DE102008061978A1 - Device for docking service satellite inside nozzle neck of rocket engine of circulating target satellite, has generating device centering gripping mechanism and adjusting longitudinal axis of mandrel with rotation symmetric axis of neck - Google Patents

Device for docking service satellite inside nozzle neck of rocket engine of circulating target satellite, has generating device centering gripping mechanism and adjusting longitudinal axis of mandrel with rotation symmetric axis of neck Download PDF

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Abstract

The device has a rotation symmetric active force generating device controlling guiding of a gripping mechanism of a docking-tool of a service satellite into a nozzle neck (4) of a neck apogee-engine of a target satellite. The generating device is approximated without contact between a gripping mechanism and a wall (7) of a nozzle (5). The generating device automatically centers the gripping mechanism in reference to an opening of the nozzle neck and coaxially adjusts a central longitudinal axis of a spreader mandrel (1) with a rotation symmetric axis of the neck.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Andocken eines Service-Satelliten im Inneren des Düsenhalses eines Apogäum-Triebwerkes eines im Umlauf befindlichen Zielsatelliten unter Verwendung eines am Service-Satelliten fest angebrachten Andock-Werkzeuges, das einen mit einem zentralen, längsverschiebbaren Aufspreizdorn und zwei oder mehr in ihrer Gesamtheit den Aufspreizdorn umgreifenden, aufspreizbaren Spreizklammern versehenen Greifmechanismus aufweist, der in den Düsenhals kontrolliert einführbar und durch Längsverschiebung des Aufspreizdorns über die dann mittels des Kopfendes des Aufspreizdorns aufgespreizten Spreizklammern form- und kraftschlüssig mit der Innenseite der metallischen Wandung des Düsenhalses verklemmbar ist, wobei der Außendurchmesser des Greifmechanismus im nicht aufgespreizten Zustand nur geringfügig kleiner als der Düsenhals-Innendurchmesser des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten bemessen ist.The The invention relates to a device for docking a service satellite inside the nozzle throat of an apogee engine of a target satellite in circulation using a docking tool permanently attached to the service satellite, the one with a central, longitudinally displaceable expanding mandrel and two or more in their entirety embracing the spreader thorn, having spreadable spreading clips provided gripping mechanism, the inserted into the nozzle neck controlled and by longitudinal displacement of the expanding mandrel over then spread by means of the head of the Aufspreizdorns Spreader clips positive and non-positive with the inside of the metallic wall of the nozzle neck is clamped, wherein the outer diameter of the gripping mechanism in not spread Condition only slightly smaller than the nozzle throat inner diameter the apogee engine of the target satellite to be docked is measured.

Beim Betrieb von Satellitensystemen ist es derzeit die allgemeine Praxis, dass Satelliten, deren Tank für Kurskorrekturen erschöpft ist, stillgelegt werden müssen bzw. defekte Satelliten weder repariert noch korrekt entsorgt werden können. Dieser Mangel soll in naher Zukunft durch das Konzept des ”On Orbit Servicing” mit Hilfe von speziellen Service-Satelliten behoben werden.At the Operation of satellite systems, it is currently the general practice that satellites whose tank is exhausted for course corrections is, have to be shut down or defective satellites can neither be repaired nor disposed of properly. This Lack is due in the near future by the concept of "On Orbit Servicing "with the help of special service satellites be resolved.

Um nun eine Wartung jedweder Form durchführen zu können, muss zunächst ein Andocken des Service-Satelliten an dem zu wartenden Zielsatelliten erfolgen. Heutige Satelliten sind dafür allerdings nicht ausgelegt, da sie keinerlei standardisierte ”Griffe” oder ”Haken” aufweisen, die einen stabilen Kontakt ermöglichen würden. Um dieses Problem zu umgehen, kann der Service-Satellit am bzw. im Apogäumsmotor, d. h. am Raketenmotor, der den nun zu wartenden Satelliten in seine Umlaufbahn gebracht hat und der später nicht mehr verwendet wird, andocken und sich mit einem aufspreizenden Verriegelungsmechanismus festhalten.Around now be able to perform a maintenance of any form, must first dock the service satellite to the to be serviced target satellites. Today's satellites are for it but not designed, as they do not have any standardized "handles" or "hooks", which would allow a stable contact. To circumvent this problem, the service satellite may be on or in the apogee motor, d. H. on the rocket motor, which now too has brought the waiting satellites into orbit and later is no longer used, and dock with an expanding Hold the locking mechanism.

In DE 198 48 427 A1 und DE 10 2006 009 001 B3 sind an einem Reparatursatelliten bzw. an einem Raumtransporter angebrachte Greifvorrichtungen beschrieben, welche dazu geeignet sind, einen Zielsatelliten im Düsenhals seines Apogäumsmotors zu greifen und nach Verklemmen festzuhalten. Dabei wird ein Mechanismus aus einem Aufspreizdorn mit anliegenden Klemmbügeln in den Düsenhals des Apogäumsmotors des Zielsatelliten eingeführt und dann aufgespreizt, um eine form- und kraftschlüssige Verbindung herzustellen.In DE 198 48 427 A1 and DE 10 2006 009 001 B3 are described on a repair satellites or on a space transporter mounted gripping devices which are adapted to grab a target satellite in the nozzle throat of his Apogeeumsmotors and hold after jamming. In this case, a mechanism is inserted from a Aufspreizdorn with adjacent clamping brackets in the nozzle throat of the apogee motor of the target satellite and then spread apart to produce a positive and non-positive connection.

Dabei ist es wichtig, dass vor dem Aufspreizvorgang möglichst keine Berührung zwischen dem Aufspreizdorn und der Düse stattfindet, da sonst ein Stoßimpuls übertragen würde, der ein Wegdriften des zu greifenden Zielsatelliten verursachen würde. Da der sich aufspreizende Greifmechanismus beim Andocken und Festhalten sehr hohe Kräfte aufnehmen muss, darf der Außendurchmesser am Kopfende nur wenig kleiner gewählt werden als der Innendurchmesser der kleinsten zu greifenden Düse, weswegen der Greifmechanismus durch kontrollierte Bewegungen des andockenden Satelliten in die Düsenaufnahme des Zielsatelliten eingeführt wird, wie dies in DE 198 48 427 A1 beschrieben ist.It is important that before the Aufspreizvorgang possible no contact between the Aufspreizdorn and the nozzle takes place, otherwise a shock pulse would be transmitted, which would cause a drifting away of the target satellite to be gripped. Since the spreading gripping mechanism must absorb very high forces when docking and holding, the outer diameter at the head end must be chosen only slightly smaller than the inner diameter of the smallest nozzle to be gripped, so the gripping mechanism is introduced by controlled movements of the docking satellite in the nozzle holder of the target satellite like this in DE 198 48 427 A1 is described.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Andocken eines Service-Satelliten im Inneren des Düsenhalses eines Apogäum-Triebwerkes eines im Umlauf befindlichen Zielsatelliten so zu gestalten, dass sichergestellt wird, dass keine Kollision zwischen den beiden Satelliten beim Andocken verursacht wird und somit keine Stoßimpulse übertragen werden, die zum gegenseitigen Auseinanderdriften der Satelliten führen könnten. Da eine rein mechanische Vorrichtung immer den Nachteil besitzt, dass sie sich während oder nach dem Andockvorgang verklemmen kann oder dass sie durch die starken Vibrationen, die beim Start einer Rakete, welche den anzudockenden Service-Satelliten in die Umlaufbahn bringt, beschädigt werden kann, soll die Vorrichtung zum kollisionsfreien Einführen des Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs in den Düsenhals des Zielsatelliten ohne mechanische Komponenten auskommen.task It is the object of the present invention to provide a device for docking a service satellite inside the nozzle throat of a Apogee engine of a target satellite in circulation to be designed to ensure that no collision between the two satellites when docking is caused and Thus, no shock pulses are transmitted, the lead to the mutual divergence of the satellites could. Since a purely mechanical device always the Disadvantage possesses that they are during or after the docking process can get stuck or because of the strong vibrations that when launching a rocket, which is the docking service satellite into orbit, can be damaged the device for collision-free insertion of the gripping mechanism of the docking tool into the nozzle throat of the target satellite without mechanical components.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur kontrollierten Einführung des Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs des Service-Satelliten in den Düsenhals des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten am Andock-Werkzeug eine ohne Berührung zwischen dem Greifmechanismus und der Düsenwandung zumindest angenähert rotationssymmetrisch wirksame Kräfte erzeugende Vorrichtung zur automatischen Zentrierung des Greifmechanismus in Bezug auf die Öffnung des Düsenhalses und damit zur koaxialen Ausrichtung der zentralen Längsachse des Aufspreizdorns mit der Rotationssymmetrieachse des Düsenhalses vorgesehen ist.According to the Invention, which relates to a device of the aforementioned Type, this task is solved by the fact that controlled introduction of the gripping mechanism of the docking tool of the service satellite into the nozzle throat of the apogee engine the docking target satellite at the docking tool one without contact between the gripping mechanism and the Nozzle wall at least approximately rotationally symmetrical effective force generating device for automatic Centering of the gripping mechanism with respect to the opening the nozzle neck and thus the coaxial alignment of central longitudinal axis of the expanding mandrel with the axis of rotational symmetry the nozzle neck is provided.

Eine mögliche Realisierungsform einer Vorrichtung zur kontrollierten Einführung des Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs des Service-Satelliten in den Düsenhals des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten zeichnet sich dadurch aus, dass außen am Andock-Werkzeug entlang des Umfangs gleichmäßig verteilt mehrere hochauflösende Abstandssensoren angebracht sind, die den Abstand zur Wandung des Düsenhalses messen und jeweils ein Abstandssignal abge ben, und dass im Service-Satelliten eine während des Einführungsvorgangs bis zum Aufspreizen des Greifmechanismus wirksame Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche die Abstandssignale aufnimmt und auf der Basis dieser Abstandssignale eine Berechnung zur Steuerung der Service-Satelliten-Antriebe vornimmt, so dass die zentrale Längsachse des Aufspreizdorns mit der Rotationssymmetrieachse des Düsenhalses präzise zusammenfällt.A possible implementation of a device for the controlled introduction of the gripping mechanism of the docking tool of the service satellite in the nozzle throat of the apogee engine of the docking target satellite is characterized in that the outside of the docking tool evenly distributed along the circumference several high-resolution distance sensors are that measure the distance to the wall of the nozzle throat and each a distance signal abge ben, and that in the service satellites during the insertion process to the spreading of the gripping mechanism effective control device is provided which receives the distance signals and on the basis of these distance signals performs a calculation for controlling the service satellite drives, so that the central longitudinal axis of the expanding mandrel coincides precisely with the rotational symmetry axis of the nozzle throat.

Eine andere Realisierungsform einer Vorrichtung zur kontrollierten Einführung des Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs des Service-Satelliten in den Düsenhals des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten besteht in einer zusätzlichen Maßnahme, welche zwischen dem Service-Satelliten und dem Zielsatelliten (schwache) Kräfte erzeugt, die eine automatische Zentrierung des Greifmechanismus in Bezug auf die Öffnung des Düsenhalses und damit eine koaxiale Ausrichtung der zentralen Längsachse des Aufspreizdorns mit der Rotationssymmetrieachse des Düsenhalses bewirken.A another embodiment of a device for controlled introduction the gripping mechanism of the service satellite docking tool into the nozzle throat of the Apogee engine of the Docking intended satellites consists in an additional Measure, which between the service satellite and the Target satellites (weak) forces generated an automatic centering the gripping mechanism with respect to the opening of the nozzle neck and thus a coaxial alignment of the central longitudinal axis of the expanding mandrel with the rotational symmetry axis of the nozzle neck cause.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform zur Erzeugung derartiger schwacher Kräfte zum automatischen Zentrieren des Greifmechanismus beim Einführen in den Düsenhals des Zielsatelliten zeichnet sich dadurch aus, dass am Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs des Service-Satelliten eine Magnetspule mit offenem Eisen- oder Ferritkern angeordnet ist, die bei Bestromung ein um die Längsachse des Greifmechanismus rotationssymmetrisches, raumgreifendes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in der metallischen Wandung des Düsenhalses des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten einen Wirbelstrom induziert, der seinerseits ein Magnetfeld aufbaut, das dem erzeugenden Magnetfeld entgegenwirkt und eine Abstoßung der Magnetspule von der Wandung des Düsenhalses des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten bewirkt.A particularly advantageous embodiment for generating such weak forces for automatic centering of the gripping mechanism during Inserting into the nozzle throat of the target satellite draws characterized by the fact that the gripping mechanism of the docking tool of the service satellite a solenoid with open iron or Ferrite core is arranged, which when energized one around the longitudinal axis the gripping mechanism rotationally symmetrical, expansive magnetic Alternating field generated in the metallic wall of the nozzle neck the apogee engine of the target satellite an eddy current which in turn builds up a magnetic field that is the generating Counteracts magnetic field and repulsion of the magnetic coil from the wall of the nozzle neck of the apogee engine of the target satellite causes.

Die Magnetspule kann in Einführungsrichtung hervorstehend am Kopfende des Aufspreizdorns des Greifmechanismus angebracht werden. Dabei lässt sich die Magnetspule nach Art eines Elektromotor-Ankers aufbauen. Die Magnetspule weist dann zweckmäßig eine geradzahlige Anzahl von Polen auf, wobei abwechselnd Nord- und Südpol oder bei umgekehrter Stromflussrichtung abwechselnd Süd- und Nordpol aufeinanderfolgen, da sonst mehr als zwei Litzen oder Drähte zur Versorgung benötigt werden und ein kompliziertes Bestromungsmuster erforderlich wird, um ein rotierendes Feld zu vermeiden, welches durch Wirbelströme zu einer rotatorischen Kraft um die Längsachse des Aufspreizdorns führen würde.The Magnetic coil can be protruding in the direction of insertion on Head end of the expanding mandrel of the gripping mechanism are attached. there can the solenoid coil in the manner of an electric motor armature build up. The solenoid then has appropriate an even number of poles, alternating between north and west and south pole or in reverse current flow direction alternately Follow the South and North Poles, otherwise more than two Strands or wires are needed for supply and a complicated energization pattern is required to to avoid rotating field, which by eddy currents to a rotational force about the longitudinal axis of the expanding mandrel would lead.

Die Magnetspule kann aber alternativ in vorteilhafter Weise auch als rotationssymmetrische Zylinder-, Kegel- und/oder Kegelstumpfspule aufgebaut werden, wobei die Mantelfläche auch bauchig geformt sein kann. Die Magnetspule ist dann derart angeordnet, dass ihre Rotationssymmetrieachse mit der zentralen Längsachse des Greifmechanismus zusammenfällt. Das Feld wird dadurch sehr gut rotationssymmetrisch und es kann ein Vorauseilen des Feldes zum Kopfende hin erreicht werden. Da in Richtung des Andock-Werkzeugs kein Feld sinnvoll ist, ist eine Führung desselben mittels geblechtem Eisenkern oder mittels Ferritkern zweckmäßig.The Magnetic coil can alternatively but also advantageously as rotationally symmetrical cylindrical, conical and / or truncated cone coil be constructed, the lateral surface also formed bulbous can be. The magnet coil is then arranged such that its Rotational symmetry axis with the central longitudinal axis of the Gripping mechanism coincides. The field becomes very nice good rotationally symmetric and it can be a leading edge of the field be reached to the head. Because in the direction of the docking tool no field makes sense, is a guide of the same means braided iron core or by means of ferrite core appropriate.

Es ist nicht nur möglich, am Kopfende des Aufspreizdorns eine wechselfelderzeugende Spule anzubringen, sondern auch am Umfang des zylinderförmigen Körpers des Andock-Werkzeugs selbst. Dabei liegt die Spule zweckmäßig in einer abschirmenden rotationssymmetrischen Ferrit- oder Eisenblechwanne, um das Feld vom Inneren des Andock-Werkzeugs fern zu halten. Werden in Axialrichtung des Andock-Werkzeugs nebeneinander noch mindestens zwei weitere gleich geartete Magnetspulen an geordnet, wobei die dann insgesamt n Magnetspulen mit einem jeweils um 360°/n versetzten Strommuster beaufschlagt werden, so entsteht ein Wanderfeld, das auch in axialer Richtung der Düse des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten Kräfte erzeugt.It is not only possible at the top of the spreader a To attach alternating field coil, but also on the circumference the cylindrical body of the docking tool itself. The coil is conveniently located in one shielding rotationally symmetrical ferrite or sheet iron tray, to keep the field away from the inside of the docking tool. Become in the axial direction of the docking tool next to each other at least two more sorted solenoid coils sorted, the then a total of n solenoid coils each offset by 360 ° / n Current pattern are applied, so creates a traveling field, the synonymous in the axial direction of the nozzle of the apogee engine of the target satellite generates forces.

Wird n = 3 gewählt, so werden die drei Magnetspulen mit einem jeweils um 120° versetzten Strommuster beaufschlagt. Das mittels der Magnetspulen und deren versetzten Strommustern entwickelte Wanderfeld ist vorteilhaft so ausgelegt, dass die durch dieses Wanderfeld entstandene Kraft so gerichtet ist, dass das Andock-Werkzeug ohne zusätzlichen Antrieb in das Düsenhalsinnere des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten gezogen wird.Becomes n = 3 is selected, the three solenoid coils are connected with a each applied by 120 ° offset current pattern. The developed by means of the magnetic coils and their staggered current patterns Wanderfeld is advantageously designed so that by this traveling field resulting force is directed so that the docking tool without additional drive in the Düsenhalsinnere of Apogee engine of the target satellite is pulled.

Um eine gute Abstoßungswirkung gegenüber der Düsenwandung zu erreichen, ist eine hohe Feldstärke erforderlich. Da der mögliche Kupferdrahtquerschnitt aufgrund des zur Verfügung stehenden Bauraums begrenzt ist, kann der benötigte hohe Strom zu einer starken Erwärmung der Magnetspule führen. Dem kann man entweder dadurch begegnen, dass die Zentrierung wahrend des Andockvorgangs nur kurz aktiviert wird und die entstehende Wärme über die Wärmekapazität der Spule aufgefangen wird, oder man verwendet ein Wärmeleitrohr (Heatpipe), welches im Inneren des Dorns geführt wird und das die Wärme ins Innere des Andock-Werkzeuges leitet. Dort kann sie auf eine größere Oberfläche und eine höhere Wärmekapazität verteilt werden.Around a good repelling effect against the nozzle wall To achieve a high field strength is required. There the possible copper wire cross section due to the available standing space is limited, the required high current lead to a strong heating of the solenoid. This can be countered either by the fact that the centering while The docking process is activated only briefly and the resulting heat over the heat capacity of the coil is absorbed or you use a heat pipe (heat pipe), which is guided inside the thorn and that the heat leads into the interior of the docking tool. There she can go to one larger surface and higher Heat capacity to be distributed.

Vorteilhafte und zweckmäßige Realisierungsmöglichkeiten, Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung sind in den sich auf den Patentanspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Ansprüchen angegeben.advantageous and appropriate implementation options, Further developments and refinements of the device according to the present invention Invention are in the directly on the claim 1 or indirectly referring back claims.

Die Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen anhand von in Zeichnungen schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:The The invention will be described in more detail below with reference to drawings schematically illustrated, advantageous embodiments explained. Show it:

1 in einer schematischen Seitenansicht eines in einen Düsenhals eines Zielsatelliten einzuführenden Greifmechanismus des andockenden Service-Satelliten die Position der Magnetspule am Kopfende des Aufspreizdorns des Greifmechanismus, und 1 in a schematic side view of an inserted into a nozzle neck of a target satellite gripping mechanism of the docking service satellite, the position of the magnetic coil at the top of the Aufspreizdorns the gripping mechanism, and

2 ebenfalls in einer schematischen Seitenansicht eine besondere Anordnung der Magnetspule am Kopfende des Aufspreizdorns des Greifmechanismus. 2 also in a schematic side view of a special arrangement of the magnetic coil at the head of the Aufspreizdorns the gripping mechanism.

Das in 1 dargestellte Andock-Werkzeug weist einen Aufspreizdorn 1, Spreizklammern 2 und einen Betätigungskopf 3 auf, die entsprechend den aus DE 198 48 427 A1 und DE 10 2006 009 001 B3 bekannten Ausführungen realisiert und betrieben werden können. Das Andock-Werkzeug dient zum Andocken eines Service-Satelliten im Inneren des Düsenhalses 4 der Düse 5 eines Apogäum-Triebwerkes eines im Umlauf befindlichen Zielsatelliten.This in 1 illustrated docking tool has a Aufspreizdorn 1 , Expansion clips 2 and an actuator head 3 on, according to the out DE 198 48 427 A1 and DE 10 2006 009 001 B3 known versions can be realized and operated. The docking tool is used to dock a service satellite inside the nozzle throat 4 the nozzle 5 an apogee engine of a target satellite in circulation.

Das Andock-Werkzeug weist einen mit dem zentralen, längsverschiebbaren Aufspreizdorn 1 und zwei oder mehr in ihrer Gesamtheit den Aufspreizdorn 1 umgreifenden, aufspreizbaren Spreizklammern 2 versehenen Greifmechanismus auf, der mit seinem Kopfende 6 in den Düsenhals 4 einführbar und nach erfolgter Einführung durch Längsverschiebung des Aufspreizdorns 1 in Rückwärtsrichtung über die dann mittels des Kopfendes 6 des Aufspreizdorns 1 aufgespreizten Spreizklammern 2 form- und kraftschlüssig mit der Innenseite der metallischen Wandung 7 des Düsenhalses 4 verklemmbar ist.The docking tool has one with the central, longitudinally displaceable Aufspreizdorn 1 and two or more in their entirety the spreader thorn 1 encompassing, expandable Spreizklammern 2 provided gripping mechanism with his head end 6 in the nozzle neck 4 insertable and after the introduction by longitudinal displacement of the expanding mandrel 1 in the backward direction over the then by the head end 6 of the expanding mandrel 1 spread spreader clips 2 positive and non-positive with the inside of the metallic wall 7 of the nozzle neck 4 is clamped.

Der Außendurchmesser des Greifmechanismus am Kopfende 6 ist im nicht aufgespreizten Zustand nur geringfügig kleiner als der Düsenhals-Innendurchmesser des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten bemessen.The outer diameter of the gripper mechanism at the head end 6 is dimensioned in the unexpanded state only slightly smaller than the nozzle throat inner diameter of the apogee engine of the docking target satellite.

Am Kopfende 6 des Aufspreizdorns 1 des Greifmechanismus ist in Einführungsrichtung hervorstehend eine Magnetspule 8 mit offenem Eisen- oder Ferritkern angebracht, die bei Bestromung ein um die Längsachse des Greifmechanismus rotationssymmetrisches, raumgreifendes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in der metallischen Wandung 7 des Düsenhalses 4 des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten einen Wirbelstrom induziert, der seinerseits ein Magnetfeld aufbaut, das dem erzeugenden Magnetfeld entgegenwirkt und eine Abstoßung der Magnetspule 8 von der Wandung 7 des Düsenhalses 4 des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten bewirkt.At the head end 6 of the expanding mandrel 1 of the gripping mechanism is protruding in the insertion direction a magnetic coil 8th attached with an open iron or ferrite core, which generates a current-symmetric about the longitudinal axis of the gripping mechanism, space-consuming alternating magnetic field, in the metallic wall 7 of the nozzle neck 4 induced an eddy current of the apogee engine of the target satellite, which in turn builds up a magnetic field, which counteracts the generating magnetic field and a repulsion of the magnetic coil 8th from the wall 7 of the nozzle neck 4 of the apogee engine of the target satellite.

Wird nun eine solche Magnetspule 8, die ein um die zentrale Andock-Werkzeug-Längsachse rotationssymmetrisches Feld erzeugt, am Kopfende 6 des Aufspreizdorns 1 angebracht und bestromt, so wird das Kopfende 6 mit geringer Kraft von der Wandung 7 rundum abgestoßen. Liegt das Kopfende 6 nun außerhalb der Rotationssymmetrieachse der Düse 5, so wird es so lange in Richtung der Rotationssymmetrieachse gedrückt, bis eine achszentrale Lage erreicht ist und sich die abstoßenden Kräfte genau aufheben.Will now be such a solenoid 8th which generates a field rotationally symmetric around the central docking tool longitudinal axis, at the head end 6 of the expanding mandrel 1 attached and energized, so is the headboard 6 with little force from the wall 7 repelled all around. Is the head end 6 now outside the rotational symmetry axis of the nozzle 5 Thus, it is pressed so long in the direction of the axis of rotational symmetry until an axis-central position is reached and cancel the repulsive forces exactly.

2 zeigt eine bevorzugte Anordnung einer Magnetspule 9 am Kopfende 10 des Aufspreizdorns 11 des Greifmechanismus des andockenden Service-Satelliten. Die Magnetspule 9, deren Wicklung 12 auf einem Kern 13 oder einem Spulenkörper 13 aufgebracht ist, ist als kombinierte Zylinder- bzw. Kegelspule aufgebaut, deren Rotationssymmetrieachse koaxial zur zentra len Längsachse des Aufspreizdorns 11 verläuft. Das Feld wird dadurch sehr gut rotationssymmetrisch und es kann ein Vorauseilen des Feldes zum Kopfende 10 hin erreicht werden. 2 shows a preferred arrangement of a magnetic coil 9 at the head end 10 of the expanding mandrel 11 the gripping mechanism of the docking service satellite. The magnetic coil 9 whose winding 12 on a core 13 or a bobbin 13 is applied, is constructed as a combined cylindrical or conical coil, the rotational axis of symmetry coaxial with the ZENTRA len longitudinal axis of the expanding mandrel 11 runs. The field becomes very well rotationally symmetric and it can advance the field to the head end 10 be reached.

Da in Richtung des Andock-Werkzeugs kein Feld sinnvoll ist, ist eine Führung desselben mittels eines als geblechter Eisenkern oder mittels eines als Ferritkern ausgeführten Kerns 13 zweckmäßig. Mit 13 sind die den Aufspreizdorn 11 kranzartig einhüllenden Spreizklammern bezeichnet, die sich beim Zurückziehen des Aufspreizdornes 11 nach außen zu der in 2 nicht dargestellten Düsenwandung hin abspreizen.Since no field is meaningful in the direction of the docking tool, a guide is the same by means of a core iron core or by means of a core designed as a ferrite core 13 appropriate. With 13 are the expanding thorns 11 coronary enveloping Spreizklammern called when retracting the Aufspreizdornes 11 outward to the in 2 Unscrew the nozzle wall, not shown.

11
Aufspreizdornspreader mandrel
22
Spreizklammernexpanding clamps
33
Betätigungskopfactuating head
44
Düsenhalsnozzle throat
55
Düsejet
66
Kopfende des Greifmechanismushead the gripping mechanism
77
Metallische Wandung der DüseMetallic Wall of the nozzle
88th
Magnetspulesolenoid
99
Magnetspulesolenoid
1010
Kopfendehead
1111
Aufspreizdornspreader mandrel
1212
Wicklungwinding
1313
Kern/SpulenkörperCore / bobbin
1414
Spreizklammernexpanding clamps

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19848427 A1 [0004, 0005, 0020] - DE 19848427 A1 [0004, 0005, 0020]
  • - DE 102006009001 B3 [0004, 0020] - DE 102006009001 B3 [0004, 0020]

Claims (16)

Vorrichtung zum Andocken eines Service-Satelliten im Inneren des Düsenhalses eines Apogäum-Triebwerkes eines im Umlauf befindlichen Zielsatelliten unter Verwendung eines am Service-Satelliten fest angebrachten Andock-Werkzeuges, das einen mit einem zentralen, längsverschiebbaren Aufspreizdorn und zwei oder mehr in ihrer Gesamtheit den Aufspreizdorn umgreifenden, aufspreizbaren Spreizklammern versehenen Greifmechanismus aufweist, der in den Düsenhals kontrolliert einführbar und durch Längsverschiebung des Aufspreizdorns über die dann mittels des Kopfendes des Aufspreizdorns aufgespreizten Spreizklammern form- und kraftschlüssig mit der Innenseite der metallischen Wandung des Düsenhalses verklemmbar ist, wobei der Außendurchmesser des Greifmechanismus im nicht aufgespreizten Zustand nur geringfügig kleiner als der Düsenhals-Innendurchmesser des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten bemessen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur kontrollierten Einführung des Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs des Service-Satelliten in den Düsenhals (4) des Apogäum-Triebwerkes des zum Andocken vorgesehenen Zielsatelliten am Andock-Werkzeug eine ohne Berührung zwischen dem Greifmechanismus und der Wandung (7) der Düse (5) zumindest angenähert rotationssymmetrisch wirksame Kräfte erzeugende Vorrichtung zur automatischen Zentrierung des Greifmechanismus in Bezug auf die Öffnung des Düsenhalses und damit zur koaxialen Ausrichtung der zentralen Längsachse des Aufspreizdorns (1) mit der Rotationssymmetrieachse des Düsenhalses vorgesehen ist.Apparatus for docking a service satellite inside the nozzle throat of an apogee engine of a target satellite in circulation using a docking tool fixedly attached to the service satellite, comprising one with a central, longitudinally displaceable spreader mandrel and two or more in their entirety the spreader mandrel encompassing, spreadable expansion clamps provided gripping mechanism which controlled in the nozzle neck insertable and by longitudinal displacement of the expanding mandrel over the then spread by means of the head end of the expanding mandrel expansion clamps positively and non-positively with the inside of the metallic wall of the nozzle neck is clamped, wherein the outer diameter of the gripping mechanism in unexpanded state is dimensioned only slightly smaller than the nozzle throat inner diameter of the apogee engine of the docking target satellite, characterized in that the controlled Einf Guide the gripping mechanism of the docking tool of the service satellite in the nozzle neck ( 4 ) of the apogee engine of the docking target satellite at the docking tool a without contact between the gripping mechanism and the wall ( 7 ) of the nozzle ( 5 ) at least approximately rotationally symmetrical effective forces generating device for automatic centering of the gripping mechanism with respect to the opening of the nozzle throat and thus for coaxial alignment of the central longitudinal axis of the expanding mandrel ( 1 ) is provided with the rotational symmetry axis of the nozzle throat. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Andock-Werkzeug entlang des Umfangs gleichmäßig verteilt mehrere hochauflösende Abstandssensoren angebracht sind, die den Abstand zur Wandung des Düsenhalses messen und jeweils ein Abstandssignal abgeben, und dass im Service-Satelliten eine während des Einführungsvorgangs bis zum Aufspreizen des Greifmechanismus wirksame Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, welche die Abstandssignale aufnimmt und auf der Basis dieser Abstandssignale eine Berechnung zur Steuerung der Service-Satelliten-Antriebe vornimmt, so dass die zentrale Längsachse des Aufspreizdorns mit der Rotationssymmetrieachse des Düsenhalses präzise zusammenfällt.Device according to claim 1, characterized in that that on the outside of the docking tool along the circumference evenly distributed several high-resolution proximity sensors attached are that measure the distance to the wall of the nozzle neck and each give a distance signal, and that in the service satellites one during the insertion process until spreading the gripping mechanism is provided effective control device, which picks up the distance signals and on the basis of these distance signals performs a calculation to control the service satellite drives, so that the central longitudinal axis of the expanding mandrel with the rotational symmetry axis of the nozzle throat precisely coincides. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Maßnahme, welche zwischen dem Service-Satelliten und dem Zielsatelliten Kräfte erzeugt, die eine automatische Zentrierung des Greifmechanismus in Bezug auf die Öffnung des Düsenhalses (4) und damit eine koaxiale Ausrichtung der zentralen Längsachse des Aufspreizdorns (1) mit der Rotationssymmetrieachse des Düsenhalses bewirken.Apparatus according to claim 1, characterized by a measure which generates forces between the service satellite and the target satellite, which comprises an automatic centering of the gripping mechanism with respect to the opening of the nozzle neck ( 4 ) and thus a coaxial alignment of the central longitudinal axis of the expanding mandrel ( 1 ) with the axis of rotational symmetry of the nozzle throat. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs des Service-Satelliten eine Magnetspule (8) mit offenem Eisen- oder Ferritkern angeordnet ist, die bei Bestromung ein um die Längsachse des Greifmechanismus rotationssymmetrisches, raumgreifendes magnetisches Wechselfeld erzeugt, das in der metallischen Wandung (7) des Düsenhalses (4) des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten einen Wirbelstrom induziert, der seinerseits ein Magnetfeld aufbaut, das dem erzeugenden Magnetfeld entgegenwirkt und eine Abstoßung der Magnetspule von der Wandung des Düsenhalses des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten bewirkt.Apparatus according to claim 3, characterized in that the gripping mechanism of the docking tool of the service satellite a magnetic coil ( 8th ) is arranged with an open iron or ferrite core, which generates a current-symmetric around the longitudinal axis of the gripping mechanism, expansive magnetic alternating field which in the metallic wall ( 7 ) of the nozzle neck ( 4 ) of the apogee engine of the target satellite induces an eddy current, which in turn builds up a magnetic field which opposes the generating magnetic field and causes a repulsion of the magnetic coil from the wall of the nozzle throat of the apogee engine of the target satellite. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (8) in Einführungsrichtung hervorstehend am Kopfende (6) des Aufspreizdorns (1) des Greifmechanismus angebracht ist.Device according to claim 4, characterized in that the magnetic coil ( 8th ) protruding in the direction of insertion at the head end ( 6 ) of the expanding mandrel ( 1 ) of the gripping mechanism is mounted. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (8) nach Art eines Elektromotor-Ankers aufgebaut ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the magnetic coil ( 8th ) is constructed in the manner of an electric motor armature. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (8) eine geradzahlige Anzahl von Polen aufweist, wobei abwechselnd Nord- und Südpol oder bei umgekehrter Stromflussrichtung abwechselnd Süd- und Nordpol aufeinanderfolgen.Apparatus according to claim 6, characterized in that the magnetic coil ( 8th ) has an even number of poles, with alternating north and south poles or alternately follow in the reverse direction of current flow direction south and north pole. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (9) als rotationssymmetrische Zylinder-, Kegel- und/oder Kegelstumpfspule aufgebaut ist, wobei die Mantelfläche auch bauchig geformt sein kann, und dass die Magnetspule derart angeordnet ist, dass ihre Rotationssymmetrieachse mit der zentralen Längsachse des Greifmechanismus zusammenfällt.Apparatus according to claim 5, characterized in that the magnetic coil ( 9 ) is constructed as a rotationally symmetrical cylindrical, conical and / or truncated cone, wherein the lateral surface can also be bulbous shaped, and that the magnetic coil is arranged such that its rotational symmetry axis coincides with the central longitudinal axis of the gripping mechanism. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (9) zur Führung ihres magnetischen Wechselfeldes einen geblechten Eisenkern (13) oder einen Ferritkern aufweist, so dass sich in Richtung zum Greifmechanismus hin kein Feld entwickelt.Apparatus according to claim 8, characterized in that the magnetic coil ( 9 ) to guide their magnetic alternating field a laminated iron core ( 13 ) or a ferrite core, so that no field develops in the direction of the gripping mechanism. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ein Wechselfeld erzeugende Magnetspule um den Umfang des im wesentlichen einen zylinderförmigen Körper bildenden Andock-Werkzeugs herum angebracht ist.Device according to claim 4, characterized in that that the magnetic field generating an alternating field around the circumference of essentially a cylindrical body forming docking tool around. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule in einer das Andock-Werkzeug abschirmend abdeckenden rotationssymmetrischen Ferrit- oder Eisenblech wanne angeordnet ist, so dass das erzeugte Feld vom Inneren des Andock-Werkzeugs ferngehalten ist.Device according to claim 10, characterized in that that the magnetic coil in a shielding the docking tool covering rotationally symmetrical ferrite or iron sheet pan is arranged, so that the generated field is kept away from the inside of the docking tool is. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung des Andock-Werkzeugs nebeneinander noch mindestens zwei gleich geartete Magnetspulen angeordnet sind und dass die dann insgesamt n Magnetspulen mit einem jeweils um 360°/n versetzten Strommuster beaufschlagt werden, so dass ein auch in axialer Richtung der Düse des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten Kräfte erzeugendes Wanderfeld entsteht.Device according to claim 10 or 11, characterized that in the axial direction of the docking tool next to each other at least two the same type magnet coils are arranged and that the total then n magnetic coils with a current pattern offset by 360 ° / n be acted upon, so that also in the axial direction of the nozzle the apogee engine of the target satellite forces generating traveling field arises. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass n = 3 gewählt ist.Device according to claim 12, characterized in that that n = 3 is selected. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der Magnetspulen und deren versetzten Strommustern entwickelte Wanderfeld so ausgelegt ist, dass die durch dieses Wanderfeld entstandene Kraft so gerichtet ist, dass das Andock-Werkzeug ohne zusätzlichen Antrieb in das Düsenhalsinnere des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten gezogen wird.Device according to claim 12 or 13, characterized that by means of the magnetic coils and their staggered current patterns developed traveling field is designed so that by this traveling field resulting force is directed so that the docking tool without additional drive in the Düsenhalsinnere of Apogee engine of the target satellite is pulled. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung einer zu starken Erwärmung der Magnetspule (8) die Stromzufuhrdauer der Magnetspule und damit die Aktivierungsdauer der zentrierten Einführung des Greifmechanismus des Andock-Werkzeugs in den Düsenhals (4) des Apogäum-Triebwerkes des Zielsatelliten auf eine solche Zeitdauer begrenzbar ist, dass die entstehende Wärme über die Wärmekapazität der Magnetspule aufgefangen wird.Device according to one of claims 4 to 14, characterized in that to avoid excessive heating of the magnetic coil ( 8th ) the power supply duration of the solenoid coil and thus the activation period of the centered introduction of the gripping mechanism of the docking tool in the nozzle throat ( 4 ) of the apogee engine of the target satellite is limited to such a period of time that the resulting heat is absorbed by the heat capacity of the magnetic coil. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung einer zu starken Erwär mung der Magnetspule (8) ein im Inneren des Aufspreizdornes (1) geführtes Wärmeleitrohr vorgesehen ist, das die Wärme ins Innere des Andock-Werkzeugs ableitet, in welchem sie auf eine ausreichend große Oberfläche und eine ausreichend hohe Wärmekapazität verteilt wird.Device according to one of claims 4 to 14, characterized in that in order to avoid excessive warming tion of the magnetic coil ( 8th ) in the interior of the expanding mandrel ( 1 ) Guided heat pipe is provided, which dissipates the heat into the interior of the docking tool, in which it is distributed to a sufficiently large surface and a sufficiently high heat capacity.
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