DE3621578C2

DE3621578C2 -

Info

Publication number: DE3621578C2
Application number: DE3621578A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(Grad.) 7775 Bermatingen De Westphal
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1988-12-01
Also published as: US4899167A; DE3621578A1; EP0252247B1; EP0252247A1; JPS637004A

Description

Die Erfindung geht aus von einem faltbaren konkav gekrümmten Antennenreflektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch Verwendung von kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) für starre Antennenreflektoren konnte die Forderung der Raumfahrt nach konturgenauen und damit leistungsfähige ren Antennensystemen weitgehend erfüllt werden. Der Lei sungsfähigkeit solcher Antennen sind jedoch durch Größe und Begrenzung des Nutzlastraumes im Träger Grenzen gesetzt. Diese sind nur durch Anwendung faltbarer Antennen über brückbar. Hierbei werden solche Antennen im gefalteten Zu stand vom Träger transportiert und im Orbit durch geeignete Mechanismen entfaltet. Dazu stehen für die Konstruktion des Antennenreflektors prinzipiell nur zwei Alternativen zur Verfügung, der für hohe Konturgenauigkeit ungeeignete Netz reflektor und der aus faltbaren starren Segmenten bestehende Reflektor für sehr hohe Genauigkeit. Hierzu sind verschie dene Konfigurationen bekannt, wovon jene den entscheidenden Nachteil haben, welche, bedingt durch die Faltkonstruktion, eine hohe Anzahl von Gelenken und Segmenten unterschied licher Form und Größe benötigen und einen komplizierten Entfaltmechanismus aufweisen und die Konturen der gefalteten Segmente gegeneinander gerichtet sind. Für Versteifungen (Rippen, Fachwerke u. a. der Segmente, welche bei großen Reflektoren zur Erhaltung der Konturgenauigkeit erforderlich sind, bleibt im Träger mangels Stauraum kein Platz mehr.

Derartige Antennenreflektoren sind z. B. aus der US-PS 36 99 576 und US-PS 37 15 760 bekannt, bei welchen die Seg mente an einem Zentralpaneel an Einachsgelenken schwenkbar angeordnet sind.

Bei ersterer sind die Segmente auf ihren Rückflächen zum Teil durch ein kleines Gitterwerk gestützt. In beiden Aus führungsformen sind die einzelnen Segmente durch Scharniere miteinander verbunden, wodurch das Falten und Entfalten der einzelnen Segmente unterstützt wird. Eine ähnliche Ausfüh rungsform ist auch aus der Literaturstelle ARCHER, J. S.: Advanced sunflower antenne concept development, in NASA-Conference Publication 2118, Nov. 1979, S. 33-58, bekannt.

Abgesehen vom relativ großen konstruktiven Aufwand und dem dadurch verursachten hohen Gewicht ist hierbei von besonde rem Nachteil, daß die erforderliche hohe Konturgenauigkeit aufgrund der zahlreichen Gelenke nicht erreicht wird.

Aus der DE 31 28 978 A1 ist ein faltbarer rotationssymme trischer Strahlungsreflektor bekannt, der von einer Anzahl schwenkbarer um die Symmetrieachse angeordneter Segmente gebildet ist. Die Segmente werden hierbei aus der entfalte ten Stellung alle auf die gleiche Weise durch gleichsinnige Drehung um ihnen jeweils zugeordnete, zur Symmetrieachse parallele Drehachsen sowie gleichzeitig zur jeweiligen Drehachse hin gerichtetes Hochschwenken in den gefalteten Zustand gebracht. Die Überführung aus den gefalteten in den entfalteten Zustand wird durch die direkte Umkehrung dieser gleichzeitig ablaufenden Dreh- und Schwenkbewegungen er reicht.

Hier ist von Nachteil, daß das Falten und Entfalten der Segmente nur mittels einer komplizierten Dreh- und Schwenk mechanik möglich ist, was auch zusätzlich die Genauigkeit der entfalteten Antenne nachteilig beeinflußt. Ferner ist eine aussteifende Verstrebung der Faltsegmente zum fest stehenden Zentralkörper nur sehr schwierig anzubringen.

Ferner ist aus der Literaturstelle "SCI (83) 1, Seiten 7 bis 16 und 63 bis 66 für den FIRST-Satelliten eine weitere Falt antennenkonstruktion bekannt, bei welcher die Segmente am Umfang des Zentralsegments angeordnet und mittels jeweils zweier Gelenke damit verbunden sind. Das Falten und Ent falten der Segmente erfolgt einachsig nur durch radiales Schwenken der Segmente ohne zusätzliche Drehung derselben. Dadurch kann der Aufwand an Schwenkmechanik reduziert und die Formgenauigkeit erhöht werden, jedoch ist hierbei sehr nachteilig die uneffektive Ausnutzung des vorhandenen Stau raumes im gefalteten Zustand und die schlechte Unterbrin gungsmöglichkeit einer zusätzlichen Segmentversteifung. Hinzu kommt, daß bedingt durch die Segmentposition im ge falteten Zustand, die jeweiligen Gelenke und Segmente unterschiedliche Abmessungen haben.

Schließlich ist noch aus der DE 31 28 926 A1 ein faltbarer Antennenreflektor bekannt, bei dem die gelenkige Verbindung der äußeren Enden benachbarter Segmente über einen etwa in der Mitte des äußeren Endes des einen Segments angreifenden Verbindungsstab erfolgt. Das die Segmente mit dem Zentral paneel verbindende Gelenk ist ein Zweiachsgelenk (ähnlich DE 31 28 978 A1), auf das ein zum Entfalten des Reflektors dienender Antrieb derart einwirkt, daß das Segment radial nach außen geschwenkt wird. Auch hier ist von Nachteil, daß die notwendig hohe Positionsgenauigkeit der Segmente nur mit zusätzlichen mechanischen Mitteln erreichbar ist. Außerdem sind Führungsstangen an den Kopfseiten notwendig, die die Drehbewegung der Segmente synchronisieren und im entfalteten Zustand zusätzlich für die erforderliche Konturgenauigkeit sorgen. Die dabei verwendete Mechanik erfordert eine große Genauigkeit und ist sehr aufwendig.

Letztlich ist noch aus der US-PS 35 41 569 ein Netzreflektor bekannt, bei dem ein Zentralgehäuse einen Mechanismus zum Entfalten sehr schmaler flexibler Reflektorrippen aufweist. Die Rippen sind dabei innerhalb des Gehäuseumfangs angeord net bzw. eingeschoben und werden bei Betätigen eines um einen axialen Säulenschaft angeordneten Schneckentriebes durch einen Motor aus dem Gehäuse geführt, wobei sie über ein mit diesem und einer darunter angeordneten Spindel ver bundenen Kabel in die Reflektorstellung gezogen und ver spannt werden. Eine sägezahnförmige Gestalt des Gehäuse umfanges ist durch die tangentiale Rippenanordnung bedingt. Nachteilig ist hierbei, daß ein Rückführen der ausgezogenen Rippen in die Ausgangsstellung nicht vorgesehen, das heißt nur ein einmaliges Entfalten möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antennenreflektor der im Oberbegriff genannten Art so weiterzubilden, daß seine Segmente mechanisch voneinander entkoppelt anordenbar sind und dabei der erforderliche Stauraum für den Antennenreflektor im ge falteten Zustand verringert wird. Vorteilhaft ergibt sich hierbei, daß eine hohe Konturgenauigkeit erzielt wird und die sonst übliche Dreh- und Schwenkbewegung zum Falten des Antennenreflektors auf eine einige, für sämtliche Segmente synchrone Bewegung beschränkt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Antennenreflektor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit der entkoppelten Anordnung der Segmente diese auf die Soll kontur individuell einstellbar sind.

Außerdem ergibt sich durch die Reduzierung der hierzu be nötigten Bauteile eine beachtliche Gewichtseinsparung. Am Zentralpaneel, welches sägezahn- oder sägeblattförmig ausgebildet ist, sind an den schräg nach innen gerichteten Abschnitten je zwei einachsige Gelenke angeordnet, deren Achsen zu den Kanten der Abschnitte nahezu parallel ver laufen und um welche die durch diese Gelenke mit dem Zentralpaneel verbundenen Segmente gefaltet werden. Die Anzahl der benötigten Abschnitte und zugehörigen Segmente richtet sich nach der Größe des Antennenreflektors und dem zur Verfügung stehenden Stauraum im Träger. Die Richtung der Abschnitte und der daran angeordneten Gelenke und deren Schwenkachsen richtet sich nach der Position der Segmente im gefalteten Zustand. Entsprechend der Richtung der Achsen sind die Fußkanten der Segmente abgeschrägt. Durch diese Anordnung können die Lagerpunkte der einachsigen Gelenke weit auseinander angeordnet werden, wodurch eine hohe Stei figkeit und Positionsgenauigkeit tangential zur Zentralachse des Antennenreflektors erreicht wird. Die Gelenke können entsprechend klein ausgeführt sein.

Trotz einer dichten Faltpackung können die Segmente auf ihren Rückflächen entsprechend des dort vorhandenen Stau raumes mit Rippen oder Fachwerken versehen werden. Große Segmente können in Teilsegmente unterteilt und durch ein Fachwerk miteinander verbunden werden. Die Steuerung der Entfaltung erfolgt hierbei günstigerweise durch einen zen tral angeordneten Antrieb, wobei die Schwenkbewegung der Teilsegmente durch Gestänge und Gelenke (z. B. Kniegelenke) unter Vorschaltung eines Untersetzungsgetriebes auf die Segmente übertragen wird. Die einzelnen Teilsegmente sind durch Stellglieder voneinander unabhängig justierbar. Zu ihrer Fixierung im gefalteten Zustand dienen mehrere an sich bekannte Anschläge oder Rasten. Eine zentrale Fixierung durch Arretierung der Faltgestänge ist selbstverständlich möglich.

Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Antennenreflektor mit Subreflektor und Subreflektorturm in gefalteter und entfalte ter Konfiguration auf einer unterhalb des Reflektors befindlichen Satellitenstruktur,

Fig. 2a bis 2d einen Antennenreflektor in verschiede nen Öffnungsphasen in Schrägansicht und in der Ansicht von oben, stark schematisiert,

Fig. 3 einen Ausschnitt eines Antennenreflektors mit selbsttragenden Segmenten in teilweise gefal tetem und geöffnetem Zustand in seitlicher und in der Ansicht von oben,

Fig. 4 einen Antennenreflektor gemäß Fig. 3 mit durch Rippen versteiftem Zentralpaneel und Segmenten,

Fig. 5 einen Antennenrflektor gemäß Fig. 3 und 4 mit einem Fachwerk versteiften Zentralpaneel und aus Teilsegmenten zusammengesetzten Segmenten,

Fig. 6 ein aus drei Teilsegmenten bestehendes und mit einem Fachwerk versteiftes Segment,

Fig. 7 eine Verriegelung zur Arretierung eines durch ein Fachwerk versteiftes Segment im entfaltetem Zustand.

In Fig. 1 ist eine Satellitenkonfiguration dargestellt mit einem auf der Oberseite montierten Antennenreflektor 1, der in der Figur links gefaltet ist, um innerhalb einer Träger rakete Platz zu finden. Nach dem Start und dem Verlassen der Trägerrakete wird der Antennenreflektor 1 entfaltet (Figur rechts) und die Segmente 7 in ihrer Sollstellung verriegelt. Hier ist das Zentralpaneel 2 mit seiner sägezahn- oder kreissägeblattförmigen Kontur deutlich zu erkennen. Der zentrale dreibeinige Subreflektorturm 17 trägt den für die Speisung der Antenne notwendigen Subreflektor 18 und fixiert die gefalteten Segmente 7 während der Startphase. An den schräg zur Achse 3 des Antennenreflektors 1 verlaufenden Abschnitten 4 des Zentralpaneels 2 sind je zwei einachsige Gelenke 5 angeordnet, deren Achse(n) die Schwenkachse(n) 6 bilden, um welche die einzelnen Segmente 7 beim Faltvorgang geschwenkt werden. Die Schwenkachse(n) 6 verlaufen zu den Abschnitten des Zentralpaneels 2 bzw. zur Fußkane der Segmente 7 nahezu parallel.

Die Segmente 7 stehen in der Ausgangs- und Transportphase zum Zentralpaneel 2 nicht senkrecht, sondern nehmen zu diesem eine mehr oder weniger geneigte Stellung ein (sie ist abhängig von der Gestalt des Zentralpaneels 2). Die Segmente 7 liegen innerhalb eines Zylinders, der etwa dem größten Durchmesser des Zentralpaneels 2 entspricht und sind so angeordnet, daß ihre Konturkrümmung gleichgerichtet ist.

Aus den Fig. 2a bis 2d sind einzelne Öffnungsphasen eines Antennenreflektors 1 in Schrägsicht (oben) und in der An sicht von oben (unten) ersichtlich. Hierbei zeigt Fig. 2a den gefalteten und Fig. 2d den entfalteten Zustand des Antennenreflektors.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt eines Antennenreflektors 1 in teilweise gefaltetem (rechts) und geöffnetem (links) Zustand in seitlicher (oben) und in der Ansicht von unten (unten) dargestellt. Hierbei sind die Segmente 7 selbsttragend durch ein auf ihren Unterflächen angeordnetes und wirkendes Falt gestänge 8 ausgebildet. Das Entfalten der Segmente 7 erfolgt durch einen unter dem Zentralpaneel 2 angeordneten zentralen Antrieb 9, der auf das Faltgestänge 8 wirkt. Ist die End stellung erreicht, so werden die Segmente 7 und das Falt gestänge 8 in dieser Position durch eine gleichfalls an der Unterseite des Zentralpaneels 2 vorgesehene Verriegelung 10 gesichert. Die Verriegelung 10 ist justierbar, so daß eine Justierung der gewünschten Kontur möglich ist. Außerdem ist durch ein an der Unterseite eines jeden Segments 7 angeord netes Stellglied 11 eine Nach- und Feinjustierung möglich. Durch einen Kniehebel 12, an welchem das Stellglied 11 an greift, ist zusätzlich eine, durch ein günstiges Über setzungsverhältnis bedingte Feinjustierung möglich. Diese Justierungen können sowohl erdgebunden als auch orbital vorgenommen werden. Aus der Fig. 3 (unten) sind die Gelenke 5 und ihre Schwenk achse(n) 6 ersichtlich. Zur Bewältigung der durch das Falt gestänge 8 während des Faltvorganges auftretenden Dreh momente ist der Antrieb 9 mit einem geeigneten, in der Figur nicht näher gezeigten Untersetzungsgetriebe versehen.

In Fig. 4 ist der in Fig. 3 beschriebene Antennenreflektor 1 durch am Zentralpaneel 2 und an den Segmenten 7 angrei fende Rippen 13 verstärkt, die um die Schwenkachse(n) 6 beim Entfalten geschwenkt werden. Die Stellglieder 11 an der Unterseite eines jeden einzelnen Segments 7 stehen über das Faltgestänge 8 mit den Rippen 13 in Wirkverbindung und können die Segmente 7 einzeln und unabhängig voneinander bewegen und justieren.

Die Fig. 5 zeigt einen Antennenreflektor 1, ähnlich wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, mit einem durch ein Fachwerk 14 versteiften Zentralpaneel 2, an dessen Abschnitte 4 und mit tels der Gelenke 5 damit verbundene aus Teilsegmenten 15 zu sammengesetzte Segmente 7 angeordnet sind. Die Teilsegmente 15 sind hierbei durch ein Fachwerk 14 versteift. Eine derartige Konstruktion eignet sich besonders für große Antennenreflektoren, die eine sehr hohe Konturgenauigkeit aufweisen.

Fig. 6 zeigt ein Segment 7 in seitlicher (unten) und in der Ansicht von unten (oben), welches durch ein rückseitig ange ordnetes Fachwerk 14 versteift ist. Das Segment 7 selbst be steht aus drei Teilsegmenten 15, die voneinander unabhängig an wenigstens vier Punkten mit dem Fachwerk 14 verbunden sind. Durch diese Anordnung können Thermalverformungen der Teilsegmente 15 weitgehend entkoppelt werden, wodurch die Formstabilität der Fachwerkstruktur 14 weitgehend erhalten bleibt.

Fig. 7 zeigt eine Verriegelung zur Arretierung der entfal teten, fachwerkversteiften Segmente 7 (Figur rechts). Primär besteht die Verriegelung aus einem Kniehebel 12, dessen End stellung durch eine sich beim Entfalten der Segmente 7 streckende Formfeder 16 gehalten wird. An der Formfeder 16 befindet sich ein Stellglied 11, welches über die gestreckte Formfeder 16 den Kniehebel 12 derart angreift, daß, bedingt durch ein günstiges Übersetzungsverhältnis, am Kniehebel 12 die Segmente 7 mit hoher Genauigkeit justiert werden können. In Figur links ist das Segment 7 in Faltstellung.

Claims

1. Faltbarer konkav gekrümmter Antennenreflektor bestehend aus einer Anzahl starrer gleichförmiger Segmente mit einem Zentralpaneel, mit dem die Segmente jeweils durch wenigstens ein einachsiges Gelenk verbunden sind und einem Antrieb zum Falten, dadurch ge kennzeichnet, daß das Zentralpaneel (2) eine der Anzahl und der Anschlußbreite der Segmente (7) entsprechende kreissägenförmige Kontur aufweist, an deren schräg zur senkrecht zum Zentralpaneel (2) stehen den Achse (3) verlaufenden Abschnitten das Gelenk und wenigstens ein weiteres Gelenk (5) mit dazu parallel aus gerichteten Achsen (6) angeordnet sind und mit denen die Segmente (7) schwenkbar verbunden sind.

2. Faltbarer Antennenreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gefalteten Segmente (7) zur Achse (3) hin geneigt sind und mit dieser einen spitzen Winkel bilden.

3. Faltbarer Antennenreflektor nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß der Antrieb unterhalb des Zentralpaneels (2) angeordnet ist und die Betätigung der Segmente (7) jeweils über ein Faltgestänge (8) erfolgt.

4. Faltbarer Antennenreflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feinjustierung der Segmente (7) an deren Unterseite jeweils ein mit einem Kniehebel (12) und einer Formfeder (16) korrespon dierendes Stellglied (11) angeordnet ist.