DE3709148A1

DE3709148A1 - Entfaltungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3709148A1
Application number: DE19873709148
Authority: DE
Inventors: Derek Sidney Binge; John Peter Kukon
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1986-03-21
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1987-10-01
Also published as: FR2596205A1; GB8706705D0; GB2189082B; CA1297858C; FR2596205B1; GB2189082A; DE3709148C2; US4725025A

Description

Die Erfindung betrifft entfaltbare Vorrichtungen, insbesondere entfaltbare Solarzellenanordnungen und Antennen für Raumfahrzeuge unter Verwendung eines ausziehbaren Auslegers.

Entfaltbare Konstruktionen mit Solarzellenanordnungen, wie sie bei Raumfahrzeugen verwendet werden, enthalten üblicherweise eine Anzahl von verhältnismäßig großen, an parallelen Achsen drehbar miteinander verbundenen Paneelen. Die Paneelanordnung ist an einem Ende mit einem Raumfahrzeug verbunden. Während des Starts des Raumfahrzeugs sind die Paneele übereinander zieharmonikaartig gefaltet, wobei die Paneele mit den Oberflächen aufeinanderliegen. Wenn das Raumfahrzeug seine Umlaufbahnposition erreicht hat, wird die Paneelanordnung freigegeben, so daß sich die Paneele entfalten können.

Bei einer bekannten, z.B. in der US-PS 41 33 502 beschriebenen Entfaltungsvorrichtung werden federbelastete Scharniere verwendet, welche die freigegebenen Paneele entfalten. Derartige Scharniere können jedoch bei einer verhältnismäßig langen Entfaltungsvorrichtung, z.B. bei einer Länge von 20 m oder mehr mit einer Anordnung von ca. 2,5 m langen Paneelen eine Verbiegung der Anordnung erlauben als Reaktion auf die Beschleunigung des Satelliten während Positions-Haltemanövern. Derartige Biegebewegungen haben die Tendenz, die Satellitensteuerung störend zu beeinflussen. Daher benötigt eine relativ lange Anordnung einen verhältnismäßig steifen Trageausleger, welcher durch derartige Scharniere nicht gegeben ist. Weiter haben die federbelasteten Scharniere den Nachteil, daß sie nicht einziehbar sind.

Bei einer zweiten Art von Entfaltungsvorrichtungen werden lineare ausziehbare Elemente verwendet, welche auch einziehbar sind. Beispiele für derartige Vorrichtungen sind in den US-PSen 37 83 029 und 36 77 508 beschrieben. Ein lineares ausziehbares Element enthält einen Ausleger mit einem Federmetallstreifen, der flach auf eine motor getriebene Trommel innerhalb einer Antriebseinrichtung gewickelt ist, und der so vorgespannt ist, daß er sich automatisch seitlich in eine röhrenförmige Anordnung rollt, wenn er die Trommel verläßt. Der Ausleger verläßt die Antriebseinrichtung durch eine Führung, welche so dimensioniert ist, daß sie den Baum in seiner röhrenförmigen Anordnung verschiebbar aufnimmt. Der Antriebsmotor ist umsteuerbar, so daß die Antriebstrommel in beiden Richtungen betrieben werden kann und der Ausleger aus der Antriebs einrichtung ausgefahren oder in diese zurückgezogen werden kann. Mit einer derartigen Vorrichtung verwendete Paneele, wie sie in der obengenannten US-PS 37 83 029 beschrieben sind, enthalten jedoch ein Trägermaterial, welches vorzugsweise in einem dünnen Film aus Mylar, Kapton oder einem anderen relativ leichtgewichtigen Material besteht, das die Solarzellen aufnimmt. Mylar, Kapton und andere Trägerstrukturen aus Kunststoff für Solarzellenpaneele raben verschiedene Nachteile. Zum einen müssen diese Trägermaterialien üblicherweise gespannt werden, damit ihre Steifigkeit zunimmt. Weiter haben solche Träger materialien einen verhältnismäßig hohen thermischen Ausdehnungskoeffizient und daher die Tendenz, großen Änderungen in ihrer Ausdehnung zu unterliegen, wenn sie in einem weiten Bereich variierenden Temperaturänderungen ausgesetzt sind.

Verhältnismäßig starre Paneele, welche thermisch stabiler sind als Träger aus dünnem Film, werden im allgemeinen mit der Entfaltungsvorrichtung mit federbelasteten, nicht einziehbaren Scharnieren verwendet. Diese Paneele enthalten Verbundmaterialien, Fasermaterialien mit Wabenkernen, welche zwischen den Oberflächen von Verbundgeweben in einer Sandwich-Konstruktion angebracht sind, wie z.B. in der US-PS 43 94 529 beschrieben. Diese steiferen Paneele sind im allgemeinen schwerer als die Mylar-, Kapton- oder aus anderen Kunststoffen bestehenden Träger und benötigen daher eine verhältnismäßig feste Trägerkonstruktion, die eine Verbindung in Folge von bei Beschleunigungen des Raum fahrzeugs hervorgerufenen Trägheitskräften, z.B. bei Positions-Haltemanövern, standhalten können.

Gegenwärtig gibt es eine weitere kommerziell erhältliche sich selbst aufrichtende Auslegerkonstruktion, welche als "Astro-Mast" bekannt ist. Der Astro-Mast ist in Fig. 13 der vorliegenden Schrift dargestellt. Der Astro-Mast ist, wenn er ausgefahren ist, eine verhältnismäßig steife Konstruktion und erfährt eine minimale Verbiegung bei verhältnismäßig langen ausgefahrenen Längen, z.B. 20 m oder mehr. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß sie in ein verhältnismäßig kleines Volumen von wenigen Bruch teilen eines Kubikmeters aufrollbar ist. Üblicherweise wird dieser Mast dazu verwendet, Radio-Antennen mit verhältnismäßig geringem Gewicht zu entfalten und solche an seinem ausgefahrenen Ende zu tragen. Der Mast hat den Nachteil einer verhältnismäßig komplexen Konstruktion.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind der Auffassung, daß der Astro-Mast eine verhältnismäßigsteife Konstruktion darstellt und daher eine interessante Alternative ist als Träger für Solarzellenpaneele, welche Verbundmaterialien, wie die oben angesprochenen Wabenkerne und ähnliches enthalten. Ein Problem bei der Verwendung von starren Solarzellenpaneelen mit einem Ausleger, wie dem Astro-Mast, liegt in der Befestigung der Solarzellenpaneele am Mast, wenn dieser ausgefahren und zurückgezogen wird. Wegen seiner verhältnismäßig komplexen Konstruktion und wegen der Notwendigkeit, das Spiel zwischen der Solarzellenanordnung und dem Mast zu minimieren, um unerwünschte Bewegungen während Positions-Haltemanövern zu verringern, können die Paneele nicht einfach an einem derartigen Ausleger befestigt werden.

Es besteht eine ständige Notwendigkeit für eine einziehbare Spiralantenne für die Verwendung im UHF-Band. Eine solche Antenne kann eine Länge von 10 m oder mehr haben. Der Spiralwinkel der Spiralen ist eine kritische Größe und muß aufrechterhalten werden. Das oben beschriebene lineare ausziehbare Element ist für diese Art von Antennen nicht verwendbar, da die metallische Struktur des ausziehbaren Elements die Abstrahleigenschaften der Antenne stört. Die Verwendung von mit Scharnieren verbundenen Mastelementen ist für eine solche Anwendung ungeschickt aus Gründen, welche ähnlich sind den oben im Zusammenhang mit den langen Paneelanordnungen genannten. Die Solarzellenpaneel- Konstruktionen und die Helix- oder Spiralantennen haben jedoch ein gemeinsames Konstruktionsmerkmal, sie sind nämlich zusammenlegbar.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Entfaltungs vorrichtung für eine zusammenlegbare Konstruktion einen Träger und einen am Träger befestigten ausfahrbaren Ausleger. Für die entfaltete Anordnung wird die Konstruktion verlängert und ausgefahren und für die zurückgezogene Anordnung wird die Konstruktion zusammengelegt und gefaltet. Erste Befestigungseinrichtungen halten ein Ende der zusammenlegbaren Konstruktion am Ausleger in der Nähe eines seiner Enden. Zweite Befestigungseinrichtungen halten ausgewählte voneinander beabstandete Bereiche der zusammenlegbaren Konstruktion über deren Länge lösbar an verschiedenen Punkten über die Länge des Auslegers mit einem vernachlässigbaren Spiel beim Ausfahren des Auslegers. Die Befestigungsvorrichtungen entkoppeln die ausgewählten Bereiche vom Ausleger, wenn dieser zurückgezogen wird. Die zweiten Befestigungseinrichtungen enthalten Einrich tungen, durch die die Konstruktion mit dem Ausleger ausgerichtet wird, wenn die Bereiche vom Ausleger über dessen Länge entkoppelt sind. Weiter ist mit dem Träger und dem Ausleger eine Einrichtung verbunden, durch die der Ausleger wahlweise ausgefahren oder zurückgezogen wird.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Ausschnitt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Entfaltungsvorrichtung für ein Solarzellen paneel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Grundriß des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, leicht schematisiert, welche die Paneele teilweise entfaltet darstellt;

Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht eines Bereichs des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, wobei die Paneele wegge lassen und der Ausleger in ausgefahrener Stellung darge stellt ist;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung, welche ein Paneelkopplungselement des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 sichtbar macht, welches die Paneele zur lösbaren Befestigung an einem ausziehbaren und zusammenlegbaren Ausleger mit einem zweiten Paneelkopplungselement verbindet;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Paneel- und Auslegerkopplungselements aus Fig. 5 nach deren Verbindung;

Fig. 7 einen Grundriß eines der am Ausleger befestigten Kopplungselementes längs der Linien 7-7 aus Fig. 4;

Fig. 8 einen Grundriß, der mehrere der in Fig. 7 dargestellten Kopplungselemente übereinandergelegt zeigt, um deren Registeranordnung zu illustrieren;

Fig. 9 einen Grundriß eines zweiten Kopplungselements, welches drehbar mit ausgewählten Paneelen verbunden ist und geeignet für die lösbare Verbindung mit dem Kopplungs element der Fig. 7;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Ausschnitts aus der Konstruktion der Fig. 9 längs der Linien 10-10;

Fig. 11 eine detailiertere isometrische Darstellung eines Registervorsprungs, wie er mit der Konstruktion der Fig. 10 verwendet wird;

Fig. 12 eine detailiertere isometrische Darstellung einer Seilführungsbaugruppe der Konstruktion der Fig. 9;

Fig. 13 eine etwas schematisierte Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit teilweise entfalteten Solarzellenpaneelen; und

Fig. 14-17 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Raumfahrzeug 10 in einer Startkonfi guration dargestellt, wobei es eine gefaltete, gestapelte Solarzellenpaneelanordnung 12 trägt. Das Raumfahrzeug 10 kann eine oder mehrere derartige Anordnungen tragen. Die Anordnung 12 ist symmetrisch bezüglich der Achse 14, welche durch den Schwerpunkt des Raumfahrzeugs 10 verläuft. Die Anordnung 12 enthält eine Mehrzahl von Paneelen 16, welche an ihren Kanten längs paralleler Drehachsen mit Scharnieren verbunden sind. Ein Endpaneel 18 ist durch Scharniere 146 mit einer Endplatte 142 des Auslegers 24 (vgl. Fig. 2) längs der Drehachse 140 verbunden. Die Platte 142 ist trapezförmig und mit einem Ende am Ausleger 24 befestigt (Fig. 3). In gestapeltem Zustand liegt die Platte 142 auf dem Paneel 18 auf (Fig. 1) über einer etwas größeren trapezförmigen Öffnung 147 (Fig. 2) in Paneel 18. Die Platte 142 weist weiter Freiöffnungen 142′ und 143′ auf für an benachbarten Elementen befestigte Vorrichtungen, wenn diese gestapelt sind.

Das Endpaneel 18 weist ebenso eine Freiöffnung 18 ₁ auf, welche in gestapeltem Zustand benachbarte Anordnungen aufnimmt. Das Paneel 18 ist an einem seiner Enden mit einem Paneel 19 voller Größe mit einem Scharnier an einer Drehachse 18′ (Fig. 3) verbunden, welches seinerseits mit einem Paar von kleineren Paneelen 20 und 20′ mit Scharnieren an einer Scharnierachse 19′ verbunden ist usw. Das Paar von kleineren Paneelen 20 und 20′ sind voneinander durch einen Zwischenraum beabstandet, welcher groß genug ist, daß diese ohne Störung durch den Ausleger 24 entfaltet werden können. In gefaltetem Zustand werden die Paneele voller Größe auf der einen Seite des Auslegers 24 und die Paare vor kleineren Paneelen auf der anderen Seite des Auslegers 24 verstaut. Das Endpaneel 18 ist größer als die übrigen Paneele und überdeckt den gefalteten Stapel von Paneelen. Das Paneel 19 hat eine geringere als die halbe Größe des Paneels 18 und, insbesondere, eine Längs ausdehnung 1, welche kleiner ist als die halbe Längs ausdehnung 1′ des Paneels 18. Die Paneele 20 und 20′ haben die gleiche Länge, welche größer ist als die Länge 1 des Paneels 19. Die Differenz der Länge 1 des Paneels 19 und der Länge der Paneele 20 und 20′ entspricht der Quer ausdehnung des Auslegers 24, so daß die Paneele eine symmetrische Massenverteilung bezüglich der Achse 14 aufweisen, wenn sie gefaltet sind.

Ein zweites Paar von Paneelen 21 und 21′, jeweils mit der selben Längs- und Querausdehnung wie die Paneele 20 und 20′ sind mit diesen an einer Drehachse 27 durch Scharniere verbunden. Der Satz von Paneelen 20, 20′, 21 und 21′ umgrenzen eine rechteckige Öffnung 23, welche geringfügig größer ist als die Breite des Auslegers 24. Die Paneele 26 und 28 voller Größe haben die gleiche Ausdehnung wie das Paneel 19 und sind an den entsprechenden parallelen Drehachsen 29, 31 und 35 durch Scharniere verbunden, wie dargestellt.

Ein Satz 30 von vier kleineren Paneelen 30′, 30′′, 30 ₁ und 30 ₂ Weisen die gleichen Abmessungen auf wie der Satz von Paneelen 20, 20′, 21 und 21′ und umgrenzen eine Öffnung 32 ähnlich der Öffnung 23. Die Öffnungen 23 und 32 erlauben es den jeweiligen benachbarten Paneelen sich um den Ausleger 24 zu falten, so daß sich der Ausleger in der Mitte des gefalteten Stapels befindet. Die gefalteten Paneele 33 und 34 haben die gleichen Ausdehnungen wie die Paneele 30 ₁ und 30 ₂ und sind mit diesen durch Scharniere verbunden und als noch nicht vollständig entfaltet dargestellt. Die übrigen gefalteten Paneele wiederholen den Paneelsatz 30 und die Paneele 33 und 34 in der dargestellten Reihenfolge.

Die Anordnung der Paneele 16 befinden sich im entfalteten Zustand auf einer Seite des Auslegers 24, wobei die (nicht dargestellten) Solarzellen dem Betrachter zugewandt sind. Auf diese Weise ist keine der Zellen im Schatten des Auslegers und es wird ein maximaler Wirkungsgrad sicherge stellt. Bei einem Kommunikationssatelliten ist es wünschenswert, daß die Solarzellenpaneelanordnungen längs einer Achse entfaltet sind, welche durch den Schwerpunkt des Raumfahrzeugs verläuft, wie die Achse 14.

Bei dem Baum 24 (Fig. 3) kann es sich, wie in der Einführung erläutert, bei einer Ausführungsform um den kommerziell erhältlichen Astro-Mast handeln. Wie in Fig. 5 dargestellt, enthält der Ausleger 24 einen Satz von identischen Stäben hoher Festigkeit aus flexiblen Thermo plast mit quadratischem Querschnitt, z.B. mit 1 cm Seiten länge, durch welche Längsträger 36, 38 und 40 und eine Vielzahl von Leisten, z.B. 46, 47 und 48 gebildet werden, welche die Geometrie des entfalteten Auslegers 24 festlegen. Im entfalteten Zustand werden die Leisten aufgrund der Länge von flexiblen Drahtverstrebungen geringen Durchmessers daran gehindert sich voll gerade zu richten, z.B. durch die festgezogene Verspannung 56. Der Ausleger 24 ist im ausgefahrenen Zustand verhältnismäßig starr, jedoch kann er aufgerollt, zusammengefaltet und in eine flache Form gebracht werden, so daß er in einen Behälter mit geringem Volumen paßt. Z.B. kann der Ausleger 24, der ausgefaltet eine Länge von 20 m oder mehr aufweist, der noch in ein Volumen von gerade einigen Bruchteilen eines Kubikmeters verstaut werden.

Die Längsträger 36, 38 und 40 sind verhältnismäßig steif, dennoch sind sie ausreichend flexibel, so daß sie in einen Behälter 42 gespult werden können. Die unteren Enden der Längsträger 36, 38 und 40 sind an einem (nicht dargestell ten) Grad drehbar mit der inneren Bodenwand des Behälters 42 verbunden. Der Behälter 42 hat drei fluchtend angeordnete drehbare innere spiralförmige Längsträgerführungsschienen 44, welche konzentrisch um die Achse 14 angeordnet sind, wobei jede Schiene gleichzeitig einen verschiedenen der Längsträger 36, 38 und 40 aufnimmt und führt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält der Behälter 42 einen feststehenden zylindrischen Mantel 68 und eine in seinem Inneren angeordnete drehbare Nuß 70 im oberen Teil des Mantels, welche die drehbaren Längsträgerführungen 44 trägt. Die Nuß 70 wird durch ein Paar von Antriebsmotoren 72, die am Mantel 68 befestigt sind, gedreht. Während die Nuß 70 gedreht wird, zwingen die die Längsträger 36, 38 und 40 des Auslegers 24 enthaltenden spiralförmigen Führungen 44 (gl. Fig. 5) die Längsträger in den unteren Teil des Hohlraums des Mantels 68 oder aus dem Mantel, je nach der Drehrichtung der Nuß. Wenn die Längsträger 36, 38 und 40 (Fig. 5) aus dem Mantel 68 getrieben werden, werden sie durch Führungen 54 (nur eine dargestellt) parallel zur Achse 14 geführt (vgl. Fig. 5). Die Leisten, z.B. die Leisten 46, 47 und 48, sind an den Längsträgern befestigt und bilden eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten dreieckförmigen Bereichen senkrecht zur Achse 14. Jede Leiste endet an einem Verbindungsteil, welches an dem entsprechenden Längsträger befestigt ist. Z.B. sind die Leisten 46 und 47 mit dem Verbindungsteil 50 verbunden, die Leisten 46 und 48 sind mit dem Verbindungs teil 51 verbunden und die Leisten 47 und 48 sind mit dem Verbindungsteil 52 verbunden. Drehbar verbunden mit jedem Verbindungsteil 50, 51 und 52 ist eine entsprechende, aus thermoplastischem Material bestehende Rolle, wie die Rolle 53 am Verbindungsteil 50. Die Rollen 53 rollen in entsprechenden der drei korrespondierenden spiralförmigen Führungsschienen 54, wobei jede Schiene eine andere Längsträgerrolle führt, und die Rollen 53 werden durch die drei jeweiligen Führungseinrichtungen 44 mit Rollen führungsschienen parallel zur Achse 14 in die Schienen geführt. Jeder durch einen Satz von parallelen Leisten 47, 47′ und die verbundenen Längsträger, wie die Längsträger 36 und 40, gebildete rechteckige Rahmen wird durch einen Satz von zwei Verstrebungen, z.B. die Verstrebungen 56′, kreuzweise diagonal verstrebt.

Wie in Fig. 7 dargestellt, enthält ein typisches Verbindungselement 58 ein Glied 60, an dem ein Paar von Leisten, z.B. die Leisten 83 und 85, befestigt sind. Ein Körper 62 ist an dem Glied 60 drehbar gelagert und eine Rolle 64 ist am Körper 62 drehbar befestigt. Der Körper 62 kann sich um die Achse 66 gegenüber dem Glied 60 drehen. Ein Längsträger, wie der Längsträger 40, ist mit einem Körper 62′ verbunden, der sich um eine Achse 67 relativ zum Körper 62 drehen kann. Diese Konstruktion erlaubt es den Längsträgern 36, 38 und 40 sich um die Achse 14 (vgl. Fig. 5) zu wickeln, während sie es den Leisten 46, 47 und 48 erlaubt an den entsprechenden Verbindungselementen 50, 51 und 52 verbunden zu bleiben. Die Leisten 46-48 sind derart dimensioniert, daß sie sich aus dem Hohlraum des Behälters 42 etwas nach außen wölben, wenn der Ausleger aufgestellt wird. Beim Einziehen des Auslegers werden die Verstrebungen 56 innerhalb des Hohlraums zusammengelegt, da es sich um flexible Seile handelt, wodurch es ermöglicht ist, die Leisten innerhalb des Hohlraums des Behälters 42 zu stapeln. Die Ebene der Leisten, wie z.B. die durch die Leisten 46, 47 und 48 und die jeweiligen Verbindungs elemente 50, 51 und 52 gebildete dreieckige Ebene bleibt verhältnismäßig intakt, wenn die Längsträger in den Behälter 42 aufgerollt werden. Dies ist wichtig aus Gründen, die weiter unten erläutert werden. Wegen der inneren Steifigkeit der Längsträger und Leisten werden die Verstrebungen 56 und 56′ auf jeder Seite des Auslegers festgezogen durch die gewölbten Leisten, welche die Tendenz haben sich gerade zu richten, wenn der Ausleger aufgerichtet ist, so daß dieser ausgesteift wird. Die aus Ausleger und Behälter bestehende Konstruktion ist, soweit sie bisher beschrieben ist, kommerziell erhältlich.

Da der Ausleger innerhalb des Behälters 42 (vgl. Fig. 5) zusammengelegt wird, ist das Problem der Verbindung der Paneele 16 (vgl. Fig. 3) mit dem Ausleger mit vernachlässig barem Spiel, wenn der Ausleger sich selbst aus dem Behälter heraus aufrichtet, nicht ohne Schwierigkeit. Der Mechanismus für die Verbindung der Paneele mit dem Ausleger wird im folgenden beschrieben. Der Mechanismus enthält prinzipiell eine Mehrzahl von registerartig gegeneinander ausgerichteten Trägerbaugruppen 74, 74 ₁-₅ (vgl. Fig. 4, 7 und 8), welche an dem Ausleger befestigt sind, selbst wenn dieser zusammen gelegt wird und eine gleiche Anzahl von dazupassenden entsprechenden Spantenbaugruppen, wie die Baugruppen 90, 95-99 (vgl. Fig. 1, 3, 4 und 9), welche jeweils an einer gegebenen Drehachse mit einem Satz entsprechenden Paneelen, z.B. den Achsen 19′, 29, 35 usw. (vgl. Fig. 3) durch Scharniere verbunden sind. Die Spantenbaugruppen verbleiben mit den Paneelen drehbar verbunden, wenn diese gestapelt werden und von dem Ausleger freigegeben werden (vgl. Fig. 1) und, wenn die Paneele an den Ausleger angelegt und entfaltet werden (vgl. Fig. 3 und 4).

Wie weiter unten noch detailierter beschrieben werden wird, haben die registerartigen Baugruppen jeweils eine entspre chende Spantenbaugruppe. Jede der registerartigen Baugruppen kommt mit der entsprechenden Spantenbaugruppe lösbar zum Eingriff, wenn diese registerartige Baugruppe aus dem Behälter 42 heraustritt (vgl. Fig. 5), wobei sie mit dieser Spantenbaugruppe ausgerichtet ist, und wird von der entsprechenden Spantenbaugruppe gelöst, wenn der Ausleger in den Behälter hinein zusammengelegt wird. Im letztgenannten Fall stapeln sich die Spantenbaugruppen und die Paneele automatisch in einer vorgegebenen Ausrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt. Im gestapelten Zustand bleibt nur das Endpaneel 18 über die Endplatte 142 mit dem Ausleger verbunden; alle übrigen Paneele sind vollständig frei von irgendeiner direkten Verbindung mit dem Baum, z.B. durch Scharniere. Die Spantenbaugruppen jedoch sind, wenn sie gestapelt sind, bezüglich der Auslegerachse 14 und den registerartigen Trägerbaugruppen durch mit dem Behälter 42 verbundene Säulen 128, 128′ und 128′′ ausge richtet (vgl. Fig. 4), wie weiter unten noch detailierter beschrieben wird.

Wie Fig. 7 zeigt, ist die registerartige Trägerbaugruppe 74 an einem Satz von Stäben 83, 85 und 87, welche in einer Ebene liegen, befestigt. Die registerartige Trägerbaugruppe 74 enthält ein dreieckiges Element 76 mit einer zentralen Öffnung 82 und drei identischen Armen 77, 78 und 79, welche sich jeweils von der Achse 14 längs dreier gleich weit auseinanderliegender radialer Linien 77′, 78′ und 79′ erstrecken. Z.B. der Arm 77 enthält ein Paar von beabstandeten Vorsprüngen 80, eine Registeröffnung 81 und eine U-fÖrmige Klammer 89, welche an den Arm 77 angeschraubt ist, um den Arm an dem Stab 83 zu befestigen. Die Arme 78 und 79 sind in ähnlicher Weise an entsprechenden Stäben 85 und 87 befestigt. Die Vorsprünge 80 biegen die Stäbe in einer vorgegebenen Vorspannungsrichtung aus. Wenn der Ausleger 24, wie beschrieben, errichtet wird, bekommen die Stäbe die Tendenz sich zu wölben. Die Vorspannungswölbung bringt die mit den verschiedenen Registerbaugruppen verbundenen Stäbe in den gewölbten Zustand für den aufgestellten Ausleger, um einen möglichen Fehler oder ein Verhaken der Vorrichtung zu verhindern, welches andernfalls auftreten könnte, wenn die Stäbe an ihrem Platz ohne Wölbung eingeklemmt sind. Diese Wirkung der Wölbung ist notwendig, um die Verstrebungen zu spannen, wenn sich der Ausleger in den aufgerichteten Zustand verlängert. Weil jede Trägerbaugruppe, z.B. die Baugruppe 74, mit den Stäben, z.B. 83, 85 und 87, verbunden bleibt, wenn der Ausleger 24 ausgefahren oder zurückgezogen wird, ist es wichtig, daß die dreieckigen Elemente, z.B. 76, so dimensioniert sind, daß sie in den Behälter 42 passen, wenn die Längsträger aufgerollt werden.

In Fig. 8 sind die sechs unterschiedlichen registerartigen Trägerbaugruppen 74, 74 _1-5 längs der Achse 14 übereinander gestapelt dargestellt, um die relativen Lagen der beabstandeten Registeröffnungen zu verdeutlichen. Die Registeröffnungen jeder Trägerbaugruppe, wie die Öffnungen 81 des Elements 76, liegt auf verschiedenen korrespondieren den Sätzen von radialen Linien, welche von der Achse 14 ausgehen. Eine der Öffnungen 81 liegt auf der radialen Linie 81′, z.B. die Öffnung 81 ₁ des Elements 74 ₂ liegt auf der radialen Linie 81 ₁′ usw. Alle Öffnungen 81, 81 ₁ usw. der übereinandergelegten Arme der verschiedenen Träger baugruppen sind beim Blick in einer Richtung parallel zur Achse 14 voneinander beabstandet und liegen auf einer Linie, z.B. der Linie 84. Die Öffnungen der übrigen Arme, z.B. die Anordnung 93 der mit den Armen 78 usw. korrespon dierenden Öffnungen und die Anordnung 95 der mit den Armen 77 usw. korrespondierenden Öffnungen liegen auf Linien 93′ bzw. 95′ in einer ähnlichen Lage mit gegen seitigem Abstand. Es ist einzusehen, daß, wenn der Ausleger aufgestellt ist, die Baugruppen 74, 74 ₁, 74 ₂ usw. eine voneinander beabstandete Lage einnehmen, eine über der anderen, wie in Fig. 4 dargestellt.

In Fig. 4 (die Paneele sind zum Zwecke der Vereinfachung der Darstellung weggelassen) ist die Trägerbaugruppe 74 mit der benachbarten Drehachse 19′ der Paneele 19, 20 und 20′ (vgl. Fig. 3) ausgerichtet. Eine zweite registerartige Trägerbaugruppe 74 ₁ ist mit der Drehachse 29 der Paneele 21, 21′ und 26 fluchtend ausgerichtet. Eine dritte register artige Trägerbaugruppe 74 ₂ ist mit der benachbarten Drehachse 35 ausgerichtet usw. Daher ist eine Register trägerbaugruppe benachbart ausgerichtet mit abwechselnden Drehachsen über die Länge der Paneelbaugruppe 16 (vgl. Fig. 3). In Fig. 4 sind die Stäbe unterhalb der Register trägerbaugruppen mit den Klammern, z.B. der Klammer 89 (vgl. Fig. 7) auf der dem Behälter 42 zugewandten Seite verbunden. Weil die Registerträgerbaugruppen am Ausleger befestigt sind, haben die Registeröffnungen 81 usw. eine gegebene Orientierung und Ausrichtung, wenn sie aus dem Behälter 42 heraustreten infolge der fluchtenden Ausrichtung der Längsträger durch die Schienen der Einrichtungen 54 (vgl. Fig. 5).

In Fig. 9 ist dargestellt, daß die Spantenbaugruppe 90 mit den Paneelen 19, 20 und 20′ durch Scharniere 92 und 94 (vgl. auch Fig. 3) längs der Drehachse 19′ drehbar verbunden ist. Das Scharnier 92 verbindet die Baugruppe 90 mit den Paneelen 19 und 20′ und das Scharnier 94 verbindet die Baugruppe 90 mit den Paneelen 19 und 20. Die Spantenbau gruppe 90 repräsentiert weitere fünf zusätzliche Spantenbaugruppen 95, 96, 97, 98 und 99 (vgl. Fig. 4). Die Spantenbaugruppe 95 ist drehbar verbunden mit den Paneelen 21, 21′ und 26 (vgl. Fig. 3), die Spantenbaugruppe 96 ist drehbar verbunden mit den Paneelen 28, 30′ und 30′′ und die Spantenbaugruppe 97 ist drehbar verbunden mit den Paneelen 30 _1, 30 ₂ und 33. Die Spantenbaugruppen 98 und 99 sind mit weiteren, in Fig. 3 nicht dargestellten Paneelen verbunden.

Die Spantenbaugruppe 90 in Fig. 9 enthält ein Element 91 mit einer dreieckigen Mittelöffnung 100 und einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Öffnungen 101, 103, 105, 107, 109 und 111. Die gleichen Bezugszeichen mit einfachen Strichen (") und doppelten Strichen (′′) auf einer Spanten baugruppe repräsentieren identische Teile. Die Öffnung 100 ist derart dimensioniert, daß der Ausleger 24, wie in Fig. 7 dargestellt, längs der Auslegerachse 14 durch diese hindurchtreten kann; die anderen Öffnungen dienen dagegen der Reduzierung des Gewichts. Das Element 91 verfügt über drei feste Bereiche 102, 104 und 106, welche durch Rippen, z.B. durch die Rippen 115, 117, 119, 121 usw. verbunden sind, wobei jeder der Bereiche längs einer entsprechenden Seite der dreieckigen Öffnung 100 beabstandet ist. Die Bereiche 102 und 106 stimmen spiegelbildlich überein. Jeder feste Bereich grenzt an die Öffnung 100 mit zwei ähnlichen parallelen beabstandeten Rippen an. Z.B. die Rippen 108 und 110 begrenzen den Bereich 102, die Rippen 108′ und 110′ begrenzen den Bereich 104 usw.

In Fig. 10 ist dargestellt, daß die Rippen, z.B. die Rippen 108 und 110, welche einen festen Bereich, z.B. den Bereich 102 (Fig. 9) einer jeden Spantenbaugruppe begrenzen, eine lineare Anordnung von gleichmäßig beabstandeten und fluchtend angeordneten Öffnungen der gleichen Größe aufweisen. Wie in den Fig. 5 und 9 dargestellt, ist in ausgewählten Öffnungen 111 der Rippen 108 und 110 ein Registervorsprung 112 befestigt. Der Vorsprung 112 hat wie die Fig. 10 und 11 darstellen, einen L-förmigen Körper 113 mit einem daran angehängten Zapfen 114. Der Zapfen 114 verfügt über eine konusförmige, gespaltene Spitze, welche derart dimensioniert ist, daß sie im Eingriff stramm mit federndem Sitz in eine der Registeröffnungen einklinkt, z.B. die Öffnung 81 der Registerträgerbaugruppen 74, 74 ₁-74 _5, wie Fig. 8 zeigt. Beim Eingriff wird der Zapfen federnd zusammengedrückt und durch diesem Sitz wird Spiel und eine lose Lage zwischen dem Zapfen 114 und der dazu passenden Öffnung verhindert. Der Körper 113 ist mit einem Gewinde versehen, so daß er in vorgegebene Öffnungen 111 (vgl. Fig. 10) der Rippen, z.B. 108 und 110 eingeschraubt werden kann. Der Körper 113 paßt genau zwischen die Rippen. Da die Öffnungen 111 aller der Rippen 108 und 110 in jeder Spantenbaugruppe voneinander identische Abstände und Dimensionen aufweisen, kann ein Vorsprung 112 wahlweise in jenen Öffnungen 111 befestigt werden, durch welche der daran befestigte Zapfen 114 mit einer darzugehörigen Öffnung, z.B. der Öffnung 81, einer Registerträgerbaugruppe fluchtend ausgerichtet ist, wenn die Trägerbaugruppe aus dem Behälter heraustritt. An jedem Satz von Rippen, z.B. dem Satz 108, 110; 108′, 110′; und 108′′, 110′′ einer jeden Spantenbaugruppe ist ein Vorsprung 112 befestigt. Die Zapfen 114 eines vorgegebenen Satzes sind so ausgerichtet, daß sie mit dem Satz von Öffnungen einer korrespondierenden Registerbaugruppe zusammenpassen. Die Ausrichtung ist für jede verschiedene Spantenbaugruppe verschieden, so daß diese nur ihre zugehörige Registerbaugruppe paßt.

Fig. 5 zeigt z.B., daß der Zapfen 114 sich in Richtung auf den Behälter 42 erstreckt und mit einer Öffnung 81 des Elements 76 der Registerträgerbaugruppe 74 fluchtet und in diese Öffnung eingreift, wenn der Ausleger aus dem Behälter in Richtung 116 aufsteigt. Die Spantenbaugruppe hat drei identische Vorsprünge 112, 112′ und 112′′, welche jeweils an den korrespondierenden Rippen der benachbarten festen Bereiche 102, 104 und 106 befestigt sind und so ausgerichtet sind, daß sie simultan in die entsprechenden Registeröffnungen eingreifen, die mit der Öffnung 81 einer gegebenen passenden Registerträgerbaugruppe korrespondieren, wenn diese Trägerbaugruppe aus dem Behälter hervortritt.

An jedem der festen Bereiche 102, 104 und 106 sind jeweils identische Reibungskraftfedermotoren 118, 118′ und 118′′ befestigt. Ein typischer Federmotor enthält zwei um parallele Achsen drehbare Walzen. Eine flache Bandmetall feder ist mit einem Ende an der einen Walze befestigt und mit einem zweiten Ende an der anderen Walze. Das Band ist normalerweise auf eine der Walzen aufgewickelt und derart verbunden, daß es sich um die andere Walze windet, wenn sich diese dreht. Die Drehung der leeren Walze windet das Band um diese herum und bewirkt, daß das Band eine latente Spannung aufbaut, welche, wenn sie gelöst wird, bewirkt, daß das Band auf die Walze zurückgewunden wird, von der es abgewickelt worden ist. Federmotoren sind weithin bekannt.

Wie Fig. 5 zeigt, ist eine Spule mit einem hochfesten Seil 122 auf der leeren Walze des Federmotors 118 angebracht. Ein Ende des Seiles 122 ist so geführt, daß es über eine Rolle 127 einer in Fig. 12 dargestellten Führung 124 und durch eine Öffnung 125 in den Bereich 102 verläuft. Das freie Ende des Seils 122 ist an der nächst benachbarten Spantenbaugruppe, z.B. der Baugruppe 95 (vgl. Fig. 4) befestigt. Das Seil 122 befindet sich, wenn es, wie in Fig. 4 dargestellt, herausgezogen ist, unter einer Spannung, die durch den Motor 118 hervorgerufen wird, welcher derart vorgespannt ist, daß er das Seil 122 zurückwickelt und die Baugruppen 95 und 90 zusammenzieht. In gleicher Weise haben die in Fig. 9 dargestellten Federmotoren 118′ und 118′′ entsprechende Seile 122′ und 122′′, welche in ähnlicher Weise mit der Baugruppe 95 verbunden sind. Die federbelasteten Seile 122, 122′ und 122′′ (Fig. 4) sind im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Achse 14 verteilt (Fig. 9), so daß eine gleichförmige Spannungsbelastung zwischen den Spantenbaugruppen 90 und 95 hervorgerufen wird.

Da der Ausleger 24 durch den Antriebsmechanismus im Behälter 42 in die Richtung 116 gezwungen wird, zieht die Feder vorspannung auf den Seilen 122, 122′ und 122′′ in Richtung 123 die Spantenbaugruppe 90 und deren korrespondierende Fortsätze 112, 112′, 112′′ (Fig. 9) in eine Richtung, durch die der verriegelnde Eingriff der Zapfen 114 (Fig. 10) mit den Öffnungen 81 der Registerträgerbaugruppe 14 (Fig. 5) aufrechterhalten wird. Diese Federvorspannungsbelastung erhält daher die ineinander eingreifenden Spanten- und Registerträgerbaugruppen in Eingriff während der Ausleger ausgefahren wird. Ähnliche Federmotoren, jedoch von verschiedener Größe, befinden sich auf jeder Spanten baugruppe und sind in ähnlicher Weise an den nächst benachbarten tieferen Spantenbaugruppen in Richtung 123 zum Behälter 42 hin angebracht.

Die unterste Spantenbaugruppe 99 (Fig. 4) wird federnd in Richtung 123 zum Behälter 42 hin gezogen durch drei Federmotoren 132, 132′ und 132′′, die an der Außenseite des Mantels 68 des Behälters 42 angebracht sind. Die Motoren 132, 132′ und 132′′ ziehen an Bändern 134, 134′ und 134′′, die an der untersten Spantenbaugruppe 99 befestigt sind.

Die durch die untersten Federmotoren 132, 132′ und 132′′ ausgeübten Kräfte sind die größten und die durch die Motoren 118, 118′ und 118′′ ausgeübten Kräfte sind die geringsten. Die Federmotoren einer jeden Spantenbaugruppe nehmen in ihrer Kraft, um ein Beispiel anzugeben, um etwa 15 Newton für jede näher zum Behälter 42 hin liegende Spantenbaugruppe zu. Die durch die Motoren 132, 132′ und 132′′ ausgeübten Kräfte können z.B. jeweils 25 Newton betragen, die der nächsten Motoren 20 Newton jeweils, die der nächsten Motoren 15 Newton jeweils usw. Diese Kraftunterschiede sind notwendig, damit die unterste Baugruppe eines gekoppelten Paares von Spantenbaugruppen gegen die Kraft der Federmotoren in den obersten Spantenbaugruppen in Richtung auf den Behälter 42 gezogen wird. D.h., der Motor einer oberen Spantenbaugruppe hat die Tendenz, eine untere Spantenbaugruppe in eine Richtung 116 zu ziehen, und diese damit von der in Eingriff stehenden Registerträgerbaugruppe auszuklinken. Um ein derartiges Ausklinken auszuschließen zieht der Motor der nächst niedrigen Baugruppe diese Baugruppe in Richtung der nächstbenachbarten niedrigeren Baugruppe mit einer größeren Kraft usw. bis die unterste Spantenbaugruppe mit der größten Kraft in Richtung auf den Behälter 42 gezogen wird. Diese Motoren stellen daher sicher, daß alle Spantenbaugruppen und alle Registerbaugruppen während des Entfaltungsvorgangs in Eingriff bleiben.

Die Scheitelpunkte der dreieckigen Öffnungen 100 der Spanntenbaugruppe 90 (vgl. Fig. 9) sind drei jeweils identische Fluchtungsöffnungen 126, 126′ und 126′′. Die Öffnungen 126, 126′ und 126′′ sind so dimensioniert, daß sie unter geringem Spiel durch korrespondierende, jeweils identische nach oben stehende, abgestufte Säulen 128, 128′ und 128′′, welche auf einem Ring 130 am oberen Rand des Behälters 42, wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, auf genommen werden. Üblicherweise hat eine Säule 128′ eine Vielzahl von abgestuften Schultern mit verschiedenen Durchmessern. Die Öffnung 126′ (Fig. 9) ist so dimensioniert, daß sie stramm zusammenwirkt mit der obersten Schulter mit dem zweitkleinsten Durchmesser. Dadurch wird es der Spantenbaugruppe 90 erlaubt, in einem gegebenen Abstand über der nächstniedrigeren benachbarten Spantenbaugruppe 95 zu ruhen, welche ihrerseits auf den Schultern der Säulen 128, 128′ und 128′′ mit dem nächstgrößeren Durchmesser direkt daneben ruht. Die Spantenbaugruppe 95 (Fig. 1) hat mit den Öffnungen 126, 126′ und 126′′ korrespondierende, jedoch größere Öffnungen. Die Baugruppe 95 ruht auf einer Schulter der Säule 128, welche einen größeren Durchmesser hat als die Schulter auf der die Spantenbaugruppe 90 ruht, usw. Die Säulen 128, 128′ und 128′′ greifen jeweils in eine verschiedene der Öffnungen 126′, 126′′ bzw. 126 (vgl. Fig. 9) ein, wenn sich die Spantenbaugruppen und die Paneele in der in Fig. 1 dargestellten gefalteten, gestapelten Konfiguration befinden. Dies stellt sicher, daß sich die Spantenbaugruppe mit einem gegenseitigen Abstand in der gewünschten fluchtenden Ausrichtung bezüglich der Achse 14 des Auslegers und der Registerbaugruppen 74 usw. befinden. Die übrigen Spantenbaugruppen 95 bis einschließlich 99 sind ungefähr in ähnlicher Weise wie die Spantenbaugruppe 90 der Fig. 9 konstruiert, wobei sie sich in der Größe der Reibungskraftfedermotoren unter scheiden.

Wie oben unter Hinweis auf die Fig. 2 und 3 erläutert, ist das oberste Paneel 18 längs der Drehachse 140 durch Scharniere 146 an der Endplatte 142 befestigt, die Endplatte 142 ist mit den Enden der Längsträger des Auslegers 24 durch Schrauben 142 und Verbindungselemente (nicht dargestellt) verbunden. Schrauben 144 befestigen mehrere längliche Widerlager 148 (Fig. 1) an der Endplatte 142. Das abstehende Ende der Widerlager 148 kommt zum Eingriff mit den gewölbten oberen Enden der Säulen 128, 128′ und 128′′. Dadurch werden die obere Platte 142 und das Endpaneel 18 plaziert und festgelegt, wenn der Ausleger zurückgezogen wird.

Was die Betriebsweise betrifft, so werden, wie Fig. 1 zeigt, die Paneele 16 und der Ausleger 24 derart verstaut, daß die zieharmonikaartig gefalteten Paneele paarweise mit einander gegenüberliegenden Solarzellen fluchtend gestapelt werden. Die Federmotoren der Spantenbaugruppe (Fig. 9) werden aufgezogen und die jeweiligen Zugseile 122 usw. (Fig. 4) auf die entsprechenden Walzen aufgewickelt.

Die Spantenbaugruppen 90 und 95-99 werden mit ihren entsprechenden Säulen 128, 128′ und 128′′ zum Eingriff gebracht und an diesen durch Befestigungsbolzen und/oder Befestigungsstrippen (nicht dargestellt), wie sie üblicherweise zur Befestigung von Solarzellenanordnungen auf Satelliten während des Startbetriebs verwendet werden. Die Öffnungen 142′, 18 ₁ (Fig. 2) bieten Platz für die vorspringenden Teile der Federmotoren der benachbarten Spantenbaugruppe 90. Sobald sich der Satellit in der Umlaufbahn befindet werden die Befestigungsbolzen und -strippen durch pyrotechnische Einrichtungen oder durch andere Entriegelungsmechanismen freigegeben. Sobald die Paneele freigegeben sind werden die Motoren 72 zum Ausfahren des Auslegers in Betrieb gesetzt und die Nuß 70 wird gedreht, so daß der Baum 24 (vgl. Fig. 5) aus dem Behälter 42 ausgefahren wird.

Wie Fig. 3 zeigt, fährt zunächst die Platte 142 nach "oben" in Richtung 116 und hebt das damit über Scharniere verbundene Paneel 18, wodurch das Paneel 18 längs der Drehachse 18′ entfaltet wird. Wenn die folgenden Paneele entfaltet werden (Fig. 3) nähert sich die am Ausleger 24 angebrachte oberste Registerträgerbaugruppe 74 der Austrittsöffnung des Behälters 42. Deren Registeröffnungen 81 stimmen fluchtend überein mit den Zapfen 114 der Vorsprünge 112 der Spantenbaugruppe 90 infolge der Einrichtung 54 und der Säulen 128, 128′ und 128′′ (vgl. Fig. 4 und 5) und kommen damit gleichzeitig an drei beabstandeten Punkten (Fig. 7) zum Eingriff. Die fortgesetzte Verschiebung des Auslegers in Richtung 116 (Fig. 5) bewirkt, daß das Element 76 nach oben gegen die Vorsprünge 112 der Spantenbaugruppe 90 geschoben wird und diese damit anhebt (Fig. 6). Da die Paneele 19, 20 und 20′ durch Scharniere mit der Spantenbaugruppe 90 verbunden sind, werden diese Paneele automatisch angehoben, wenn die Spantenbaugruppe durch die Registerträgerbaugruppe 74 gehoben wird. Durch diesen Vorgang werden automatisch die Federmotoren auf der Baugruppe 90 abgewickelt und die Seile 122, 122′ und 122′′ unter Spannung abgewickelt.

Der Ausleger 24 fährt fort sich in Richtung 116 zu bewegen, wobei die Paneele mit der Bewegung nach "oben" entfaltet werden. Die Registeröffnungen der nächsten Registerträger baugruppe 74 ₁ (Fig. 4) kommen in Eingriff mit den drei Vorsprüngen 114 der Spantenbaugruppe 95, wodurch diese Baugruppe nach oben in Richtung 116 gehoben wird. Bei der weiteren Bewegung des Auslegers nach "oben" kommen die Registeröffnungen einer jeden Registerträgerbaugruppe in Eingriff mit den korrespondierenden fluchtenden Zapfen der Fortsätze der zugehörigen Spantenbaugruppen, wodurch diese Baugruppen und die daran durch Scharniere oder in entsprechender Weise drehbar angebrachten Paneele angehoben werden. Wenn die Spantenbaugruppen,wie in Fig. 3 dargestellt, angehoben werden, wird jeder der Federmotoren abgewickelt, wobei die auf den Walzen aufgewickelten Seile gespannt werden und dadurch eine Spannungsbelastung zwischen den zusammengehörenden Spantenbaugruppen (Fig. 4) erzeugt wird.

Auf diese Weise werden schließlich alle Spantenbaugruppen aus dem Behälter 42 (vgl. Fig. 1) freigegeben und in ihre voneinander beabstandeten aufgefalteten Positionen (Fig. 4) gebracht. Der ausgefahrene Ausleger 24 ist starr und in der Lage die verhältnismäßig schweren die Solarzellen tragenden Paneele ohne schädliche Verbiegung zu halten. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß der Ausleger 24, wenn dies gewünscht ist, zurückgezogen werden kann, um die Paneele in ihre ursprüngliche Stauposition, wie in Fig. 1 dargestellt, zu falten. Auch ist jedes Spiel zwischen den Spanten- und Registerträger baugruppen wirksam ausgeschlossen durch den strammen Sitz der Zapfen und der dazugehörenden Öffnungen, wodurch die durch andernfalls vorhandenes geringfügiges Spiel bedingten Trägheitsmomente reduziert werden.

Fig. 13 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Entfaltungsvorrichtung, bei der die Paneele 150 bezüglich des Auslegers 152 asymmetrisch verstaut werden. In diesem Fall ist der Behälter 154 an einer Kante 156 des Raumfahrzeugs 158 befestigt. Die Paneele, wie z.B. Paneele 150′ und 150′′ liegen alle auf derselben Seite des Auslegers 152 und es ist keine Mittelöffnung in den Paneelen notwendig, durch die der Ausleger 152 beim Falten aufge nommen wird, wie die Öffnungen 23 und 32 in Fig. 3. Daher können die Paneele sowohl symmetrisch wie asymmetrisch bezüglich dem Schwerpunkt des Raumfahrzeugs verstaut werden, je nach dem gegebenen Anwendungsfall.

In den Fig. 14-17 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine spiralförmig gewundene Antenne 200 (nicht dargestellt in Fig. 16) symmetrisch in Form einer zusammengelegten, um die Achse des Auslegers 202 gewundenen Spule verstaut ist. Der Ausleger befindet sich innerhalb eines Kreises, dessen Durchmesser rund die Hälfte des Durchmessers der entfalteten Spiralantenne beträgt. Die Spanten 204-216 (Fig. 15) sind in diesem Fall dreieckig und in regelmäßigen Abständen mit der inneren Oberfläche der Spiralantenne durch Stifte 207 und Stiftverbindungen an jedem Spant befestigt, wie z.B. die Verbindung 218 am Spant 206, wodurch die Rotation der Antenne um die Stiftachse sichergestellt ist. Die Stifte 207, die die Antenne mit den Spanten verbinden, bestehen aus länglichen Stangen, welche starr an der Antenne und drehbar über die Stiftverbindungen an den Spanten angebracht sind. An jedem Stift ist ein dem Stiftverbindungselement benachbarter Anschlag 224′ angebracht. Die Spanten 204-216 werden ihrerseits aus ihrer Stauposition durch den ausfahrenden Ausleger 202 durch die in Eingriff kommenden Registerträger, wie z.B. den Träger 222 in Fig. 16 aufgenommen. Nach dem vollständigen Entfalten wird der Spiralwinkel α der Antenne bezüglich der Achse 14′ des Auslegers durch einen mechanischen Stopper 224 auf dem eingeklinkten Spant, welcher auf den Anschlag 224′ zu liegen kommt, festgelegt. Der Stopper 224 ist in Übereinstimmung mit dem gewünschten Winkel der entfalteten Spirale angeordnet und daher werden der Anschlag 224′, der eingreifende Stift 204 und damit der Winkel der Antenne festgelegt. Der Stift rotiert bezüglich des Spants über das Stiftverbindungselement 218 auf dem Spant. Das Verstauen der Antenne wird vollzogen durch Zurückholen des Auslegers in seinen Behälter, so daß die Spirale in ein Paket, ähnlich einer enggewickelten Feder zusammengelegt wird. In diesem Fall ist der Ausleger gefertigt aus für Strahlung durchlässigen Material einschließlich der Längsträger, Leisten, Verstrebungen und Verbindungslemente, um eine Beeinflussung der Strahlung der durch die Antenne gesendeten oder empfangenen Signale zu verhindern. Die Stifte und die Stiftverbindungs elemente sind ebenfalls aus strahlungsdurchlässigem Material gefertigt. Alternativ kann das Stiftverbindungs element an der Antenne und der Stift starr an dem zugehörigen Spant befestigt werden. In diesem Fall sind die Stopper am Stiftverbindungselement an der Antenne angebracht.

Claims

1. Entfaltungsvorrichtung für eine zusammenlegbare Struktur, gekennzeichnet durch

einen Träger;
einen ausfahrbaren Ausleger (24), der an dem Träger befestigt ist;
eine zusammenlegbare Struktur (12), die in der entfalteten Anordnung verlängert und ausgefahren ist und in der zurückgezogenen Anordnung zusammengelegt und gefaltet ist;
eine erste Einrichtung (142, 143) zur drehbaren Befestigung des Endes der Struktur (12) an dem Ausleger (24) in der Nähe eines Endes des Auslegers;
eine zweite Einrichtung (74, 74 ₁-74 ₅, 90, 95-99), die an dem Ausleger (24) und an der Struktur (12) befestigt ist zur lösbaren Verbindung ausgewählter beabstandeter Bereiche der Struktur (12) an dem Ausleger (24) an korrespondierenden, über deren Länge voneinander beabstandeten Stellen mit vernachlässigbarem Spiel, wenn der Ausleger ausgezogen wird, und zur Lösung der ausgewählten Bereiche von dem Ausleger, wenn der Ausleger zurückgezogen wird, wobei die zweite Einrichtung eine Einrichtung (126, 126′, 126′′) zur fluchtenden Ausrichtung der Struktur (12) mit dem Ausleger enthält, wenn die Bereiche von der Länge des Auslegers gelöst werden;
und eine Einrichtung (70, 72) zum wahlweisen Ausfahren und Zurückziehen des Auslegers, die mit dem Träger und dem Ausleger (24) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (74, 74 ₁- 74 ₅, 90, 95-99) zur lösbaren Befestigung eine Mehrzahl von ersten Elementen (74, 74 ₁-74 ₅) die an dem Ausleger voneinander beabstandet in einer gegebenen fluchtenden Ausrichtung befestigt sind, und eine Mehrzahl von zweiten Elementen (90, 95-99), die jeweils an einem, mit diesem korrespon dierenden ausgewählten Bereich drehbar befestigt sind, enthält, wobei der Träger eine Einrichtung (128, 128′,128′′) zur fluchtenden Ausrichtung der zweiten Elemente (90, 95-99) in einer gestapelten Anordnung, wenn die Struktur (12) in die gegebene fluchtende Ausrichtung zusammengelegt ist, enthält, und die ersten (74, 74 ₁-74 ₅) und die zweiten (90, 95-99) Elemente eine Einrichtung (81, 112, 114) enthalten, welche in der gegebenen fluchtenden Ausrichtung zum lösbaren Einklinken und Ausklinken geeignet sind, zur Verbindung der ersten und zweiten Elemente mit vernachlässig barem Spiel im eingeklinkten Zustand, wobei jedes zweite Element mit einem getrennten, verschiedenen ersten Element korrespondiert, welches an den Ausleger ankoppelt wenn dieser ausgefahren wird, und von dem Ausleger abkoppelt, wenn dieser zurückgezogen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (81, 112, 114) welche zum Einklinken und Ausklinken an den Ausleger geeignet ist, einen Zapfen (114) an dem einen der ersten (74,74 ₁-74 ₅) oder den zweiten Elementen (90,95-99) und eine Öffnung (81) an dem anderen dieser Elemente enthält, welche miteinander fluchtend ausgerichtet und zum Einklinken in einen gegenseitigen strammen Sitz geeignet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (74, 74 ₁-74 ₅) und die zweiten (90, 95-99) Elemente als Sätze ausgebildet sind, wobei die Zapfen (114) und die Öffnungen (81) eines jeden Satzes eine gegebene fluchtende Ausrichtung parallel zur Richtung des Ausfahrens des Auslgers (24) aufweisen, welche verschieden ist von der fluchtenden Ausrichtung der übrigen Sätze der ersten und zweiten Elemente.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (24) im ausgefahrenen Zustand in einer Achse (14) liegt, wobei die erste Befestigungseinrichtung (142, 143) eine Einrichtung zur Fixierung der ausgewählten Bereiche an dem Ausleger enthält, so daß die zusammengelegte Struktur symmetrisch und im wesentlichen senkrecht zur Achse (14) ist, wenn der Ausleger zurückgezogen ist, und die Struktur im entfalteten Zustand parallel zur Achse ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (24) im ausgefahrenen Zustand in der Achse (14) liegt, wobei die erste Befestigungseinrichtung (142, 143) eine Einrichtung zum Fixieren der Struktur an dem Ausleger enthält, derart daß die zusammengelegte Struktur, wenn der Ausleger zurückgezogen ist, sich auf einer Seite und im wesentlichen senkrecht zur Achse (14) befindet und die Struktur im entfalteten Zustand auf dieser einen Seite verbleibt und parallel ist zur Achse (14).

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (12) eine Mehrzahl von durch Scharniere verbundene Paneele (18, 19, 20, etc.) enthält, welche im ausgefahrenen Zustand eine lineare Anordnung (16) bilden und im gefalteten Zustand übereinander gestapelt sind, wobei die erste Befestigungs einrichtung (142, 143) eine Einrichtung enthält, mit der ausgewählte der Scharniere der Paneele mit dem Ausleger drehbar verbindbar sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur einen kontinuierlichen Antennenleiter (200) enthält, der im ausgefahrenen und im zusammengelegten Zustand eine Spirale bildet.

9. Einrichtung zum Entfalten eines Paneels, gekennzeichnet durch

einen Träger (130) mit einer Einrichtung zur fluchtenden Ausrichtung des Paneels;
einem ausfahrbaren und zusammenlegbaren Ausleger (24), der mit dem Träger (130) verbunden ist;
eine Einrichtung (36, 38, 40), die mit dem Träger (130) und dem Ausleger (24) verbunden ist, zum Einrollen des Auslegers in einen zusammengelegten, zurückgezogenen Zustand und zum Ausrollen und Ausfahren des Auslegers in einen ausgefahrenen Zustand;
eine Mehrzahl von Paneelen (18, 19, 20, etc.), die miteinander an parallelen Drehachsen drehbar verbunden sind, derart daß sie übereinander in einen zusammengelegten Zustand faltbar sind und in einem entfaltetem Zustand eine lineare, im wesentlichen coplanare Anordnung bilden;
eine Einrichtung (142, 143) zur drehbaren Befestigung eines Endes des Paneels (18) der Anordnung an dem Ausleger; und
eine Einrichtung, welche zur Verbindung mit der Einrichtung zur fluchtenden Ausrichtung geeignet ist, zur lösbaren fluchtenden Ausrichtung und Befestigung ausgewählter der Paneele an den Ausleger, wenn der Ausleger aus dem zurückgezogenen Zustand ausgefahren wird, und zur Ent koppelung dieser ausgewählten Paneele von dem Ausleger, wenn der Ausleger zurückgezogen wird, derart daß die Paneele automatisch gefaltet und in die fluchtende Ausrichtung gestapelt werden, wenn der Ausleger zurückgezogen wird, und an den Ausleger fixiert und in die ausgefahrene Anordnung gebracht werden, wenn der Ausleger ausgefahren wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur fluchtenden Ausrichtung des Paneels eine Mehrzahl von beabstandeten, an dem Träger (130) befestigten Führungs säulen (128, 128′,128′′) enthält und eine Mehrzahl von Führungsöffnungen (126, 126′,126′′), die mit den Paneelen (18, 19, 20, etc.) verbunden und zum Eingriff der Führungs säulen geeignet sind, wenn die Paneele gefaltet und gestapelt werden.

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur lösbaren Befestigung der Paneele an den Ausleger eine Mehrzahl von ersten Elementen (74, 74 ₁-74 ₅) enthält, welche voneinander beabstandet und in fluchtender Ausrichtung an dem Ausleger (24) angebracht sind, derart daß die ersten Elemente übereinander stapelbar sind, wenn der Ausleger zurückgezogen wird, sowie eine Mehrzahl von zweiten Elementen (90, 95-99), welche drehbar befestigt sind an einem verschiedenen, korrespondierenden der ausgewählten Paneele an ausgewählten der Drehachsen, wobei die zweiten Elemente (90, 95-99) übereinander in einer gegebenen fluchtenden Ausrichtung stapelbar sind, wenn sich die Paneele im gestapelten Zustand befinden, und jedes erste Element (74, 74 ₁-74 ₅) ein korrespondierendes, verbindbares zweites Element (90, 95-99) hat, wobei die ersten und zweiten Elemente lösbare Verbindungseinrichtungen (81, 112, 114) enthalten, derart daß jedes erste Element sich in der gegebenen fluchtenden Ausrichtung zum Einklinken in das mit diesem korrespondierende zweite Element aufweist, wenn der Ausleger ausgefahren und das eingeklinkte zweite Element und dessen damit korrespondierendes Paneel dabei mitgezogen wird, wobei die Verbindungseinrichtung eine Einrichtung enthält, durch die die ersten und zweiten Elemente ausgeklinkt und gestapelt werden, wenn der Ausleger zurückgezogen wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elemente (74,74 ₁-74 ₅) eine Anordnung von Öffnungen (81) enthalten, welche jeweils eine gegebene fluchtende Ausrichtung und einen gegebenen Abstand bezüglich des ausgefahrenen Auslegers aufweisen, wobei die zweiten Elemente (90, 95-99) jeweils eine Anordnung von Vorsprüngen (112, 114) mit einer fluchtenden Ausrichtung und einem Abstand in Bezug auf deren korrespondierende Öffnungen des ersten Elements enthalten, welche geeignet sind in die korrespondierenden Öffnungen einzuklinken und sich mit diesen zu verbinden.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (74, 74 ₁-74 ₅) und die zweiten (90, 95-99) Elemente eine Spannungs einrichtung enthalten, durch die benachbarte Sätze der eingeklinkten ersten und zweiten Elemente in eine Richtung gezogen werden, durch die der eingeklinkte Zustand aufrecht erhalten wird.

14. Einrichtung zum Entfalten einer zusammenlegbaren Antenne, gekennzeichnet durch

eine zusammenlegbare und ausfahrbare Mastenkonstruktion (202) mit einem feststehenden Behälterelement (68), einem mit dem feststehenden Element (68) drehbar verbundenen Nußelement (70), eine Antriebseinrichtung (72) zum Drehen des drehbaren Elements (70) bezüglich des feststehenden Elements (68) und einem zusammenlegbaren Mast (202), der an dem ersten, sich parallel zu einer Achse (14) erstreckenden Element befestigt und mit dem drehbaren Element (70) verbunden ist zum Aufwickeln des Mastes in das Behälterelement (68) in einen zurückgezogenen Zustand des Mastes und zum Abwickeln und Ausfahren des Mastes aus dem Behälterelement in den ausgefahrenen Zustand;
eine Mehrzahl von ersten Elementen (222), welche voneinander beabstandet am Mast (202) befestigt sind, wobei die Elemente eine derartige Form aufweisen, daß sie in das Behälterelement stapelbar sind während sie an dem Mast befestigt bleiben, wenn der Mast in den zurückgezogenen Zustand eingerollt wird;
eine Mehrzahl von zweiten Elementen (202-214), welche jeweils mit einem getrennten, verschiedenen ersten Element korrespondieren;
eine zusammenlegbare , spiralförmige Antenne (200), welche in einer Anordnung ein lineares spiralförmiges Element und in einer zweiten Anordnung eine gefaltete Spule bildet;
eine Dreheinrichtung (207) zum drehbaren Befestigen der Antenne (200) an den zweiten Elementen (202-214) an ausgewählten voneinander beabstandeten Punkten längs der Antenne, wobei die zweiten Elemente an der Antenne derart befestigt sind, daß bei zusammengelegter Antenne die zweiten Elemente gestapelt und gegeneinander fluchtend ausgerichtet sind und bei ausgefahrener Antenne der Abstand der ersten Elemente auf dem ausgefahrenen Mast mit dem Abstand der drehbaren Elemente übereinstimmt, und die zweiten Elemente eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die der Mast hindurchpaßt; und
eine mit den ersten (222) und den zweiten (202-214) Elementen verbundene Kopplungseinrichtung zum lösbaren Verbinden der ersten Elemente mit ihren korrespondierenden zweiten Elementen, wenn der Mast ausgerollt und ausgefahren wird, und zum Entkoppeln der ersten und zweiten Elemente, wenn der Mast zurückgezogen wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs einrichtung einen Satz von Öffnungen (81) an den einen der Mehrzahl der ersten (222) oder zweiten (204-214) Elementen mit einer gegebenen fluchtenden Ausrichtung und einen Satz an Vorsprüngen (112, 114) an den anderen der ersten oder zweiten Elemente enthält, daß die Öffnungen und Vorsprünge an jedem Satz der korrespondieren den ersten und zweiten Elemente miteinander fluchtend ausgerichtet sind und einklinken, wenn der Mast (202) ausgefahren wird und die ersten Elemente aus dem Behälter element (68) hervortreten und in eine benachbarte Lage bezüglich der korrespondierenden gestapelten zweiten Elemente gebracht werden.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs einrichtung eine verlängerbare Federeinrichtung (118, 118′, 118′′, 132′) enthält, die mit den zweiten Elementen (202-214) und dem Behälterelement (68) befestigt ist, wodurch die ersten und zweiten ineinander eingeklinkten Elemente unter Federkraft lösbar zusammengezwungen werden.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung einen ersten Federmechanismus (132′) enthält, der mit dem Behälterelement (68) und einem nächstbenachbarten zweiten Element (214) gekoppelt ist, einen zweiten Federmechanismus (118, 118′, 118′′), der mit dem nächstbenachbarten zweiten Element (212) und einem zweitnächstbenachbarten zweiten Element (210) gekoppelt ist, sowie einen dritten Feder mechanismus, der mit dem zweitnächstbenachbarten zweiten Element und einem drittnächstbenachbarten zweiten Element gekoppelt ist, und eine fortlaufende Anordnung für jedes zweite Element.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, wobei jeder Feder mechanismen (132′, 118, 118′, 118′′) eine Kraft ausübt, die verschieden ist in ihrer Größe von der der übrigen Federmechanismen, wobei die Größe der Kraft mit zunehmender Entfernung von dem Behälterelement abnimmt.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die durch jeden Federmechanismus erzeugte Kraft von der Kraft des nächst benachbarten Federmechanismus um einen Wert von ungefähr 15N (3 Pfund) differiert.

20. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung weiter eine Einrichtung (128, 128′, 128′′) zur fluchtenden Ausrichtung enthält, die mit dem Behälterelement (68) verbunden ist, um die ersten (222) und die zweiten (202-214) Elemente während des lösbaren Koppelns und Entkoppelns miteinander in fluchtende Übereinstimmung zu bringen.

21. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Einrichtung eine Mehrzahl von Stangen (207) enthält, welche starr befestigt sind an der Antenne (200) oder an den zweiten Elementen (202-214) und drehbar befestigt sind an den anderen Elementen, daß die drehbare Einrichtung eine Anschlageinrichtung (224, 224′) enthält, welche korrespondie rend an der Antenne und an den zweiten Elementen und an den Stangen befestigt sind zur Bestimmung der Lage der ausgefahrenen Antenne in einem gegebenen Winkel bezüglich der längs und konzentrisch zur Spirale der Antenne liegenden Achse (14′).