Устройство развертывания
Группа изобретений относится к устройству (20) развертывания первого (11) и второго (12) инструментов (например, антенн), а также к спутнику, на котором оно установлено. Устройство содержит главный рычаг (14) с главным двигателем (15) вращения рычага относительно поверхности (81) конструкции (80), соединенный с обоими инструментами (11, 12). Инструмент (12) снабжен вторичным двигателем (16) для перемещения относительно главного рычага (14). Данные средства обеспечивают перевод инструментов (11, 12) из сложенной конфигурации на поверхности (81) в рабочую и обратно. Технический результат состоит в достижении компактности устройства развертывания, уменьшении числа вспомогательных элементов и приводов и тем самым в упрощении и снижении массы устройства. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству для развертывания двух инструментов. Оно применяется в значительной мере в области космического оборудования, которое должно развертываться на орбите, и более конкретно, к космическому оборудованию для спутников, такому как антенны, зеркала или другие инструменты. Однако изобретение может применяться в любой другой области, в которой желательно развертывать узел из по меньшей мере двух инструментов от поддерживающей структуры.
В настоящей патентной заявке изобретение описано применительно к космической области, в качестве примера, с инструментами в форме антенн, поскольку антенны имеют особую важность для изобретения. Тем не менее, изобретение может применяться аналогичным образом к другим инструментами и/или в контексте ином, чем космос.
Общепринятой практикой является помещать антенны на спутнике, чтобы осуществлять передачу в диапазоне частот на Землю. Существующие решения состоят в использовании механизма одинарной или двойной укладки для складывания антенн на спутнике и узла из рычагов с узлом двигателей, назначенных для каждой антенны для развертывания каждой антенны. Это ограничивает количество антенн на каждой стороне спутника. Кроме того, чтобы иметь возможность развертывать множество антенн, решения предшествующего уровня техники применяют большое количество рычагов и двигателей. Это негативно отражается на внешней конфигурации спутника и приводит к сложной кинематике развертывания. Наконец, тот факт, что требуется нести большое количество рычагов и двигателей, также означает, что масса узла механизмов, участвующих в развертывании антенн, является высокой, что нежелательно.
Изобретение имеет целью устранить все или часть вышеупомянутых проблем путем предложения устройства развертывания, преимуществом которого является компактность, что позволяет экономить пространство и бортовую массу на спутнике и упростить внешнюю конфигурацию.
С этой целью, изобретение относится к устройству развертывания, предназначенному для размещения на поддерживающей структуре, причем устройство содержит:
первый инструмент и второй инструмент,
механизм развертывания, содержащий:
- главный рычаг, соединенный с поверхностью поддерживающей структуры в первой точке крепления с одной стороны и с первым инструментом с другой стороны, причем второй инструмент соединен с главным рычагом,
- главный двигатель, выполненный с возможностью приводить в действие главный рычаг относительно поверхности,
- вторичный двигатель, выполненный с возможностью приводить в действие второй инструмент относительно главного рычага,
причем два инструмента имеют возможность переходить из сложенной конфигурации, один на другом на поверхности поддерживающей структуры, в развернутую конфигурацию, в которой два инструмента удалены один от другого и от поддерживающей структуры, и/или наоборот.
Предпочтительным образом, механизм развертывания содержит вторичный рычаг, соединенный с главным рычагом во второй точке крепления с одной стороны и со вторым инструментом с другой стороны.
Предпочтительным образом, главный двигатель выполнен с возможностью приводить в действие главный рычаг для поворота относительно поверхности поддерживающей структуры вокруг главной оси вращения.
Предпочтительным образом, поверхность поддерживающей структуры проходит вдоль плоскости XY, определяемой первой осью X и второй осью Y, которая по существу перпендикулярна первой оси X, и главная ось параллельна плоскости XY.
Предпочтительным образом, главная ось пересекает плоскость XY.
Предпочтительным образом, главная ось перпендикулярна плоскости XY.
В соответствии с одним вариантом осуществления, по меньшей мере главный рычаг и/или вторичный рычаг, если присутствует, соединен с инструментом, с которым рычаг соединен посредством N секций рычага, где N - целое число, большее или равное 1, и N двигателей, каждый из которых связан с секцией рычага и выполнен с возможностью приводить в действие связанную секцию рычага, чтобы позиционировать инструмент, с которым соединен упомянутый рычаг, относительно другого из двух инструментов.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, инструменты являются антеннами.
Изобретение также относится к спутнику, содержащему по меньшей мере одно устройство развертывания, как описано в настоящей заявке.
Изобретение будет более понятным, и дополнительные преимущества станут очевидны после прочтения подробного описания одного варианта осуществления, обеспеченного в качестве примера, причем описание проиллюстрировано прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг. 1 схематично изображает устройство развертывания в сложенной конфигурации в соответствии с изобретением,
Фиг. 2 схематично изображает устройство развертывания в развернутой конфигурации в соответствии с изобретением,
Фиг. 3 схематично изображает устройство развертывания в соответствии с изобретением,
Фиг. 4 схематично изображает устройство развертывания в соответствии с изобретением в сложенной конфигурации, во время развертывания и в развернутой конфигурации,
Фиг. 5 схематично изображает вид сверху поверхности поддерживающей структуры, на которой располагается вариант осуществления устройства развертывания в соответствии с изобретением,
Фиг. 6 схематично изображает вид сверху поверхности поддерживающей структуры, на которой располагается другой вариант осуществления устройства развертывания в соответствии с изобретением,
Фиг. 7 схематично изображает другой вариант осуществления устройства развертывания в соответствии с изобретением в развернутой конфигурации,
Фиг. 8 схематично изображает вид кинематики развертывания двух устройств развертывания в соответствии с изобретением,
Фиг. 9 схематично изображает спутник, содержащий по меньшей мере одно устройство развертывания в соответствии с изобретением.
Для ясности, те же самые элементы будут обозначены одинаковыми ссылочными позициями на различных чертежах.
Фиг. 1 схематично изображает устройство 10 развертывания в сложенной конфигурации в соответствии с изобретением. Устройство 10 развертывания в соответствии с изобретением предназначено, чтобы позиционироваться на поддерживающей структуре 80, например, спутнике. Оно содержит первый инструмент 11 и второй инструмент 12, например антенны, и механизм 13 развертывания. Два инструмента 11, 12 имеют возможность переходить из сложенной конфигурации, один на другом на поверхности 81 поддерживающей структуры 80 (как изображено на фиг. 1), в развернутую конфигурацию, в которой два инструмента 11, 12 удалены один от другого и от поддерживающей структуры 80, и/или наоборот. В сложенной конфигурации, инструменты 11, 12 находятся один на другом. Они могут быть уложены один на другой, при этом поверхность одного находится в контакте с поверхностью другого. Однако они могут равным образом находиться один над другим без физического контакта между ними. Кроме того, инструменты 11, 12 один на другом в сложенной конфигурации не обязательно перекрываются полностью. Один инструмент может частично перекрывать другой инструмент.
В сложенной конфигурации, две антенны могут быть сложены, будучи обращенными одна к другой или нет. Другими словами, активная поверхность одной из антенн может быть обращена к активной поверхности или быть обращена к неактивной поверхности другой антенны.
Следует отметить, что изобретение описано с двумя антеннами, но очевидно, что тот же самый принцип применяется к трем антеннам или более, причем они наложены одна на другую в сложенном положении и развертываются способом, аналогичным тому, как будет объяснено ниже.
Фиг. 2 схематично изображает устройство 10 развертывания в развернутой конфигурации в соответствии с изобретением. Механизм 13 развертывания содержит главный рычаг 14, соединенный с поверхностью 81 поддерживающей структуры 80 в первой точке 82 крепления с одной стороны и с первым инструментом 11 с другой стороны. Второй инструмент 12 соединен с главным рычагом 14. Он также содержит главный двигатель 15, выполненный с возможностью приводить в действие главный рычаг 14 относительно поверхности 81, и вторичный двигатель 16, выполненный с возможностью приводить в действие второй инструмент 12 относительно главного рычага 14. Главный двигатель 15 предпочтительно позиционирован в первой точке 82 крепления. Главный двигатель 15 может быть одиночным двигателем. Главный двигатель 15 должен пониматься как узел двигателей, например, два или три двигателя, в зависимости от требований задействования. Таким образом, устройство развертывания в соответствии с изобретением позволяет развертывать две антенны с использованием только двух узлов двигателей (главного двигателя и вторичного двигателя) и одного рычага.
Фиг. 3 схематично изображает устройство 10 развертывания в соответствии с изобретением. Устройство 10 развертывания может также содержать дополнительный двигатель 17, который служит для ориентирования первого инструмента 11.
Фиг. 4 схематично изображает устройство 20 развертывания в соответствии с изобретением в сложенной конфигурации, во время развертывания и в развернутой конфигурации.
В сложенной конфигурации, два инструмента 11, 12 находятся один на другом и близко к поверхности 81 поддерживающей структуры 80.
После того как спутник приведен в положение для выполнения своей миссии, устройство 20 развертывания активируется, чтобы перейти в свою развернутую конфигурацию. Главный двигатель 15 приводит в действие главный рычаг 14, который тогда движется относительно поддерживающей структуры 80. Инструменты 11, 12 по-прежнему находятся в обращенном один к другому положении.
В развернутой конфигурации, когда главный рычаг 14 достиг своего развернутого положения, два инструмента движутся один относительно другого. Вторичный двигатель 16 приводит в действие второй инструмент 12 и ориентирует его в желательное положение. В конце развертывания, иными словами в развернутой конфигурации, два инструмента 11, 12 удалены один от другого и от поддерживающей структуры 80.
Имеются два возможных сценария для движения двух инструментов относительно друг друга. Если один инструмент, например 11, сложен на инструменте 12, при этом активная поверхность инструмента 11 обращена к неактивной поверхности инструмента 12 (другими словами, инструмент 12 повернут обратной стороной к инструменту 11), то вторичный двигатель 16 может быть выполнен с возможностью вращать второй инструмент 12 вокруг оси, по существу перпендикулярной главному рычагу 14. Два инструмента, таким образом, в смещенных положениях, обращены в одном и том же направлении.
Если один инструмент, например 11, сложен на инструменте 12, при этом активная поверхность инструмента 11 обращена к активной поверхности инструмента 12 (другими словами, инструмент 12 обращен к инструменту 11), то вторичный двигатель 16 выполнен с возможностью вращать второй инструмент вокруг оси, расположенной в одной из плоскостей между двумя инструментами в сложенном положении. Два инструмента, таким образом, в развернутых положениях, обращены тогда в одном и том же направлении. То же самое развертывание производится для двух сложенных инструментов 11, 12 с их неактивными поверхностями, обращенными друг к другу.
Также возможно сделать так, что два инструмента 11, 12 проходят из развернутого положения в сложенную конфигурацию выполняя операции в обратном порядке: вторичный двигатель 16 приводит в действие второй инструмент 12, чтобы он стал обращенным к первому инструменту, и главный двигатель 15 приводит в действие главный рычаг 14, чтобы возвратить его в положение вблизи поверхности 81 поддерживающей структуры 80.
В другом варианте осуществления изобретения, механизм 13 развертывания может содержать вторичный рычаг 21, соединенный с главным рычагом 14 во второй точке 22 крепления с одной стороны и со вторым инструментом 12 с другой стороны. Вторичный рычаг 21 служит, чтобы определять ориентацию второго инструмента 12 относительно первого инструмента 11 и поддерживающей структуры 80.
Фиг. 5 схематично изображает вид сверху поверхности 81 поддерживающей структуры 80, на которой располагается вариант осуществления устройства 40 развертывания в соответствии с изобретением. Как объяснено выше, главный двигатель 15 выполнен с возможностью приводить в действие главный рычаг 14. Предпочтительно, приведение в действие главного рычага 14 состоит в повороте относительно поверхности 81 поддерживающей структуры 80 вокруг главной оси вращения 31.
Если поверхность 81 поддерживающей структуры 80 определена как проходящая вдоль плоскости XY, определяемой первой осью X и второй осью Y, которая перпендикулярна или по существу перпендикулярна первой оси X, главная ось 31 может быть параллельна плоскости XY, как показано на фиг. 5.
Фиг. 6 схематично изображает вид сверху поверхности 81 поддерживающей структуры 80, на которой располагается другой вариант осуществления устройства 30, 50, 60 развертывания в соответствии с изобретением. В этом варианте осуществления, главная ось 31 может пересекать плоскость XY. На других чертежах, главная ось 31 образует угол с поверхностью 81 в развернутой конфигурации, и этот угол находится в пределах от 20 до 40°, предпочтительно приблизительно равен 30°. Она может быть перпендикулярна плоскости XY, иными словами, образует 90°, как изображено на фиг. 6.
Фиг. 7 схематично изображает другой вариант осуществления устройства 70 развертывания в соответствии с изобретением в развернутой конфигурации. По меньшей мере один рычаг, иными словами, главный рычаг 14 и/или вторичный рычаг 21, может быть соединен с инструментом 11 или соответственно 12, с которым рычаг соединен посредством одной или нескольких секций 711, 712 рычага и одного или нескольких двигателей 721, 722, каждый из которых связан с секцией рычага и выполнен с возможностью приводить в действие связанную секцию рычага, чтобы позиционировать инструмент 11 или соответственно 12, с которым соединен упомянутый рычаг, относительно другого из двух инструментов. В проиллюстрированном примере, главный рычаг 14 устройства развертывания, расположенного на прямой части спутника, соединен с инструментом 11 посредством секции 711 рычага и двигателя 721, связанного с секцией 711 рычага, посредством которого возможно приводить в действие секцию 711 рычага, чтобы позиционировать инструмент 11, соединенный с главным рычагом 14.
По тому же принципу, вторичный рычаг 21 может быть соединен с инструментом 12 посредством другой секции 713 рычага с двигателем 723 (71N и 72N, N равно 3), чтобы ориентировать инструмент 12, соединенный с вторичным рычагом 21. Могут быть предусмотрены другие секции рычага. Если рычаг соединен, например, посредством трех секций рычага с его инструментом, то три других двигателя будут связаны с ними.
N является целым числом, большим или равным 1, по меньшей мере один из рычагов 14, 21 может быть соединен с инструментом 11, 12, с которым рычаг соединен посредством N секций 71N рычага и N двигателей 72N, каждый из которых связан с секцией рычага и выполнен с возможностью приводить в действие связанную секцию рычага, чтобы позиционировать инструмент 11, 12, с которым соединен упомянутый рычаг, относительно другого из двух инструментов.
Фиг. 8 схематично изображает вид кинематики развертывания двух устройств развертывания в соответствии с изобретением. Каждое устройство содержит первый инструмент 11 и второй инструмент 12 (как обсуждено выше, оно может содержать более двух инструментов), механизм 13 развертывания содержит главный рычаг 14, соединенный с поверхностью 81 поддерживающей структуры 80 с одной стороны и с первым инструментом 11 с другой стороны, главный двигатель, выполненный с возможностью приводить в действие главный рычаг 14 относительно поверхности 81, и вторичный двигатель 16, выполненный с возможностью приводить в действие второй инструмент 12 относительно главного рычага 14.
По мере развертывания, каждое устройство развертывания следует некоторой предопределенной траектории, и его элементы (рычаги и инструменты) занимают, во время этой траектории, некоторый объем, который является также предопределенным. Для того чтобы развертывать устройства корректным образом без столкновения, рычаги (главный и вторичный), секции рычага и двигатели позиционируются в соответствии с требованиями и ограничениями конфигурации для каждого случая.
Изобретение обеспечивает решение, посредством которого можно уменьшить в 2 раза количество рычагов и механизмов на поверхности спутника. Это решение также уменьшает бортовую массу и затраты на оборудование. Наконец, развертывание двух инструментов на расстоянии друг от друга после развертывания главного рычага 14 на расстоянии от поддерживающей структуры 80 вносит новые возможности с точки зрения конфигурации антенн.
Фиг. 9 схематично изображает спутник 90, содержащий по меньшей мере одно устройство развертывания в соответствии с изобретением. На фиг. 9, спутник содержит два устройства 10, 20 развертывания. Он может содержать три или более таких устройств. Устройства развертывания могут быть идентичными друг другу или разными, в соответствии с вариантами, представленными выше.
Устройства, изображенные здесь, содержат две антенны 11, 12, но каждое устройство развертывания может содержать более двух инструментов.
Наконец, устройства развертывания могут находиться на одной поверхности поддерживающей структуры 80 или на разных поверхностях поддерживающей структуры 80 в зависимости от желательного использования инструментов.
1. Устройство (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) развертывания, предназначенное для позиционирования на несущей конструкции (80), отличающееся тем, что оно содержит:
- первый инструмент (11) и второй инструмент (12),
- механизм (13) развертывания, содержащий:
- главный рычаг (14), соединенный с поверхностью (81) несущей конструкции (80) в первой точке (82) крепления с одной стороны и с первым инструментом (11) с другой стороны, причем второй инструмент (12) соединен с главным рычагом (14),
- главный двигатель (15), выполненный с возможностью приводить в действие главный рычаг (14) относительно поверхности (81),
- вторичный двигатель (16), выполненный с возможностью приводить в действие второй инструмент (12) относительно главного рычага (14),
и тем, что два инструмента (11, 12) имеют возможность переходить из сложенной конфигурации, один на другом на поверхности (81) несущей конструкции (80), в развернутую конфигурацию, в которой два инструмента (11, 12) удалены друг от друга и от несущей конструкции (80), и/или обратно.
2. Устройство (20, 30, 40, 50, 60, 70) развертывания по п. 1, отличающееся тем, что механизм (13) развертывания содержит вторичный рычаг (21), соединенный с главным рычагом (14) во второй точке (22) крепления с одной стороны и со вторым инструментом (12) с другой стороны.
3. Устройство (30, 40, 50, 60, 70) развертывания по п. 1 или 2, отличающееся тем, что главный двигатель (15) выполнен с возможностью приводить в действие главный рычаг (14) во вращение относительно поверхности (81) несущей конструкции (80) вокруг главной оси вращения (31).
4. Устройство (40, 70) развертывания по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что поверхность (81) несущей конструкции (80) проходит вдоль плоскости (XY), определяемой первой осью (X) и второй осью (Y), которая по существу перпендикулярна первой оси (X), и тем, что главная ось (31) параллельна плоскости (XY).
5. Устройство (50, 60, 70) развертывания по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что поверхность (81) несущей конструкции (80) проходит вдоль плоскости (XY), определяемой первой осью (X) и второй осью (Y), которая по существу перпендикулярна первой оси (X), и тем, что главная ось (31) пересекает плоскость (XY).
6. Устройство (60, 70) развертывания по п. 5, отличающееся тем, что главная ось (31) перпендикулярна плоскости (XY).
7. Устройство (70) развертывания по одному из пп. 1-6, отличающееся тем, что по меньшей мере главный рычаг (14) и/или вторичный рычаг (21), при его наличии, состоят из N секций, причем N является целым числом, большим 1, и соединены с инструментом (11, 12) посредством указанных N секций (71N) рычага и N двигателей (72N), каждый из которых связан с секцией рычага и выполнен с возможностью приведения в действие связанной секции рычага так, чтобы позиционировать инструмент (11, 12), с которым соединен упомянутый рычаг, относительно другого из двух инструментов.
8. Устройство (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) развертывания по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что инструменты являются антеннами.
9. Спутник (90), отличающийся тем, что он содержит по меньшей мере одно устройство (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70) развертывания по любому из предшествующих пунктов.
