ES2343924T3 - Dispositivo de vuelo en formacion para una mision de coronografia solar. - Google Patents

Dispositivo de vuelo en formacion para una mision de coronografia solar. Download PDF

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Abstract

Dispositivo de vuelo en formación para una misión de coronografía solar constituido: - por un satélite portador (COR) que presenta un centro (O) que, con el centro del sol (S), define un eje del satélite portador (XSAT), comprendiendo dicho satélite portador (COR) un coronógrafo (10) orientado hacia el sol (S) y al menos un panel solar (11a) - por un satélite ocultador (OCC), situado entre el sol (S) y el satélite portador (COR), que genera una sombra proyectada (13, 14) sobre el satélite portador (COR), estando el sol (S), el satélite ocultador (OCC) y el coronógrafo (10) alineados en este orden y definiendo una línea de mira (XCOR) del coronógrafo (10), y ocultando la sombra proyectada (13, 14) por el satélite ocultador (OCC) sobre el satélite portador (COR) toda la parte central del sol (S), llamada disco solar, para el coronógrafo (10), permitiendo a dicho coronógrafo (10) tomar imágenes de la corona solar, - estando el coronógrafo (10) descentrado, desplazado a un lado del satélite portador (COR), la línea de mira (XCOR) del coronógrafo (10) es distinta del eje del satélite portador (XSAT), y el mantenimiento del satélite ocultador (OCC) en dicha línea de mira (XCOR) del coronógrafo (10) conlleva un desplazamiento de la sombra proyectada (13, 14) por el satélite ocultador (OCC) hacia el lado del satélite portador (COR) en el que se encuentra el coronógrafo (10), de modo que la sombra proyectada (13, 14) por el satélite ocultador (OCC) sobre el satélite portador (COR) no recubra totalmente la cara orientada hacia el sol (S) de dicho satélite portador (COR) y, caracterizado porque el panel solar (11a) está situado en una cara de dicho satélite portador (COR) orientada hacia el sol (S) y colocado de tal manera que no está totalmente recubierto por dicha sombra proyectada (13, 14).

Description

Dispositivo de vuelo en formación para una misión de coronografía solar.
La presente invención se refiere a un dispositivo que permite el estudio de la corona solar. Para estudiar la corona solar se realizan coronografías, técnica que consiste en reproducir un eclipse total artificial de sol con el fin de librarse de la luz emitida por el disco solar. El interés de esta técnica, además de que permite una observación de la corona solar, reside también en que hace más fácilmente visibles a los objetos que orbitan cerca de ésta.
Este tipo de estudio se ha hecho posible particularmente mediante misiones espaciales que pueden necesitar el vuelo en formación de dos satélites: un satélite ocultador, cuyo papel es crear un eclipse de sol artificial desde el punto de vista de un coronógrafo embarcado en un segundo satélite, que se llamará satélite portador. Gracias a la sombra que proyecta el satélite ocultador sobre el satélite portador, el coronógrafo puede observar la corona solar. Por definición, el sol, el satélite ocultador y el coronógrafo están alineados en este orden.
Para producir la electricidad necesaria para la misión de coronografía, el satélite portador, así como el satélite ocultador, comprenden uno o más paneles solares asociados a generadores solares.
Actualmente, la dificultad reside en el hecho de que es preciso, al mismo tiempo, que el coronógrafo se encuentre en la sombra solar, sombra proyectada por el satélite ocultador sobre el satélite portador, y que los paneles solares del satélite portador estén lo suficientemente iluminados por el sol para poder suministrar al satélite la energía necesaria.
Las soluciones desarrolladas hoy en día para evitar este problema consisten en desplegar paneles solares a uno y otro lado del satélite portador con ayuda de brazos mecánicos. El despliegue de estos paneles solares permite situar a estos últimos fuera del alcance de la sombra solar generada por el satélite ocultador.
Este tipo de solución presenta los principales inconvenientes de una complejidad de realización y de un coste importantes. Además, las estructuras adicionales que constituyen los largos brazos mecánicos necesarios para el despliegue de los paneles solares generan un excedente de masa importante, y necesitan mecanismos de apilamiento y de desapilamiento para acomodar al dispositivo bajo el cono del morro de la lanzadera, aumentando estos mecanismos aún más la complejidad y el coste.
Sobre todo, todos estos mecanismos complejos presentan riesgos de averías elevados, averías que pueden conducir a una pérdida total o parcial de la misión.
El documento "Formation flyers applied to solar coronal observations: the ASPICS mission" de Vives, Lamy, Auchere, Vial, Koutchmy, Arnaud, Prado, Frasseto & Naletto - Proceedings of the SPIE, Vol. 5901, Num. 5901 16-1, 2005, XP002480140 - describe todas las características del preámbulo de la reivindicación 1.
De este modo, un objeto de la invención es particularmente paliar los inconvenientes mencionados anteriormente. En efecto, más que desplegar los paneles solares fuera del cono de sombra proyectado por el satélite ocultador sobre el satélite portador, la presente invención propone una cierta manera de desplazar la sombra hacia una zona descentrada del satélite portador en el que se colocará el coronógrafo. De esta manera, el coronógrafo está desplazado a un lado del satélite portador y la sombra proyectada por el satélite ocultador, que se hace de tal manera que esté aproximadamente
centrada sobre el coronógrafo, no recubre por consiguiente totalmente la cara orientada hacia el sol del
\hbox{satélite portador.}
Un conjunto de paneles solares puede fijarse de este modo al satélite portador, extendiéndose preferiblemente en la dirección opuesta al lado al que se ha desplazado el coronógrafo.
Para ello, La invención tiene por objeto un dispositivo de vuelo en formación para una misión de coronografía solar constituido:
\bullet
por un satélite portador que presenta un centro que, con el centro del sol define un eje del satélite portador, comprendiendo dicho satélite portador un coronógrafo orientado hacia el sol y al menos un panel solar situado en una cara de dicho satélite portador orientada hacia el sol,
\bullet
por un satélite ocultador situado entre el sol y el satélite portador, que genera una sombra proyectada sobre el satélite portador, estando el sol, el satélite ocultador y el coronógrafo alineados en este orden y definiendo una línea de mira del coronógrafo, y ocultando la sombra proyectada por el satélite ocultador sobre el satélite portador toda la parte central del sol, llamada disco solar, para el coronógrafo, permitiendo de este modo al coronógrafo tomar imágenes de la corona solar,
caracterizado porque el coronógrafo está descentrado, desplazado a un lado del satélite portador, siendo la línea de mira del coronógrafo distinta del eje del satélite portador, y conllevando el mantenimiento del satélite ocultador en dicha línea de mira del coronógrafo un desplazamiento de la sombra proyectada por el satélite ocultador hacia el lado del satélite portador en el que se encuentra el coronógrafo, de modo que la sombra proyectada por el satélite ocultador sobre el satélite portador no recubra totalmente la cara orientada hacia el sol de dicho satélite portador y, por consiguiente, el panel solar se sitúa de tal manera que no está totalmente recubierto por dicha sombra proyectada.
Ventajosamente, el panel solar está descentrado, desplazado al lado opuesto del coronógrafo en el satélite portador.
Ventajosamente, el panel solar está fijado sobre el satélite portador.
Ventajosamente, un radiador fijo situado en las proximidades del coronógrafo, en la dirección opuesta al sol, permite regular la temperatura a nivel del coronógrafo.
Ventajosamente, el satélite portador comprende al menos un generador solar asociado al panel solar y que permite producir la energía necesaria para dicho dispositivo.
Ventajosamente, el coronógrafo está descentrado, desplazado hacia un ángulo del satélite portador, permitiendo de este modo la iluminación por el sol de un máximo de superficie de la cara orientada hacia el sol del satélite portador, y por consiguiente del panel solar que contiene.
Ventajosamente, el satélite portador comprende además propulsores, que pueden ser eyectores de gas frío, que permiten controlar la posición relativa del satélite portador y del coronógrafo con respecto al satélite ocultador y con respecto al sol.
Ventajosamente, el satélite ocultador comprende además propulsores, que pueden ser eyectores de gas frío, que permiten controlar la posición relativa del satélite ocultador con respecto al satélite portador y al coronógrafo y con respecto al sol.
Ventajosamente, el satélite portador comprende además un dispositivo de metrología óptica que permite conocer y controlar la posición relativa del satélite portador y del coronógrafo con respecto al satélite ocultador.
Otras características y ventajas de la invención surgirán con ayuda de la siguiente descripción realizada en relación con los dibujos adjuntos que representan:
\bullet la figura 1: el esquema de un ejemplo de dispositivo de vuelo en formación que comprende un coronógrafo solar de la técnica anterior;
\bullet la figura 2: el esquema de un ejemplo de dispositivo de vuelo en formación que comprende un coronógrafo solar de acuerdo con la invención;
\bullet la figura 3: la ilustración de un ejemplo de satélite portador en una configuración posible del dispositivo de acuerdo con la invención;
\bullet la figura 4: la ilustración de un ejemplo de satélite ocultador en una configuración posible del dispositivo de acuerdo con la invención;
\bullet la figura 5: la representación esquemática de un ejemplo de dispositivo de acuerdo con la invención en un cono del morro cualquiera de una lanzadera.
La figura 1 presenta un esquema que ilustra los dispositivos de vuelo en formación que incluyen un coronógrafo desarrollado actualmente. De este modo, para estudiar la corona del sol S, un satélite ocultador 4 se sitúa entre un satélite portador 1 que comprende un coronógrafo 3 y el sol S.
De esta manera, el satélite ocultador 4 oculta la parte central del sol desde el punto de vista del coronógrafo 3 que puede, por lo tanto, tomar imágenes de la corona solar. Para producir la energía necesaria para la misión, el satélite portador 1 dispone de paneles solares 2. Para que estos estén lo suficientemente iluminados por el sol S, y por lo tanto, fuera del cono de sombra creado por el satélite ocultador 4, los paneles solares 2 se despliegan a uno y otro lado del satélite portador 1. Este despliegue se realiza necesariamente después de la colocación del satélite portador 1 en su punto de observación; en efecto, los paneles 2 desplegados presentan un volumen demasiado grande para el cono del morro de las lanzaderas actuales. De este modo, los mecanismos de despliegue complejos, no representados en el esquema, que comprenden largos brazos mecánicos y mecanismos de apilamiento y de desapilamiento para acomodarlos bajo el cono del morro de la lanzadera, se han vuelto indispensables. Éstos aumentan, a la vez, la complejidad de diseño, la masa, el coste, pero también el riesgo de avería. Dicha avería de un mecanismo útil para el despliegue de los paneles solares 2 puede conllevar la pérdida total o parcial de la misión.
La presente invención permite particularmente librarse de este problema.
La figura 2 ilustra el principio de la invención. La idea central de la presente patente es, de hecho, desplazar el coronógrafo 10 a la periferia del satélite portador COR. En efecto, el satélite ocultador OCC se encuentra necesariamente en la línea de mira XCOR del coronógrafo 10, ya que, para poder tomar imágenes correctamente de la corona solar, el coronógrafo debe encontrarse en la sombra proyectada por el satélite ocultador OCC; Se trata, en este caso, de conservar el alineamiento sol - satélite ocultador OCC - coronógrafo 10. La línea de mira XCOR del coronógrafo 10 no se confunde, por lo tanto, con eje del satélite portador XSAT, eje que pasa por el centro O del satélite portador COR y el centro del sol S. Este desplazamiento del coronógrafo 10 a la periferia del satélite portador COR conllevará, por consiguiente, el desplazamiento correspondiente del cono de sombra creado por el satélite ocultador OCC hacia la periferia del satélite portador COR, allí donde se encuentra el coronógrafo 10. En efecto, estando el coronógrafo 10 situado de forma descentrada en el satélite portador COR, el satélite ocultador OCC está desplazado, se mantiene en la línea de mira XCOR del coronógrafo 10 y abandona, por lo tanto, el eje del satélite portador XSAT, de modo que el coronógrafo 10 se encuentra bien en la sombra proyectada por el satélite ocultador OCC.
El posicionamiento relativo del satélite portador COR y del satélite ocultador OCC está asegurado, en cuanto a sí, con ayuda de un sensor metrológico óptico no representado en este documento. Por otro lado, los paneles solares 11a, los sensores solares 12a, los sensores de estrellas 15 y los propulsores 16a se describirán con ayuda de la figura 3 mientras que el panel solar 11b se mencionará durante la descripción de la figura 4.
Por consiguiente, la cara orientada hacia el sol del satélite portador COR no está totalmente recubierta por la sombra del satélite ocultador OCC; este punto se desarrollará durante la descripción de la figura 3.
Por otro lado, la regulación térmica del dispositivo puede estar asegurada por radiadores fijados en el coronógrafo 10 y en el casco del satélite portador COR en la dirección opuesta al sol.
La figura 3 ilustra un ejemplo de disposición del satélite portador COR que comprende el coronógrafo 10 en una configuración posible del dispositivo de acuerdo con la invención.
De este modo, el cono de sombra representado por las zonas 13, zona de sombra total, y 14, zona de penumbra decreciente, no recubre totalmente la superficie orientada hacia el sol del satélite portador COR. Por consiguiente, los paneles solares 11a pueden estar situados en dicha cara orientada hacia el sol del satélite portador COR. Estos paneles solares 11a se benefician de una iluminación satisfactoria, que les permite producir la energía necesaria para la misión. La disposición de estos paneles solares 11a en la figura 2 solamente es un ejemplo de disposición que respeta el concepto de la presente patente. Según el mismo principio, son posibles, por supuesto, otras disposiciones de uno o más paneles solares.
Por otro lado, los sensores solares 12a permiten verificar la iluminación por el sol del satélite portador COR. En cuanto a los sensores de estrellas 15, se utilizan principalmente para el posicionamiento absoluto y relativo con respecto al satélite ocultador OCC del satélite portador COR. Finalmente, pequeños propulsores (16a en la figura 2), por ejemplo eyectores de gas frío, están situados en diferentes puntos del satélite portador COR para permitir desplazamientos de este último.
La figura 4 representa un ejemplo de satélite ocultador OCC. La zona circular o casi circular 17 es la que creará principalmente el cono de sombra para ocultar el disco solar, es decir toda la parte central del sol, desde el punto de vista del coronógrafo 10, permitiéndole observar la corona solar. Para su funcionamiento, el satélite ocultador OCC necesita paneles solares 11b, fijados a las caras orientadas hacia el sol, y que suministrarán la energía necesaria.
Por otro lado, los sensores solares 12b permiten verificar la iluminación de las zonas orientadas hacia el sol del satélite ocultador OCC mientras que los propulsores 16b, que pueden ser eyectores de gas frío, permiten el reposicionamiento del satélite ocultador OCC.
La figura 5 ilustra la posibilidad de integrar el dispositivo descrito en la presente patente en el interior de un cono del morro de una lanzadera convencional. Al contrario que los dispositivos actuales, para los que los paneles solares del satélite portador están desplazados a uno y otro lado de dicho satélite, y por lo tanto desplegados una vez que el satélite está en posición en el espacio, debido a la falta de espacio en el cono del morro de la lanzadera, se constata en este documento que los dos satélites COR y OCC pueden integrarse sin dificultad en el cono del morro 18 de una lanzadera actual, cuyo motor de la última fase 19 está representado de forma esquemática simple. Uno de los principales intereses de la invención es, en efecto, que se ha hecho posible la ausencia de los mecanismos complejos necesarios para el despliegue de paneles solares. De este modo, se minimizan los riesgos de rotura y de avería, mientras que el diseño y la integración se facilitan en gran medida.
En resumen, la invención presenta, por lo tanto, la ventaja de proponer un dispositivo de vuelo en formación para una misión de coronografía solar que comprende paneles solares fijos, que no necesitan ningún despliegue, gracias a una acomodación asimétrica del coronógrafo que se traduce en un desplazamiento de dicho coronógrafo a un lado del satélite portador.
Este desplazamiento del coronógrafo implica, debido al alineamiento en este orden del sol, del satélite ocultador y del coronógrafo, un desplazamiento de la sombra proyectada por el satélite ocultador sobre el satélite portador, permitiendo que una parte importante de la superficie orientada hacia el sol del satélite portador esté suficientemente iluminada para que los paneles solares fijados sobre esta superficie estén en condiciones de suministrar al satélite portador, y al coronógrafo en particular, la energía necesaria para la misión.

Claims (9)

1. Dispositivo de vuelo en formación para una misión de coronografía solar constituido:
\bullet
por un satélite portador (COR) que presenta un centro (O) que, con el centro del sol (S), define un eje del satélite portador (XSAT), comprendiendo dicho satélite portador (COR) un coronógrafo (10) orientado hacia el sol (S) y al menos un panel solar (11a)
\bullet
por un satélite ocultador (OCC), situado entre el sol (S) y el satélite portador (COR), que genera una sombra proyectada (13, 14) sobre el satélite portador (COR), estando el sol (S), el satélite ocultador (OCC) y el coronógrafo (10) alineados en este orden y definiendo una línea de mira (XCOR) del coronógrafo (10), y ocultando la sombra proyectada (13, 14) por el satélite ocultador (OCC) sobre el satélite portador (COR) toda la parte central del sol (S), llamada disco solar, para el coronógrafo (10), permitiendo a dicho coronógrafo (10) tomar imágenes de la corona solar,
\bullet
estando el coronógrafo (10) descentrado, desplazado a un lado del satélite portador (COR), la línea de mira (XCOR) del coronógrafo (10) es distinta del eje del satélite portador (XSAT), y el mantenimiento del satélite ocultador (OCC) en dicha línea de mira (XCOR) del coronógrafo (10) conlleva un desplazamiento de la sombra proyectada (13, 14) por el satélite ocultador (OCC) hacia el lado del satélite portador (COR) en el que se encuentra el coronógrafo (10), de modo que la sombra proyectada (13, 14) por el satélite ocultador (OCC) sobre el satélite portador (COR) no recubra totalmente la cara orientada hacia el sol (S) de dicho satélite portador (COR) y, caracterizado porque el panel solar (11a) está situado en una cara de dicho satélite portador (COR) orientada hacia el sol (S) y colocado de tal manera que no está totalmente recubierto por dicha sombra proyectada (13, 14).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el panel solar (11a) está descentrado, desplazado al lado opuesto del coronógrafo (10) en el satélite portador (COR).
3. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el panel solar (11a) está fijado en el satélite portador (COR).
4. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque un radiador fijo situado en las proximidades del coronógrafo (10), en la dirección opuesta al sol (S), permite regular la temperatura a nivel del coronógrafo.
5. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el satélite portador (COR) comprende al menos un generador solar asociado al panel solar (11a) y que permite producir la energía necesaria para dicho dispositivo.
6. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el coronógrafo (10) está descentrado, desplazado hacia un ángulo del satélite portador (COR), permitiendo de este modo la iluminación por el sol (S) de un máximo de superficie de la cara orientada hacia el sol (S) del satélite portador (COR) y, por consiguiente, del panel solar (11a) que contiene.
7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el satélite portador (COR) comprende además propulsores (16a), que pueden ser eyectores de gas frío, que permiten controlar la posición relativa del satélite portador (COR) y del coronógrafo (10) con respecto al satélite ocultador (OCC) y con respecto al sol (S).
8. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el satélite ocultador (OCC) comprende además propulsores (16b), que pueden ser eyectores de gas frío, que permiten controlar la posición relativa del satélite ocultador (OCC) con respecto al satélite portador (COR) y al coronógrafo (10) y con respecto al sol (S).
9. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el satélite portador (COR) comprende además un dispositivo de metrología óptica que permite conocer y controlar la posición relativa del satélite portador (COR) y del coronógrafo (10) con respecto al satélite ocultador (OCC).
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