ВЫТАЛКИВАТЕЛЬ ДЛЯ СПУТНИКА
SATELLITE PUSHER

Настоящее изобретение относится к выталкивателю для по меньшей мере одного спутника, в частности пикоспутника, имеющего корпус, ограничивающий внутреннее пространство, в котором располагается спутник.
Например, пикоспутники стандарта CubeSat обычно выводят на орбиту с помощью ракеты, а затем выталкивают из ракеты с помощью выталкивателя. В этой связи, спутник и выталкиватель подвергаются воздействию высоких нагрузок, в частности, при старте ракеты и при отделении частей ракеты, например более крупного основного спутника.
Задача изобретения заключается в обеспечении надежной фиксации спутника в выталкивателе упомянутого выше вида во время транспортировки к месту выталкивания.
Задача решена посредством выталкивателя по п. 1 формулы изобретения, при этом, в частности, выталкиватель содержит устройство фиксации, предназначенное для удерживания спутника во внутреннем пространстве и выполненное так, чтобы спутник можно было высвободить из устройства фиксации. Спутник может быть надежно закреплен в выталкивателе, и его можно надежно высвободить и вытолкнуть в месте выталкивания.
В одном варианте осуществления изобретения устройство фиксации содержит крышку, предназначенную для закрытия внутреннего пространства, причем крышка блокируется относительно корпуса с возможностью разблокировки посредством по меньшей мере одного смещаемого засова в закрытом положении.
Использование засова представляется особенно простой, но надежной возможностью блокировки крышки относительно корпуса и, таким образом, фиксации спутника во время транспортировки. Кроме того, крышку и, тем самым, спутник можно надежно высвободить. Кроме того, чтобы открыть крышку, засов можно сместить особенно точно и в точно определенное время. Поэтому с помощью засова можно гарантировать, что спутник может быть вытолкнут точно в запланированном месте выталкивания.
Например, захват засова в блокировочной выемке обеспечивает закрытое положение крышки, и его можно вытащить из блокировочной выемки, чтобы освободить крышку. Блокировочная выемка, в частности, может представлять собой часть корпуса или может быть прикреплена к нему.
В еще одном варианте осуществления изобретения засов выполнен как часть крышки. Это допускает особенно компактную конструкцию выталкивателя, в частности корпуса, причем механизм перемещения засова может быть полностью размещен в крышке.
Например, крышка может поддерживаться под предварительной нагрузкой в закрытом положении, так что крышка перемещается в открытое положение, когда ее освобождают. Таким образом, не требуется какой-либо приводной системы для открывания крышки, что гарантирует безопасное открывание крышки, а также делает возможной компактную конструкцию выталкивателя. Например, крышка может быть повернута в открытое положение вокруг оси вращения, и она может находиться под предварительной нагрузкой, действующей вокруг оси вращения, оказываемой пружиной кручения. Как вариант или в дополнение, крышка может быть упруго закреплена относительно спутника так, чтобы крышка выталкивалась в открытое положение после высвобождения от спутника.
Выталкиватель, в частности, может иметь расцепляющий механизм, посредством которого засов можно перевести из блокирующего положения в положение расцепления. Расцепляющий механизм, в частности, может быть выполнен с резервированием. Например, расцепляющий механизм может быть выполнен как часть крышки, что делает возможной компактную конструкцию.
В дальнейшем развитии расцепляющий механизм содержит ползун, связанный с засовом, который удерживается под предварительной нагрузкой в блокирующем положении и который может быть высвобожден из этого положения, чтобы сместить засов в положение расцепления. Например, засов соединен шарнирно с ползуном посредством рычажного механизма, причем ползун и рычажный механизм могут образовывать коленчатое соединение для засова.
В еще одном варианте осуществления изобретения выполнено два засова. Таким образом, крышка может быть надежно закреплена с резервированием, а именно в двух точках. В этой связи, засовы, в частности, выровнены так, чтобы они могли смещаться в противоположные стороны в соответствующее положение расцепления. В частности, засовы расположены на одной оси.
Например, засов или каждый засов находятся под предварительной нагрузкой, действующей в направлении расцепления, оказываемой пружиной. В этой связи засовы могут быть без усилия установлены в блокирующем положении с помощью тяги. Таким образом, здесь на другие подвижные компоненты в блокирующем положении не действуют какие-либо силы, в частности на компоненты расцепляющего механизма. Таким образом, засовы удерживают в блокирующем положении особенно надежно, и эффективно предотвращают нежелательное освобождение крышки. В частности, засовы могут быть выровнены так, чтобы возвратные усилия пружины были по существу сбалансированы. Как вариант или в дополнение, засовы могут быть установлены с помощью тяги в блокирующем положении так, чтобы отсутствовало воздействие сил, чтобы минимальное отклонение рычажного механизма и/или засовов приводило к тому, чтобы засовы больше не были установлены без воздействия сил, так что по меньшей мере одна из пружин смещает засов или засовы в положение расцепления. Такой вариант осуществления изобретения является предпочтительным, потому что, с одной стороны, обеспечивается надежная и не оказывающая воздействия сил поддержка засовов, а с другой стороны, пружины могут надежно освобождать крышку в нужный момент времени.
В еще одном варианте осуществления изобретения каждый засов может быть соединен с ползуном расцепляющего механизма посредством отдельной тяги. В этой связи тяги с ползуном образуют двойное коленчатое соединение, которое связывает засовы с ползуном так, что перемещение засова в положение расцепления приводит к перемещению второго засова в положение расцепления. Посредством такого соединения, в частности с резервированием, гарантируется, что оба засова будут перемещены в положение расцепления в нужный момент времени. По меньшей мере одна пружина для засова, в частности, может иметь такие большие размеры, что она также влияет на перемещение засовов в положение расцепления при неисправности другой пружины, причем для этого, как вариант, может требоваться минимальное отклонение тяги и/или засовов. Предпочтительно выполняют две такие пружины, которые имеют такие большие размеры, что засовы могут быть смещены с резервированием, то есть с особенно высокой степенью защиты от неисправности, в соответствующие положения расцепления.
Расцепляющий механизм может содержать по меньшей мере один качающийся рычаг, посредством которого по меньшей мере один засов опосредованно или непосредственно удерживают в блокирующем положении. В связи с этим качающийся рычаг может, в частности, выходить из блокирующего положения, чтобы освободить засов. Засов может удерживаться, например, посредством ползуна, расположенного между качающимся рычагом и засовом. Качающийся рычаг, в частности, имеет первое плечо и второе плечо, причем засов в блокирующем положении поддерживается непосредственно или опосредованно на первом плече качающегося рычага, а на второе плечо качающегося рычага действует электрически управляемое удерживающее устройство, которое высвобождает второе плечо качающегося рычага посредством электрического управления, так что находящийся под предварительной нагрузкой элемент, такой как засов и/или пружина, соединенный с концом первого плеча качающегося рычага, перемещает качающийся рычаг в положение расцепления.
Еще один вариант осуществления изобретения отличается тем, что имеется два качающихся рычага, а находящийся под предварительной нагрузкой элемент расцепляющего механизма содержит поворотный рычаг, который взаимодействует с обоими качающимися рычагами в блокирующем положении, чтобы поддерживать находящийся под предварительной нагрузкой элемент, причем поворотный рычаг может поворачиваться так, что находящийся под предварительной нагрузкой элемент и, таким образом, засов могут быть выведены из блокирующего положения в положение расцепления путем отклонения только одного качающегося рычага. Этот вариант осуществления изобретения обеспечивает резервирование и, таким образом, особенно надежное освобождение крышки. Находящийся под предварительной нагрузкой элемент, в частности, может представлять собой засов или засовы и/или ползун.
Также является преимуществом, если по меньшей мере один качающийся рычаг имеет шарнирную опору и находится под нагрузкой, оказываемой находящимся под предварительной нагрузкой элементом расцепляющего механизма, имеющим скос, посредством которого усилие, оказываемое на качающийся рычаг находящимся под предварительной нагрузкой элементом, проходит в направлении шарнирной опоры, в частности, через ось вращения шарнирной опоры. Усилие, оказываемое находящимся под предварительной нагрузкой элементом на качающийся рычаг в блокирующем положении, по существу полностью принимает на себя шарнирная опора, так что по существу от этого усилия на рычаг не действует крутящий момент, по меньшей мере в блокирующем положении. Это приводит к тому, что находящийся под предварительной нагрузкой элемент также по существу не создает какого-либо крутящего момента на качающемся рычаге вокруг его оси поворота при высоких механических нагрузках на выталкиватель, например, во время запуска ракеты, и, таким образом, качающийся рычаг может быть надежно удержан в блокирующем положении во время таких нагрузок.
Выталкиватель в соответствии с этим изобретением также может быть дополнительно улучшен за счет того, что в блокирующем положении засов проходит под наклоном к контропоре для засова на корпусе. Это не позволяет засову застрять на контропоре даже в случае, если засов и/или расцепляющий механизм для освобождения был приведен в действие. При отсутствии скоса такое застревание может произойти, например, из-за механического повреждения поверхности и/или из-за изменений формы засова и/или контропоры во время механических нагрузок, например, при запуске ракеты. Поэтому благодаря наклону засов можно переместить в положение расцепления с очень высокой надежностью. В частности, скос отклоняется относительно главной оси засова. Скос, например, может быть по существу плоским или может также иметь другую, например изогнутую, форму.
Преимущество надежности скоса еще больше усиливается, если контропора является шариковым подшипником. В этом случае скос также может мягко скатиться на шариковом подшипнике при высоких нагрузках, чтобы еще эффективнее избежать изменений формы и механического повреждения поверхности. Тем не менее, шариковый подшипник также может быть предусмотрен для имеющего другую форму засова, например цилиндрического засова.
В еще одном варианте осуществления изобретения засов и контропора в блокирующем положении оказывают друг на друга предварительную нагрузку в направлении выталкивания. Таким образом, контропора в блокирующем положении через скос оказывает усилие на засов в направлении положения расцепления. Таким образом, с еще большей надежностью гарантируется открытие крышки. В частности, предварительная нагрузка имеет такую большую величину, что само по себе усилие, оказываемое на засов, является достаточным, чтобы переместить засов, а также, в частности, второй засов в положение расцепления, то есть, например, при неисправности пружины, связанной с засовом. Этот вариант осуществления изобретения также, в частности вместе с дополнительными дублирующими мерами, служит для того, чтобы гарантировать в любом случае освобождение крышки в требуемое время.
В соответствии с предпочтительным дальнейшим развитием два засова и два качающихся рычага расцепляющего механизма установлены симметрично относительно ползуна расцепляющего механизма. Таким образом, можно гарантировать, что засовы будут одновременно перемещены в положение расцепления в требуемое время.
Как вариант или в дополнение, предусмотрен магнитный держатель, посредством которого расцепляющий механизм магнитом удерживается в фиксированном положении. В этой связи, магнитное поле магнитного держателя, в частности, может быть изменяемым, чтобы перемещать расцепляющий механизм в положение расцепления. Таким образом, расцепляющий механизм можно удерживать в блокирующем положении без каких-либо затрат энергии, а требуются только сравнительно небольшие затраты энергии, чтобы перевести расцепляющий механизм в положение расцепления. Магнитный держатель, в частности, может зацеплять плечо качающегося рычага.
В еще одном варианте осуществления изобретения выталкиватель задает направление выталкивания, а устройство фиксации содержит устройство крепления, которое зацепляется за спутник перпендикулярно направлению выталкивания для крепления спутника, причем устройство крепления имеет по меньшей мере один подвижный фиксирующий элемент, который может перемещаться, в частности только поступательно, между положением фиксации и положением расцепления.
В частности, спутник можно эффективно закрепить с помощью устройства крепления по меньшей мере в одном направлении, перпендикулярном направлению выталкивания. Поступательное перемещение фиксирующего элемента дает точно определенное перемещение фиксирующего элемента между положением фиксации и положением расцепления. Таким образом, с помощью устройства крепления спутник может быть высвобожден точно в требуемое время. Крепление спутника в направлении выталкивания, например, может быть выполнено с помощью крышки выталкивателя или с помощью находящегося под предварительной нагрузкой элемента, расположенного на крышке. Как вариант или в дополнение, крепление с помощью фиксирующего элемента также может дать фиксацию в направлении выталкивания, например, посредством соответствующей формы и/или фрикционного затвора. Фиксирующий элемент, в частности, может перемещаться перпендикулярно направлению выталкивания и/или может смещаться в сторону внешней стенки спутника для его фиксации. Устройство крепления, например, имеет вытянутую конструкцию и/или проходит по существу параллельно направлению выталкивания, что позволяет получить компактную конструкцию выталкивателя.
В дальнейшем развитии предусмотрена по меньшей мере пара фиксирующих элементов, которые действуют в плоскости, проходящей перпендикулярно направлению выталкивания. Тем самым, спутник можно закрепить еще эффективнее. Фиксирующие элементы по меньшей мере одной пары, в частности, действуют по существу перпендикулярно друг другу и/или под углом к спутнику.
Для еще более надежной фиксации, как вариант или в дополнение, может быть предусмотрено несколько фиксирующих элементов или пар фиксирующих элементов, которые распределены вдоль направления выталкивания. Тем самым, спутник эффективно защищают от наклона, и он остается закрепленным по существу по всей своей длине.
В частности, может быть предусмотрен пружинный элемент, который натягивает каждый фиксирующий элемент в положении фиксации относительно спутника, для компенсации производственных допусков.
В еще одном варианте осуществления изобретения устройство крепления может иметь направляющую для фиксирующего элемента, посредством которой фиксирующий элемент может перемещаться между положением фиксации и положением расцепления. Таким образом, становится возможной особенно компактная конструкция фиксирующего элемента и, следовательно, выталкивателя. В частности, направляющий паз выполнен так, чтобы переводить поступательное движение элемента устройства крепления параллельно направлению выталкивания в поступательное перемещение фиксирующего элемента перпендикулярно направлению выталкивания, причем элемент в одной части смещает несколько отдельных фиксирующих элементов по соответствующим направляющим пазам.
Фиксирующий элемент, например, может поддерживаться с возможностью перемещения на направляющей рейке для спутника и/или для платформы спутника. Направляющую рейку для спутника и/или для платформы спутника обычно и так предусматривают в выталкивателе, чтобы можно было вытолкнуть спутник в заданном направлении без вращения. Направляющая для фиксирующего элемента, таким образом, может быть преимущественно встроена в направляющую рейку, в частности, в одну из четырех реек камеры для спутника, так что, в свою очередь, становится возможной особенно компактная конструкция.
Кроме того, можно предусмотреть, чтобы крепежное устройство было соединено с крышкой выталкивателя так, чтобы открытие крышки приводило к перемещению каждого фиксирующего элемента в положение расцепления. Таким образом, можно без дополнительной приводной системы гарантировать, что высвобождение спутника произойдет при заданном угле открытия крышки. Этот заданный угол открытия, например, составляет приблизительно 90°.
При дальнейшем развитии устройство крепления содержит по меньшей мере два элемента, которые могут смещаться друг относительно друга вдоль направления выталкивания для фиксации и/или высвобождения спутника. Это дальнейшее развитие также делает возможной особенно компактную конструкцию. Например, перемещение может быть выполнено параллельно направлению выталкивания. Один из элементов представляет собой фиксирующий элемент. Как вариант или в дополнение, один из элементов, например, может иметь направляющий выступ и/или направляющий засов, в частности, для сцепления с направляющей другого элемента.
Как вариант или в дополнение, один из элементов может быть выполнен в виде полого профиля, и может быть предусмотрена регулировочная штанга для управления перемещением элемента относительно другого элемента, причем регулировочная штанга проходит через полый профиль.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения может быть предусмотрена выталкивающая пружина, которую можно блокировать рычагом, и фиксатор для блокирования рычага в блокирующем положении. В этой связи фиксатор соединен с крышкой выталкивателя посредством плавающей опоры. Этот вариант осуществления изобретения обладает преимуществом, которое заключается в том, что, например, случайное закрытие крышки не приводит к повреждению рычага, когда рычаг находится не в блокирующем положении, а в другом неопределенном положении, что могло бы привести к столкновению фиксатора с рычагом при закрытии крышки.
В частности, фиксатор может быть соединен с крышкой через пружину, которая представляет собой особенно простой вариант плавающей опоры. Таким образом, фиксатор может просто сжаться при столкновении с рычагом без повреждения рычага или других деталей выталкивателя.
Еще одним независимым объектом изобретения, который, тем не менее, можно комбинировать с вышеописанными объектами, представляет собой выталкиватель для по меньшей мере одного спутника, в частности пикоспутника, имеющий корпус, ограничивающий внутреннее пространство для спутника, и отверстие, проходящее к этому внутреннему пространству, крышку для отверстия, прикрепленную к корпусу с возможностью открытия посредством крепежного элемента, и защиту от потери крепежного элемента.
Например, перед запуском ракеты, транспортирующей спутник, может быть необходимо на короткое время освободить крышку от корпуса, например, чтобы включить электронику спутника через отверстие. В этой связи, посредством защиты от потери предотвращают потерю крепежного элемента и его падение в недоступную область ракеты, что может привести к тому, что крепежный элемент пришлось бы искать и устранять перед запуском.
Защита от потери, например, может быть выполнена в виде монтажного лепестка, который можно вернуть на место, и который, в частности, прикреплен к крышке. Защита от потери может оказывать предварительную нагрузку на крепежный элемент, прижимая его к крышке. Крепежный элемент может быть выполнен в виде винта. В частности, винт может содержать головку винта, у которой имеется выступ, в частности выступ по периметру, который проходит радиально относительно оси винта, и посредством которого защита от потери оказывает предварительную нагрузку на крепежный элемент.
Дополнительные варианты осуществления можно видеть из формулы изобретения, из описания и из чертежей.
Далее изобретение будет описано только на примере со ссылкой на схематические чертежи.
На фиг. 1 показан вид в перспективе выталкивателя в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 – вид в плане крышки выталкивателя с расцепляющим механизмом в положении расцепления;
на фиг. 3 – крышка, вид в разрезе;
на фиг. 4 – вид в плане крышки, при этом расцепляющий механизм расположен в блокирующем положении;
на фиг. 5 – засов крышки, вид в разрезе;
на фиг. 6 – альтернативный вариант выполнения крышки выталкивателя в соответствии с изобретением;
на фиг. 7 – устройство крепления выталкивателя, показанного на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 8 – устройство крепления, вид сбоку;
на фиг. 9 – устройство крепления, еще один вид сбоку;
на фиг. 10 – устройство крепления и направляющая рейка для спутника, вид в перспективе;
на фиг. 11 – устройство крепления и направляющая рейка, еще один вид в перспективе;
на фиг. 12 – фиксирующий элемент устройства крепления, вид в разрезе в перспективе;
на фиг. 13 – крепежный механизм для платформы спутника выталкивателя, показанного на фиг. 1, вид в перспективе;
на фиг. 14 – обшивка выталкивателя, показанного на фиг. 1; и
на фиг. 15 – вид сбоку обшивки.
Выталкиватель 20, показанный на фиг. 1, содержит корпус 22, ограничивающий внутреннее пространство для нескольких спутников, которые не показаны. Внутреннее пространство содержит четыре камеры для спутников, каждая из которых может быть закрыта крышкой 30. Каждая крышка 30 в закрытом положении защищает спутник от перемещения в направлении А выталкивания. Кроме того, устройство 150 крепления расположено в каждой камере для спутника и закрепляет спутник в направлении, перпендикулярном направлению А выталкивания.
Корпус 22 содержит несколько отверстий для каждой камеры для спутника, каждое из которых закрыто обшивкой 250. Инженер может получить доступ к соответствующему спутнику через отверстия без необходимости удалять его из выталкивателя 20.
Каждая крышка с одной стороны удерживается на оси 24 крышки с возможностью поворота, и на крышку действует направленная на открывание крышки предварительная нагрузка, оказываемая пружиной 26 крышки, выполненной в виде пружины кручения. Крышка 30 содержит несколько демпфирующих стержней 90, которые контактируют с соответствующим спутником в закрытом положении и закрепляют его в направлении выталкивания.
Каждая крышка 30 заблокирована в закрытом положении во время транспортировки спутников до требуемого места выталкивания, и ее освобождается в месте выталкивания, в результате чего крышка переходит в открытое положение под действием предварительной нагрузки, оказываемой пружиной 26 крышки, так что можно вытолкнуть соответствующий спутник.
Одна и та же крышка 30 показана соответственно на фиг. 2 и 4 без обшивки 102, которую видно на фиг. 1, так что виден расцепляющий механизм крышки 30. На фиг. 2 расцепляющий механизм находится в положении расцепления, в котором крышка 30 может перейти в открытое положение. На фиг. 4 расцепляющий механизм находится в блокирующем положении, в котором крышка 30 заблокирована в закрытом положении.
Крышка 30 содержит два засова 34, которые выступают, как показано на фиг. 4, из корпуса 32 крышки 30 в противоположных направлениях для блокировки крышки 30 и которые сцепляются с корпусом 22. Каждый засов 34 находится под предварительной нагрузкой, оказываемой пружиной 36 засова через крепежное кольцо 38 и диск 40, в направлении положения расцепления, а именно в направлении вовнутрь крышки. Для этого пружина 36 засова упирается в корпус 32 крышки.
Каждый засов 34 имеет головку 42 засова, которая расположена напротив блокирующего конца засова и образует поворотное соединение с ножкой 46 через ось 44 поворота. Ножка 46 также соединена с элементом 48 коленчатого соединения ползуна 50 с возможностью поворота вокруг оси 47 поворота. Ножка 46 и элемент 48 коленчатого соединения образуют коленчатое соединение для соответствующего засова 34.
Ползун 50 удерживается с возможностью перемещения посредством первой опоры 58 ползуна и посредством второй опоры 60 ползуна в вертикальном направлении, перпендикулярном засову 34, как показано на фиг. 2. Опоры 58, 60 ползуна прикреплены к корпусу 32 крышки винтами 62. Ползун 50 находится под предварительной нагрузкой, оказываемой двумя пружинами 54 ползуна в направлении положения расцепления. Каждая пружина 54 ползуна направляется по направляющему стержню 56 пружины.
Ползун 50 содержит поворотный рычаг 52, который соединен с возможностью поворота с корпусом ползуна 50 через ось 51 поворота. Поворотный рычаг 52 на конце, расположенном напротив оси 51 поворота, содержит два скоса 53, с помощью которых поддерживается поворотный рычаг 52 и, следовательно, ползун 50 в блокирующем положении.
Расцепляющий механизм дополнительно содержит два качающихся рычага 64, каждый из которых поддерживается с возможностью поворота на опорной оси 72 качающегося рычага. Каждый качающийся рычаг 64 имеет первое плечо, на конце которого расположен шариковый подшипник 68 для взаимодействия с одним из скосов 53 поворотного рычага 52 в блокирующем положении. Шариковый подшипник 68 соединен с первым плечом качающегося рычага через ось 66. Пружина 70 качающегося рычага также воздействует на первое плечо качающегося рычага и оказывает предварительную нагрузку на качающийся рычаг 64 в направлении положения расцепления. Второе плечо качающегося рычага 64, расположенное напротив первого плеча качающегося рычага, содержит ось 76 поворота, посредством которой магнитная пластина 74 соединена с возможностью поворота со вторым плечом качающегося рычага 64. Магнитная пластина 74 не обязательно обладает собственным постоянным магнитным полем, но на нее может оказываться воздействие магнитной силой.
Электрический постоянный магнит 78, который прикреплен к корпусу 32 крышки винтом 82, предусмотрен для того, чтобы притягивать магнитную пластину 74 и, таким образом, удерживать качающийся рычаг 64, противодействуя усилию предварительной нагрузки пружины 70 качающегося рычага, в блокирующем положении. Электрический постоянный магнит 78 обладает постоянным магнитным полем, которое можно изменять с помощью электричества, чтобы освободить крышку 30. Печатная плата 84, которая также прикреплена к корпусу 32 крышки винтом 86, предназначена для того, чтобы изменять магнитное поле. Кабельный канал 88, ведущий от печатной платы 84 к блоку управления, который не показан, обозначен стрелкой.
Функционирование расцепляющего механизма крышки 30 будет более подробно описано ниже. На фиг. 4 расцепляющий механизм показан в блокирующем положении, а на фиг. 2 расцепляющий механизм показан в положении расцепления.
Если, начиная от блокирующего положения в соответствии с фиг. 4, управляющее устройство подает команду расцепления на печатные платы 84, то соответствующая печатная плата 84 генерирует электрический импульс, который на короткое время ослабляет постоянное магнитное поле соответствующего электрического постоянного магнита 78. Постоянное магнитное поле, в этой связи, ослабевает по меньшей мере настолько, чтобы соответствующая пружина 70 качающегося рычага переместила качающийся рычаг 64 в положение расцепления и, таким образом, освободила магнитную пластину 74 от электрического постоянного магнита 78.
Команду расцепления от управляющего устройства одновременно передают на обе печатные платы 84. Поэтому оба качающихся рычага 64 по существу одновременно переходят в положение расцепления. Два плеча качающегося рычага примыкают к упору 80 в положении расцепления.
В блокирующем положении оба качающихся рычага 64 поддерживают поворотный рычаг 52 и, таким образом, ползун 50. Если теперь качающиеся рычаги 64 перейдут в положение расцепления, то поворотный рычаг 52 и, таким образом, ползун 50 больше не будут поддерживаться в этом блокирующем положении, а будут освобождены в положение расцепления, а именно будут перемещаться вертикально вниз на фиг. 2 и 4.
Соответствующие пружины 70 и соответствующие электрические постоянные магниты 78 качающихся рычагов 64 расположены симметрично относительно оси смещения ползуна 50. Если один из качающихся рычагов 64 не перейдет в положение расцепления в ответ на команду расцепления, отданную управляющим устройством, например, из-за неисправности соответствующей печатной платы 84, то ползун 50 все равно сместится в положение расцепления. В этом случае поворотный рычаг 52 соскальзывает с шариковой опоры 68 качающегося рычага 64, который остался в блокирующем положении, и поворачивается относительно корпуса ползуна, так что ползун 50 может сдвинуться в положение расцепления. Поэтому симметрично расположенные качающиеся рычаги 64 образуют, в частности, механизм с резервированием вместе с поворотным рычагом 52, чтобы освободить ползун 50 в положение расцепления. Этот механизм также гарантирует высвобождение, если один из качающихся рычагов 64 остается в блокирующем положении из-за неисправности.
В блокирующем положении на фиг. 4 поворотный рычаг 52 опирается своими концевыми скосами 53 на соответствующие первые плечи качающихся рычагов 64, так что усилия, оказываемые на качающиеся рычаги 64 ползуном 50 или поворотным рычагом 52, проходят через соответствующие оси поворота качающихся рычагов 64, образованные опорной осью 72 качающегося рычага. Тем самым, гарантируется, что эти усилия полностью перейдут на опорные оси 72 и не создадут на качающихся рычагах 64 крутящий момент вокруг опорной оси 72 качающегося рычага. Это гарантирует, что магнитная пластина 74 также несанкционированно не отойдет от электрического постоянного магнита 78 под действием высоких нагрузок на выталкиватель 20.
В блокирующем положении элемент 48 коленчатого соединения расположен по существу точно между засовами 34, а ножки 46, в этой связи, расположены в одну линию с засовами 34. В этом положении усилия пружин 36 засовов действуют в противоположных направлениях и уравновешивают элемент 48 коленчатого соединения. Поэтому в блокирующем положении пружины 36 засовов по существу не оказывают какого-либо усилия на ползун 50 в направлении его оси смещения. Такое устройство также минимизирует усилия, оказываемые на ползун 50 под действием высоких нагрузок, в частности, во время транспортировки спутника на ракете. Это устройство также способствует тому, чтобы расцепляющий механизм не переходил в положение расцепления в нежелательное время и, таким образом, не отпирал крышку нежелательным образом.
Как только по меньшей мере один из качающихся рычагов 64 поворачивается в положение расцепления, ползун 50 смещается вертикально вниз на фиг. 4 под действием пружины 54 ползуна из блокирующего положения в направлении положения расцепления. Пружина 54 ползуна имеет сравнительно небольшие размеры, в частности, по сравнению с пружинами 36 засовов и по существу служит только для того, чтобы минимально отклонять элемент 48 коленчатого соединения так, чтобы усилия пружин 36 засовов больше не уравновешивались, а наоборот, смещали ползун 50 с помощью ножек 46 в положение расцепления, показанное на фиг. 2. В этой связи засовы 34 смещаются вовнутрь крышки, то есть они перемещаются в положение расцепления.
В связи с этим каждая пружина 36 засова имеет такие большие размеры, чтобы соответствующее усилие пружины было достаточным для смещения ползуна 50 в положение расцепления, и одновременно для того, чтобы перетянуть соответствующий засов 34 с помощью тяги в положение расцепления. Поэтому если пружина 36а одного засова будет неисправной, например, вследствие поломки, то, тем не менее, ползун 50 и засов 34а, а также засов 34b, будут смещены в положение расцепления пружиной 36b другого засова 34b. Поэтому гарантируется, что крышка 30 также будет надежно открыта в случае простого дефекта, то есть если будет неисправна одна из пружин 36 засовов.
На фиг. 3 приведен вид крышки в разрезе вдоль линии А-А, показанной на фиг. 2. Демпфирующий стержень 90, предназначенный для удерживания спутника в направлении выталкивания, находится под предварительной нагрузкой относительно спутника, оказываемой пружиной 92 демпфирующего стержня в закрытом положении крышки. В этой связи пружина 92 демпфирующего стержня опирается на зажимной винт 94, который неподвижно соединен с корпусом 32 крышки.
Одна из опорных осей 72 качающегося рычага также видна на фиг. 3, и она поддерживает с возможностью поворота соответствующий качающийся рычаг 64 с помощью опорной втулки 73. Более того, видна одна из осей 76 поворота, которая поддерживает соответствующую магнитную пластину 74 с возможностью поворота относительно соответствующего качающегося рычага 64.
На фиг. 5 показан вид в разрезе угла крышки 30 в блокирующем положении. Засов 34 выступает вбок из корпуса 32 крышки и сцепляется с элементом 100 контропоры, прикрепленным к корпусу 22, для блокировки крышки 30 в закрытом положении. Пружина 36 засова оказывает предварительную нагрузку на засов 34, толкая его в положение расцепления. На конце засова 34, выступающем из корпуса 32 крышки, имеется скос 96, который контактирует с шариковым подшипником 98, прикрепленным к элементу 100 контропоры. Скос 96 имеет изогнутый контур. Засов 34 может быть особенно плавно введен внутрь крышки 30, то есть в положение расцепления, благодаря скосу 96 и благодаря шариковому подшипнику 98. В этой связи, скос 96 может соскользнуть с внешнего кольца шарикового подшипника 98, не блокируя засов 34. В частности, так как внешнее кольцо шарикового подшипника 98 может поворачиваться относительно элемента 100 контропоры, то также предотвращается заедание между засовом 34 и элементом 100 контропоры при высоких нагрузках. Поэтому гарантируется очень надежный отвод засова 34.
Пружины 92 демпфирующих стержней, одна из которых показана на фиг. 3, и пружина 26 крышки сами по себе и вместе имеют достаточно большие размеры, чтобы засов 34 находился под предварительной нагрузкой в закрытом положении крышки, при этом скос 96 так упирается в шариковый подшипник 98, что засовы 34 сами по себе смещаются внутрь, то есть в положение расцепления, по скосам 96, если обе пружины 36 засовов сломаются. Тем самым, обеспечивается дополнительный фактор резервирования, что с особенно высокой надежностью гарантирует, что засовы 34 будут смещены в положение расцепления в требуемое время и будет открыта крышка 30, чтобы вытолкнуть спутник.
На фиг. 6 показан альтернативный вариант осуществления крышки 30', которая закрывает две из четырех камер для спутников в выталкивателе 20, показанном на фиг. 1. Как вариант, например, две соседние камеры для спутников могут быть соединены, чтобы получить более широкую камеру для более широкого спутника, которая может быть закрыта крышкой 30'. Крышка 30', как и крышка 30, показанная на фиг. 1-5, имеет расцепляющий механизм для перемещения двух засовов 34а' и 34b' в положение расцепления. Однако расцепляющий механизм закрыт обшивкой 102 крышки, показанной на фиг. 6. Поэтому, крышка 30' по существу соответствует крышке 30, показанной на фиг. 1-4, но является более широкой.
На фиг. 7-9 на виде в перспективе и на видах сбоку соответственно показано устройство 150 крепления для выталкивателя 20, изображенного на фиг. 1. Устройство 150 крепления содержит несколько пар фиксирующих элементов 152, каждый из которых действует в общей плоскости и каждый из которых может поступательно смещаться перпендикулярно направлению А выталкивания, чтобы зафиксировать или освободить спутник. Устройство 150 крепления также содержит полый профиль 156 и регулировочную штангу 166, которая проходит через полый профиль 156 и может смещаться относительно него вдоль направления А выталкивания. Регулировочная штанга 166 через ось 172 поворота соединена с соединительным элементом 170, который может поворачиваться относительно оси 172 поворота. Соединительный элемент 170, как показано на фиг. 1, на конце, расположенном напротив оси 172 поворота, соединен с соответствующей крышкой 30, так что при открывании крышки 30 регулировочная штанга 166 смещается вдоль направления А выталкивания, направо на фиг. 7-9, в направлении положения расцепления. Регулировочную штангу 166 направляют посредством муфты 168 в области конца, обращенного к крышке.
Предусмотрен опорный элемент 178, который прикреплен к корпусу 22 и который направляет регулировочную штангу 166. Пружина 180, которая оказывает предварительную нагрузку на полый профиль 156 в направлении А выталкивания через диск 182, упирается в опорный элемент 178. В закрытом положении крышки пружина 174 оказывает дополнительную предварительную нагрузку на полый профиль через фиксирующее кольцо 175 относительно регулировочной штанги 166 и в направлении, противоположном направлению А выталкивания. Диск 175 расположен между полым профилем 156 и пружиной 174 и упирается в вырез на регулировочной штанге 166, причем вырез является достаточно длинным в осевом направлении, то есть вдоль направления А выталкивания, чтобы пружина 174 могла уравновесить производственные допуски, например минимальные различия размеров спутников.
Если регулировочная штанга 166 теперь будет смещена через отверстие в крышке в направлении А выталкивания, то сначала расслабляется пружина 174, и диск 176 после открытия на небольшое расстояние перемещается, соприкасаясь с упором выреза в регулировочной штанге 166 со стороны выталкивающей пружины. После этого пружина 180 смещает полый профиль 156 в направлении А выталкивания через диск 182. Смещение полого профиля 156 приводит к перемещению фиксирующих элементов 152 из блокировочного положения в положение расцепления, что будет более подробно объяснено ниже, в частности, касательно фиг. 12.
Фиксирующее кольцо 184 также прикреплено к регулировочной штанге 166, а в полом профиле 156 имеется вырез 185, соответствующий фиксирующему кольцу 184, с упором 183 со стороны крышки. Когда фиксирующее кольцо 184 примыкает к упору 183 при смещении регулировочной штанги 166 в направлении А выталкивания, полый профиль 156 смещается с регулировочной штангой 166 в направлении А выталкивания. Таким образом, реализованы меры резервирования, посредством которых полый профиль 156 также смещается в положение расцепления, если пружина 180 будет неисправна. Поэтому спутник высвобождается в требуемом месте выталкивания с очень высокой надежностью.
На конце регулировочной штанги 166 со стороны выталкивающей пружины предусмотрен фиксатор 186, который поддерживается плавающим образом относительно регулировочной штанги 166. Фиксатор 186 находится под предварительной нагрузкой относительно регулировочной штанги 166 в направлении, противоположном направлению А выталкивания, с помощью пружины 194, причем пружина 194 поддерживается на фиксирующем кольце 196 регулировочной штанги 166. Фиксатор 186 направлен с возможностью перемещения относительно регулировочной штанги 166. У регулировочной штанги 166 имеется направляющий штифт 190, который расположен в линейной направляющей 192 фиксатора 186. Как только направляющий штифт 190 упрется в конец направляющей 192 со стороны крышки, фиксатор 186 сместится вместе с регулировочной штангой 166 в направлении А выталкивания и фиксирующий штифт 188 переместится в положение расцепления. Этот процесс будет описан более подробно ниже со ссылкой на фиг. 13.
Фиксатор 186 и соединительный элемент 170 могут быть присоединены к регулировочной штанге 166 в различных ориентациях. Поэтому в зависимости от положения установки устройства 150 крепления в выталкивателе 20 фиксатор 186 в соответствии с фиг. 8 или в соответствии с фиг. 9 может быть прикреплен, например, к регулировочной штанге 166. Различные возможные ориентации соединительного элемента 170 указаны на фиг. 9.
На фиг. 10 и 11 устройство 150 крепления показано вместе с направляющей рейкой 162 для спутника на различных видах в перспективе. Направляющая рейка 162 имеет несколько поперечных направляющих 164 для фиксирующего выступа 153 фиксирующего элемента 152. Также на фиг. 11 видно, что направляющая рейка 162 образует направляющую для фиксатора 186 в направлении А выталкивания. Соединительный элемент 170, опорный элемент 178 и фиксатор 168 со штифтом 188 фиксатора также видны на фиг. 10 и 11.
На фиг. 12 подробно показан один из фиксирующих элементов 152 на виде в разрезе. Фиксирующий элемент 152 содержит направляющий паз 154, который находится в зацеплении с двумя направляющими роликами 160, установленными на соответствующих направляющих штифтах 158. Направляющие штифты 158 прикреплены к выступу 157 полого профиля 156. Фиксирующий элемент 152 также содержит фиксирующий выступ 153, действующий на спутник, причем фиксирующий выступ 153 введен в поперечную направляющую 164 направляющей рейки 162 перпендикулярно направлению А выталкивания.
Направляющий паз 154 выполнен в виде удлиненного отверстия, которое проходит наклонно относительно направления А выталкивания. Если полый профиль 156 смещают относительно направляющей рейки 162 направо на фиг. 12, то направляющие штифты 158 и направляющий ролик 160 взаимодействуют с направляющим пазом 154 так, что фиксирующий элемент 152 смещается вдоль поперечной направляющей 164 относительно спутника, то есть вниз на фиг. 12. Если наоборот, полый профиль 156 смещается в направлении А выталкивания, то есть налево на фиг. 12, то фиксирующий элемент 152 перемещается в положение расцепления, то есть смещается вверх на фиг. 12.
Платформа 220 спутника показана на фиг. 13, при этом она находится под предварительной нагрузкой в направлении А выталкивания, оказываемой выталкивающей пружиной, которая не показана. Платформа 220 спутника закреплена рычагом 224, который входит в крепежный вырез 222. Рычаг 224 поддерживается с возможностью поворота на шарнирной опоре 226 и находится под предварительной нагрузкой, оказываемой пружиной 228 в направлении расцепления относительно шарнирной опоры 226 касательно крепежного выреза 222. Штифт 188 фиксатора удерживает рычаг 224 в фиксированном положении, то есть в зацеплении с крепежным вырезом 222, противодействуя усилию упомянутой пружины 228.
Когда фиксатор 186 смещается в направлении А выталкивания, то штифт 188 фиксатора выходит из зацепления с рычагом 224 и высвобождает его в положение расцепления, так что выталкивающая пружина может сместить платформу 220 спутника в направлении А выталкивания и, таким образом, вытолкнуть спутник. Если рычаг 224 находится в положении расцепления, то перемещение фиксатора 186 в направлении, противоположном направлению А выталкивания, то есть налево на фиг. 13, может привести к столкновению штифта 188 фиксатора с рычагом 224. Это, например, может быть вызвано случайным закрытием крышки 30 во время сборки или обслуживания выталкивателя 20. Так как фиксатор 186 поддерживается плавающим образом относительно регулировочной штанги 166, то в случае столкновения фиксатор 186 может быть просто амортизирован в сторону пружины 194 и фиксирующего кольца 196, и могут быть предотвращены повреждения, в частности, рычага 224.
Выталкиватель 20, показанный на фиг. 1, выполнен так, что фиксирующие элементы 152 перемещаются в положение расцепления, то есть высвобождают спутник, когда угол открытия соответствующей крышки 30 составляет примерно 90°. Если угол открытия составляет примерно 105°, то фиксатор 186 перемещается в положение расцепления и, таким образом, высвобождает выталкивающую пружину для выталкивания спутника. Эта временная последовательность, в частности, реализуется описанными выше механизмами.
Выталкиватель 20 может принять спутник размера 3U в соответствии со стандартом CubeSat в показанной конфигурации, например, в одной из четырех камер для спутника. Как вариант, например, также в камеру для спутника можно поместить вместе спутник размера 1U и один спутник размера 2U. Также можно объединить смежные камеры, то есть, например, удалить предусмотренные перегородки между камерами, чтобы, например, сделать камеру для спутника размера 6U. Такую камеру, в частности, можно закрыть крышкой 30', показанной на фиг. 6.
Обшивка 250 выталкивателя 20, показанного на фиг. 1, показана на виде в плане и на виде сбоку соответственно на фиг. 14 и 15. Обшивку прикрепляют к корпусу 22 выталкивателя 20 винтами 252, чтобы закрыть отверстие в корпусе. У соответствующего винта 252 имеется головка, имеющая цилиндрический участок 254 и периферийный выступ 256. Упругий монтажный лепесток 258 зацеплен за соответствующий вырез в цилиндрическом участке 254 и оказывает предварительную нагрузку на винт 252 через периферийный выступ 256 в направлении крепления, то есть вниз на фиг. 15. Монтажный лепесток 258 прикреплен к обшивке 250 винтами 260. Винт 252 имеет внутреннее гнездо, в этом варианте осуществления – шестигранное гнездо.
Чтобы снять обшивку с корпуса 22, можно вывинтить винты 252, причем они могут оставаться под предварительной нагрузкой, оказываемой монтажным лепестком 258 в направлении крепления. Тем самым, соответствующие винты 252 также удерживают на обшивке 250 в снятом состоянии, так что винт 252 не потеряется.
Список ссылочных позиций
20 выталкиватель
22 корпус
24 ось крышки
26 пружина крышки
30, 30' крышка
32 корпус крышки
34 a, b засов
36 a, b пружина засова
38 фиксирующее кольцо
40 диск
42 головка засова
44 соединительный штифт
46 ножка
47 соединительный штифт
48 элемент коленчатого соединения
50 ползун
51 соединительный штифт
52 поворотный рычаг
53 скос
54 пружина ползуна
56 направляющий стержень пружины
58 первая опора ползуна
60 вторая опора ползуна
62 пружина
64 a, b качающийся рычаг
66 ось
68 шариковый подшипник
70 пружина качающегося рычага
72 опорная ось качающегося рычага
73 опорная втулка
74 магнитная пластина
76 ось поворота
78 магнит
80 упор
82 пружина
84 a, b печатная плата
86 винт
88 кабельный канал
90 демпфирующий стержень
92 пружина демпфирующего стержня
94 зажимной винт
96 скос
98 шариковый подшипник
100 элемент опоры для шарикового подшипника
102 обшивка крышки
150 устройство крепления
152 фиксирующий элемент
153 фиксирующий выступ
154 направляющий паз
156 полый профиль
157 выступ
158 направляющий штифт
160 направляющий ролик
162 направляющая рейка
164 поперечная направляющая
166 регулировочная штанга
168 муфта
170 соединительный элемент
172 соединительный штифт
174 пружина
175 фиксирующее кольцо
176 диск
178 опорный элемент
180 пружина
182 диск
183 упор
184 фиксирующее кольцо
185 вырез
186 фиксатор
188 штифт фиксатора
190 направляющий штифт
192 направляющая
194 пружина
196 фиксирующее кольцо
220 платформа спутника
222 фиксирующий вырез
224 рычаг
226 шарнирная опора
228 пружина
250 обшивка
252 винт
254 цилиндрический участок
256 выступ
258 монтажный лепесток
260 винт
А направление выталкивания