seinem äußeren Ende weist der Haltebolzen 11 ein Gewinde 40 auf, so daß über eine Mutter 41 relativ zu den Trägerelementen 16 eine Vorspannung auf den Haltebolzen 11 ausgeübt werden kann.
Im Bereich seines unteren Endes hat der Haltebolzen 11 eine Verdickung 17, welche in einer Bohrung 18 im Gehäuse 13 mit grober Passung geführt wird. Die Verdickung 17 nimmt eine Ausbuchtung 19 auf, die mit einer Nase 20 des Arretierungsbolzens 12 korrespondiert. Die Ausbuchtung 19 und die Nase 20 weisen übereinstimmende Flächenschrägen φ auf.
Der Arretierungsbolzen 12 ist in einem rechtwinklig zum Haltebolzen 11 weisenden Teil des Gehäuses 13 in einer Bohrung 21 gelagert. Daraus folgt, daß sich die auf den Haltebolzen 11 ausgeübte Spannung auf den ArtJtierungsbolzen 12 überträgt und diesen in Richtung seiner Längsachse rückstoßen will. Im Gehäuse 13, koaxial zum Arretierungsbo'.zen 12 dient eine größere Bohrung 22 zur Aufnahme einer Feder 23. Die Feder 23 stützt sich einerseits in der Bohrung 22, andererseits am Kopf 24 des Arretieruiigsbolzens 12 ab. Der Kopf 24 hat eine Ausnehmung 25, die als Anschlag gegen eine Kante 26 dient. In der Niederhaltphase, d. h. wenn die Trägerelemente 16 am Raumflugkörper anliegend gehalten werden sollen, ist der Arretierungsbolzen 12 durch das Blockierelement 14 mit seiner Nase 20 in der Ausbuchtung 19 blockiert, kann also nicht ausweichen und damit auch nicht den Haltebolzen 11 freisetzen. Das Blockierelement 14 ist drehbar an einem Zapfen 27 gelagert. Dieser Zapfen kann seinerseits in einer Verlängerung des Gehäuses 13 eingefügt werden. Das Blockierelement 14 steht in mechanisch fester Verbindung mit dem Kabel 15; es weist einen Hebel 28 auf (s. a. Fig. 2), auf welchen der Haltebolzen 11 Druck ausübt. Das Kabel 15 dient als Freigabeelement und ist so fixiert, daß das Blockierelement 14 nicht ausweichen kann. Hierzu steht das Kabel 15 unter Zugspannung. Wird diese Spannung aufgehoben, z. B. indem das Kabel 15 durchgetrennt wird, so erfolgt eine schlagartige Entladung der im Haltebolzen M gespeicherten Vorspannung, so daß der Arretierungsbolzen 12 zurückgestoßen wird und dabei das Biockierelement 14 um den Zapfen 27 vermittels des Hebels 28 dreht. Die Feder 23 verhindert, daß der Bolzen 12 vom Anschlag 26 wieder abprallt und nach vorne geschleudert wird und unterstützt außerdem das Rückstoßen des Arretierungsbolzens 12.
Der Arretierungsbolzen 12 kann neben der beschriebenen Weise auch durch eine zusätzliche, nicht näher dargestellte pyrotechnische Ladung rückgestoßen werden, so daß an dieser Stelle Redundanz der Betätigung hergestellt werden kann.
Zur Vermeidung von Temperaturproblemen im Bereich des Niederhalters 10 ist vorgesehen, den Haltebolzen 11, den Arretierungsbolzen 12 und das Gehäuse 13 aus Titan zu fertigen. Die Ausbuchtung 19 und die Nase 20 sind zur Herstellung guter Gleitfähigkeit mit geeignetem Schmiermittel versehen.
In Fig. 2 ist ein Niederhaltersystem nut sechs Niederhalterpunkten dargestellt. Es handelt sich dabei um ein realisiertes System für die Niederhalterung von drei Panels eines Solargenerators, wobei jedes Panel ca. 1,60 χ 2m groß ist. Je drei Niederhalterpunkt (10.1, 10.2, 10,3; bzw. 10.4, 10.5, 10.6) sind zu einer Gruppe zusammengefaßt und mit einem Kabel 15 bzw. 15' verbunden. Im folgenden wird zunächst auf die obere Gruppe (10.1,10.2,10.3) Bezug genommen.
Das Kabel 15 ist mechanisch fest mit den Blockiereiementen 14.1 und 14.3 durch Schrauben 30 (sh. Fig. 1) verbunden;(zum Blockierelement 14.2 s. u.).
Das Kabel 15 läuft vom Niederhalter 10.1 über eine Umlenkrolle 31 und durch Führungsösen 32 zu einer weiteren Umlenkrolle 33, von dort zu einer freien Rolle 34, welche mit einer Spannvorrichtung 35 fest verbunden ist und über eine weitere Umlenkrolle 36 zum Niederhalter 10.3 und schließlich durch eine Führungsöse 32 zum Niederhalter 10.2. Die Anordnung der Blockierhebel 14.3 und 14.2 ist derart, daß ihre Freigabedrehung um den Zapfen 27.3 bzw. 27.2 der des Blockierhebels um den Zapfen 27.1 entgegengesetzt verläuft. Das Ende des Kabels i5 im Bereich des Blockierelements 14.2 ist mit einer Ausgleichsfeder 37 verbunden, welche bei niedrigen Temperaturen, die his zu — 1000C und mehr reichen können, das Reißen des Kabels verhindert.
Die Spannvorrichtung 35 ist mit einer Freigabevorrichtung 38 verbunden. Diese besteht im wesentlichen aus einem nicht näher dargestellten Tellerfederpaket mit Gehäuse, womit das Entspannen des Kabels unterstützt und gleichzeitig ein Ausgleich bei Temperaturschwankungen bewirkt wird.
Die bisher geschilderten Einrichtungen sind ebenso für die drei Niederhaltern 10.4, 10.5, 10.6 vorhanden, wobei die Einrichtungen 34, 35, 38 spiegelbildlich sind. Die Freigabevorrichtungen 38, 38' sind durch ein Kabel 3b fest verbunden.
Die unter Spannung stehenden Kabel 15, 15' und 39 zusammen mit den Blockierhebeln 14.1, 14.2, 14.3 entsprechend für die untere Gruppe stellen die
Blockierelemente dar, welche verhindern, daß die mit der Vorspannung der Haltebolzen 11.1, 11.2, 11.3 entsprechend für die untere Gruppe belasteten Arrctierungsbolzen 12 rückgestoßen werden können. Das Kabel 15 bzw. 15' verläuft dabei derart, daß die Blockierhebel 14 >:"h gegenseitig blockieren. Durch die Spannvorrichtung 35, 35' wird die Spannung auf dem Kabel 15, 15' bis zu einem notwendigen Wert eingestellt. Das Bestreben gegenseitiger Blockade wird durch das Zusammenspiel der oberen Gruppe 10.1 bis 10.3 mit der unteren Gruppe 10.4 bis 10.6 aufrechterhalten. Das Durchtrennen des verbindenden Kabels 39 führt dazu, daß die Haltebolzen einer Gruppe synchron freigesetzt werden, und daß auch beide Gruppen von Haltebolzen synchron freigesetzt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

1 Patentansprüche:
1. Niederhaltersystem fur entfaltbare Trägerelemente an Raumflugkörpern insbesondere für Solargeneratoren, gekennzeichnet durch mindestens einen durch die Trägerelemente (16) hindurchragenden in Richtung seiner Längsachse unter Vorspannung setzbaren Haltebolzen (11), welcher durch einen Arretierungsbolzen (12) am Raumflugkörper fixierbar ist, sowie durch eine mit einer Nase (20) des Arretierungsbolzens korrespondierende Ausbuchtung (19) des Haltebolzens, wobei die Flächenschrägen (φ) der Ausbuchtung auf diejenigen der Nase (20) so abgestimmt sind, daß der Arretierungsbolzen nach der Freigabe durch ein Blockierelement (14) durch die Vorspannung des Haltebolzens (11) rückgestoßen wird.
2. Niederhaltersysiem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Freigabe das Blockierelement (14) drehbar (Zapfen 27) gelagert ist, und die Vorspannung auf dem Arretierungsbolzen (12) auf das Blockierelement (14) übertragbar ist.
3. Niederhaltersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arretierungsbolzen (12) nach dem Rückstoßen mittels einer Feder (23) an einem rückwärtigen Anschlag (26) gehallen wird.
4. Niederhaltersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltebolzen (11) und der Arretierungsbolzen (12) ein gemeinsames Gehäuse
(13) aufweisen und daß diese Teile (11, 12, 13) aus Titan gefertigt sind.
5. Niederhaltersystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Arretierungsbolzen (12) auch pyrotechnisch rückstoßbar ist.
6. Niederhaltersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Haltebolzen (11) das Wegnehmen der Blockierelemente (14, 15) synchron erfolgt.
7. Niederhaltersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegnehmen der Blockierelemente (14) durch ein gemeinsames, gespanntes Kabel (15) verhindert wird.
8. Niederhaltersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (15) während der Niederhaltphase unbewegbar zwei oder mehrere Blockierelemente (14) miteinander verbindet, und daß die Wegnahmebewegung der Blockierelemente
(14) gegenläufig ist.
9. Niederhaltersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (15) die Bewegung der Blockierelemente (14) freigibt, indem seine Spannung aufgehoben wird.
10. Niederhaltersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Haltebolzen (11) zu zwei gleichen Gruppen zusammengefaßt werden, wobei jeder Gruppe ein Kabel (15, 15') zugeordnet ist, und daß die beiden Kabel in einem Bereich entfernt von ihren Enden mit je einer Spannvorrichtung (35,35') und einer nachfolgenden federgestützten Freigabevorrichtung (38, 38') versehen sind, und daß die Freigabevorrichtungen (38,38') miteinander krafischlüssig verbunden sind.
11. Niederhaltersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung durch ein weiteres Kabel (39) erfolgt, und daß dieses Kabel (39) zerteilbar ist.
12. Niederhaltesystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerteilung pyrotechnisch vornehmbar ist
13. Niederhaltersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (15, 15') über Umlenkrollen (31,33,36) die Blockierelemente (14.1, 14.2, 14.3) miteinander verbindet, und daß die Spannvorrichtung (35) kraftschlüssig mit einer freien Rolle (34), über die das Kabel (15) läuft, verbunden ist.
14. Niederhaltersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (15) gegen Temperaturschwankungen mit Temperaturausgleichseinrichtungen (37, 38) gegen tiefe und hohe Temperaturen versehen ist, und daß dazu Ausgleichsfedern dienen.
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