专利名称：用于保护卫星光学仪器的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于保护卫星光学仪器的装置的领域。
背景技术：
至少具有一个反射镜的卫星光学仪器必须被保护，以防太阳能直接输入在该反射镜的表面上。保护措施要消除光学干扰，并且能够调节焦平面附近的温度。该保护要确保仪器的光学效率。这些仪器安装在由运载火箭放置在轨道中的卫星上。由于运载火箭的前锥体下方 所分配的体积较小，因此不能将固定的保护装置布置在光学仪器前方。因此，必须在操作阶段之前，在飞行中展开该保护装置。在展开大结构的情形中所遇到的主要技术问题是在存储构造中存储结构的体积有限，即使在发射宇宙飞船的过程中产生机械应力和热应力时仍保持该结构在向下折叠构造中的完整性(非常脆弱的热防护元件不会明显劣化)。展开期间根据运动学控制展开过程，并且调整速度，以避免展开结束时的冲击。在展开构造中确保飞行中的稳定性和刚性以保证飞行器的可操作性，并且确保结构的正确定位以保证太阳能输入被限制并且视场不会被阻挡。图I示出了根据现有技术的用于保护卫星光学仪器的装置。该装置包括以一定距离远离卫星100的平面太阳屏101。在一些任务中，为了使用平面屏，必须设置尺寸较大的旋转元件(太阳屏)。该方案还存在因使用机械元件而引起的以下问题可靠性、AOCS(姿态轨道控制系统)干扰、光学测量中的干扰和寿命。此外，为了消除某些时段期间的太阳能输入，还需要额外的太阳屏的旋转座架，这进一步增加了该种方案的复杂性。因此，一个或多个光束的封闭保护是更有效的方案，因其在整个操作阶段不涉及任何移动。为了形成这种装套保护，可以使用基于可展开支架结构的很多技术，所述可展开支架结构用于保持并定位挠性基片。支架结构可以是可膨胀的，并且能够在飞行中变得刚硬，但展开控制较复杂，因为难于通过计算来建模并且测试起来比较复杂。此外，硬化方法不可逆，因此飞行中所使用的模型不能在地面上进行测试。已经知道以下挠性保护装置，即基于使用挠性圆柱形状的护套，并且由热防护板组成。该元件自身在存储阶段期期间折叠，接着被展开并且被加电。该方案具有多个缺点。首先，在存储中，难于避免形成热防护结构的薄膜发生劣化。薄膜非常脆弱并且对机械应力较敏感。劣化的薄膜产生微粒，该微粒在展开过程中散布在仪器上并且使仪器的光学效率降低。此外，为了实现紧凑存储，必须折叠挠性元件，并且该折叠通常不可逆且会使薄膜变脆。最后，待展开元件的数量、移动部件的数量和组件之间的摩擦力的大小使展开难于计算并且难于重现。结果，在对挠性元件加电时为了确保挠性元件的最终定位较精确而高估了所需的能量，这可能导致某些组件和薄膜出现劣化。
发明内容
本发明旨在通过提出用于保护卫星光学仪器的装置来克服上述问题，该装置在存储位置处十分紧凑，以使卫星能够安装在运载火箭的前锥体下方，从而使展开能够被控制并调整，一旦装置展开，即有效地防止杂散太阳能输入并且具有足够的刚度以使卫星能被控制。最后，本发明的主题是用于保护卫星光学仪器的装置，所述装置包括安装有光学仪器的主体201，所述保护装置具有向下折叠位置和展开位置，特征在于，其包括多个刚性面板202，203，在所述展开位置，所述装置形成截面为多边形且布置成保护所述光学仪器的管，所述管的纵向轴线220与所述光学仪器的焦点轴线大致平行，具有多边形截面的管的面由面板202，203形成，在所述折叠位置，所述面板202，203保持依靠卫星主体。 有利地,一个面至少具有一个第一台，台包括第一面板和第二面板，所述第一台的第一面板通过第一铰接件连接至卫星主体，所述第二面板通过第二铰接件连接至所述第一面板，并且如果所述装置仅具有单个台则将所述第一台称为最末台。有利地，所述保护装置至少包括一个额外的台，所述额外台的第一面板连接至相邻台的第二面板，将离所述主体最远的台称为最末台。有利地，所述保护装置包括用于将面板保持在向下折叠位置的构件。有利地，所述光学仪器包括主镜，所述装置还包括固定在所述最末台的第二面板上以朝向所述主镜反射光的次光学元件。有利地，所述保护装置还包括固定在可展开结构的铰接件行的水平面上的太阳能发电机。有利地，所述面板为固体。有利地，所述面板包括固定有张紧薄膜的刚性框架。有利地，所述保护面板包括直接位于其表面上的有源和无源控制元件，所述装置提供热调节功能。有利地，所述保护装置包括固定在铰接件行的水平面上的可展开散热器。有利地，所述保护装置包括用于在展开结束时维持面板的外围锁定构件。本发明使用刚性元件，以便完全控制所有的展开参数。这些刚性元件可以由组合蜂窝式的相同面板组成，或者由拉伸挠性薄膜的刚性框架组成。在向下折叠位置，根据本发明的装置足够紧凑以容纳在运载火箭的前锥体中。可以对所述装置的展开进行调整、同步或排序，由此进行控制。可以对展开运动学进行建模，并且可以通过测试来获得相关性。所述展开可以在地面上进行并且在飞行中重现。太阳能输入通过由相互重叠的每一个面板的元件所组成的急弯(chicanes)来“阻挡”。可以通过由相同的热基片组成且覆盖可展开结构的边缘密封件来产生防光性，边缘密封件的作用可完全控制并重现。某些面板还可以包括太阳能电池或任何其它(有源或无源的)热调节元件。
某些面板上还可以包括可展开元件，诸如太阳能发电机或散热器。
通过阅读作为非限制性示例给出的详细描述并且借助于以下附图，将更容易理解本发明，并且其它优点也变得显而易见图1(已经在上文提到)示出了根据现有技术的保护装置。图2a至图2d示出了根据本发明的保护装置的第一示例性实施例。图3示出了在根据本发明的保护装置的第一示例性实施例中用于将面板保持在向下折叠位置和展开位置的定位构件。图4示出了用于将面板连接在一起的示例性铰接件。图5示出了根据本发明的包括两个面板台的保护装置的第一变形实施例。·图6示出了根据本发明的包括次光学件的保护装置的第二变形实施例。图7示出了根据本发明的包括太阳能发电机的保护装置的第三变形实施例。图8a至图Sc示出了根据本发明的包括可展开散热器的保护装置的第四变形实施例。图9a至图9c示出了根据本发明的包括锁定装置的保护装置第五变形实施例。
具体实施例方式本发明的方案使用技术特征已熟知的、受控的且可重现的刚性元件。该方案能够紧凑地且刚性地存储具有多边形形状的装置，该装置可展开并且长度可达几十米。该装置包括在展开构造中形成多边形管的被铰接面板。为了获得该形状，多边形的每一面由通过自供动力的铰接件而连接在一起的面板子集组成，每一个子集的底部通过根部铰接件而连接至卫星，并且如果必要的话同时将子集的相反端通过外围锁定系统连接至其它子集。这些端部和外围的连接能够获得封闭结构，从而确保装配的整体刚性。潜在地，由于该结构通过一组带电铰接件来闭合，因此可以通过位于挡板的根部上的单个调制系统来控制所有结构的展开速度。通过将不同铰接件连接至调整器的一组线缆和滑轮来实现移动的同步化。图2示出了根据本发明的保护装置的第一示例性实施例。在该非限制性示例中，展开装置为具有六边形截面的管。管的面数可以更多或更少。该示例的装置包括六个面。每一个面包括经由第一铰接件211连接至卫星主体201的第一面板202和经由第二铰接件212连接至第一面板202的第二面板203。在展开位置，铰接件213能够可靠地保持面板附属于相邻面。管具有纵向轴线220。图2a示出了在保护装置处于向下折叠位置时卫星的剖面图。每一个面的面板202,203保持依靠卫星的主体201。图2b示出了在保护装置处于中间位置时卫星的剖视图。第一面板202相对于卫星主体201绕第一铰接件211枢转。第二面板203相对于第一面板202绕第二铰接件212枢转。旋转发生在与纵向轴线220垂直的轴线上。图2c示出了保护装置处于展开位置时卫星的剖视图。面板202、203形成具有六边形截面的圆筒，所述圆筒的纵向轴线220与光学仪器的焦点轴线大致重合。铰接件具有能够被锁定在展开构造的性质，如说明书中的后面部分所述(图4)。由于面板均彼此连接，因此这些多个锁定将确保良好的整体刚性。额外的锁定系统，其示例如图9中所示，可以通过在中部区域将面板子集连接在一起来提供甚至更大的刚性。图2d是处于展开位置的保护装置的透视图。在该图中，可以辨认出能够可靠地保持面板附属于相邻面的铰接件213、以及用于连接面板子集的锁定系统。第一铰接件211放置在与卫星主体201相邻的边的中部。第二铰接件212放置在第一面板202与第二面板203之间的相邻边的中部或角部。根据本发明的一个特征，装置包括将面板保持在向下折叠位置的构件。图3示出了根据本发明的保护装置的第一示例性实施例中用于将面板保持在向下折叠位置的定位构件。在本示例性实施例中，保持构件包括堆叠底座301和堆叠约束件302。堆叠底座301为固定在卫星主体201上的三脚件或一体式配件。堆叠约束件302位于第二面板203上。在该示例中，通过各自端部由张紧螺母保持的横向约束件来使每一个面板子集挤压堆叠底座。在向下折叠位置处，通过位于堆叠底座301上的释放螺母来保持约束件302。从而，保持面板紧靠卫星主体201而存储。一面的约束件横穿该面的第一面板202。切换至展开位置时，底座释放约束件，接着该约束件伸出在装置的最末面板203的外面上。在展开位置处，约束件位于第二面板203的外面上，以避免处于光学仪器的可见区内。图4示出了用于将面板连接在一起的示例性铰接件。铰接件212例如包括，具有连接至例如第一面板202的第一端PlO的第一部401、以及具有连接至第二面板203的第二端P20的第二部402。第一部401连接至第二部402，并且可以相对于第二部402绕第一轴线411旋转的方式移动。第二部402也受螺旋弹簧(未示出)驱动而相对于第一部401绕第一轴线411旋转。铰接件包括连接至第一部401并且在弹簧(未示出)的驱动下相对于第一部401绕第二轴线412旋转的第三部403。第三部403具有防返回凸台405，当第一部401与第二部402的凸台404接触时所述防返回凸台405防止第一部401沿相反方向旋转。铰接件为面板提供供动力、驱动和锁定的功能。对于将第一面板连接至卫星主体的铰接件，将第一端PlO连接至第一面板202并且将第二端P20连接至卫星主体201。在向下折叠位置，面板平行。在展开位置，第二面板绕第一旋转轴线411枢转，直到第二面板大致处于第一面板202的延长部分上。根据本发明的一个实施例，保护装置包括额外的台。额外台的第一面板则连接至相邻台的第二面板。将离卫星主体201最远的台称为最末台。从而，可以装配很多台。从而，可以在保持较好的整体刚性的情形下形成具有若干类似台的堆叠。图5示出了根据本发明的包括两个面板台501、502的保护装置的第一变形实施例。两个台501、502具有类似的结构，即通过铰接件503连接的两个面板501. 1,501. 2、502. 1,502. 2。两个台通过铰接件连接。在向下折叠位置510处，通过横向堆叠约束件系统以如前所述的方式使面板组紧、靠卫星主体，横向堆叠约束件系统在展开位置处位于最末台502的最末面板502. 2的外面。台以类似的方式相继展开。在展开位置520处，两个台501、502形成圆筒。在面板高度与卫星主体大致相同的单个台的情形下，保护装置的高度等于卫星主体的两倍。在面板高度与卫星主体大致相同的两个台的情形下，保护装置的高度等于卫星主体的四倍。根据本发明的变形实施例，光学仪器包括主镜。保护装置还包括光学元件，例如固定至最末台的第二面板的次镜，以便在展开位置处朝向主镜反射光。还可以具有安装在精瞄系统上的次镜，从而能够校正可展开支架结构的缺陷。因此，保护装置还具有以下优点，即其顶部可以包含光学元件，由此该光学元件可作为整体与该结构一样展开。图6示出了根据本发明的包括次光学件的保护装置的第二变形实施例。在向下折叠位置处，保持次镜面对光学仪器的主镜。·在展开位置处，次镜远离主镜。图7示出了根据本发明的包括太阳能发电机的保护装置的第三变形实施例。根据本发明的另一个变形实施例，光学仪器还包括固定在可展开结构的铰接件行的水平面上的太阳能发电机，并且在该图所示的情况中布置在最末台的第二面板的一端上。在向下折叠位置处，使太阳能发电机或太阳能面板保持依靠其经由铰接件所连接至的第二面板。太阳能面板可以独立于保护装置而展开。每一个太阳能面板通过绕将其连接至第二面板的铰接件旋转来展开。它们可以从任务启动时开始运行，保护装置能够在第二阶段中打开。在展开位置，太阳能发电机优选与管的纵向轴线垂直，但可以根据太阳的方位相对于卫星调整任意角度。图8示出了根据本发明的包括可展开散热器的保护装置的第四变形实施例。根据本发明的另一个变形实施例，可展开结构还包括可展开散热器801，该可展开散热器801固定在可展开结构的一行铰接件的水平面上，优选地，在主光学件附近固定在根部铰接件211行的水平面上，或者，在次光学件附近固定在最末台的面板的铰接件213行的水平面上。在向下折叠位置，可展开散热器801保持依靠第二面板，可展开散热器801通过铰接件连接至该第二面板。每一个可展开散热器801通过绕将其连接至不同面板的铰接件而旋转来展开。它们可以从任务启动时开始运行，在它们位于最末面板的情形下，保护装置能够在第二阶段打开。在展开位置处，可展开散热器801优选地与管的纵向轴线垂直，但可以根据空间的方位相对于卫星调整任意角度。有利地，保护装置还包括在展开结束时通过保持面板来确保较好的整体刚性的外围锁定构件。图9a、图9b和图9c示出了基于永久磁体设计的锁定装置的示例性实施例。作为示例，图9a示出了在展开结束时用于锁定面板的系统的外围位置。图9b示出了在“展开结束”构造中的面板，并且图9c示出了在展开构造和锁定构造中的面板。面板子集202a、203a配置有带阳性锥形端901的装配件，并且面板子集202b、203b配置有带阴性锥形端902的装配件。而两个装配件均配置有分别安装至各个装配件的永久磁铁903、904。在展开结束时，铰接系统使面板202a、203a和202b、203b的端部彼此对置，以使带阳性锥形端901的装配件进入带阴性锥形端902的装配件中。在磁铁903和904以及残余磁引力的作用下，两个装配件接触，接着保持彼此依靠。根据本 发明的变形，面板可以由蜂窝式组合面板组成，或者由增强复合钢板式半刚性元件组成。根据本发明的变形，面板包括固定有张紧薄膜的刚性框架。为了保证仪器效率较佳，保护装置还可以通过直接在面板的表面上增加有源和无源控制元件来提供热调节功能。将能够进行(有源和无源的)热控制的组件连接至牢固的受控表面，由此使组件在向下折叠位置处并且在展开期间免受机械应力的影响。不同的实施例可以相互组合。装置可以包括具有太阳能发电机、次光学件和热调节系统的多个台。
权利要求
1.一种用于保护卫星光学仪器的保护装置(200)，其包括安装有光学仪器的主体(201)，所述保护装置具有向下折叠位置和展开位置，并且包括多个刚性面板(202，203)，所述面板在向下折叠位置处保持依靠卫星主体，并且在展开位置处形成具有多边形截面且布置成保护光学仪器的管，所述管的纵向轴线(220)与所述光学仪器的焦点轴线大致平行，所述保护装置的特征在于，所述多边形的每一面由具有多个刚性面板的子集组成，所述刚性面板通过自供动力的铰接件(211，212，213)连接在一起。
2.根据权利要求I所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述多边形的一面至少具有一个第一台，台包括第一面板(202)和第二面板(203)，所述第一台的第一面板(202)通过第一铰接件(211)连接至卫星主体(201)，所述第二面板(203)通过第二铰接件(212)连接至所述第一面板(202)，并且如果所述保护装置仅具有单个台则将所述第一台称为最末台。
3.根据权利要求2所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述第一铰接件 (211)布置在与所述卫星主体(201)相邻的边的中部，并且所述第二铰接件(212)布置在所述第一面板(202)与所述第二面板(203)之间的相邻边的中部或角部。
4.根据权利要求3所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述第二铰接件(212)包括连接至所述第一面板(202)的第一部(401，P10)和连接至所述第二面板(203)的第二部(402，P20)。
5.根据权利要求4所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述第一部连接至所述第二部，并且能够以相对于所述第二部绕第一轴线(411)旋转的方式移动，并且包括连接至第一部的第三部(403)，并且在驱动下相对于所述第一部绕第二轴线(412)旋转。
6.根据权利要求5所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述第三部具有防返回凸台(405)，当所述第一部与所述第二部的防返回凸台接触时，所述防返回凸台(405)防止所述第一部沿相反方向旋转。
7.根据以上权利要求中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，还包括用于将面板保持在向下折叠位置处的构件(301，302)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述光学仪器包括主镜￠01)，所述保护装置还包括固定在所述最末台的第二面板(203)上以朝向所述主镜(601)反射光的次光学兀件(602)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，还包括固定在可展开结构的铰接件行的水平面上的太阳能发电机(701)。
10.根据权利要求I至9中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述面板包括固定有张紧薄膜的刚性框架。
11.根据以上权利要求中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，其中所述保护面板包括直接位于其表面上的有源和无源控制元件，所述保护装置提供热调节功能。
12.根据以上权利要求中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，包括固定在铰接件行的水平面上的可展开散热器(801)。
13.根据以上权利要求中任一项所述的用于保护卫星光学仪器的保护装置，还包括在展开结束时保持面板的外围锁定构件(900)。
全文摘要
本发明涉及用于保护卫星光学仪器的装置。该保护装置包括安装光学仪器的主体(201)，所述保护装置具有向下折叠位置和展开位置，特征在于，保护装置包括多个刚性面板(202，203)，在展开位置处，装置形成截面为多边形且布置成保护光学仪器的管，管的纵向轴线(220)与光学仪器的焦点轴线大致平行，多边形截面的管的面由面板(202，203)形成，在向下折叠位置处所述面板(202，203)保持依靠卫星主体。
文档编号B64G1/52GK102745346SQ201210116989
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月19日 优先权日2011年4月21日
发明者S·韦赞, Y·博达斯 申请人:泰勒斯公司