ES2848727T3

ES2848727T3 - Estructura de mástil desplegable

Info

Publication number: ES2848727T3
Application number: ES17800583T
Authority: ES
Inventors: Juan Reveles; Vincent Fraux; Yoshiro Ogi
Original assignee: Oxford Space Systems Ltd
Current assignee: Oxford Space Systems Ltd
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: US20190277051A1; EP3538723B1; WO2018087538A1; US10738498B2; CN110431278A; JP2020506848A; GB2555657A; EP3538723A1; CA3043282A1; JP7040874B2; CN110431278B

Abstract

Una estructura de mástil desplegable (100) que comprende: un cuerpo (101) configurado para adoptar una forma tubular cuando la estructura de mástil está en una configuración desplegada; y una pluralidad de aberturas (102) formadas en una pared del cuerpo para definir una pluralidad de bisagras de resorte de cinta integrales (103) en la pared del cuerpo, estando configurada la pluralidad de aberturas para permitir que el cuerpo se contraiga a lo largo de su eje longitudinal en una configuración de almacenamiento cuando se pandean las bisagras de resorte de cinta, donde en la configuración de almacenamiento, las bisagras de resorte de cinta integrales están configuradas para ejercer una fuerza que empuja la estructura hacia la configuración desplegada, caracterizada porque la pluralidad de aberturas está configurada tal que las bisagras de resorte de cinta definidas por las aberturas son más estrechas en sus extremos.

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura de mástil desplegable

Campo técnico

La presente invención se refiere a estructuras de mástil desplegables. Más particularmente, la presente invención se refiere a estructuras de mástil desplegables que comprenden un cuerpo tubular y una pluralidad de bisagras de resorte de cinta.

Antecedentes

Las estructuras desplegables se utilizan en diversas aplicaciones cuando el tamaño físico de un aparato necesita reducirse temporalmente, por ejemplo, con fines de almacenamiento o transporte. Uno de esos campos en los que se utilizan ampliamente las estructuras desplegables es el de las aplicaciones espaciales, en particular los satélites y otros vehículos espaciales que se lanzan al espacio en el carenado del cohete. Dado que el espacio disponible en el carenado es limitado, se utilizan estructuras desplegables que se pueden almacenar en un pequeño volumen antes del lanzamiento.

Se han desarrollado mástiles desplegables en los que las secciones de mástil largas y rígidas se unen mediante bisagras de resorte de cinta. Tales mástiles se pueden almacenar pandeando las bisagras de resorte de cinta de modo que las secciones rígidas del mástil se plieguen hacia atrás para que reposen una al lado de la otra. Las bisagras con resortes de cinta almacenan energía de tensión elástica que provoca que la estructura se despliegue automáticamente una vez que se elimina una fuerza de retención. Mientras que esta disposición de plegado reduce la longitud total de la estructura en comparación con la longitud del mástil completamente desplegado, la reducción total del tamaño está limitada por la longitud de las secciones de mástil rígidas. Por ejemplo, si el mástil comprende tres secciones rígidas de igual longitud conectadas por bisagras de resorte de cinta, la longitud total de la estructura contraída será aproximadamente un tercio de la de la estructura completamente extendida. Por tanto, sería deseable proporcionar una forma más compacta de estructura de mástil desplegable.

El documento EP2272761A1 describe una estructura extensible que puede utilizarse en aplicaciones espaciales, por ejemplo, para formar el cuerpo de un telescopio. El documento EP2783989A2 describe un mástil desplegable que comprende etapas apiladas una sobre otra, incluyendo cada etapa tres resortes de cinta flexibles longitudinales, donde cada resorte de cinta incluye extremos superior e inferior fijados en las plataformas superior e inferior, respectivamente. El documento US6374565B1 describe un miembro plegable en forma de tubo con ranuras alargadas y una estructura contraíble construida con tales miembros plegables. El documento EP2993131A1 describe un mástil desplegable que comprende N etapas que comprenden al menos seis brazos de enlace longitudinales flexibles, estando las N etapas fijadas entre sí de dos en dos mediante plataformas de conexión. El documento US2011/0061332A1 describe un procedimiento de fabricar una estructura seleccionada que incluye proporcionar una pluralidad de miembros donde cada miembro está configurado para acoplarse a al menos otro miembro.

La invención se realiza en este contexto.

Resumen de la invención

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una estructura de mástil desplegable, según la reivindicación 1.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, la pluralidad de aberturas están dispuestas en una pluralidad de grupos espaciados a lo largo del eje longitudinal del cuerpo, tal que cada grupo de aberturas define una sección de bisagra que comprende una pluralidad de bisagras de resorte de cinta dispuestas alrededor del eje longitudinal, estando las secciones de bisagra adyacentes conectadas por una sección de la pared en la que no se forman bisagras de resorte de cinta. En tales realizaciones, la estructura de mástil desplegable puede comprender además una pluralidad de miembros de refuerzo, cada uno configurado para reforzar una de las secciones de la pared en la que no se forman bisagras de resorte de cinta. Por ejemplo, en alguna realización de acuerdo con el primer aspecto, la pared del cuerpo puede formarse a partir de un material compuesto en capas y cada uno de la pluralidad de miembros de refuerzo puede comprender una o más capas adicionales del material compuesto, tal que las secciones de la pared en las que no se forman bisagras de resorte de cinta tienen una rigidez mayor que las secciones de bisagra.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, se selecciona una longitud de cada una de la pluralidad de aberturas dentro de una sección del cuerpo tal que las bisagras de resorte de cinta dentro de dicha sección pueden plegarse hacia el interior y hacia el centro del cuerpo cuando la estructura está en la configuración de almacenamiento.

En algunas realizaciones de acuerdo con el primer aspecto, el cuerpo tiene una anchura cónica a lo largo del eje longitudinal. Se puede seleccionar un ángulo del cono para permitir que una sección de la pared en un extremo de una de las bisagras de resorte de cinta se almacene dentro de una sección de la pared en el extremo opuesto de dicha una de las bisagras de resorte de cinta, cuando la estructura de mástil está en la configuración de almacenamiento. En algunas realizaciones según el primer aspecto, la estructura de mástil desplegable comprende además un mecanismo de control configurado para controlar una velocidad a la que la estructura de mástil se despliega desde la configuración de almacenamiento una vez que se elimina la fuerza de retención, estando configurado el mecanismo de control para ejercer una fuerza de frenado que contrarresta parcialmente la fuerza ejercida por las bisagras de resorte de cinta. El mecanismo de control comprende opcionalmente un amortiguador de corrientes de Foucault conectado a un extremo de la estructura de mástil por al menos una fibra, estando el amortiguador de corrientes de Foucault configurado para generar una fuerza de amortiguación que es proporcional a la velocidad de despliegue. En algunas realizaciones según el primer aspecto, el cuerpo está configurado para tener una sección transversal circular en un plano perpendicular al eje longitudinal cuando está en la configuración desplegada.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, la estructura tubular está configurada tal que una sección transversal perpendicular al eje longitudinal incluye uno o más segmentos de borde recto, y además incluye una pluralidad de segmentos de borde curvo en los que se forman las bisagras de resorte de cinta.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, la estructura de mástil desplegable está incluida en un conjunto de antena desplegable que comprende un reflector primario, estando dispuesto el reflector primario en un extremo de la estructura de mástil desplegable, y un reflector secundario, estando dispuesto el reflector secundario en un extremo opuesto de la estructura de mástil desplegable al reflector primario.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, la estructura de mástil desplegable está incluida en un conjunto de telescopio desplegable que comprende un sensor dispuesto en un extremo de la estructura de mástil desplegable, y uno o más elementos ópticos dispuestos a lo largo la estructura de mástil desplegable.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, la estructura de mástil desplegable se puede utilizar como parte de un mecanismo de separación para separar un primer cuerpo (por ejemplo, una nave espacial) de un segundo cuerpo (por ejemplo, una carga útil), donde la estructura de mástil desplegable está configurada para empujar el primer cuerpo lejos del segundo cuerpo al liberar una fuerza de retención que sujeta la estructura de mástil desplegable en la configuración de almacenamiento.

En algunas realizaciones según el primer aspecto, un sistema comprende la estructura de mástil desplegable y un mecanismo de sujeción y liberación configurado para aplicar una fuerza de retención con el fin de mantener la estructura en la configuración de almacenamiento.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de fabricar una estructura de mástil desplegable, según la reivindicación 14.

En algunas realizaciones según el segundo aspecto, el procedimiento comprende además una etapa de colocación de una o más capas adicionales alrededor del mandril a intervalos a lo largo del eje longitudinal del cuerpo para formar miembros de refuerzo configurados para reforzar una sección de la pared en la que no se forman bisagras de resorte de cinta.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán, únicamente a modo de ejemplo, las realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de una estructura de mástil desplegable según una realización de la presente invención;

la figura 2 ilustra una vista en perspectiva de la estructura de mástil desplegable de la figura 1 con la sección de resorte de cinta superior en la configuración contraída;

la figura 3 es un diagrama de flujo que muestra un procedimiento de fabricar un mástil desplegable similar al que se muestra en la figura 1, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 4 ilustra una vista de planta de una estructura de mástil desplegable según una realización de la presente invención; y

la figura 5 ilustra una vista en perspectiva de la estructura de mástil desplegable de la figura 4.

Descripción Detallada

En la siguiente descripción detallada, solo se han mostrado y descrito, a modo de ilustración, ciertas realizaciones ejemplares de la presente invención. Como comprenderán los expertos en la técnica, las realizaciones descritas pueden modificarse de varias formas diferentes, todo ello sin apartarse del alcance de la presente invención. Por consiguiente, los dibujos y la descripción deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva. Los números de referencia similares designan elementos similares en toda la memoria descriptiva.

Con referencia ahora a las figuras 1 y 2, se ilustra una estructura de mástil desplegable 100 de acuerdo con una realización de la presente invención. En la figura 1, la estructura de mástil 100 se ilustra en una configuración desplegada. La estructura de mástil 100 es capaz de contraerse en una configuración de almacenamiento en la que la estructura 100 ocupa un volumen menor que en la configuración desplegada, y puede desplegarse posteriormente extendiendo la estructura 100 en la configuración que se muestra en la figura 1. La configuración de almacenamiento también puede denominarse configuración contraída, y la configuración desplegada puede denominarse configuración extendida.

La estructura de mástil desplegable 100 de la presente realización comprende un cuerpo 101 de paredes delgadas. El cuerpo 101 está configurado para adoptar una forma tubular cuando la estructura de mástil 100 está en la configuración desplegada, como se ilustra en la figura 1. En la presente realización, el cuerpo 101 está configurado para tener una sección transversal circular en un plano perpendicular a el eje longitudinal, cuando está en la configuración desplegada. Sin embargo, en otras realizaciones se puede utilizar una forma de sección transversal diferente, por ejemplo, una sección transversal elíptica o poligonal.

La estructura de mástil 100 comprende además una pluralidad de aberturas 102 formadas en la pared del cuerpo 101. La pluralidad de aberturas 102 está configurada para definir una pluralidad de bisagras de resorte de cinta integrales 103 en la pared del cuerpo 101. La pluralidad de aberturas 102 está configurada para permitir que el cuerpo 101 se contraiga a lo largo de su eje longitudinal en una configuración contraída cuando las bisagras de resorte de cinta 103 se pandean. En la configuración contraída, las bisagras de resorte de cinta integrales 103 están configuradas para ejercer una fuerza que empuja la estructura 100 hacia la configuración desplegada.

En la presente realización, la pluralidad de aberturas 102 están dispuestas en grupos separados a lo largo del eje longitudinal del cuerpo 101, tal que cada grupo de aberturas 102 define una sección de bisagra 111, 112 y 113 que comprenden una pluralidad de bisagras de resorte de cinta 103 dispuestas alrededor del eje longitudinal. En la presente realización, cada sección de bisagra 111, 112 y 113 comprende cuatro aberturas 102, que juntas definen cuatro bisagras de resorte de cinta 103 dispuestas alrededor del eje longitudinal central. En otras realizaciones, se puede proporcionar cualquier número de bisagras de resorte de cinta dentro de una sección de bisagra, formando un número apropiado de aberturas.

Los grupos adyacentes de aberturas 102, es decir, secciones de bisagra 111, 112 y 112 que son adyacentes entre sí a lo largo del eje longitudinal, están conectados mediante una sección de la pared en que no se forman bisagras de resorte de cinta. En la presente realización, estas secciones tienen forma de anillo, ya que el cuerpo tubular 101 tiene una sección transversal circular, y se denominarán en lo sucesivo «secciones de anillo».

Al disponer las aberturas en grupos de este modo, se forma una estructura de mástil desplegable 100 que comprende secciones de bisagra alternas 111, 112 y 113 y secciones de anillo 121, 122, 123 y 124. En la presente realización se ilustra, a modo de ejemplo, una estructura de tres niveles que comprende tres secciones de bisagra 111, 112 y 113 conectadas en cada extremo a una de las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124. Sin embargo, en otras realizaciones se puede proporcionar cualquier número de niveles. Por ejemplo, en una realización, una estructura de mástil desplegable solo puede comprender una única sección de bisagra con una sección de anillo en cada extremo.

A continuación se describirá, con referencia a la figura 2, un ejemplo de mecanismo mediante el cual la estructura de mástil de la figura 1 se puede contraer y desplegar, que ilustra la estructura de mástil desplegable 100 con las bisagras de resorte de cinta 103 en la sección de bisagra superior 111 parcialmente contraída.

En la presente realización, la longitud de las aberturas 102 dentro de cada sección de bisagra 111, 112 y 113 se selecciona tal que las bisagras de resorte de cinta 103 dentro de cada sección de bisagra 111, 112, y 113 se pueden plegar hacia el interior y hacia el centro del cuerpo 101 sin interferir entre sí cuando la estructura está en una configuración contraída, como se muestra en la figura 2. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la longitud de las aberturas 102 se puede seleccionar tal que cuando las bisagras de resorte de cinta 103 se pliegan hacia el interior, como se muestra en la figura 2, cada bisagra de resorte de cinta 103 en la configuración completamente contraída sobresale hacia el interior y hacia el eje central de la estructura 100 sin hacer contacto con ninguna de las otras bisagras de resorte de cinta en la misma sección de bisagra. En otras realizaciones, las bisagras de resorte de cinta dentro de una sección pueden hacer contacto entre sí en la configuración de almacenamiento, pero pueden estar dispuestas tal que las bisagras de resorte de cinta no impidan que se desplieguen unas a otras a medida que la estructura se extiende. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las bisagras de resorte de cinta plegadas pueden superponerse entre sí cerca del centro de la estructura, en la configuración de almacenamiento.

Plegar las bisagras de resorte de cinta 103 hacia el interior significa que cada bisagra se pliega en la dirección opuesta al radio de curvatura de la bisagra. Esto se denomina pandeo en «sentido opuesto» de la bisagra de resorte de cinta, en contraste con el pandeo en «el mismo sentido», el cual se produciría si la bisagra de resorte de cinta 103 de la presente realización se plegase hacia el exterior. En otras realizaciones, las bisagras de resorte de cinta se pueden plegar hacia el exterior cuando la estructura se contrae en la configuración de almacenamiento.

El pandeo en sentido opuesto deriva en una mayor energía de tensión elástica almacenada en la bisagra de resorte de cinta en comparación con el pandeo en el mismo sentido. Por consiguiente, al plegar las bisagras de resorte de cinta 103 hacia el interior cuando la estructura de mástil se contrae en la configuración de almacenamiento, como se muestra en la figura 2, se almacena una mayor cantidad de energía. Esto aumenta la fuerza máxima que se ejerce sobre la estructura por las bisagras de resorte de cinta 103 cuando la estructura de mástil 100 está en la configuración contraída, lo cual resulta en que la estructura 100 puede desplegarse más rápidamente y/o puede mover una masa mayor que si las bisagras de resorte de cinta 103 estuvieran plegadas hacia afuera. Otra ventaja de plegar las bisagras de resorte de cinta 103 hacia el interior es que la estructura 100 ocupará un volumen menor en la configuración contraída que si las bisagras de resorte de cinta 103 se doblasen hacia el exterior.

Como se muestra en la figura 2, la estructura de mástil 100 se contrae a lo largo de su eje longitudinal cuando las bisagras de resorte de cinta 103 dentro de una sección de bisagra 111, 112 y 113 se pandean. Puesto que la estructura 100 se contrae a lo largo del eje longitudinal, el volumen resultante de la estructura en la configuración contraída se reduce en comparación con las estructuras de la técnica anterior. El mecanismo de contracción/despliegue que se muestra en la figura 2 proporciona, por tanto, una estructura de mástil desplegable extremadamente compacta. En algunas realizaciones, las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124 pueden estar reforzadas por uno o más miembros de refuerzo, con el resultado de que la rigidez de la pared en las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124 es mayor que en las secciones de bisagra 111, 112 y 113. Los miembros de refuerzo pueden ayudar a las secciones de anillo a resistir la torsión y/o pandeo cuando la estructura se contrae. El refuerzo de las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124 puede ser particularmente ventajoso en realizaciones en las que las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124 son relativamente cortas en altura en comparación con las secciones de bisagra 111, 112 y 113.

En la presente realización, la pared del cuerpo 101 está formada por un material compuesto en capas, por ejemplo un compuesto de fibra epoxi/carbono, y cada uno de la pluralidad de miembros de refuerzo comprende una o más capas adicionales del material compuesto. Como resultado, las secciones de la pared en las que no se forman bisagras de resorte de cinta, es decir, las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124, tienen una rigidez mayor que las secciones de bisagra 111, 112 y 113. En otras realizaciones se puede utilizar una forma diferente de refuerzo, por ejemplo tiras o aros de metal o cerámica adheridos a una superficie interior o exterior de las secciones de anillo, o incrustados dentro de la propia pared. Además, en algunas realizaciones, se pueden omitir los miembros de refuerzo.

En la presente realización, como se muestra en las figuras 1 y 2, la pluralidad de aberturas 102 están configuradas tal que las bisagras de resorte de cinta 103 definidas por las aberturas 102 son más estrechas en sus extremos. Como resultado, cuando la estructura 100 se contrae, las bisagras de resorte de cinta 103 tienen una tendencia a pandearse cerca del punto en el que se encuentran con las secciones de anillo 121, 122, 123 y 124, de modo que la estructura se contrae de manera uniforme y previsible. En la presente realización, esto se logra formando un radio en cada esquina donde una bisagra de resorte de cinta 103 se encuentra con una sección de anillo 121, 122, 123 y 124. El radio reduce la probabilidad de fractura en la unión entre el resorte de cinta y la sección de anillo al evitar las esquinas afiladas que actúan como concentradores de tensiones. En otras realizaciones, se puede utilizar una forma diferente de abertura para lograr un resultado similar. Además, en otras realizaciones, las bisagras de resorte de cinta 103 pueden formarse para que tengan una anchura uniforme a lo largo de su longitud. Es decir, en algunas realizaciones se puede omitir un radio en cada esquina de la bisagra de resorte de cinta.

Un procedimiento de fabricar la estructura de mástil desplegable mostrada en las figuras 1 y 2 se describirá a continuación con referencia a la figura 3. En primer lugar, en la etapa S301, la pluralidad de aberturas se forma en una o más capas compuestas. La estructura de mástil puede estar formada por cualquier material adecuado. Por ejemplo, la estructura de mástil puede formarse a partir de un material compuesto que comprenda una fibra de alta resistencia/rigidez y una matriz de resina de baja rigidez/elasticidad, como un compuesto de fibra epoxi/carbono. A continuación, en la etapa S302, las capas de material compuesto se colocan alrededor de un mandril curvo, que se conforma para definir la pared del cuerpo, para formar un laminado con la forma y grosor correctos. La curvatura de la superficie del mandril definirá la curvatura de las bisagras de resorte de cinta. Si se requieren refuerzos para las secciones de anillo, se pueden colocar una o más capas adicionales alrededor del mandril a intervalos a lo largo del eje longitudinal del cuerpo para formar los miembros de refuerzo en la etapa S302.

Seguidamente, en la etapa S303, las capas compuestas se curan para endurecer el material compuesto y formar la pared del cuerpo. Las capas compuestas pueden ser curadas y poscuradas si es necesario, en un entorno de temperatura y presión controladas, como en un autoclave. Finalmente, en la etapa S304, la estructura de mástil completa se retira del mandril. La estructura del mástil está entonces lista para su uso y puede contraerse a lo largo de su eje longitudinal en la configuración contraída pandeando las bisagras de resorte de cinta.

En algunas realizaciones de la presente invención, se puede proporcionar un mecanismo de control para controlar la velocidad a la que la estructura de mástil se despliega desde la configuración contraída una vez que se elimina una fuerza de retención. El mecanismo de control se puede configurar para controlar la velocidad de despliegue ejerciendo una fuerza de frenado que contrarresta parcialmente la fuerza ejercida por las bisagras de resorte de cinta. En algunas realizaciones, el mecanismo de control puede comprender un amortiguador de corrientes de Foucault conectado a un extremo de la estructura de mástil por una o más fibras, estando el amortiguador de corrientes de Foucault configurado para generar una fuerza de amortiguación que es proporcional a la velocidad de despliegue que resulta de la fuerza ejercida por las bisagras de resorte de cinta. En otras realizaciones se puede utilizar un mecanismo de amortiguación diferente.

El momento/fuerza de amortiguación disipativo/a proporcionado/a por el amortiguador de corrientes de Foucault es directamente proporcional a la velocidad de despliegue. Por lo tanto, si las bisagras de resorte de cinta ejercen una gran fuerza de despliegue, que de otro modo daría lugar a un rápido despliegue de la estructura, el amortiguador de corrientes de Foucault aplicaría un momento/fuerza de amortiguación disipativo/a proporcionalmente alto. Por el contrario, si la fuerza de despliegue y, por lo tanto, la velocidad de despliegue es baja, el amortiguador de corrientes de Foucault aplicaría un momento/fuerza de amortiguación proporcionalmente más bajo/a durante el despliegue. El uso de un mecanismo de control permite ajustar la velocidad de despliegue con el fin de evitar que se produzcan golpes y daños estructurales en la estructura de mástil y cualquier dispositivo adherido al mismo como consecuencia del control de liberación de energía durante el despliegue.

En las realizaciones descritas anteriormente, la estructura de mástil tiene un diámetro uniforme en toda su longitud. Sin embargo, en otras realizaciones, la estructura de mástil puede tener una anchura cónica a lo largo del eje longitudinal. Por ejemplo, en algunas realizaciones se puede seleccionar un ángulo del cono para permitir que una sección de la pared en un extremo de una de las bisagras de resorte de cinta se almacene dentro de una sección de la pared en el extremo opuesto de dicha una de las bisagras de resorte de cinta, cuando la estructura de mástil está en la configuración contraída. Esta disposición puede reducir aún más el volumen ocupado por la estructura de mástil en la configuración contraída.

Las realizaciones de la presente invención pueden utilizarse en diversas aplicaciones que incluyen, entre otras: • despliegue de antenas cuadrifilares o helicoidales;

• despliegue de espejos reflectores secundarios para antenas desplegables;

• despliegue de ópticas para telescopios espaciales;

• despliegue de instrumentación científica sensible fuera de la plataforma principal; y

• mecanismos de separación para separar un cuerpo de otro cuerpo.

Por ejemplo, en una realización, la estructura de mástil desplegable puede incluirse en un conjunto de antena desplegable que comprende un reflector primario, estando dispuesto el reflector primario en un extremo de la estructura de mástil desplegable, y un reflector secundario, estando dispuesto el reflector secundario en un extremo opuesto de la estructura de mástil desplegable al reflector primario. De esta manera, el tamaño del conjunto de antena se puede reducir cuando la estructura de mástil está en la configuración contraída.

Como ejemplo adicional, en otra realización, la estructura de mástil desplegable puede incluirse en un conjunto de telescopio desplegable que comprende un sensor dispuesto en un extremo de la estructura de mástil desplegable, y uno o más elementos ópticos dispuestos a lo largo la estructura de mástil desplegable. De esta manera, el tamaño del conjunto de telescopio desplegable se puede reducir cuando la estructura de mástil está en la configuración contraída.

Como ejemplo adicional, en otra realización, la estructura de mástil desplegable puede configurarse para que actúe como mecanismo de separación para separar un primer cuerpo (por ejemplo, una nave espacial) de un segundo cuerpo (por ejemplo, una carga útil). Cuando se utiliza como mecanismo de separación, la estructura de mástil desplegable está configurada para empujar el primer cuerpo lejos del segundo cuerpo cuando se libera una fuerza de retención que sujeta la estructura en la configuración de almacenamiento.

Se han descrito realizaciones de la invención en las que el cuerpo de una estructura de mástil desplegable está configurado para contraerse a lo largo de su eje longitudinal en la configuración contraída. Esto puede lograrse configurando la pluralidad de aberturas para proporcionar las dimensiones apropiadas de las bisagras de resorte de cinta y las secciones de la pared de conexión, tal que la estructura puede contraerse a lo largo del eje longitudinal sin que las bisagras de resorte de cinta interfieran entre sí. Dado que la estructura se contrae a lo largo de su eje longitudinal, se consigue una configuración contraída compacta. Durante el despliegue, la estructura de mástil se extiende a lo largo de su eje longitudinal. Esto logra un movimiento rectilíneo, a diferencia de las estructuras de la técnica anterior en las que las secciones rígidas pivotan y se pliegan una sobre otra. Asimismo, en realizaciones de la presente invención, las bisagras de resorte de cinta se bloquean para formar parte de la pared del mástil una vez que se despliega la estructura, aumentando aún más la rigidez general de la estructura desplegada.

En realizaciones de la presente invención, el cuerpo en el que se forman las aberturas está configurado para adoptar una forma tubular en la configuración desplegada. El término «tubular» se utiliza aquí para referirse a cualquier estructura hueca de paredes delgadas con un perímetro cerrado, y no se limita a estructuras con secciones transversales circulares. Según otra realización de la presente invención, un ejemplo de una estructura tubular (400) con una sección transversal no circular se ilustra en las figuras 4 y 5. En esta realización, la sección transversal (401) es generalmente de forma cuadrada, con un segmento cóncavo (403) a lo largo de cada lado del cuadrado (402) que forma una bisagra de resorte de cinta. En la realización mostrada en las figuras 4 y 5, cuando se utiliza pandeo en sentido opuesto, las bisagras de resorte de cinta se pliegan hacia el exterior y, cuando se utiliza pandeo en el mismo sentido, las bisagras de resorte de cinta se pliegan hacia el interior. Aunque en la figura 4 se ilustra una sección transversal cuadrada, en otras realizaciones la sección transversal puede basarse en cualquier polígono regular o irregular. Cuando se utiliza una sección transversal basada en un polígono, la sección transversal puede incluir uno o más segmentos de borde recto y una pluralidad de segmentos de borde curvo en los que se forman las bisagras de resorte de cinta.

Se han descrito realizaciones de la invención en las que se puede colocar una estructura tubular en una configuración de almacenamiento al contraer la estructura a lo largo de su eje longitudinal. Esta disposición de plegado permite una reducción significativa de la altura de la estructura en la configuración de almacenamiento. Dado que las secciones de anillo de conexión permanecen sustancialmente sin deformar en la configuración de almacenamiento, la reducción general de la altura de la estructura en la configuración de almacenamiento depende de la altura relativa de las secciones de resorte de cinta a las secciones de anillo, y de la medida en que cada sección de resorte de cinta pueda contraerse. En algunas realizaciones, la altura de cada sección de resorte de cinta puede ser mayor o igual que la altura de las secciones de conexión, de modo que se puede lograr una reducción total de la altura en aproximadamente un 50 % o más. Además, en algunas realizaciones, la altura de cada sección de resorte de cinta puede ser sustancialmente mayor que la de las secciones de anillo de conexión, lo que permite una reducción sustancial de la altura de la estructura.

Asimismo, en algunas realizaciones puede proporcionarse un sistema que comprende la estructura de mástil desplegable y un mecanismo de sujeción y liberación (HDRM) configurado para aplicar una fuerza de retención para retener la estructura en la configuración de almacenamiento, en la que el cuerpo se contrae a lo largo de su eje longitudinal. El sistema puede desplegar automáticamente la estructura de mástil liberando la fuerza de retención, con lo que la energía elástica almacenada en las bisagras deformadas del resorte de cinta en la configuración de almacenamiento ejerce una fuerza que empuja la estructura hacia la configuración desplegada.

Aunque se han descrito aquí determinadas realizaciones en esta invención con referencia a los dibujos, se entenderá que serán posibles muchas variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una estructura de mástil desplegable (100) que comprende:

un cuerpo (101) configurado para adoptar una forma tubular cuando la estructura de mástil está en una configuración desplegada; y

una pluralidad de aberturas (102) formadas en una pared del cuerpo para definir una pluralidad de bisagras de resorte de cinta integrales (103) en la pared del cuerpo, estando configurada la pluralidad de aberturas para permitir que el cuerpo se contraiga a lo largo de su eje longitudinal en una configuración de almacenamiento cuando se pandean las bisagras de resorte de cinta,

donde en la configuración de almacenamiento, las bisagras de resorte de cinta integrales están configuradas para ejercer una fuerza que empuja la estructura hacia la configuración desplegada,

caracterizada porque la pluralidad de aberturas está configurada tal que las bisagras de resorte de cinta definidas por las aberturas son más estrechas en sus extremos.

2. La estructura de mástil desplegable de la reivindicación 1, donde la pluralidad de aberturas están dispuestas en una pluralidad de grupos espaciados a lo largo del eje longitudinal del cuerpo, tal que cada grupo de aberturas define una sección de bisagra (111, 112, 113) que comprende una pluralidad de bisagras de resorte de cinta dispuestas alrededor del eje longitudinal, estando las secciones de bisagra adyacentes conectadas por una sección (121, 122, 123, 124) de la pared en la que no se forman bisagras de resorte de cinta.

3. La estructura de mástil desplegable de la reivindicación 2, que comprende además:

una pluralidad de miembros de refuerzo, cada uno configurado para reforzar una de las secciones de la pared en la que no se forman bisagras de resorte de cinta.

4. La estructura de mástil desplegable de la reivindicación 3, donde la pared del cuerpo está formada por un material compuesto en capas y cada uno de la pluralidad de miembros de refuerzo comprende una o más capas adicionales del material compuesto, tal que las secciones de la pared en las que no se forman bisagras de resorte de cinta tienen una rigidez mayor que las secciones de bisagra.

5. La estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones anteriores, donde una longitud de cada una de la pluralidad de aberturas (102) dentro de una sección del cuerpo se selecciona tal que las bisagras de resorte de cinta (103) dentro de dicha sección puedan plegarse hacia el interior hacia un centro del cuerpo cuando la estructura está en la configuración de almacenamiento.

6. La estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones anteriores, donde el cuerpo tiene una anchura cónica a lo largo del eje longitudinal.

7. La estructura de mástil desplegable de la reivindicación 6, donde se selecciona un ángulo del cono para permitir que una sección de la pared en un extremo de una de las bisagras de resorte de cinta (103) se almacene dentro de una sección de la pared en el extremo opuesto de dicha una de las bisagras de resorte de cinta, cuando la estructura de mástil está en la configuración de almacenamiento.

8. La estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además:

un mecanismo de control configurado para controlar una velocidad a la que la estructura de mástil se despliega desde la configuración de almacenamiento una vez que se elimina una fuerza de retención, estando el mecanismo de control configurado para ejercer una fuerza de frenado que contrarresta parcialmente la fuerza ejercida por las bisagras de resorte de cinta,

donde el mecanismo de control comprende opcionalmente un amortiguador de corrientes de Foucault conectado a un extremo de la estructura de mástil por al menos una fibra, configurándose el amortiguador de corrientes de Foucault para generar una fuerza de amortiguación que es proporcional a la fuerza ejercida por las bisagras de resorte de cinta.

9. La estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones anteriores, donde el cuerpo está configurado para tener una sección transversal circular en un plano perpendicular al eje longitudinal, cuando está en la configuración desplegada, o

donde la estructura tubular está configurada tal que una sección transversal perpendicular al eje longitudinal incluye uno o más segmentos de borde recto, y además incluye una pluralidad de segmentos de borde curvo en los que se forman las bisagras de resorte de cinta.

10. Un conjunto de antena desplegable que comprende la estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo además el conjunto de antena:

un reflector primario, estando dispuesto el reflector primario en un extremo de la estructura de mástil desplegable; y

un reflector secundario, estando dispuesto el reflector secundario en un extremo opuesto de la estructura de mástil desplegable al reflector primario.

11. Un conjunto de telescopio desplegable que comprende la estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones 1 a 9, comprendiendo además el conjunto de telescopio:

un sensor dispuesto en un extremo de la estructura de mástil desplegable; y

uno o más elementos ópticos dispuestos a lo largo de la estructura de mástil desplegable.

12. Mecanismo de separación para separar un primer cuerpo de un segundo cuerpo, comprendiendo el mecanismo de separación la estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones 1 a 9, donde la estructura de mástil desplegable está configurada para empujar el primer cuerpo lejos del segundo cuerpo al liberar una fuerza de retención que mantiene la estructura en la configuración de almacenamiento.

13. Un sistema que comprende:

la estructura de mástil desplegable de cualquier una de las reivindicaciones 1 a 9; y

un mecanismo de sujeción y liberación configurado para aplicar una fuerza de retención para mantener la estructura en la configuración de almacenamiento.

14. Procedimiento de fabricar la estructura de mástil desplegable de la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento:

formar (S301) la pluralidad de aberturas en una o más capas compuestas;

colocar (S302) la una o más capas compuestas alrededor de una forma de mandril curvo para definir la pared del cuerpo;

curar (S303) la una o más capas compuestas para formar la pared del cuerpo; y

retirar (S304) el mandril,

donde la pluralidad de aberturas está configurada tal que las bisagras de resorte de cinta definidas por las aberturas son más estrechas en sus extremos.

15. El procedimiento de la reivindicación 14, que comprende además:

colocar una o más capas adicionales alrededor del mandril en intervalos a lo largo del eje longitudinal del cuerpo, para formar miembros de refuerzo configurados para reforzar una sección de la pared en la que no se forman bisagras de resorte de cinta.