ES2984626T3 - Dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales, y métodos para separar una nave espacial de un dispensador de un lanzador y para instalar un dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, que comprenda: - una estructura central (2) que comprenda: - una sección central (3) con un orificio interior (4) con una superficie cilíndrica que comprende un tope final (5), un eje axial interior (6) introducido en el orificio interior (4), y la sección central (3) con un perno de desbloqueo (7) alineado con el eje axial interior (6), un casquillo principal (8), dispuesto al menos parcialmente en el interior del orificio interior (4) y guiado axialmente mediante un sistema de guía compuesto por un casquillo guía (11) en el casquillo principal (8) y un casquillo guía (11') en la superficie del orificio interior (4), y un casquillo guía (8) compuesto por un saliente (9) en su superficie exterior, con un muelle retenedor (10) en el interior del casquillo principal (8), y - al menos dos brazos (12) que sobresalgan de la sección central (3) precargados axialmente por medio de un medio de empuje (13) en el extremo opuesto a la sección central (3), - un soporte (14) conectado a la sección central (3) de la estructura central (2) y que comprende medios de fijación (15), - un actuador (16) conectado al perno de desbloqueo (7) de la sección central (3) de la estructura central (2), - al menos dos palancas de conexión (17), cada una de las cuales estará conectada al extremo del brazo correspondiente (12) de la estructura central (2) por medio del pulsador (13), y - al menos dos conjuntos de sujeción (19) situados en la periferia del dispositivo (1), cada uno de ellos compuesto por un soporte de sujeción (20) y un soporte de sujeción (21), ambos con superficies de contacto cónicas (22), cada soporte de sujeción (20) compuesto por un muelle de torsión (23) alrededor de un eje de muelles de torsión (24), articulándose cada una de las palancas (17) con el correspondiente soporte de sujeción (20) a través del correspondiente eje de muelles de torsión (24).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales, y métodos para separar una nave espacial de un dispensador de un lanzador y para instalar un dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales
Campo de la invención
La invención refiere a un dispositivo para proporcionar sujeción y continuidad estructural entre una nave espacial y un lanzador, que también es adecuado para proporcionar la separación de la nave espacial del lanzador. La invención también se refiere a un método para separar una nave espacial de un dispensador de un lanzador y a un método para instalar un dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales.
Antecedentes de la invención
El mercado de las naves espaciales pequeñas está en continuo crecimiento. Se están desarrollando constelaciones de cientos de pequeñas naves espaciales en el rango de 50 a 800 kg. Para poner este alto número de pequeñas naves espaciales en órbita, el lanzador proporciona una estructura llamada dispensador encargada de proporcionar una conexión rígida de la nave espacial con el lanzador durante el vuelo, y de proporcionar una separación y un alejamiento seguros entre la nave espacial y el lanzador, y entre las propias naves espaciales.
Las soluciones actuales para este problema son un cilindro central o prismas cuadrados, hexagonales u octogonales unidos a la zona superior de la última parte del lanzador que transporta una o más naves espaciales en cada cara del prisma.
Con esta disposición, cada lanzador puede poner en órbita un número que normalmente oscila entre 2 y 32 naves espaciales, dependiendo del número de caras del dispensador y del número de filas de naves espaciales (normalmente de 1 a 4).
En las soluciones actuales, cada nave espacial se conecta al dispensador en 4 a 6 puntos llamados mecanismos de sujeción y liberación que precargan la nave espacial al dispensador.
La interfaz de estas pequeñas naves espaciales con el dispensador no está estandarizada y en este momento el lanzador tiene que proporcionar flexibilidad en la definición de las interfaces con este tipo de plataformas.
Cada mecanismo de sujeción y liberación es activado por una tuerca de separación dedicada cerca de la interfaz de la nave espacial, lo que en algunos casos da como resultado cientos de tuercas de separación por dispensador. La separación de estos mecanismos discretos de sujeción y liberación genera un alto choque durante la separación debido a la rápida liberación de la precarga y al actuador pirotécnico cerca de la interfaz de la nave espacial.
Existen sistemas para reducir el choque ralentizando la liberación de la precarga pero aumentando el tiempo de activación y la dispersión, penalizando la separación simultánea de los cuatro mecanismos de sujeción y separación. Esta separación simultánea es muy deseada, de modo que el sistema de distanciamiento normalmente formado por un resorte pueda expulsar la nave espacial con la mínima velocidad angular, minimizando el riesgo de colisión de todas las naves espaciales durante la separación.
En este tipo de dispensadores para grandes constelaciones, el lanzador debe estar preparado para gestionar una gran cantidad de señales de separación (dos por tuerca de separación debido a la redundancia). El sistema de iniciación podría limitar el número de separaciones en algunos casos. En otros casos el lanzador tiene que instalar sistemas de control muy costosos en el dispensador, convertidores y arneses para gestionar las separaciones penalizando el coste. Otra desventaja de estos sistemas es que muchas partes permanecen en la nave espacial después de la separación.
Estas nuevas plataformas de satélites son promovidas debido a su coste y es preciso abordar soluciones eficaces. La alta fiabilidad requerida para cada uno de los cuatro actuadores pirotécnicos por nave espacial tiene como resultado un alto porcentaje del coste total del sistema de separación y del dispensador.
El documento EP 2298648 A describe un dispositivo para la sujeción y liberación de un cuerpo desplegable montado en una estructura de soporte, siendo el dispositivo operable entre una condición de estiba y una condición de liberación, y que comprende: - un par de subconjuntos, cada uno de los cuales se fija al cuerpo desplegable o a la estructura de soporte, estos subconjuntos compuestos por superficies de acoplamiento que se encajan entre sí en estado de estiba para impedir de forma sustancial el movimiento lateral del cuerpo desplegable en relación con la estructura de soporte; -un elemento tensado liberable que se conecta a ambos subconjuntos, ejerciendo una acción de precarga compresiva sobre dichos subconjuntos que los mantienen unidos; - un sistema de medición de la fuerza que permite controlar la citada acción de precarga compresiva aplicada; - un dispositivo de desbloqueo para desbloquear la citada precarga, permitiendo la libre separación de los subconjuntos; además, incluye un mecanismo de aplicación de precarga integrado en el dispositivo que aplica una precarga de tensión sustancialmente pura al elemento tensado liberable.
El documento RU 2111905 C1 describe un dispositivo de separación entre la parte de cohete y la nave espacial a separar, que contiene un piroactuador con un pistón instalado en él, conectado a los dispositivos de bloqueo de los elementos de conexión, en el que el piroactuador está provisto de un anillo partido, los elementos de conexión se realizan en forma de un vástago dispuesto en serie, instalado en el interior del pistón con la posibilidad de su movimiento recíproco, y un vástago conectado al vástago por medio de un nudo rotativo, con el anillo partido instalado en el pistón, entre la parte anterior del pistón y el extremo del pistón fijado al vástago.
El documento RU 2396191 C1 presenta un sistema de separación de la carga útil que contiene un dispositivo de retención desmontable instalado entre la estructura portante y la carga útil, que incluye cerraduras mecánicas discretamente colocadas con eslabones de retención y bloqueo en la estructura portante del dispositivo, conectadas con una estrella rotativa multihaz, fijadas con la posibilidad de rotación en el centro del círculo de la instalación de las cerraduras y mantenidas en la posición inicial evitando la rotación por medio de un medio piroeléctrico, así como pulsadores de resorte para la separación. El sistema de separación de la estructura portante incluye cerraduras mecánicas con eslabones de retención y bloqueo conectados con la estrella multihaz rotativa, fijadas con la posibilidad de rotación en el centro del círculo de la instalación de las cerraduras y mantenidas en la posición inicial de rotación por medio de un medio piroeléctrico.
El documento EP 2213572 A1 describe un "Dispositivo para sujetar una estructura móvil a una nave espacial" que comprende una estructura estacionaria fijada a la nave espacial, un actuador, un miembro liberable con movimiento en dirección axial en relación con la estructura estacionaria tras la activación del actuador y un conjunto de bloqueo dispuesto para sujetar o liberar la estructura móvil en función de la posición axial del miembro liberable. El conjunto de bloqueo comprende una pluralidad de miembros de bloqueo dispuestos circunferencialmente que son movibles en una dirección radial dentro y fuera de acoplamiento con la estructura móvil en ranuras con forma de V dispuestas en una placa con forma de anillo qué está unido al extremo, estando los miembros de bloqueo conectados al miembro liberable por unas primeras palancas, de modo que el movimiento axial del miembro liberable y el movimiento radial del miembro de bloqueo están acoplados entre sí mediante un mecanismo del tipo de palanca doblada.
Otros sistemas de separación se exponen en el documento "Enabling Solutions for Small Satellite Space Access" (13th Reinventing Space Conference, noviembre de 2015), de Andreas Jonsson y Magnus Engstrom, en el que se incluyen varios sistemas para el lanzamiento de múltiples satélites. Uno de estos sistemas consiste en 4 mecanismos de sujeción y una estructura de placas, pero con un solo punto de liberación.
El documento US 4219171 A presenta un dispositivo llevado por un primer vehículo tal como una lanzadera espacial en órbita, teniendo una pluralidad de miembros de contacto para enganchar y para sostener un anillo anular en un segundo vehículo, tal como una carga útil en órbita. Los miembros de contacto están conectados a brazos manipuladores montados en un punto de apoyo y que se mueven mediante un mecanismo de tipo iris. El movimiento de los brazos manipuladores hace que los miembros de contacto agarren o suelten el anillo anular. Se proporcionan dispositivos de tope para alinear axialmente el anillo anular y hacer que los miembros de contacto se acoplen al mismo.
El documento US 4664344 A describe un aparato y un método para capturar un vehículo espacial en órbita fijando un dispositivo de sujeción. Se inserta una sonda en una abertura, como una tobera de cohete, en el vehículo espacial hasta que un tope del mecanismo de la sonda entra en contacto con la nave espacial, se acciona una palanca que libera una varilla accionada por resorte que se desplaza axialmente a lo largo de la sonda retirando un manguito de recubrimiento para exponer unos dedos basculantes accionados por resorte que pivotan para abrirse enganchando el lado de la abertura. La sonda se acorta y se tensa girando una rosca de tornillo, presionando los dedos dentro de la abertura para comprimir el vehículo espacial entre los dedos de palanca y el tope. Una pinza fijada a la sonda, que queda así sujeta al vehículo espacial, se engancha con medios de recuperación apropiados, como un brazo manipulador remoto.
El documento EP 3184439 A1 presenta un dispositivo para la retención y liberación controlada de satélites espaciales instalados en lanzadoras y cargas instaladas en satélites espaciales, que comprende un miembro de bloqueo formado por segmentos desplazables radialmente desde una posición de retención mutuamente aproximada hasta una posición de liberación mutuamente separada de un tornillo de conexión. Para controlar el desplazamiento radial de los segmentos entre la posición de retención y la posición de liberación se proporciona un elemento giratorio coaxial con el miembro de bloqueo, un mecanismo articulado que conecta de manera operativa el elemento giratorio con los segmentos del miembro de bloqueo, y motores lineales para conducir la rotación controlada del elemento giratorio y, a través del mecanismo articulado, el desplazamiento simultáneo de los segmentos del miembro de bloqueo.
Por consiguiente, es necesario proporcionar un dispositivo de sujeción y separación múltiple para las naves espaciales que reduzca el choque de salida, que reduzca el número de dispositivos pirotécnicos y, por consiguiente, el coste, que mejore la liberación simultánea de puntos discretos, minimizando el riesgo de colisión durante la separación y reduciendo la masa que vuela y que se añade a la nave espacial después de la separación, y que pueda probarse fácilmente muchas veces en tierra, mejorando la fiabilidad del diseño.
Sumario de la invención
El objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales que supere los inconvenientes mencionados.
La invención proporciona un dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales que comprende:
- una estructura central que comprende:
- una sección central con un orificio interior con una superficie cilíndrica que comprende un tope final, estando provisto un eje axial interior en el orificio interior, comprendiendo la sección central también un perno de desbloqueo alineado con el eje axial interior, un casquillo principal, dispuesto al menos parcialmente en el interior del orificio interior y guiado axialmente mediante un sistema de guía compuesto por un casquillo guía en el casquillo principal y un casquillo guía en la superficie del orificio interior, comprendiendo el casquillo principal un saliente en su superficie exterior, con un muelle retenedor provisto en el interior del casquillo principal, y
- al menos dos brazos que sobresalen de la sección central precargados axialmente por medios de empuje en el extremo opuesto a la sección central,
- un soporte conectado a la sección central de la estructura central y que comprende medios de fijación,
- un actuador conectado al perno de desbloqueo de la sección central de la estructura central,
- al menos dos palancas de conexión, cada una de las cuales está conectada al extremo del brazo correspondiente de la estructura central por medio del medio de empuje, y
- al menos dos conjuntos de sujeción situados en la periferia del dispositivo, comprendiendo cada uno de ellos un soporte de sujeción y una sujeción, ambos con superficies de contacto cónicas, comprendiendo cada soporte de sujeción un muelle de torsión alrededor de un eje de muelle de torsión, estando cada palanca correspondiente articulada con el correspondiente soporte de sujeción por medio del correspondiente eje de muelle de torsión.
La invención también comprende un método para separar una nave espacial de un dispensador de un lanzador de la reivindicación 10, y un método para instalar un dispositivo de sujeción y separación múltiple para naves espaciales de la reivindicación 11.
Otra ventaja del dispositivo de la invención es que es un dispositivo modular. Permite varias configuraciones con diferentes estructuras centrales, siendo el resto de los elementos comunes.
También es un dispositivo versátil, que permite cambiar el número de brazos y su longitud según las diferentes necesidades.
Otras características y ventajas de la presente invención serán claras a partir de la siguiente descripción detallada de varias realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las figuras adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención que une una nave espacial al dispensador de un lanzador (modo cerrado).
La figura 2 muestra los elementos de la figura 1 una vez que la nave espacial ha sido liberada del dispensador (modo abierto).
Las figuras 3 a 5 muestran varias realizaciones del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención.
Las figuras 6 a 8 muestran varias realizaciones de la estructura central del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención.
La figura 9 muestra un detalle del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención en modo cerrado.
La figura 10 muestra un detalle del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención en modo abierto.
La figura 11 muestra una vista de varios elementos del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención en modo cerrado.
La figura 12 muestra una vista de varios elementos del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención en modo abierto.
La figura 13 muestra un detalle de la conexión entre un brazo de la estructura central y una palanca de conexión.
La figura 14 muestra un detalle del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención en modo cerrado.
La figura 15 muestra un detalle del dispositivo de sujeción y separación múltiple de la invención en modo abierto.
Descripción detallada de la invención
La invención presenta un dispositivo 1 usado para sujetar y liberar una nave espacial 27 en el número y la ubicación deseados de puntos discretos mediante la apertura de un solo actuador 16 en el punto central del dispositivo 1.
El dispositivo 1 de sujeción y separación múltiple para naves espaciales de la invención (ilustrado, por ejemplo, en figuras 3, 4 y 5) básicamente comprende varios elementos:
- una estructura central 2,
- un soporte 14 conectado a la estructura central 2,
- un actuador 16 conectado a la estructura central 2,
- varias palancas de conexión 17, y
- varios conjuntos de sujeción 19 colocados en la periferia del dispositivo 1.
La figura 1 muestra el dispositivo de sujeción y separación múltiple 1 de la invención en modo cerrado, acoplando una nave espacial 27 al dispensador 28 de un lanzador. La figura 2 muestra los elementos de la figura 1 una vez que la nave espacial 27 ha sido liberada del dispensador 28 (es decir, cuando el dispositivo de sujeción y separación múltiple 1 está en modo abierto).
Los principales elementos de la estructura central 2 se pueden ver en las figuras 6, 7 y 8, correspondientes a diferentes realizaciones. La estructura central 2 comprende:
- Una sección central 3 con un orificio interior 4 con una superficie cilíndrica que comprende un tope final 5, estando provisto un eje axial interior 6 en el orificio interior 4. La sección central 3 comprende también un perno de desbloqueo 7 alineado con el eje axial interior 6, un casquillo principal 8, al menos en parte, dispuesto en el interior del orificio interior 4 y guiado axialmente mediante un sistema de guiado que incluye un casquillo guía 11 en el casquillo principal 8 y un casquillo guía 11' en la superficie del agujero interior 4. El casquillo principal 8 comprende un saliente 9 en su superficie exterior y se proporciona un muelle de retención 10 en el interior del casquillo principal 8.
- Al menos dos brazos 12 que sobresalen de la sección central 3. Los brazos 12 pueden ser parte integrante de la sección central 3 o pueden unirse a la sección central 3 como partes independientes (por ejemplo, atornillados a ella). Estos brazos 12 están precargados axialmente por medio de medios de empuje 13 en el extremo del brazo 12 opuesto a la sección central 3. La figura 13 muestra un brazo 12 y una palanca de conexión 17, con un empujador tensor como medio de empuje 13.
Las figuras 6 y 7 muestran una sección central 3 con cuatro brazos 12, y la figura 8 muestra una sección central 3 con seis brazos 12.
El soporte 14 está conectado a la sección central 3 de la estructura central 2 y comprende medios de fijación 15, adecuados para la fijación al dispensador 28.
El actuador 16 se conecta al perno de desbloqueo 7 de la sección central 3 de la estructura central 2, cuando el dispositivo 1 está en modo cerrado.
Varios tipos de actuadores 16 son posibles para soltar el perno de desbloqueo 7:
- Actuador no explosivo llamado NEA (de la empresa EBAD y otros) que es un mecanismo que permite soportar una carga de tracción muy elevada mediante un perno de desbloqueo 7 sujetado en su sitio por dos mitades de carrete separables que a su vez se sujetan entre sí por medio de un bobinado apretado de cable de retención. El cable de retención se mantiene en su sitio mediante cables de fusibles eléctricos redundantes. Cuando se aplica la corriente eléctrica nominal de 4A durante 25ms, el cable de retención se desenrolla permitiendo que las mitades del carrete se separen soltando la varilla de desenganche y la precarga asociada.
- Tuerca de separación o actuador pirotécnico (de Pyroalliance, Chemring, EBAD y otros) que mantiene la precarga del perno de desbloqueo 7 mediante segmentos roscados que se alejan por la presión generada por los iniciadores pirotécnicos por un impulso eléctrico de 5A durante al menos 10ms.
- Otras opciones para mantener y liberar el perno de desbloqueo 7 como cortadores de pernos, pernos y tuercas frangibles también son posibles.
El dispositivo 1 también incluye varias palancas de conexión 17 (al menos dos). Cada una de las palancas de conexión 17 está conectada al extremo del brazo correspondiente 12 de la estructura central 2 mediante el medio de empuje 13.
El dispositivo 1 también comprende al menos dos conjuntos de sujeción 19 situados en la periferia del dispositivo 1. Cada conjunto de sujeción 19 se compone de un soporte de sujeción 20 y una sujeción 21, ambos con superficies de contacto cónicas 22 (figuras 11 y 12). Cada soporte de sujeción 20 comprende un muelle de torsión 23 alrededor de un eje 24 del muelle de torsión. Cada una de las palancas 17 correspondientes se articula con el correspondiente soporte de sujeción 20 a través del correspondiente eje 24 del muelle de torsión.
En las figuras 11 y 12 se puede observar que el soporte de sujeción 20 comprende adicionalmente un tope final 25 que limita el ángulo de giro de la palanca 17 alrededor del eje 24 correspondiente del muelle de torsión. También se puede ver que el soporte de sujeción 20 comprende adicionalmente un pestillo 26 adecuado para retener la palanca correspondiente 17, con el fin de evitar que la palanca 17 se retraiga una vez que alcance su posición final.
El dispositivo 1 de la invención proporciona sujeción y continuidad estructural entre la nave espacial 27 y el lanzador 28 en el número y la ubicación deseados de puntos discretos (sujeciones) y es liberado simultáneamente por la activación de un actuador único 16 en el punto central.
El dispositivo 1 comprende una estructura central 2 con un número de brazos 12 igual al número de puntos discretos N de sujeción deseados precargados axialmente con una fuerza P.
El número y la ubicación de los puntos discretos pueden seleccionarse para cada misión mediante la única modificación de la geometría de esta estructura central 12, siendo el resto de las piezas totalmente idénticas.
Esta estructura 12 está precargada axialmente de manera uniforme mediante la aplicación de un par de apriete secuencialmente a los pernos tensores (medios de empuje 13) en el extremo de los brazos 12. Esta precarga es P/N.
Cada sistema de sujeción está compuesto por una palanca de conexión 17 encargada de la amplificación y de la transmisión de la precarga de cada brazo 12 de la estructura central 2 a la sujeción 21. Esta amplificación se consigue mediante la ley de la palanca que gira a lo largo de un eje de rodamiento (eje 24 del muelle de torsión). La ventaja mecánica de la palanca MA es, por lo tanto, la relación de distancias desde el eje de rodamiento hasta el punto en que se aplican las fuerzas de entrada y salida a la palanca 17. Entonces la precarga introducida en la sujeción 21 es MA x P/N. Si la relación de distancias se selecciona de tal manera que MA~N, la precarga resultante introducida en la sujeción 21 es la misma que la precarga en el punto central P. Esto permite utilizar el mismo actuador 16 para este dispositivo 1 que el utilizado para las sujeciones simples, manteniendo la homogeneidad.
Cada sujeción 21 comprende un cono 22 clásico (superficie de contacto cónica) precargado para soportar las cargas externas tanto laterales como axiales.
Para liberar una nave espacial 27 de un dispensador 28 de un lanzador, se puede utilizar un método que utiliza un dispositivo de sujeción y separación múltiple 1 para naves espaciales de la invención, de modo que en una posición de sujeción, la nave espacial 27 se fija al dispensador 28 en varios puntos discretos por medio de las correspondientes sujeciones 21, y el soporte 14 que comprende los medios de sujeción 15 y los soportes de sujeción 20 se fijan al dispensador 28. El método comprende los siguientes pasos:
- orden eléctrica desde el lanzador para activar el actuador 16 por medio de una línea que conecta el lanzador y el actuador 16,
- se suelta el perno de desbloqueo 7 y la sección central 3 de la estructura central 2 se desplaza axialmente mediante su energía elástica y el muelle retenedor 10 hasta que el saliente 9 del casquillo principal 8 entra en contacto con el tope final 5 de la superficie cilíndrica del orificio interior 4, los brazos 12 de la estructura central 2 se desplazan con la sección central 3 (figura 2, figura 10),
- las palancas de conexión 17 se liberan de los brazos 12 de la estructura central 2 y giran mediante su energía elástica y los muelles de torsión 23 (figura 12, figura 15), y
- el extremo de cada palanca 17 se libera de la correspondiente sujeción 21 para desbloquear la sujeción correspondiente 21, permitiendo la separación de la nave espacial del dispensador (figura 12, figura 15).
En efecto, la liberación del dispositivo 1 comienza con la activación del actuador 16 (por ejemplo, una tuerca de separación). En una realización, este actuador 16 es activado en vuelo por una señal eléctrica proveniente del lanzador que es convertida en una presión mecánica dentro de la tuerca de separación por iniciadores pirotécnicos estándar. Esta presión también puede ser introducida directamente en la cámara de la tuerca de separación con gas nitrógeno para pruebas en tierra.
El movimiento de la estructura central 2 está guiado axialmente por dos casquillos guía 11, 11’ de baja fricción y un pasador/ranura para evitar la rotación.
Al final del desplazamiento, la estructura central 2 se detiene mecánicamente.
Un muelle retenedor interno 10 entre la estructura central 2 y el punto fijo del lanzador mantiene la estructura central 2 en el modo abierto después de la liberación.
La apertura de la estructura central 2 relaja la precarga en las palancas de conexión 17 y, por lo tanto, en la sujeción 21 y permite que las palancas de conexión 17 giren libremente a lo largo del eje de rodamiento. La energía para este movimiento de rotación proviene principalmente de su energía elástica. Al final del recorrido de rotación, las palancas de conexión 17 se detienen por medio de un tope final 25 (por ejemplo, un tope de teflón) para reducir el choque de este impacto. Las palancas de conexión 17 se mantienen en su modo abierto mediante dos muelles de torsión 23 (izquierdo y derecho) en cada rodamiento.
La palanca de conexión 17 en el modo abierto proporciona suficiente espacio libre para permitir que los conos 22 unidos a la nave espacial 27 se liberen de forma segura.
Este dispositivo 1 reduce el número de tuercas de separación, iniciadores, arneses y controladores electrónicos de gestión de separación en un factor de N, siendo N el número deseado de puntos discretos, manteniendo la precarga P (si se seleccionan relaciones geométricas adecuadas para tener MA~N) y, por lo tanto, la capacidad de carga de cada sujeción 21 y reduciendo el choque de salida a niveles insignificantes: un único dispositivo pirotécnico por nave espacial 27 situado muy lejos de las interfaces de la nave espacial.
El actuador 16 puede ser activado en tierra con gas frío cientos de veces sin necesidad de reacondicionamiento. La presión puede ser introducida directamente en la cámara de la tuerca de separación con gas nitrógeno para pruebas en tierra, por lo que es posible realizar un alto número de pruebas de bajo coste con este dispositivo en tierra para mejorar la fiabilidad final del diseño.
Para instalar un dispositivo de sujeción y separación múltiple 1 para naves espaciales, se puede utilizar un método que utilice un dispositivo de sujeción y separación múltiple 1 para naves espaciales de la invención y que comprenda los siguientes pasos:
- fijación del soporte 14 y de los soportes de sujeción 20 al dispensador 28 de un lanzador,
- fijación de las sujeciones 21 a la nave espacial 27,
- colocar la estructura central 2 en posición cerrada con el perno de desbloqueo 7 unido al actuador 16, y
- aplicar un par de apriete al medio de empuje 13 situado en el extremo de cada brazo 12 de la estructura central 2.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en relación con realizaciones preferidas, es evidente que pueden introducirse modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por estas realizaciones, sino por el contenido de las siguientes reivindicaciones.
Claims (11)
- REIVINDICACIONES1 Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, que comprende:- una estructura central (2) que comprende:- una sección central (3) con un orificio interior (4) con una superficie cilíndrica que comprende un tope final (5), estando provisto un eje axial interior (6) en el orificio interior (4), comprendiendo la sección central (3) también un perno de desbloqueo (7) alineado con el eje axial interior (6), y- al menos dos brazos (12) que sobresalen de la sección central (3) y unos correspondientes medios de empuje (13), dichos al menos dos brazos (12) precargados axialmente por los medios de empuje (13) en el extremo opuesto a la sección central (3),- un soporte (14) conectado a la sección central (3) de la estructura central (2) y que comprende medios de fijación (15),- un actuador (16) conectado al perno de desbloqueo (7) de la sección central (3) de la estructura central (2),en el que:- la sección central (3) de la estructura central (2) comprende adicionalmente un casquillo principal (8) dispuesto al menos parcialmente en el interior del orificio interior (4) y guiado axialmente mediante un sistema de guía compuesto por un casquillo guía (11) en el casquillo principal (8) y un casquillo guía (11') en la superficie del orificio interior (4), comprendiendo el casquillo principal (8) un saliente (9) en su superficie exterior, con un muelle retenedor (10) provisto en el interior del casquillo principal (8),en el que el dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales comprende adicionalmente:- al menos dos palancas de conexión (17), estando cada una de las palancas de conexión (17) conectada al extremo del brazo correspondiente (12) de la estructura central (2) por medio de los medios de empuje (13), y- al menos dos conjuntos de sujeción (19) situados en la periferia del dispositivo (1), comprendiendo cada uno de ellos un soporte de sujeción (20) y una sujeción (21), ambos con superficies de contacto cónicas (22), comprendiendo cada soporte de sujeción (20) un muelle de torsión (23) alrededor de un eje (24) de muelle de torsión, estando cada palanca (17) correspondiente articulada con el correspondiente soporte de sujeción (20) por medio del correspondiente eje (24) de muelle de torsión.
- 2. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, según la reivindicación 1, que además comprende un tope final (25) en cada soporte de sujeción (20) que limita el ángulo de giro de la palanca (17) alrededor del eje (24) del muelle de torsión correspondiente.
- 3. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, según la reivindicación 1 o 2, que además incluye un pestillo (26) en cada soporte de sujeción (20) adecuado para retener la palanca correspondiente (17).
- 4. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, según cualquiera de las reivindicaciones 1,2 o 3, que comprende cuatro brazos (12) en la estructura central (2) y cuatro conjuntos de sujeción (19).
- 5. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, según la reivindicación 5, en el que los conjuntos de sujeción (19) están dispuestos en una configuración rectangular.
- 6.- Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, según la reivindicación 5, en el que los conjuntos de sujeción (19) están dispuestos en una configuración cuadrada.
- 7. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, según la reivindicación 1,2 o 3, que comprende seis brazos (12) en la estructura central (2) y seis conjuntos de sujeción (19) dispuestos en una configuración hexagonal.
- 8. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el actuador (16) es un actuador no explosivo o bien un actuador pirotécnico.
- 9. - Dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los brazos (12) que sobresalen de la sección central (3) son parte integrante de la sección central (3) o bien son partes independientes unidas a la sección central (3).
- 10. - Método para separar una nave espacial de un dispensador de un lanzador, utilizando el método un dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que en una posición de sujeción la nave espacial se fija al dispensador en varios puntos discretos por medio de las correspondientes sujeciones (21), y el soporte (14) que comprende los medios de sujeción (15) y los soportes de sujeción (20) se fijan al dispensador, comprendiendo el método los siguientes pasos:- orden eléctrica desde el lanzador para activar el actuador (16) por medio de una línea que conecta el lanzador y el actuador (16),- se suelta el perno de desbloqueo (7) y la sección central (3) de la estructura central (2) se desplaza axialmente mediante su energía elástica y el muelle retenedor (10) hasta que el saliente (9) del casquillo principal (8) entra en contacto con el tope final (5) de la superficie cilíndrica del orificio interior (4), los brazos (12) de la estructura central (2) se desplazan con la sección central (3),- las palancas de conexión (17) se liberan de los brazos (12) de la estructura central (2) y giran mediante su energía elástica y los muelles de torsión (23), y- el extremo de cada palanca (17) se libera de la correspondiente sujeción (21) para desbloquear la sujeción correspondiente (21), permitiendo la separación de la nave espacial del dispensador.
- 11.- Método para instalar un dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales, utilizando el método un dispositivo de sujeción y separación múltiple (1) para naves espaciales de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que comprende los siguientes pasos:- fijación del soporte (14) y de los soportes de sujeción (20) al dispensador (28) de un lanzador,- fijación de las sujeciones (21) a la nave espacial (27),- colocar la estructura central (2) en posición cerrada con el perno de desbloqueo (7) unido al actuador (16), yaplicar un par de apriete al medio de empuje (13) situado en el extremo de cada brazo (12) de la estructura central (2).
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