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CN101124116A - 用于航天设备上的元件的具有柔性展开臂的支撑装置 - Google Patents

用于航天设备上的元件的具有柔性展开臂的支撑装置 Download PDF

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CN101124116A
CN101124116A CNA2005800483400A CN200580048340A CN101124116A CN 101124116 A CN101124116 A CN 101124116A CN A2005800483400 A CNA2005800483400 A CN A2005800483400A CN 200580048340 A CN200580048340 A CN 200580048340A CN 101124116 A CN101124116 A CN 101124116A
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CNA2005800483400A
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J·迪皮伊
L·布朗夏尔
F·法尔宗
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Alcatel Lucent SAS
Alcatel Lucent NV
Original Assignee
Alcatel NV
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Abstract

本发明涉及一种装置(D)，其用于支撑诸如望远镜之类的航天设备的第一元件(M1)和第二元件(M2)。该装置(D)包括至少两个可展开的柔性臂(O11至O32)，其中各个臂都包括第一端(EX1)和第二端(EX2)，第一端(EX1)和第二端(EX2)分别固定到第一元件(M1)和第二元件(M2)上，其中各个臂都被设计成具有折叠弯曲的初始位置和展开的最终位置，在上述初始位置和最终位置中，第一元件(M1)分别以第一选定距离和第二选定距离保持远离第二元件(M2)，该第二距离大于第一距离。

Description

用于航天设备上的元件的具有柔性展开臂的支撑装置
技术领域
本发明涉及运载在卫星上的设备，具体来说，涉及用于支撑这些设备上的某些元件的装置。
其中，″运载在......上的设备″应理解为任何这样的设备：其至少部分地固定到至少一个卫星上。特别地，它可以是一种用来执行太空观测任务并且例如包括一个或多个的太空望远镜的观测仪器，其可分布在多个卫星上，或者其可以是至少一个雷达天线，或一种等离子喷射器，甚或一种传感器。
此外，″太空观测任务″应理解为包括下述两者：从太空中观测地球的任务和从太空中观测宇宙一部分的任务。
背景技术
为了执行观测任务，一些卫星至少包括观测仪器的一部分，例如一种太空望远镜，诸如Cassegrain、Gregory、Korsch、Ritchey-Chrétien或Newton等类型。
这些望远镜至少包括一种支撑装置，用于保持第一元件以选定的距离远离第二元件，该第一元件例如一种镜子(可能是主镜(通常是公知的收集器))，该第二元件例如一种镜子(可能是副镜)或探测器的一部分，其被安装到成形图像的焦面上。该装置连同被其支撑的元件一起组成了一种具有设定的几何构造的结构。该结构的大小使其能够承受由于重力和发射的不同阶段经受的负载(或力)产生的机械应力，尤其是运载着装有本装置的卫星的火箭起飞时所经历的负载(或力)而产生的机械应力。
一旦任务开始，该结构所必须承受的负载，即使事实上不为零，但也处于很低的水平。因此在其使用年限期间，该结构被证明是能承受过高负载而设计的，由此导致一种惯量，尤其是一种高于实际需要的横向惯量。由于该″过高惯量″在轨道上并不能减少，因此限制了望远镜标定点(aim point)的变化速度并因此限制了其获取图像的时间，尤其是当其被运载在所谓的″轻快的(agile)″卫星上和/或当需要对″镶嵌图像(mosaic image)″进行编译时(因为仪器的视场要小于需要观察的视场)，这使其处于特别不利的境地。
而且，支撑结构的过高设计导致了额外的质量和额外的体积，这意味着需要使用更大容量的火箭来运载和/或意味着限制了同一个火箭能发射的卫星的数目。
发明内容
因此，本发明的一个目的就是要改善这种情况。
为此，本发明提出了一种装置，其用于支撑航天设备(例如一种观测仪器)的第一元件和第二元件，该航天设备运载在至少一个卫星上，该装置至少包括两个可展开的柔性臂(或简单说，可展开的臂)，每个臂都包括第一端和第二端，第一端和第二端分别固定到第一元件和第二元件上，且被设计成至少具有一个初始位置(折叠弯曲)和一个最终位置(展开的)，在上述位置中，第一元件分别以第一选定距离和第二选定距离保持远离第二元件，其中第二距离大于第一距离。
按照本发明的该支撑装置可以具有其他特征，这些特征可以单独或者结合使用，具体如下：
-至少三个柔性臂，每个臂都包括第一端和第二端，第一端和第二端分别固定到第一元件和第二元件上的不同位置，上述位置的选择和布置使得各个臂采用各自的初始位置和最终位置，在上述位置中，分别以第一选定距离和第二选定距离来保持第一元件远离第二元件；
三对臂，当它们处于各自的最终位置时，其中的每一对臂的两个臂可以组成梯形的两条不平行的边；
·这些臂中的每一对可以具有相同的长度，则此时相应的梯形(Ti)为等腰梯形；
Figure A20058004834000071
作为一个备选方案，当三对臂处于各自的最终位置时，其中的每一对臂的两个臂可以组成三角形的两条边；
·这些臂中的每一对可以具有相同的长度，则此时相应的三角形为等腰三角形；
-第一框架，第一元件和各个臂的第一端可以固定于其上，使得第一框架固定到第一元件上；和第二框架，第二元件和各个臂的第二端可以固定于其上，如此使得第二框架固定到第二元件上；
各个臂的第一端和第二端可通过能够阻止任何程度的运动自由度的机械连接件和/或固定材料分别固定到第一框架和第二框架上；
Figure A20058004834000073
每个臂可以包括第一副臂和第二副臂，该第一副臂包括第一端和第三端，该第二副臂包括第二端和第四端。在该情况下，可以设置第三框架，其插入在第一框架和第二框架之间，并且各个第一副臂的第三端和各个第二副臂的第四端固定于第三框架上；
·各个第一副臂的第三端和各个第二副臂的第四端可以通过能够阻止任何程度的运动自由度的机械连接和/或固定材料分别固定到第三框架上；
-缓冲装置可以用于在各个臂到达它们各自的最终位置时对第二元件的运动进行缓冲；
-导向装置可以用于在各个臂从其初始位置(折叠的或盘绕的或卷起的)向它们的最终位置(展开的或解开的或打开的)运动时对第二元件的至少一些运动进行导向，或以其他的形式对展开运动进行动力学上的限制；
-运动装置可以用于移动其中至少一个臂的第一端和/或第二端，以控制它的最终位置以及第一元件相对于第二元件的位置；
-可伸缩的固定装置可以用于在各个臂均静止于它们各自的初始位置时，使第一元件和/或第二元件相对于设备的刚性结构进行固定；
-各个柔性臂可以布置成使得当它处于初始位置时，能在至少一个选定的平面上允许至少两个弯曲部；
Figure A20058004834000081
各个柔性臂例如能够在其处于初始位置时，在同一个平面里允许至少两个弯曲部；
Figure A20058004834000082
作为备选方案，各个柔性臂例如能够在其处于初始位置时，在至少两个不同的平面里允许至少两个弯曲部；
Figure A20058004834000083
各个柔性臂可以由碳纤维制成；
-第一元件例如可以是一种镜子，可能是主镜；
-第二元件可以是一种副镜或探测器的部分，安装在焦面处。
本发明同时也提出了一种观测仪器类型的航天设备，其包括由第一元件和第二元件构成的至少一个组件，该组件由如上文中所述类型的至少一个支撑装置所支撑。
附图说明
通过下面的详细说明和附图，本发明的其他特征和优点将会变得更加明显，其中：
图1A和1B分别为示意性的(径向)剖视图和俯视图，其图示了根据本发明第一实施例的位于其初始位置(此时各臂都折叠弯曲)的用于支撑望远镜元件的装置；
图2为示意性的侧视图，图示了图1A和图1B所示的第一示例性实施例的位于其最终位置(展开的)的支撑装置；
图3为示意性的侧视图，图示了一个″表层蠕动″(reptation)(或″尺蠖″(inchworm))式运动装置的示例性实施例；
图4为示意性的透视图，图示了根据本发明第二示例性实施例，位于其最终位置(展开的)的用于支撑望远镜元件的装置；
图5为略微有些偏向的示意性俯视图，图示了图4所示第二示例性实施例的位于其最终位置(展开的)的支撑装置；
图6为示意性的局部透视图，图示了将第二镜子固定到第二框架上的一种方法示例；
图7为示意性的侧视图，图示了图4所示第二示例性实施例的位于其初始位置(此时各臂都折叠弯曲)的支撑装置；
图8为示意性的侧视图，图示了图4所示第二示例性实施例的位于其最终位置(展开的)的支撑装置；
图9为示意性的透视图，图示了用于对按照本发明的支撑装置的可展开柔性臂进行固定的一种方法示例；
图10为示意性的透视图，图示了根据本发明第三个实施例的位于其最终位置(展开的)的用于支撑望远镜元件的装置；和
图11为示意性的俯视图，图示了图10所示第三示例性实施例的位于其最终位置(展开的)的支撑装置。
上述附图不仅可以用于补充本发明，根据需要也可以用于解释本发明。
具体实施方式
本发明的一个目的在于减少运载于意图利用火箭(或发射器)送入轨道的至少一个卫星上的航天设备的质量和惯量，尤其是横向惯量。
为此，本发明提出了一种支撑装置(D)，用于支撑航天设备的运载于相同卫星上的至少两个元件。
下面，将该航天设备考虑为一种观测仪器，例如被运载在观测卫星上的一种望远镜，该卫星可以是″轻快″类型的卫星。
然而，本发明并不局限于这种类型的航天设备。事实上，该设备可以包括分布在编队飞行的若干卫星上的若干望远镜，或者是一种雷达天线，该雷达天线包括例如反射器之类的第一元件和例如源之类的第二元件。它还可以是所谓的用于控制卫星姿态的等离子喷射器，一旦卫星位于轨道上，该等离子喷射器需要展开，以增长杆臂来减少所需施加力的大小。同样，它还可以是一种用于采集数据的传感器，当卫星进入轨道时，该传感器的一部分需要远离卫星，以避免引起电磁或简单的电气干扰。
按照本发明的该支撑装置(D)组成该设备的一部分，该设备在该例子中为一种望远镜，其中该支撑装置至少支撑两个元件，而且通常被固定到卫星的结构上。当观测仪器包括运载在若干卫星上的若干望远镜时，该观测仪器包括若干具有第一元件和第二元件的组件，其中各组件都由安装在其中一个卫星上的支撑装置D支撑。
接下来，以非限制性示例的方式，考虑该望远镜为Cassegrain类型而且被按照本发明的支撑装置(D)所支撑的两个元件是一个“主”镜和一个“副”镜的情况。
然而，本发明并不局限于这种类型的太空望远镜。事实上，它涉及所有这样的望远镜(或观测仪器)，其中观测(或采集数据)所涉及的两个元件需要保持分开一个选定的距离。因此，这两个元件可以是两个镜子(一个为主类型，另一个为副类型)，例如当望远镜为Gregory、Korsch或Ritchey-Chrétien类型时，或安装在图像成形的焦面处的一种镜子和探测器的一部分，例如当望远镜为Newton类型的望远镜时，或者可替换地，它们是平面反射镜和另一种镜子。
首先参照图1和图2，用以描述按照本发明的支撑装置D的第一示例性实施例。
该支撑装置D包括至少两个可展开的柔性臂01和02，其中各个臂都具有第一端EX1和第二端EX2，第一端EX1和第二端EX2被分别固定到望远镜的主镜M1和副镜M2上(或固定到探测器的位于焦面的一部分上)。
在图1和图2示出的例子中，该支撑装置D仅有两个可展开的柔性臂01和02。然而，稍后将可看到，它也可以具有若干柔性臂，例如三个或四个甚至更多。
值得注意的是，各个臂01、02的端部EX1和EX2可以直接或间接地固定到主镜M1和副镜M2上。在图1和图2示出的例子中，它们是间接地固定的。具体来说，该支撑装置D包括：第一刚性框架C1，主镜M1和各个柔性臂01、02的第一端EX1固定于其上；和第二刚性框架C2，副镜M2和各个柔性臂01、02的第二端EX2固定于其上。
在图1和图2所示意性阐明的示例性实施例中，该第二框架C2的直径小于第一框架C1的直径。然而，在稍后参照图4到图9将可看到，第一框架C1和第二框架C2也可以具有基本相同的直径。
可以使用任何固定方式将各个臂01、02(在该例子中)的第一端EX1和第二端EX2固定到第一框架C1和第二框架C2上。该固定方式，例如可以是一种机械连接方式，用以阻止任何程度的运动自由度。作为一种备选方案或是补充，各个端部EX1、EX2可以被嵌入(或被封装)到一种固定材料中，例如一种硫化树脂，以此来阻止任何的运动自由度。
这些臂01、02布置成至少具有：折叠弯曲的初始位置，在该位置，各个臂使主镜M1以第一选定距离远离副镜M2；和展开的最终位置，在该位置，各个臂使主镜M1以大于第一选定距离的第二选定距离远离副镜M2。
值得注意的是，一个柔性臂01、02的折叠部(或弯曲部)可以基本位于一个平面上，或者可以位于至少两个不同的平面上(由于它的挠性)。而且，各个柔性臂01和02的折叠部(或弯曲部)并不需要彼此相同。
可以使用弯曲的柔性臂，例如，在图6中部分地阐明的类型。各个柔性臂01、02可以布置成金属卷尺的形式。然而，为了所需的热稳定性，各个臂01、02优选由碳纤维制成。
各个柔性臂也可以包括两个卷尺类型的臂，这两个卷尺类型的臂通过它们的纵向边缘连接，并定位成使得当它们位于最终位置时，由它们的向上卷起的边缘所限定的腔处于面对面的位置。当它们处于折叠位置时，这两个臂彼此施压，没有向上卷起的边缘。
如图1A中所示意性示出的，当处于初始位置时，在至少一个选定的平面里，各柔性臂01、02允许存在至少两个弯曲部。柔性臂所必须允许的弯曲部的数目，实际上取决于它用于折叠的可用空间和/或它展开时(也就是当它位于如图2所示的最终位置时、和/或当它位于其弹性极限时)所必须呈现的长度，其中，该弹性极限和最小曲率半径相关，当小于最小曲率半径时，它可能遭受永久变形(断裂)。
如图1A所示，当臂01和02位于其折叠的初始位置时，主镜M1和副镜M2彼此靠近，使得当运载它的卫星还没有进入工作轨道时，望远镜的被本领域技术人员通常称作″管(tube)″的部件沿着旋转轴XX而压缩(或使得该部件的初始轴向长度减小)。
凭借由支撑装置D提供的所述压缩(或者缩短的长度)和结构的轻量化，使得可以使用一种更小容量的火箭来运载和/或增加一个火箭(或发射器)所能送入轨道的卫星的数目。
由于该支撑结构的重量已经被减轻，因此优选提供固定装置，用以在发射阶段，相对于望远镜的主结构(主镜(第一元件)M1(或，具体来说，主镜M1固定于其上的第一框架C1)固定于其上)，固定副镜(第二元件)M2(或，具体来说，副镜M2固定于其上的第二框架C2)，也可能一起连同固定各个可展开的柔性臂01、02。为实现此目的，可使用本领域技术人员所知的任何可伸缩的固定装置。
如图2所示，当臂01和02位于其展开的最终位置时，主镜M1和副镜M2被保持分开第二选定距离，在该距离望远镜正常工作。因此，此时该望远镜管的长度要大于当臂01和02位于折叠的初始位置时的长度。然而，由于支撑结构的重量被减轻了，所以望远镜的惯量也变小，这就意味着它瞄准点的变化速度可以提高，因此可以增加能用于获取图像的时间。
由于各个臂01和02的第一端EX1和第二端EX2被固定在第一框架C1和第二框架C2的位于主镜M1和副镜M2外围的部分上，因此望远镜收集光子的路径上没有臂01、02。换言之，可展开的柔性臂并没有妨碍望远镜的视野。
柔性臂0ij在发射阶段利用可伸缩的固定装置(未显示)优选保持处于它们的初始位置(处于弹性应力作用下)。也优选提供可伸缩的固定装置，用以在发射阶段，相对于望远镜的主结构(主镜(第一元件)M1(或，具体来说，主镜M1固定于其上的第一框架C1)固定于其上)，固定副镜(第二元件)M2(或，具体来说，副镜M2固定于其上的第二框架C2)。为实现此目的，可使用本领域技术人员所知的任何可伸缩的固定装置。
此外，考虑到当柔性臂01和02伸展到达其最终位置时副镜M2所承受的冲击，优选提供一种装置用以缓冲所述副镜M2的运动。为此目的，可使用本领域技术人员所知的任何缓冲装置，尤其是用于缓冲可展开的太阳能电池板的这种类型的装置。
此外，为了防止由于各个臂01和02同时展开而导致副镜M2到达不正确的位置，可以提供导向装置。当臂01和02从它们的折叠的初始位置朝向展开的最终位置运动时，该装置用于至少对副镜M2(第二元件)的一些运动进行导向。为此目的，可使用本领域技术人员所知的任何导向装置，尤其是连接第一框架C1和第二框架C2的缆或线(举例来说)。
另外，为了允许副镜(第二元件)M2相对于主镜(第一元件)M1可以具有细微的错位，该支撑装置可以包括运动装置。具体来说，该装置用于相对于框架C1或C2(柔性臂固定于其上)来移动柔性臂01和02中的至少一个臂的第一端EX1和/或第二端EX2，以此来控制臂的最终位置，并因此控制副镜M2相对主镜M1的位置。
为此目的，可使用本领域技术人员所知的任何运动装置，尤其是允许所谓″履带(caterpillar)″运动的压电零件，例如″表层蠕动″(或″尺蠖″)类型的致动器。
尺蠖(或表层蠕动类型的步进致动器)允许以非常细的分辨率来实现相对较大的动作。它们可用于展开测微的(micrometric)结构，例如在轨道上展开的太空望远镜的结构，在观测仪器的使用期间，伴随着非常细小的幅度调整(通常只有几微米)，这种结构需要较大的初始移动(通常是3米左右及以上)。
图3描绘了支架(yoke)ET的一个例子，借助于以两种可能的运作顺序(向前或倒退)来操作的三个压电致动器AA、AB和AC，该支架可以沿着导向管步进移动。致动器AA和AB是电夹钳(electricgripper)，允许一个或其他支架柱沿着导向管而闭锁。可以利用致动器AC延长支架的主体，由此使得自由的柱沿着管滑动。该管可以用一种柔性臂替代，该支架可以连接到其中的一个框架，在该例子中，框架形成望远镜的管。
现在参照图4到图9，用以描述按照本发明的支撑装置D的第二示例性实施例。
在该第二示例性实施例中，支撑装置D包括六个可展开的柔性臂0ij，上述臂成对地合作。在此，介于1和3之间的后缀i用于表示一对臂，介于1和2之间的后缀j用于区分同一对臂中的两个臂。如此，第一对(i＝1)臂包括臂011和012，第二对(i＝2)臂包括臂021和022，第三对(i＝3)臂包括臂031和032。
如同在第一示例性实施例中，可以使用任何固定装置将各个臂0ij(在该例子中)的第一端EX1和第二端EX2固定到第一框架C1和第二框架C2上。
该六个柔性臂通过固定耳Pkn略微地向管外偏移，以不妨碍工作的光流(这里通过框架C1和C2的内径限制)。
这里，不同于第一示例性实施例，第一框架C1和第二框架C2具有基本上相同的直径。然而，这也不是必需的。小于第一镜子M1的第二镜子M2优选通过三个分开的切线成120°的刚性臂连接于第二框架C2上。如此的连接方式部分地通过图6示意性地示出。
在这种固定方式中，提供了一个容纳镜子固定装置(DFM)(未显示)的套管B，其中第二镜子M2结合在该套管B上。该镜子固定装置(插入于套管B和第二镜子M2之间)具有这样的作用：挡住由固定螺钉(拉紧)引起的应力，该应力可使第二镜子M2产生变形。
该套管B利用一种装置固定到第二框架C2上，该装置通常称作多脚架(spider)并由与所述套管B的侧表面相切的三个刚性臂L1到L3组成。这些臂的膨胀(例如，由于对轨道上望远镜精确的工作温度的不确切认识)引起套管B的旋转，而不会引起观测仪器调节的改变，不会给第二镜子M2引入应力。
例如，第一端EX1和第二端EX2可以使用一种机械连接来固定，该机械连接用以阻止任何程度的运动自由度。图9阐明了一种机械连接的例子。这里，臂0ij(例如022)的各端部EX1和EX2被安置在两个固定部件PF1和PF2之间。
该部件PF2例如被固定到(或形成一个不可分割的部分)第一框架C1和第二框架C2中的一个的固定耳Pkn上，该部件PF2包括两个螺纹孔TF。这里，介于1和3之间的后缀k用于表示第一框架C1或第二框架C2的三个固定耳中的一个，介于1和2之间的后缀n用于表示第一框架C1或第二框架C2中的一个。因此，固定耳P11、P12和P13属于第一框架C1，而固定耳P21、P22和P23属于第二框架C2。
该部件PF1例如具有一个这样的部分，该部分的形状(在该例子中为凸形)补充部件PF2的相应部分(在该例子中为凹形)，而且该部件PF1具有两个用于螺栓B通过的通孔TT。部件PF2附着于或被固定到(或形成一个不可分割的部分于)第一框架C1和第二框架C2中的一个的固定耳Pkn上。
各个端部EX1和EX2也包括两个用于螺栓B通过的通孔，并由此相对于部件PF1和PF2使其固定。
当然，也可以省却在该例子中从第一框架C1和第二框架C2外围伸出的固定耳Pkn。
作为一种备选方案或是补充，各个端部EX1、EX2可以被嵌入(或被封装)到一种固定材料中，例如一种硫化树脂，以此来阻止任何程度的运动自由度。
如图7所示，在该例子中，当位于其各自的折叠的初始位置时，在至少一个选定的平面内，各柔性臂0ij(图中仅显示了032和031)允许存在四个弯曲部。柔性臂能允许的弯曲部的数目取决于用于折叠的可用空间和/或当臂展开时(也就是位于图8所述的最终位置时)所必须具有的长度。
值得注意的是，柔性臂0ij的折叠部(或弯曲部)可以都基本位于同一个平面，或者位于至少两个不同的平面(由于它的挠性)。而且，各个柔性臂0ij的折叠部(或弯曲部)并不需要彼此相同。
各个柔性臂的中性面(mean plane)可以进行最佳定向，以允许柔性臂在垂直于第一框架C1平面的六个平面内进行折叠，并在展开期间能够更容易对它们进行导向。这六个平面的每一个对于一个臂来说都是特定的，其由三点：EX1、臂位于折叠位置时的EX2、臂位于展开位置时的EX2所限定。柔性臂的中性面因此必须垂直于这个平面。具体来说，在这种情况下，折叠的臂不是横向受压，由此提高了它们位于折叠位置时的稳定性。
图5以望远镜管上方的视角示意性地示出了柔性臂的最佳方向。在此，为便于理解，框架C1的内径已经被略微地减少。在此，柔性臂011的位于固定耳P11上的第一端EX1的线与最接近的对称轴成大约30°的角度。所有的柔性臂的端部都具有如此相同的情况。
此外，如同第一个例子，优选提供用于缓冲副镜M2(第二元件)的运动的装置和/或用于导向副镜M2的装置和/或可伸缩的装置，该可伸缩的装置用于固定第二框架C2和第三框架C3，也可能连同固定臂0ij。还可以提供一种装置，用于移动臂0ij的第一端EX1和/或第二端EX2中的至少一个。
如同前面所提到的，在这个第二示例性实施例中，柔性臂0ij优选成对地合作。更具体地说，该支撑装置D包括至少三对柔性臂0ij，当它们位于各自的最终位置时，其中的每一对的两个臂(0i1和0i2)组成三边多面体(三角形)或四边多面体(梯形)的两条不平行的边。当它们处于各自的最终位置时(参见图4)，这三对柔性臂0ij限定了一个六脚件(hexa pod)。当三对柔性臂位于各自的初始位置时，该六脚件基本上沿着主对称轴XX而折叠。
在图4阐明的例子中，当它们位于各自的最终位置时，三对柔性臂中的每一对的两个柔性臂0i1和0i2组成了梯形Ti(T1到T3)的两条不平行的边，具体可参见T3例子中的虚线。
由于这种特殊的布局，每一对的两个柔性臂0ij产生力，该力的矢量分量使得在图中的平面内建立一种平衡。因此，通过这三对臂的合作，建立了全面的平衡，其中这三对臂的第二端EX2精细地分布在第二框架C2的外围。更具体地说，在此，第二端EX2被固定到固定耳Pkn上，其中固定耳Pkn配置成大概成120°。
当各个柔性臂对的柔性臂0ij具有相同的长度时，该平衡是最佳的，此时对应的梯形Ti是等腰类型。
显然，每一对的两个柔性臂0ij的第二端EX2分开的距离越短，由臂形成的多面体就越接近三角形。当就梯形情况而言，当各个对的柔性臂0ij具有相同的长度时，结构的平衡是最佳的，此时对应的三角形Ti是等腰类型。
现在参考图10和图11，用以描述按照本发明的支撑装置D的第三示例性实施例。
在该第三示例性实施例中，各个可展开的柔性臂0ij被分成第一副臂0ij1和第二副臂0ij2。
各个第一副臂0ij1包括第一端EX1和第三端EX3，各个第二副臂0ij2包括第二端EX2和第四端EX4。
例如，各个第二副臂0ij2是柔性的，而各个第一副臂0ij1可以是柔性的或刚性的。
第一副臂0ij1的各个第三端EX3通过位于第一框架C1和第二框架C2之间的刚性的第三框架C3，被间接地固定到第二副臂的第四端EX4，由此组成一个臂0ij。更具体地说，各个第一副臂0ij1的第三端EX3被固定到第三框架C3的第一侧，而各个第二副臂0ij2的第四端EX4被固定到第三框架C3的第二侧，例如与第一侧相反的那侧，并基本上位于与相应第三端EX3相同的位置。
如同作为第一示例性实施例和第二示例性实施例，可使用任何所能想到的固定装置，将副臂0ij1和0ij2的第三端EX3和第四端EX4固定到第三框架C3上。
固定例如可以利用一种用来阻止任何角度的运动自由度的机械连接来进行，例如，如图9所示的嵌固方式。作为一种备选方案或是补充，各个端部EX3、EX4可以被镶入(或被封装)到一种固定材料中，例如一种硫化树脂，以此来阻止任何角度的运动自由度。
在图10和图11所阐明的例子中，第三框架C3布置成等边三角形的形状。该框架的中间是空的，在图10中不能看到。然而，可以想象，框架也可以是其他形状。
在该第三示例中，如同上文中的参照图4到图9所阐述的第二示例，第一副臂0ij1成对地合作，第二副臂0ij2也是如此。
各个副臂0ij1、0ij2和上文所描述的第一示例性实施例和第二示例性实施例中的臂是相同类型的臂。第一副臂0ij1折叠到折叠弯曲的初始位置的方式以及第二副臂0ij2折叠的方式因此与上文相同，在至少一个平面内，各个副臂允许至少2个弯曲部。
在图10所阐明的例子中，支撑装置D包括三对第一副臂0ij1(柔性的或刚性的)，当它们位于各自的最终位置时，其中每一对的两个副臂(0il1和0i21)组成了三边多面体(三角形)或四边多面体(梯形)的两条不平行的边。
当它们是柔性的时候，当它们处于各自的最终位置时，这三对第一副臂0ij1((0111、0121)，(0211、0221)，(0311、0321))限定了第一六脚件。否则，它们一开始就组成第一六脚件。
当三对第一柔性副臂0ij1位于各自的初始位置时，该第一六脚件，倘若是柔性的，基本上沿着主对称轴XX而折叠。
此外，该支撑装置D还包括三对柔性的第二副臂0ij2，当它们位于它们各自的最终位置时，其中每一对的两个副臂(0i12和0i22)组成了三边多面体(三角形)或四边多面体(梯形)的两条不平行的边。当它们处于各自的最终位置时，这三对柔性的第二副臂0ij2((0112、0122)，(0212、0222)，(0312、0322))限定了第二六脚件。当三对柔性的第二副臂0ij2位于各自的初始位置时，该第二六脚件也是基本上沿着主对称轴XX而折叠。
因此，该支撑结构由架设在顶部到底部的两个六脚件形成。
在图10阐明的例子中，当它们位于各自的最终位置时，第一六脚件的三对中的每一对的两个第一副臂0i11和0i21组成了梯形Ti1(T11到T31)的两条不平行的边，具体可参见T31例子中的虚线。此外，当它们位于各自的最终位置时，第二六脚件的三对中的每一对的两个柔性的第二副臂0i12和0i22组成了另一个梯形Ti2(T12到T32)的两条不平行的边，具体可参见T32例子中的虚线。
值得注意的是，第一副臂对0i11和0i21可以组成第一尺寸(dimensions)的多面体(三角形或梯形)的平行的边，第二副臂对0i12和0i22可以组成第二尺寸的多面体(三角形或梯形)的平行的边，该第二尺寸可能不同于第一尺寸，如同在图示例子中的情况)。还将可想到的是，第一副臂对0i11和0i21组成了第一类型(例如三角形)的多面体的平行的边，而第二副臂对0i12和0i22组成了第二类型(例如梯形)的多面体的平行的边。
因此，将第一副臂0ij1折叠到它们的初始位置的方式可以不同于将第二副臂0ij2折叠到它们的初始位置的方式。换言之，第一副臂0ij1所允许的弯曲的数目可以不同于第二副臂0ij2所允许的弯曲的数目。形成折叠(或弯曲)的平面的数目同样也是如此。
如同第二个例子，梯形和/或三角形的形状优选为等腰类型。
图10和图11所阐明的结构从稳定性方面考虑是有利的。当第三框架C3可以内接于直径为第一框架C1和第二框架C2两倍的圆内部时，此时的稳定性可能是最佳的。臂0212的位于第三框架C3上的端部EX4的线与最近的对称轴成大约60°的角β。臂0212的端部EX2的线与最近的对称轴大致平行。柔性臂以这样的方式定向，使得三个三角形中的每一个都可以与形成其的两个柔性臂折叠到同一个平面内。在该情况下，折叠的臂并非横向受压(或几乎不受横向压力)(各个三角形平面的外部)，由此提高折叠位置的稳定性。
此外，如同第一个例子和第二个例子，优选提供用于对副镜M2(第二元件)的运动进行缓冲的装置和/或用于对副镜M2进行导向的装置和/或可伸缩的装置，该可伸缩的装置用于对第二框架C2和第三框架C3进行固定，也可能连同第一副臂0ij1和第二副臂0ij2一起进行固定。还可以提供装置，用于移动副臂0ij1和0ij2的第一端EX1和/或第二端EX2和/或第三端EX3和/或第四端EX4中的至少一个。
本发明不仅仅局限于支撑装置和太空望远镜，上文所描述的实施例仅是举例，本领域技术人员由此所能想到的变化处于所附的权利要求的保护范围中。

Claims (23)

1.一种用于支撑航天设备的第一元件(M1)和第二元件(M2)的装置，其特征在于：所述装置包括至少两个可展开的柔性臂(Oij)，各个柔性臂(Oij)包括第一端(EX1)和第二端(EX2)，第一端(EX1)和第二端(EX2)分别固定到所述第一元件(M1)和第二元件(M2)上，各个柔性臂(Oij)被设计成至少具有一个折叠弯曲的初始位置和一个展开的最终位置，在所述初始位置和最终位置中，所述第一元件(M1)分别以第一选定距离和第二选定距离保持远离所述第二元件(M2)，所述第二选定距离大于第一选定距离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置包括至少三个臂(Oij)，各个臂包括第一端(EX1)和第二端(EX2)，第一端(EX1)和第二端(EX2)分别固定到所述第一元件(M1)和第二元件(M2)的不同位置上，上述位置的选择和布置使得各个臂能够采取各自的初始位置和各自的最终位置，在所述初始位置和最终位置中，所述第一元件(M1)分别以所述第一选定距离和第二选定距离保持远离所述第二元件(M2)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述装置包括三对臂，当三对臂处于各自的最终位置时，其中各对的两个臂(Oi1、Oi2)组成梯形(Ti)的两条不平行的边。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：各对的所述臂(Oi1、Oi2)具有相同的长度，因此对应的梯形(Ti)是等腰梯形。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述装置包括三对臂，当所述三对臂处于各自的最终位置时，其中各对的两个臂(Oi1、Oi2)组成三角形(Ti)的两条边。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：各对的所述臂(Oi1、Oi2)具有相同的长度，因此对应的三角形(Ti)是等腰三角形。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括第一框架(C1)和第二框架(C2)，所述第一元件(M1)和各个臂(Oij)的第一端(EX1)固定于所述第一框架(C1)上，使得第一框架(C1)固定于第一元件(M1)上，第二元件(M2)和各个臂(Oij)的第二端(EX2)固定于所述第二框架(C2)上，使得第二框架(C2)固定于第二元件(M2)上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：各个臂(Oij)的所述第一端(EX1)和第二端(EX2)通过能够阻止任何运动自由度的机械连接件和/或固定材料分别固定到所述第一框架(C1)和第二框架(C2)上。
9.根据权利要求2-6中任一项结合权利要求7-8中的一项所述的装置，其特征在于：各个臂(Oij)包括第一副臂(Oij1)和第二副臂(Oij2)，所述第一副臂(Oij1)包含所述第一端(EX1)和一第三端(EX3)，所述第二副臂(Oij2)包含所述第二端(EX2)和一第四端(EX4)，并且，所述装置还包括插入于所述第一框架(C1)和第二框架(C2)之间的第三框架(C3)，各个第一副臂(Oij1)的第三端(EX3)和各个第二副臂(Oij2)的第四端(EX4)固定于所述第三框架(C3)上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：各个第一副臂(Oij1)的所述第三端(EX3)和各个第二副臂(Oij2)的所述第四端(EX4)通过能够阻止任何运动自由度的机械连接件和/或固定材料分别固定到所述第三框架(C3)上。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括缓冲装置，所述缓冲装置能够在各个臂(Oij)到达其最终位置时对所述第二元件(M2)的运动进行缓冲。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括导向装置，所述导向装置能够在各个臂(Oij)从其初始位置向最终位置移动时，至少对所述第二元件(M2)的一些运动进行导向。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括运动装置，所述运动装置能够移动所述臂(Oij)中的至少一个的第一端(EX1)和/或第二端(EX2)，从而控制所述臂的最终位置以及所述第二元件(M2)相对于所述第一元件(M1)的位置。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于：所述装置包括可伸缩的固定装置，所述可伸缩的固定装置能够在各个臂(Oij)静止于其初始位置时，使所述第一元件(M1)和/或所述第二元件(M2)相对于所述航天设备的刚性结构进行固定。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的装置，其特征在于：当各个柔性臂(Oij)位于所述初始位置时，在至少一个选定的平面内，各个柔性臂(Oij)能允许有至少两个弯曲部。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：当柔性臂(Oij、Oij1、Oij2)位于所述初始位置时，在同一个平面内，所述柔性臂(Oij、Oij1、Oij2)能允许有至少两个弯曲部。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：当柔性臂(Oij、Oij1、Oij2)位于所述初始位置时，所述柔性臂(Oij、Oij1、Oij2)能允许有位于至少两个不同的平面内的至少两个弯曲部。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的装置，其特征在于：各个柔性臂(Oij、Oij1、Oij2)由碳纤维制成。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的装置，其特征在于：所述第一元件(M1)是主镜。
20.根据权利要求1-19中任一项所述的装置，其特征在于：所述第二元件(M2)选自至少包括副镜和焦面的组。
21.一种航天设备，包括由第一元件(M1)和第二元件(M2)构成的至少一个组件，其特征在于：所述航天设备包括至少一个如前述任一项权利要求所述的用于支撑由第一元件(M1)和第二元件(M2)所构成的组件的装置。
22.根据权利要求21所述的航天设备，其特征在于：所述航天设备被设置成观测仪器的形式。
23.根据权利要求22所述的航天设备，其特征在于：所述观测仪器包括至少一个望远镜。
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