專利名稱：航天器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航天器，特別是具有遮陽裝置的航天器，該遮陽裝置用于防止太陽的高溫照射在所述航天器上的散熱器表面。
下述各專利一般性地表示各類航天器所用與遮蔽陽光有關(guān)的太陽能電池組帆板、太陽能電池組帆板開傘機(jī)構(gòu)和散熱器表面熱量控制的廣泛領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)。
授予安德魯、安其汀的美國專利US 4,133,502描述多個(gè)太陽能電池組，在發(fā)射期間它們極為均衡地儲(chǔ)藏在航天器周圍，以便提供平衡的載荷。當(dāng)航天器是在運(yùn)行姿態(tài)時(shí)，航天器一側(cè)的太陽能電池組帆板彼此相鄰地展開，實(shí)際上形成一個(gè)整個(gè)的太陽能電池組帆板，而該整個(gè)的太陽能電池組帆板可由一個(gè)共用的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)定向，使其面對(duì)太陽。
授予Guy G.Mouilhayrat等的美國專利US 4,508,297描寫了一種帶葉片的太陽能電池板的赤道(同步)軌道衛(wèi)星，太陽能電池板相對(duì)于赤道平面傾斜一定的角度。因此，天線的視野是開放的，并且可以接受擾動(dòng)扭矩。
授予海若史翠克伯格(Harold P.Strickberger)的美國專利US5,372,183描述了一種適于在低傾斜角地球軌道運(yùn)行的航天器，它包括限定航天器內(nèi)部體積的北、南、東和西面板。北和南面板彼此相對(duì)配置，而東和西面板彼此相對(duì)配置。航天器內(nèi)部容積一般地講最好沒有實(shí)質(zhì)上限制面板之間熱輻射的結(jié)構(gòu)部件。北和南面板通常安裝航天器設(shè)備，它們中的每一個(gè)包括傳導(dǎo)性的熱管，用于減少貫穿每一面板上的溫度差。北、南、東和西面板的外部表面具有一個(gè)覆蓋層，最好是光學(xué)的太陽光反射器(OSR)，用于從那里輻射熱能，其中太陽光反射器的太陽能吸收率實(shí)質(zhì)上比它們的熱輻射系數(shù)小。北、南、東和西面板的內(nèi)部表面有一覆蓋層，用于有效地輻射在面板之間穿過內(nèi)部容積的熱能。
授予哈諾西基的美國專利US 4,725,023描述了一個(gè)同步自旋穩(wěn)定衛(wèi)星，它包括一個(gè)用于穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)鼓，它環(huán)繞著與地球的軸平行的一旋轉(zhuǎn)軸自旋。一個(gè)裝有太陽能電池的葉片部件可以圍繞同一個(gè)軸直接旋轉(zhuǎn)的，并且被控制為使太陽能電池面對(duì)太陽。一個(gè)止自旋平臺(tái)支持通信機(jī)構(gòu)，并且使該機(jī)構(gòu)保持指向地球上的一個(gè)相對(duì)固定的點(diǎn)。一個(gè)用于防止太陽光的遮蔽裝置附加到葉片部件上，用于遮蔽裝在所述止自旋平臺(tái)上的電子設(shè)備，并可隨其旋轉(zhuǎn)。因此，遮蔽裝置將總是布置在太陽和止旋平臺(tái)之間。然而，該遮蔽裝置也阻擋了來自止旋平臺(tái)的熱輻射，而且它本身在日光中也變熱，并向止旋平臺(tái)輻射熱，這就降低了從航天器到宇宙空間的熱傳遞效率。
對(duì)于已有技術(shù)，本發(fā)明與其之間的不同是顯而易見的。
本發(fā)明的目的是完全免除或大量減低航天器上散熱板吸收的太陽能，并使(遮陽的)散熱器板輻射系數(shù)的降低幅度最小。為達(dá)到這個(gè)目的，遮陽器的設(shè)計(jì)及材料的選擇(將在后面討論)必須具有如下的特性它的相關(guān)輻射表面對(duì)太空空間的視野障礙最??；遮陽器正(向陽)面的陽光吸收系數(shù)要低，吸收的熱能高輻射到太空空間；遮陽器正(向陽)面和背(背陽面)之間的熱阻必須較高。
本發(fā)明還提供一種適用于具有低太陽入射角的航天器的遮陽器裝置，能夠完全消除或大量減少入射在該航天器的這些面上的太陽能。適用本發(fā)明的航天器的類型包括，在赤道軌道或低傾角軌道，或具有低軌道-太陽角的太陽同步軌道運(yùn)行的航天器。例如，對(duì)于三軸穩(wěn)定的地球指向同步航天器，這些遮陽的側(cè)面可以是南向或北向主體板中的一個(gè)或是兩者。另例，對(duì)太陽同步軌道航天器，所述遮陽的側(cè)面可以是所述這些面或者面向偏離俯仰軸的主體板中的一個(gè)或兩者(即與標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)軌道面平行的面)。本發(fā)明還可適用于除地球指向型和太陽同步類型之外的航天器，其中太陽光是以相對(duì)于散熱器表面的低入射角照射在航天器上的。在這些航天器中那些主散熱器表面可以由本發(fā)明的裝置遮蔽。
根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施例，提供一種航天器，用于將被陽光照射的空中體繞軌道旋轉(zhuǎn)，該航天器包括散熱器表面，用于將來自航天器的熱輻射到宇宙空間，以及安裝在所述航天器上的遮陽裝置用于從日光射線中遮蔽所述散熱器表面，其特征在于，所述遮陽裝置可位于實(shí)質(zhì)上從日光中遮蔽整個(gè)散熱器表面，而實(shí)質(zhì)上不妨礙來自所述散熱器表面的熱輻射進(jìn)入宇宙空間。
用于從散熱器表面(11,12,1804,2121,2721)向外層空間熱輻射的有效的輻射視角系數(shù)最好充分大于對(duì)于外層空間的對(duì)應(yīng)的幾何學(xué)輻射視角系數(shù)，尤其是，對(duì)于其對(duì)外層空間的幾何學(xué)的輻射視角系數(shù)是0.65的地球同步的航天器，對(duì)外層空間的有效的輻射視角系數(shù)至少是0.87。
從所述遮陽裝置中可以看出最佳發(fā)明特征，該遮陽裝置至少包括具有面向太陽的表面和相反的背向太陽表面，其中面向太陽表面與相反的表面間是絕熱的。
面向太陽的表面與相反的表面由多層絕熱敷層絕熱。
面向太陽的表面的太陽能吸收率最好是低到小于0.5。
面向太陽的表面最好包括用于對(duì)航天器供電的太陽能電池面板。
面向太陽的表面最好具有高于0.7的高熱輻射系數(shù)。
可以看出發(fā)明的最佳特征是遮陽裝置可在存放、非工作的位置和展開的工作的位置之間移動(dòng)。
遮陽裝置最好包括一個(gè)吸附臂，用于將遮陽面板附到航天器上。
所述吸附臂最好由一鉸鏈裝置附加到遮陽面板和/或者通過第二鉸鏈裝置附加到航天器上。
遮陽裝置最好包括一個(gè)電動(dòng)機(jī)，用于在存放位置和展開位置之間移動(dòng)遮陽裝置。
最好提供定位裝置，用于將遮陽裝置相對(duì)于散熱器表面定位，它包括調(diào)整裝置，以便與航天器的姿態(tài)和/或軌道變化無關(guān)地保持大多數(shù)散熱器表面位于陰影中。
調(diào)整裝置最好包括載運(yùn)裝置(1801,1901,2001)，用于裝載遮陽面板(1800,1900,2000)，還包括傳送裝置(1802,1808,1903,1904,2003,2006)，用于相對(duì)于航天器移動(dòng)所述載運(yùn)裝置。
傳送裝置最好包括軌道裝置(1802)，而載運(yùn)裝置(1801)包括驅(qū)動(dòng)裝置，以便沿著軌道驅(qū)動(dòng)載運(yùn)器。
傳送裝置最好包括沿由軸承裝置所限定的環(huán)形路徑中可旋轉(zhuǎn)的環(huán)體，該環(huán)可由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，以便沿著軸承裝置所限定的路徑移動(dòng)載運(yùn)器。
做為選擇，傳送裝置還可以包括軌道裝置(1902)和連接到載運(yùn)裝置(1901)的傳動(dòng)帶裝置(1903)，該傳動(dòng)帶裝置由驅(qū)動(dòng)裝置(1904)驅(qū)動(dòng)，以便沿著軌道裝置(1902)移動(dòng)載運(yùn)裝置。
調(diào)整裝置最好包括一個(gè)可變長(zhǎng)度的吸附臂(2101,2703)，用于將遮陽面板(2100,2700)連接到太陽能電池組組件(2103,2701)，以便與太陽能電池組組件一起旋轉(zhuǎn)，使得在旋轉(zhuǎn)期間，可以改變遮陽面板與太陽能電池組組件間的距離。
做為選擇，航天器具有太陽能電池組，它適于跟蹤太陽相對(duì)于航天器的運(yùn)動(dòng)，在正常運(yùn)行的時(shí)候，與太陽能電池組的跟蹤移動(dòng)同步地調(diào)整與散熱器表面相關(guān)的遮陽裝置位置。
最好將遮陽裝置安裝在太陽能電池組上，或者安裝在運(yùn)載所述太陽能電池組帆板的裝置上。
最好通過太陽能電池組繞太陽能電池組的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，使太陽能電池組跟蹤太陽的運(yùn)動(dòng)，從而使遮陽面板也繞所述太陽能電池組的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
散熱器表面最好與太陽能電池組的旋轉(zhuǎn)軸互相垂直的，以使遮陽面板繞垂直于散熱器表面的軸旋轉(zhuǎn)。
調(diào)整裝置最好包括一個(gè)可變長(zhǎng)度的連接臂，用于遮陽面板與航天器的連接。
所述連接臂最好為剪刀臂(2703)。
做為選擇，連接臂(2101)由有活節(jié)的部分(2104,2105,2106)形成，在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，有活節(jié)的部分可以互相地接合，以便改變連接臂的有效長(zhǎng)度。
在遮陽面板的旋轉(zhuǎn)期間，最好使連接遮陽面板與太陽能電池組組件的調(diào)整裝置可以改變遮陽面板與太陽能電池組組件之間的距離。
最好設(shè)置用于調(diào)整遮陽面板尺寸的裝置。
航天器最好包括控制裝置，用于通過在使用中調(diào)整航天器的軌道和/或姿態(tài)，控制航天器，使得在太陽射線與散熱器表面之間維持在一個(gè)比預(yù)定角度低的角度上。
所述預(yù)定的角度最好是60度。
所述預(yù)定角度是45度更好。
所述預(yù)定角度是23.5度尤好。
控制裝置最好適于保持散熱器表面實(shí)質(zhì)上與航天器軌道平面平行。
做為選擇，使控制裝置適于將航天器保持在太陽同步軌道中。
做為選擇，使控制裝置適于將航天器保持在赤道或者低傾斜角軌道中。
根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例，提供一種三軸穩(wěn)定航天器，用于沿一顆行星軌道飛行，并且至少具有一個(gè)太陽能電池組件，該太陽能電池組件至少有一個(gè)太陽能電池板，而且是北太陽能電池板組件或者南太陽能電池板組件；所述至少一個(gè)太陽能電池板組件被安裝在一個(gè)軸上，使得它以可控制的方式自所述航天器繞一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以便面向太陽，所述航天器具有一個(gè)最低點(diǎn)面板，該板通常瞄準(zhǔn)該行星的中心；還具有一個(gè)通常所說的作為頂點(diǎn)面板的背面板，所述背面板背離該行星的中心，并與所述最低點(diǎn)面板共享相同的平面的法向矢量；航天器還具有一個(gè)東面板和一個(gè)西面板，所述東面板和所述西具有它們的平面的法向矢量，它們布置在軌道平面上指向通常與沿軌道飛行的方向切線的航天器速度矢量；航天器還包括一個(gè)北面板和一個(gè)南面板，所述北面板和所述南面板具有通常垂直于軌道平面并且平行于行星旋轉(zhuǎn)軸的平面的法向矢量；所述太陽能電池面板從所述航天器向外面伸出，改進(jìn)特征包括向所述至少一個(gè)太陽能電池板附上至少一個(gè)遮陽裝置，所述至少一個(gè)遮陽裝置是北遮陽裝置或南遮陽裝置中的一個(gè)，并與所述至少一個(gè)太陽能電池板對(duì)應(yīng)，所述至少一個(gè)遮陽裝置中的每一個(gè)放在太陽能電池面板的前方，并相對(duì)于太陽能電池表面偏置，而且與所述北面板和所述南面板兩者成一個(gè)預(yù)定的角度；使所述北面板或所述南面板，所述遮陽裝置被地位，以致在它們對(duì)應(yīng)的北或南面板暴露于日光期間，它們?cè)谙鄳?yīng)的北或南面板的大部分暴露的表面上投射一個(gè)陰影。
根據(jù)本發(fā)明的再一種實(shí)施例，提供一種三軸穩(wěn)定低傾斜角軌道航天器，用于繞地球軌道飛行，并且具有有太陽能電池組的兩組太陽能電池組組件，一組是北太陽能電池組組件，而另一組是南太陽能電池組組件；所述每一個(gè)組件被安裝在一軸上，使得它以可控制的方式從所述航天器繞一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以便面向太陽；所述航天器有一對(duì)指地面板，這對(duì)面板通常瞄準(zhǔn)地球的中心；還有一個(gè)通常所說的作為頂點(diǎn)面板的背面板，背面板背離地球的中心，并與所述指地面板共享相同的平面的法向矢量；還有一個(gè)東面板和一個(gè)西面板，所述東面板和所述西面板具有它們的平面的法向矢量，它們布置在軌道平面上指向通常與沿軌道飛行的方向切線的航天器速度矢量；航天器還包括一個(gè)北面板和一個(gè)南面板，所述北面板和所述南面板具有通常垂直于軌道平面，并且平行于地球旋轉(zhuǎn)軸的平面的法向矢量，所述太陽能電池面板從所述航天器向外面伸出，改進(jìn)特征包括對(duì)所述北太陽能電池組帆板和所述南太陽能電池組帆板中的每一個(gè)附上至少一個(gè)遮陽裝置，一個(gè)遮陽裝置是北裝置，而另外一個(gè)遮陽裝置是南裝置，每一個(gè)所述遮陽裝置為面板的形式，被安置在太陽能電池表面的前方，并相對(duì)于日光輻照的太陽能電池表面偏置，并且對(duì)所述北面板和所述南面板成一預(yù)定的角度；所述北遮陽裝置被地位為，使得在所述北面板暴露于日光的期間，至少在所述北面板的大部分暴露的表面上投射一個(gè)陰影；所述南遮陽裝置被地位為，使得在所述南面板暴露于日光期間，在所述南面板的暴露的表面上投射一個(gè)陰影。
本發(fā)明最好提供在一種航天器中使用的太陽同步遮陽裝置(這里是為了不與其它地方引用的太陽同步軌道混淆)，所述航天器沿行星軌道飛行，并且它們的散熱器表面與日光的入射成低的角度，即陽光方向接近于每個(gè)散熱器表面的位面。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是用于運(yùn)行在以對(duì)太陽方向成一個(gè)低角度(或者在一個(gè)低角度范圍內(nèi))取向的軌道平面中的航天器，所述航天器具有與軌道平面大致平行取向的散熱器表面，以及繞大致垂直于所述軌道平面的軸旋轉(zhuǎn)的太陽能電池組帆板組件。適宜的軌道舉例為(a)圍繞地球的低傾斜角軌道(包括被稱為赤道的軌道)，以及(b)具有較低的軌道-太陽角度的太陽同步軌道(例如，它環(huán)繞地球以及火星，稱為極化軌道)。此處使用的術(shù)語“航天器”包括衛(wèi)星和其它宇宙空間范圍的運(yùn)載工具。
任何航天器上可以安裝本發(fā)明的至少一個(gè)裝置，用于阻擋太陽射線，從而防止太陽射線直接入射到航天器的散熱器表面。
在本發(fā)明的許多實(shí)施例中，每個(gè)航天器將至少具有一個(gè)太陽能電池組帆板組件(包含太陽能電池面板和旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)架)，可以被作為對(duì)于遮陽裝置的安裝支座，以使太陽能電池組帆板組件和遮陽裝置的組合總成作為整體單元，一起可控地飛行旋轉(zhuǎn)，以便在航天器的整個(gè)軌道旋轉(zhuǎn)期間跟蹤太陽，所述太陽能電池組帆板組件安裝在航天器上，以致在飛行軌道中，它能繞以一種方式保持與軌道平面大致垂直取向的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，即太陽能電池面板的太陽能電池側(cè)保持面向太陽，并實(shí)質(zhì)上垂直于太陽方向。因?yàn)檎陉栄b置可以與太陽能電池組帆板組件整體地旋轉(zhuǎn)，能夠防止太陽射線直接地入射到相關(guān)散熱器的整個(gè)表面，或部分表面，該散熱器表面是與軌道平面保持大致平行的，因此為散熱器表面創(chuàng)造了連續(xù)穩(wěn)定的且是良性的熱環(huán)境。
在具有低軌道-太陽角(軌道平面和太陽之間的角度)的軌道中運(yùn)行的航天器是應(yīng)用本發(fā)明裝置的最佳候選。經(jīng)常采用的各種不同軌道類型特征為低軌道-太陽角。目前最常使用的具有低軌道-太陽角的太陽同步軌道的軌道類型是(a)低傾斜角軌道，又稱赤道面軌道，包括地球同步的軌道，以及(b)部分有低軌道-太陽角的太陽同步軌道。太陽同步軌道在行星繞太陽旋轉(zhuǎn)時(shí)保持軌道-太陽角改變很小。地球繞太陽每年旋轉(zhuǎn)一周。在圍繞一顆行星，例如地球旋轉(zhuǎn)的稱作赤道軌道，或者尤其是繞地球同步軌道運(yùn)行的一類航天器通常用于無線電通信、廣播、監(jiān)視生態(tài)環(huán)境、全球定位、遙感、觀測(cè)以及天氣預(yù)報(bào)的目的。
另一類型的衛(wèi)星沿圍繞比如地球等行星旋轉(zhuǎn)的軌道運(yùn)行，這種軌道具有低軌道-太陽角，稱作太陽同步軌道，通常用于行星的天氣監(jiān)視、遙感及大氣監(jiān)視目的。這些太陽同步軌道的優(yōu)點(diǎn)是航天器離地面高度低，以非常接近的實(shí)際緯度和經(jīng)度頻繁地飛越該行星，以及軌道的日照側(cè)日光照射角度幾乎恒定。
調(diào)整航天器姿態(tài)和軌道的手段是已知的，例如，由蓋瑞郭登及華特莫根合作的“通信衛(wèi)星原理”一書(約翰崴里出版1993)的第12-14頁，第55-58頁中即有說明。又詹姆士華茲的由克魯瓦學(xué)院出版(1978)的“航天器姿態(tài)，端點(diǎn)和控制”一書中也有說明。例如可以通過使用推力器和/或動(dòng)力或反動(dòng)力輪而提供姿態(tài)和軌道的控制。
典型情況下，將這些類型的衛(wèi)星姿態(tài)(即方位)控制為使得隨著衛(wèi)星沿該行星軌道飛行，它的荷載設(shè)備部分穩(wěn)定地大致面向該行星的中心，而太陽能電池組帆板保持指向太陽。這種航天器姿態(tài)(方位)控制系統(tǒng)屬于在航天技術(shù)工業(yè)中熟知的各種分類。例如，兩種較突出的姿態(tài)控制系統(tǒng)通常稱作“三軸穩(wěn)定”控制系統(tǒng)和“自旋穩(wěn)定”控制系統(tǒng)。除了由本發(fā)明裝置遮蔽太陽能的散熱器表面的方位之外，本發(fā)明裝置的功能與姿態(tài)控制系統(tǒng)的類型和航天器設(shè)備的方位無關(guān)。在這些類型的航天器中，越接近與軌道平面平行的附有陰影的熱散熱器表面，本發(fā)明裝置的表現(xiàn)越好(在這些類型的航天器中，它可對(duì)太陽射線的維持在一個(gè)較低的角度)。
下文中定義并使用“模式航天器”的概念，以便避免對(duì)于可以應(yīng)用本發(fā)明裝置的不同航天器重復(fù)多次冗長(zhǎng)描寫。這里使用的模式航天器，有些類似于一種特制的模型，以便使特征、作用以及本發(fā)明裝置的應(yīng)用實(shí)例的說明和解釋變的容易。
根據(jù)定義，模式航天器具有一基本的展開(即打開)結(jié)構(gòu)布局，代表眾多流行的三軸穩(wěn)定的衛(wèi)星，以及一相應(yīng)的飛行方式，代表地球同步的定地點(diǎn)航天器。應(yīng)該指出，這個(gè)定義是根據(jù)本發(fā)明裝置的最頻繁應(yīng)用遠(yuǎn)景估計(jì)的。模式航天器的定義同樣可以以其它相關(guān)的類型的航天器的代表的特性為基準(zhǔn)，例如在具有低軌道-太陽角的太陽同步軌道中的地球定點(diǎn)航天器。
參照

圖1和5，模式航天器的基本結(jié)構(gòu)基于一個(gè)空心的正平行六面體形式的主體。這里使用“模式航天器”概念規(guī)定的目的，把主體看作由六個(gè)主要平面的結(jié)構(gòu)面板組成是有益的。形成模式航天器主體的六個(gè)面板中的一對(duì)相對(duì)的面板的外部表面構(gòu)成用于散熱器表面的安裝位置，它們使本發(fā)明的裝置得以遮蔽直接照射的太陽加熱。太陽能電池組件安裝在兩個(gè)散熱器-支承板中的一個(gè)或每一個(gè)上并從那里向外垂直地延伸，這包括其上附加有太陽能電池面板的旋轉(zhuǎn)太陽太陽能電池構(gòu)架。
不能說本發(fā)明裝置的應(yīng)用被限制為與模式航天器類似結(jié)構(gòu)的構(gòu)形和飛行方式的航天器。例如，本發(fā)明裝置也適用于在具有低軌道-太陽角的軌道中的太陽同步航天器；自旋穩(wěn)定的航天器；具有多面的和/或不規(guī)則結(jié)構(gòu)的航天器；非行星指向的航天器；具有展開并隨后不與散熱器支撐板垂直的沿著軸線放置的太陽能電池組的航天器等。
這里許多支持所附權(quán)利要求的原文是參照模式航天器寫出的。無論如何，所述支持原文也適用于其它適宜類型的航天器對(duì)本發(fā)明裝置的應(yīng)用。例如，在許多適宜的太陽同步航天器(對(duì)于地球和火星極軌道而言，這種航天器的極軸位于靠近它們周圍的太陽同步軌道平面)與模式航天器之間的主要差別在于，用本發(fā)明裝置遮蔽的散熱器表面的平面是大致與該行星的旋轉(zhuǎn)軸線平行的(對(duì)于像所述模式航天器的地球同步航天器而言，不是垂直于該行星旋轉(zhuǎn)軸)。相應(yīng)地，相對(duì)于這些所適用的太陽同步航天器而言，容易閱讀并理解類似于所述模式航天器的航天器的支持正文，例如，通過用“俯仰軸面板”或“軌道垂直面板”代替“北/南面板”，用“速度方向面板”或“滾軸面板”替換“東/西面板”。
為了在飛行的軌道中提供功能的服務(wù)，該模式航天器主體的六個(gè)結(jié)構(gòu)面板中的一個(gè)恒定地面向該行星，例如地球。那個(gè)面板被稱作指地面板或最低點(diǎn)面板。向外并與指地面板垂直的矢量與所述航天器的(固定的本體)偏航軸平行。在模式航天器中，該偏航軸保持與最低點(diǎn)方向平行，即指向該行星的中央。因?yàn)樵撃Ｊ胶教炱鬟\(yùn)行在稱作環(huán)形的地球同步的軌道中，所以模式航天器的偏航軸保持與航天器的速度矢量垂直。向外并與最低點(diǎn)面板相反的結(jié)構(gòu)面板的平面垂直的矢量與負(fù)向偏航軸平行。與該模式航天器類似的三軸穩(wěn)定地球定點(diǎn)靜止航天器的本體面板通常稱作頂點(diǎn)面板或反指地面板。
構(gòu)成模式航天器本體的六個(gè)結(jié)構(gòu)面板中的另一反向成對(duì)的面板被取向?yàn)槭沟孟蛲獠⑴c它們的位面垂直的向量大致位于軌道平面中，并且與偏航軸和最低點(diǎn)和頂點(diǎn)方向垂直。這些向外垂直的向量，與航天器的正的和負(fù)的(主體固定的)滾軸線平行和反平行。因?yàn)槟Ｊ胶教炱鞯牡厍蛲杰壍朗黔h(huán)形的，所以模式航天器的滾軸線與軌道運(yùn)動(dòng)的速度和反速度向量一致。對(duì)于地球同步的航天器而言，航天器的速度是向東的；因此與模式航天器相類似的航天器的兩主體面板通常稱為東面板和西面板。
相應(yīng)地，構(gòu)成模式航天器主體的其余兩個(gè)結(jié)構(gòu)面板被取向?yàn)槭沟盟鼈兊钠矫娲笾屡c軌道平面平行。所述向外并與這些面板的位面垂直的向量與航天器的正的和負(fù)的(主體固定的)俯仰軸平行。由于模式航天器的地球同步軌道是赤道環(huán)，模式航天器的俯仰軸大致與地球的自旋軸平行和反平行；相應(yīng)與該模式航天器相類似的航天器的這兩個(gè)主體面板被稱作北和南面板。
為避免不必要的重復(fù)說明和解釋，本發(fā)明裝置的特征和作用是參照(先前定義的)模式衛(wèi)星的應(yīng)用提出的，該模式衛(wèi)星是以三軸穩(wěn)定的定地點(diǎn)地球同步方式運(yùn)行的。(這并不是說本發(fā)明裝置的應(yīng)用被限制為類似的先前描寫的模式航天器和/或以相應(yīng)的方式運(yùn)行的模式航天器。例如，本發(fā)明裝置也適用于既不是最低點(diǎn)指向又不是地球同步的具有不規(guī)則形狀結(jié)構(gòu)的自旋穩(wěn)定航天器。)通過優(yōu)選的實(shí)施例中的類似于模式航天器的航天器環(huán)繞著地球的每一軌道旋轉(zhuǎn)，太陽依序直接照射東、頂點(diǎn)、西和最低點(diǎn)主體面板。當(dāng)被照射(或日照)的這些主體面板吸收入射的太陽能并且它們的溫度增加的時(shí)候，明顯地降低了它們的純放熱冷卻能力。如果不考慮這些方式，這可能明顯地限制可以在板上所攜帶的設(shè)備量(它們將熱量散失到航天器中)，和/或可以導(dǎo)致所不期望的有關(guān)航天器設(shè)備的溫度升高。
然而，在整個(gè)軌道上北面板和南面板通常面向外層空間，并且只能根據(jù)季節(jié)以相對(duì)地低入射角度直接地接收太陽照射和太陽能。因?yàn)檫M(jìn)入北面板和南面板的太陽能直接輸入相對(duì)地低到零，所以這些面板是類似于模式航天器那樣的航天器上用于定位散熱器表面的主要的位置。對(duì)于持續(xù)差不多6個(gè)月(從大約3月21日到10月21日)的時(shí)間，北面板按面板平面與陽光矢量之間的角度確定的入射角直接由太陽加熱的，該角度是隨季節(jié)變化從0°(當(dāng)陽光矢量是設(shè)在面板的邊緣時(shí))增加到大約23.5°，而當(dāng)太陽在地球赤道的北面，即在北方春天和夏天的時(shí)候，再一次減少到0°。在一年的其余時(shí)間，即南方的春天和夏，南面板按與北面板相似的方式由太陽直接加熱。這些相對(duì)地低太陽入射角度有助于北面板和南面板的使用，用于定位航天器的主要的散熱器表面。在日光矢量相對(duì)于北和南面板的最大的入射角度23.5°時(shí)，入射太陽能大約是正常(垂直的)入射的40％。
已有技術(shù)中的許多設(shè)計(jì)，實(shí)際上已被用于北面板和南面板的表面處理，用以降低吸收的太陽能，從而在不使與面板熱耦合的設(shè)備運(yùn)行溫度升高的情況下，允許更多的內(nèi)部熱消耗。具有高的熱輻射系數(shù)與太陽能吸收率比率的一個(gè)例子是光學(xué)的表面反射器(OSR)，它已經(jīng)被廣泛地用作航天器散熱器的表面處理。航天器的太陽能加熱會(huì)隨季節(jié)變化，通過OSR仍然構(gòu)成對(duì)航天器的相當(dāng)大的熱輸入量，它迫使航天器設(shè)計(jì)者降低航天器設(shè)備內(nèi)部的功率消耗的水平，以使航天器保持在可以接受的運(yùn)行溫度。由與模式航天器類似的航天器通過它的北和南面板吸收的太陽能對(duì)于航天器的性能具有兩個(gè)明顯的影響。
(1)它降低了直接與航天器“價(jià)值”有關(guān)的可允許內(nèi)部功率消耗的水平。來自航天器的收益，特別是商用的通信航天器的收益，從根本上講受它的功率消耗容量限制。允許功率消耗水平的降低，直接導(dǎo)致收益的產(chǎn)生的潛能降低，這降低了航天器的價(jià)值。
(2)內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行溫度增加，可能導(dǎo)致零部件可靠性降低?？煽啃赃€會(huì)涉及航天器的壽命，它也同樣直接地關(guān)系到它的“價(jià)值”。
如果減少不被需要的太陽加熱，在航天器內(nèi)部將允許更高的運(yùn)行負(fù)載功率，和/或?qū)@得降低航天器設(shè)備的運(yùn)行溫度。
因此，依靠本發(fā)明，航天器可以以更高的效率和更高的可靠性運(yùn)轉(zhuǎn)，并因此將以更快的速度產(chǎn)生收益，所有的改進(jìn)將增加它的價(jià)值。
阻礙散熱器表面向外層空間散熱的另一個(gè)重要因素是從面板到外層空間的“有效的”放熱視角系數(shù)(從0到1范圍)。理想的使面板阻礙最大的熱量進(jìn)入外層空間的散熱視角系數(shù)是當(dāng)量(1)。位于散熱器表面和外層空間之間的一個(gè)設(shè)備或裝置可以閉塞散熱器對(duì)外層空間的視角，并因此降低散熱器的熱輻射能力。
將本發(fā)明的遮陽裝置安裝在航天器上，例如便利地附加到航天器的太陽能電池組帆板組件上，并隨其旋轉(zhuǎn)。由于使用于本發(fā)明遮陽裝置的首要作用在于，為主要散熱器表面(或面板)提供更有效的良性的熱環(huán)境，這要通過遮蔽它們而達(dá)到，因此，航天器應(yīng)該至少具有一個(gè)這樣的表面。例如，在三軸穩(wěn)定的地球定點(diǎn)地球同步航天器的情況下，有兩個(gè)主要的散熱器表-北面板和南面板；并相應(yīng)地至少可以包括兩個(gè)單獨(dú)的遮陽裝置，一個(gè)遮陽裝置遮蔽這些面板中的一個(gè)。因此，本發(fā)明的遮陽裝置，就陰影下的散熱器面板而言，跟隨太陽的運(yùn)動(dòng)。在三軸穩(wěn)定的地球定點(diǎn)靜地航天器情況下，例如和模式航天器一樣，遮陽裝置它的影子投射在與它有關(guān)的散熱器表面，它既可以是北面板，也可以是南面板，通過北方春天和夏天的六個(gè)月長(zhǎng)時(shí)期遮住北面板，通過南方春天和夏天的六個(gè)月長(zhǎng)的時(shí)期遮住南面板。由本發(fā)明裝置引起的散熱器表面輻射視角系數(shù)(有負(fù)面成效的)減少是很小的；這種減少與(有益的)面板遮蔽結(jié)合的凈效果是散熱器表面散熱效率的很大的改善。
除了前述的之外，本發(fā)明裝置的一些考慮、優(yōu)點(diǎn)和參數(shù)如下(其它的通過隨后的附圖的討論將變得一目了然)相對(duì)于航天器，變化遮陽裝置的運(yùn)行形式和尺寸都是允許的，只要它的遮陽面板跟隨太陽的運(yùn)動(dòng)，并且它在適宜的時(shí)間通過在航天器主體上投射一陰影阻擋太陽射線，并且它在由其遮蔽的散熱器對(duì)外層空間的有效散熱視角系數(shù)方面產(chǎn)生接近最低的減少，并且它滿足航天器其它的系統(tǒng)要求(例如暢通的視角領(lǐng)域的需要)。
遮陽裝置的遮陽面板的材料和/或結(jié)構(gòu)最好是在它的陽光和反陽光側(cè)面之間高熱隔離的，以便由遮陽面板遮蔽的散熱器表面提供最出色的實(shí)際有效散熱視角和散熱效率。
在遮陽面板完全地展開的形態(tài)下，遮陽面板可以是相對(duì)于它遮蔽的散熱器表面的較寬區(qū)域內(nèi)取向安裝(例如，圖12中的角501不必是90度-即直角)，只要它對(duì)航天器上的相關(guān)散熱器表面提供足夠的覆蓋陰影即可。
遮陽面板的理想寬度是大于它屏蔽的散熱器表面的寬度或者長(zhǎng)度。然而，遮陽的尺寸規(guī)格可以受到其它限制條件的限制。例如，在發(fā)射構(gòu)形中，遮陽面板的折疊的尺寸規(guī)格可能被發(fā)射外殼限制條件所限定，即在發(fā)射過程中由運(yùn)載火箭所考慮的航天器的體積尺寸。因此，必須制作可展開的遮陽面板，使能它在發(fā)射時(shí)被折疊，而在軌道中被展開。這是可以通過折葉展開、滑動(dòng)伸長(zhǎng)、預(yù)先偏置或任何其它的增加遮陽面板的方法實(shí)現(xiàn)的(參見下面討論的圖16a、b和c，以及圖17a、b和c)。
用于伸出、展開和支持遮陽面板的機(jī)件可以包括當(dāng)前為航天器設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)中的各種公知的技術(shù)和裝置。例如使用的技術(shù)和裝置可以包括從已知裝置類型中構(gòu)造的機(jī)構(gòu)，比如鉸鏈、襟板、滑動(dòng)片、發(fā)條驅(qū)動(dòng)裝置、塑性材料電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、鋼線/螺栓切割機(jī)、螺母劈裂器、銷拉出器、吊鉤和銷釋放器等。做為選擇，所謂的“主動(dòng)”裝置，如電動(dòng)機(jī)，可以被使用于航天器設(shè)計(jì)者的酌情處理中。例如，可以使用一個(gè)或多個(gè)電動(dòng)機(jī)(例如一個(gè)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī))以便產(chǎn)生導(dǎo)致遮陽面板的伸長(zhǎng)(也可能是縮進(jìn))。這樣的主動(dòng)控制可以被用于促進(jìn)航天器的某個(gè)操作，例如，位置保持和姿態(tài)控制運(yùn)行，對(duì)于這些操作從火箭推力器的尾噴管噴流中移動(dòng)遮陽面板將是有益的。
本發(fā)明裝置除用于像模式航天器那樣的航天器之外的航天器，例如，這里已經(jīng)描述的，在低傾斜角或赤道軌道中運(yùn)行的航天器。它適用于很寬類別的航天器，對(duì)于這些航天器，日光的照射(日照)是相對(duì)于它們的散熱器表面的表面位面以低角度入射的。
屬于航天工業(yè)中熟知的航天器為“太陽同步”航天器，它實(shí)現(xiàn)了至少在一個(gè)散熱器表面上低日光入射角度的要求；而且本發(fā)明適用于它們。在太陽同步航天器的子集合內(nèi)是一個(gè)更小的，但是熟知的子集，包括在低軌道-太陽角度軌道中運(yùn)行那些航天器，并且在其中使用散熱器表面取向接近與軌道平面平行。本發(fā)明的遮陽裝置適用于那些航天器，主要通過防止它們受到直接的日光加熱，以便為它們的散熱器表面提供具有陰影的、良性的并且合乎需要的熱環(huán)境。但應(yīng)該注意，在散熱器表面上直接的日光入射角是零的時(shí)候，遮陽裝置是不必要的。
直到此時(shí)，已經(jīng)參照向模式航天器那樣的，沿低傾斜角或赤道軌道運(yùn)行的三軸穩(wěn)定的地球定點(diǎn)航天器，描述了適用本發(fā)明裝置的航天器的結(jié)構(gòu)性構(gòu)型和取向。在前面的描述和適用本發(fā)明裝置的太陽同步航天器的結(jié)構(gòu)和取向之間的主要差別產(chǎn)生于相對(duì)該行星的旋轉(zhuǎn)軸的軌道取向。在航天技術(shù)中，太陽同步軌道廣泛地歸為“極軌”，由于至少圍繞地球和火星的太陽同步軌道的軌道平面，位于該行星旋轉(zhuǎn)軸的幾度范圍內(nèi)；因此稱作包括行星的極軌。因此對(duì)于前述適用本發(fā)明裝置的特定子集的太陽同步航天器，其上使用本發(fā)明裝置防熱的面板和散熱器表面通常并非嚴(yán)格所說的“北”面板和“南”面板。然而，有時(shí)為了方便，將這里的術(shù)語“北”和“南”用在表示太陽同步軌道中的航天器上，以及像模式航天器類的航天器上由遮陽面板防熱的面板，比如用在(稱為)赤道軌道中。基本原理是，在特定的、合適的、熟知的和當(dāng)前通用的、前述太陽同步航天器子集中，用本發(fā)明裝置遮蔽的散熱器面板的位面也是大致與軌道軸垂直的(在它的軌道構(gòu)型和取向方面，就像模式航天器一樣的航天器而言)。對(duì)于兩種這類航天器，我們可以有意義的改為引用保護(hù)面板和散熱器表面作為“俯仰軸”或“軌道法向”面板和表面，因?yàn)楹教炱鞯母┭鲚S(它是與軌道法向平行的)是實(shí)質(zhì)上/大致與它們垂直的，并且從而限定了它們的取向。
根據(jù)航天器的推進(jìn)子系統(tǒng)和/或姿態(tài)控制子系統(tǒng)的需求，航天器設(shè)計(jì)者可以決定只提供遮陽裝置，即在大致面向俯仰軸的航天器的兩個(gè)側(cè)面中的一面上提供遮陽裝置(例如模式航天器的北或南面板)。在任何特定的應(yīng)用中，因?yàn)槠渌南到y(tǒng)要求對(duì)于航天器一個(gè)側(cè)面的參數(shù)選擇可以超過相反的一側(cè)。例如，在本發(fā)明裝置的一個(gè)潛在的實(shí)施例中，在地球同步航天器的特定的通用設(shè)計(jì)上，首選南側(cè)面，因?yàn)橐暯穷I(lǐng)域要求姿態(tài)控制推力器在北側(cè)面。
同樣，如果航天器設(shè)計(jì)者決定那么做，可將太陽能電池安裝在遮陽面板的外部表面上，以便對(duì)航天器提供額外的電源。
附圖的簡(jiǎn)短的描述在結(jié)合顯示本發(fā)明實(shí)施例的附圖詳細(xì)說明時(shí)候，將會(huì)更充分地理解本發(fā)明。
圖1是已有技術(shù)三軸穩(wěn)定的地球定點(diǎn)地球同步航天器的簡(jiǎn)化透視圖；圖2顯示出在低傾斜角或赤道軌道中圖1所示的已有技術(shù)航天器的東面板視圖；圖3a顯示出圖1所示已有技術(shù)航天器在當(dāng)天不同時(shí)間繞地球軌道的頂視圖的北面板，而圖3b示出根據(jù)在正午、上午6點(diǎn)以及午夜安置觀察的航天器的軌道平面，并且也設(shè)立了對(duì)于該年不同季節(jié)的太陽角度；圖4a和4b分別示出圖1所出已有技術(shù)航天器沿地球軌道飛行通過一個(gè)日歷年的在北和南面板上的日光的入射角度中的變化；圖5示出基于圖1所示已有技術(shù)航天器的本發(fā)明航天器結(jié)構(gòu)的透視圖；圖6a、6b和6c示出本發(fā)明裝置應(yīng)用到圖1的已有技術(shù)航天器上的頂視圖。顯示的視角是與軌道平面、太陽能電池面板平面和遮陽裝置的遮陽面板均平行。以下這個(gè)視角引導(dǎo)被歸為“頂視圖”。圖6a、6b和6c示出航天器旋繞該軌道，指地面板總是面向地球，而且太陽能電池組帆板面板的電池側(cè)面和遮陽裝置的遮陽面板的前(朝著太陽)面總是面向太陽；圖7、8和9示出本發(fā)明裝置利用不同連接結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖10a、10b和10c示出已有技術(shù)航天器的一個(gè)太陽能電池組帆板組件在展開之前、展開期間和展開之后的部分頂視圖；圖11a、11b、11c、12a和12b顯示出在本發(fā)明裝置應(yīng)用到圖10a、10b和10c所示已有技術(shù)航天器的展開形態(tài)和作用的頂視圖；圖13和14a顯示出本發(fā)明的兩種選擇的局部頂視圖；圖14b顯示出圖14a所示結(jié)構(gòu)的局部背面(反太陽)的視圖；圖15a和15b分別示出本發(fā)明裝置的備選方案在完全地展開和部分地展開形態(tài)的局部頂視圖；圖16a、16b和16c分別示出本發(fā)明裝置一種備選方案的視角，這是從正面(朝著太陽)方向利用遮陽面板完全地展開看的視角，以及從與正面視圖和(先前定義的)頂視圖方向看到的遮陽面板折疊和展開的兩個(gè)視角；圖17a、17b、17c顯示與圖16a、16b和16C中所示狀態(tài)相同的視圖以及展開狀態(tài)下的本發(fā)明裝置的不同備選方案；圖18顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例；圖19顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例；圖20顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例；
圖21到24以及26顯示出本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例；圖25顯示出圖21和24以及26的實(shí)施例的細(xì)節(jié)；圖27到30顯示出本發(fā)明另一實(shí)施例；圖31和32圖示出本發(fā)明中使用的遮陽面板的可供選擇的式樣。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，那里顯示出完全展開(即從它的發(fā)射構(gòu)型中完全地打開)的航天器(或衛(wèi)星)1的斜向視圖，例如像先前描述的模式航天器一樣，它的組成包含六個(gè)外部面板11、12、13、14、15以及16組成的主體10，一組天線反射器20、21、22和23，以及由兩個(gè)太陽能電池組帆板(一個(gè)或更多太陽能電池面板)100和101以及它們的支座100a和101a組成兩個(gè)太陽能電池組帆板組件，它們的支座連接到主體10，分別從主體的北和南面板11和12向北和向南伸展。天線反射器的數(shù)量是根據(jù)無線電通信應(yīng)用的需要而產(chǎn)生的，并且這是設(shè)計(jì)的問題。本例中顯示出四個(gè)反射器，并由分別安裝在東面板和西面板15以及16上的兩個(gè)可展開的大反射器20和21表示；兩個(gè)不可展開的反射器22和23被安裝在最低點(diǎn)面板14上。當(dāng)沿繞地球的一個(gè)低傾斜角軌道飛行的時(shí)候，以這樣的方式控制該航天器，即地球或最低點(diǎn)面板14指向地球中央的方向，因此允許天線反射器與地球?qū)崿F(xiàn)無線電通信功能。頂點(diǎn)面板13與指地面板14對(duì)置。
太陽能電池組帆板100和101可以包含多個(gè)面板元件(通常在四面板元件的例子中是如圖1所示的，每一側(cè)面上有兩個(gè)到八個(gè)或更多個(gè)元件)或可以包括少到一個(gè)面板元件。然而，通常利用包含多個(gè)太陽能電池面板的太陽能電池組帆板，以便為航天器的使用提供充夠的電的動(dòng)力。太陽能電池面板的尺寸和數(shù)量由滿足動(dòng)力的需求產(chǎn)生的，而且在其它因素中間，由姿態(tài)控制子系統(tǒng)的能力所迫使，以便保持指向穩(wěn)定性，并且還由熱控制子系統(tǒng)的能力的控制，以便控制在航天器上熱的消散。一旦確定面板元件的尺寸和數(shù)量，通常期望使由安裝在太陽能電池面板的一側(cè)的太陽能電池產(chǎn)生的電的動(dòng)力最大化，這是通過將太陽能電池組的電池單元側(cè)直接地和盡可能長(zhǎng)的和連續(xù)地朝向太陽得到的。
由于航天器主體10保持它的指地面板14持續(xù)地指向地球，航天器和太陽之間的連線將成錐形地圍繞和模式航天器類的航天器的北-南軸旋轉(zhuǎn)，為每個(gè)軌道一次，使太陽看起來繞主體10旋轉(zhuǎn)。為了保持航天器的太陽能電池組帆板和模式航天器一樣的直接地指向太陽，太陽能電池組帆板由電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)推動(dòng)，電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)將太陽能電池組帆板相對(duì)于主體10繞南-北軸旋轉(zhuǎn)，如圖5中的箭頭R所示，旋轉(zhuǎn)速度為使得在航天器沿地球軌道飛行時(shí)，太陽能電池組的電池面總是面向太陽，即太陽能電池組帆板繞南-北縱貫軸與太陽同步地旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)為生成最大電力的最佳太陽輻照。
參照?qǐng)D2，圖1的已有技術(shù)的航天器或衛(wèi)星1的頂視圖，在其中畫出了前述的隨季節(jié)變化的日光輻照。(與圖1中相同的或非常類似的部分在圖2中使用相同的編號(hào)，以便減少重復(fù)和冗余描述。這適用于下列圖解相同的航天器或相同的部分或零組件，或者非常相似的這些部分的全部附圖。)北面板11和南面板12(圖1和2)被保持在與衛(wèi)星的軌道平面平行的取向，它是與地球的赤道的平面共平面的或者幾乎共平面的。當(dāng)該航天器沿地球軌道飛行的時(shí)候，這些面板(11和12)將不像其它的面板(指地面板14、頂點(diǎn)面板13、東面板15和西面板16)那樣，每天接收輸入的日光。然而，如圖所示，那兩個(gè)面板11和12在隨季節(jié)變化的基礎(chǔ)上，分別在北方的夏天和北方的冬至?xí)r，以23.5°的峰值入射角度受到直接的太陽加熱。
圖3a顯示出從北極看到在每日不同的本地時(shí)間沿地球軌道飛行的航天器的頂視圖，并且圖說明最低點(diǎn)面板14在整個(gè)軌道運(yùn)行中恒久不變地面向地球300。(太陽能電池面板的指向與觀察角度平行。)圖3b示出圖1和2的航天器1在午夜、上午6點(diǎn)、和正午時(shí)的軌道位置，以及在午夜和正午時(shí)在北方的夏天和北方的冬至?xí)r，近似的太陽角度的局部側(cè)視圖。
圖4a和4b分別示出一個(gè)日歷年中，在北面板和南面板(比如圖1所示的航天器1的面板11和12)上太陽入射角度的剖面圖。
從圖4a和4b可以看出，對(duì)于部分日歷年的時(shí)間而言，日光入射在每個(gè)北面板和南面板上。這些時(shí)間對(duì)于北面板來說是三月二十一日到九月二十一日，對(duì)于南面板來說是九月二十一日到三月二十一日。因此，只是在那些時(shí)間內(nèi)本發(fā)明的遮陽裝置為它們各自的散熱器面板完成它們的遮蔽作用。
圖5圖解說明了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，它消除或者極大地降低了在北面板和南面板11和12上隨季節(jié)變化的日光輸入，因此為航天器提供更有效的散熱器。
在這個(gè)實(shí)施例中，遮陽裝置包括兩個(gè)遮陽面板111和112，并且安裝在支座和展開(開傘)機(jī)構(gòu)上，它利用遮陽面板與支座和使太陽太陽能電池組旋轉(zhuǎn)的所述結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)結(jié)合成一體，并且隨其展開的方式安裝。如圖5所示，北面板和南面板11和12上的散熱器已經(jīng)分別將專門的遮陽裝置111和112附加到北和南太陽能電池組組件100和101上。在如此改進(jìn)的航天器1已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)行軌道，并且它的附加物已經(jīng)完全地展開之后，遮陽部分111和112將以它們的表面與太陽能電池組件平面多的或少的平行，在太陽能電池組件的電池面的前面實(shí)現(xiàn)它們的最后的位置。南遮陽裝置112被設(shè)置為，使得在北方的秋分和北方的春分之間這段時(shí)間，當(dāng)那里存在另外的太陽加熱南面板12的潛在可能時(shí)，南遮陽裝置112將投射一個(gè)影子到南面板12上面，從而消除潛在的這種太陽加熱。北遮陽裝置111在北方的春分和北方的秋分之間，相對(duì)于北面板11執(zhí)行同樣的功能。當(dāng)太陽能電池組組件100和101保持直接地太陽指向時(shí)，由于它們的旋轉(zhuǎn)，太陽遮陽裝置將同樣地被保持在直接地指向太陽，從而插入在太陽和它們所遮蔽的北和南面板之間。
選擇遮陽面板111和112使用的材料，使從它們的面向太陽的表面111a和112a向它們的背著太陽的表面111b和112b傳遞的熱減到最小。這可以通過在遮陽面板組成中所包括的隔熱材料和結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。例如，面板可以包括已知的隔熱材料和物質(zhì)的組合體，比如，采用編織網(wǎng)分開的用金屬處理的聚酯薄膜的疊層膜的多層絕熱(MLI)覆蓋保護(hù)層。這些材料和結(jié)構(gòu)在航天技術(shù)工業(yè)中是已知的，并且具有典型的熱阻值0.007到0.01W/℃/in2。除航天器經(jīng)過地球遮蔽之外，本發(fā)明裝置的遮陽面板通常將感受相當(dāng)大的溫度差別，例如，當(dāng)衛(wèi)星是在任務(wù)軌道中沿其法向取向時(shí)，在表面111a和表面111b之間，以及在表面112a和表面112b之間，可能大于100℃。
要獲得最大的阻擋陽光效果，以這樣的方式配置遮陽裝置111和112的面板(尺寸、取向和位置)，即在夏至和冬至，當(dāng)太陽離軌道平面大約23.5°時(shí)，遮陽裝置將投影覆蓋在航天器面板11和12上它們各自散熱器表面上的整個(gè)表面上。因此，如果散熱器表面是矩形的，那么陰影必須至少是如該矩形的對(duì)角線那么寬。
圖6a、6b和6c顯示出航天器沿地球軌道飛行的本發(fā)明裝置的局部的頂視圖，其中地球和主體10以使指地面板14總是面向地球，而遮陽面板111和112總是面向太陽(它在圖的左邊)的軌道速率旋轉(zhuǎn)的。這些圖是按太陽能電池組帆板組件100和101的慣性參照系畫出的。因此，如果站在太陽能電池組帆板組件101和102中的任何一個(gè)上，都將看到主體10在每個(gè)軌道旋轉(zhuǎn)周期環(huán)繞著地球旋轉(zhuǎn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期。
圖7是顯示本發(fā)明航天器更具體細(xì)節(jié)的一個(gè)頂端的局部截面視圖。關(guān)于詞組“頂視圖”表示與遮陽面板111和112的平面平行的并且也與軌道平面平行的視圖。圖7到圖15b結(jié)合航天器主體和太陽能電池組帆板組件(分別地為隨后圖10和圖11中的標(biāo)記400和408)的普通局部視圖，描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方案的實(shí)例。另外，圖8和9以頂端局部的截面視圖示出可供選擇的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
在圖7中，航天器具有主體10、北面板11和用于附加太陽能電池面板225的太陽能電池面板支座223。在這種情況下，具有吊桿219和在鉸鏈點(diǎn)221和227處的鉸鏈。將這個(gè)太陽能電池面板支座223、太陽能電池面板225、太陽能電池組吊桿219、以及在鉸鏈點(diǎn)221和227的鉸鏈裝配在一起，構(gòu)成部分太陽能電池組組件。太陽能電池組帆板吊桿219太陽能電池組帆板吊桿219基于北面板11向前折轉(zhuǎn)，太陽能電池太陽能電池板支座223與太陽能電池面板225一起，在鉸鏈點(diǎn)227處向下折轉(zhuǎn)，與發(fā)射時(shí)的可折疊方式類似。在發(fā)射、上升和沿軌道飛行實(shí)現(xiàn)期間，太陽能電池組帆板組件處于它的封閉折疊結(jié)構(gòu)。在完成進(jìn)入沿軌道飛行使命之后，它按機(jī)-電方式和/或以機(jī)械方式被展開(打開)，使太陽能電池能夠保持直接指向太陽。附加到太陽能電池面板支座223的是兩節(jié)連接臂，它具有通過在鉸鏈點(diǎn)215而鉸鏈連接的短的內(nèi)部部分209和外部部分207。遮陽面板111的背朝著太陽側(cè)面111b由在鉸鏈點(diǎn)203的鉸鏈連接到外部臂部分207?？晒┻x擇的太陽能電池201功能性地安置在遮陽面板111的朝著太陽的表面111a上。鉸鏈點(diǎn)203和215適于發(fā)射以及隨后的展開的壓縮和剛性的結(jié)構(gòu)，提供與太陽能電池面板225相倚的遮陽面板111和它的鉸鏈臂207的折疊。在通行的航天器中，使用展開(打開)和關(guān)閉太陽能電池組帆板組件的電動(dòng)機(jī)械的和/或機(jī)械的設(shè)計(jì)和方法。相同的或者相似的機(jī)構(gòu)被用于展開本發(fā)明的遮陽裝置。這些用于展開和關(guān)閉的機(jī)構(gòu)和方法對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人是公知的。
在圖7中，有一虛平面250從北面板11的表面伸出。在它的展開構(gòu)形中，遮陽面板111可以觸及或者貫穿這個(gè)虛表面，因此可以為地球、西、頂點(diǎn)和東面板在它們相對(duì)于太陽旋轉(zhuǎn)時(shí)提供額外的遮蔽。
圖8示出一個(gè)可供選擇的實(shí)施例，遮陽裝置271不與虛平面250相交。此外，它具有在相反端有鉸鏈點(diǎn)203和217的單個(gè)連接的臂205，形成一個(gè)組件，并且直接連到太陽能電池面板225的基片上?？梢园磁c圖7中的遮陽裝置相似的方式，為發(fā)射而折疊和裝載它，而在軌道中展開或者打開它。在圖7和8中，遮陽裝置在北面板11的外部表面的較大的部分上投射它們的陰影，并且在這些實(shí)施例中，使得在其它時(shí)間將被暴露于太陽的表面被完全地遮蔽。此外，可以包括太陽能電池201，以便為航天器產(chǎn)生額外的太陽能。
在圖9中，與圖7和8相同部分被示以相同的編號(hào)。遮陽裝置301由在鉸鏈點(diǎn)309的鉸鏈直接連接到太陽能電池面板支座223，以致在發(fā)射構(gòu)形中折疊在接近太陽能電池面板225的上方。在這個(gè)實(shí)施例中，遮陽裝置301不與太陽能電池組帆板平行，然而仍然有效地遮蔽北面板11。
圖10a、10b和10c描述了典型的已有技術(shù)太陽能電池組帆板組件的展開順序，它是從航天器的發(fā)射構(gòu)形到它在軌道中正常運(yùn)行的構(gòu)形的部分變形。為了簡(jiǎn)化這個(gè)文件，在圖中只是顯示出一個(gè)(北)太陽能電池組帆板組件。這些特定的圖顯示出一個(gè)衛(wèi)星，它具有主體400以及包含四個(gè)太陽能電池面板的太陽能電池組帆板組件408，其具有太陽能電池表面400a，安裝在太陽能電池面板支座408上，支座408是通過在三個(gè)鉸鏈點(diǎn)403、404和405的鉸鏈互換聯(lián)接的，并且通過單個(gè)桿419和在鉸鏈點(diǎn)401和402的鉸鏈連接到主體400。圖10a描述為發(fā)射而被折疊和裝載的太陽能電池組帆板組件。圖10b描述在被展開(打開)的過程中的太陽能電池組帆板組件。圖10c描述它的完全展開的狀態(tài)。如果航天器設(shè)計(jì)者想要一個(gè)多個(gè)臂桿設(shè)計(jì)，那么可以使用大量的臂和鉸鏈點(diǎn)，設(shè)計(jì)各種的實(shí)施例，以滿足性能需求。
圖11a、11b和11c說明體現(xiàn)本發(fā)明的一種可能的設(shè)計(jì)的展開順序。在圖11a、11b以及11c中的與圖10a、10b和10c中的零組件相同的零組件被標(biāo)記為與它們的相同部分同一的編號(hào)。除了在圖10a、10b和10c中描述的已有技術(shù)的太陽能電池組帆板組件之外，圖11a、11b和11c還描述了通過臂430和在鉸鏈點(diǎn)406和407的鉸鏈連接到太陽能電池組帆板桿419的本發(fā)明的遮陽面板411。做為選擇，通過設(shè)計(jì)，遮陽面板411可以通過臂430鉸鏈地附加到在太陽能電池組帆板組件上的一個(gè)不同的適當(dāng)位置。圖11a描述了用于發(fā)射而折疊和裝載的太陽能電池組帆板組件和遮陽裝置，圖11b顯示局部展開(打開)的太陽能電池組帆板組件和遮陽裝置。圖11c描述它們的完全展開地狀態(tài)。圖12a和12b顯示出遮陽面板，它們與包含太陽能電池面板的平面不平行，然而它們?nèi)匀惶峁┻m合的北面板或者南面板的遮蔽。在圖12a和12b和隨后的圖中與前面的圖中出現(xiàn)的零組件相同的零組件被標(biāo)記為與它們的相應(yīng)的或非常相似的零組件相同的編號(hào)，或者被省略以避免不必要的重復(fù)。做為選擇，通過設(shè)計(jì)，遮陽面板111可以通過臂430鉸鏈附加到太陽能電池組帆板組件上的一個(gè)不同的適當(dāng)位置。
圖13描述了本發(fā)明的另一種可供選擇的實(shí)施例。遮陽面板511由在鉸鏈點(diǎn)507的鉸鏈連接到太陽能電池組帆板桿219，以便它的裝載折疊和隨后的展開。
圖14a和14b顯示出類似于圖13中的結(jié)構(gòu)具有同一地編號(hào)的相同部分的結(jié)構(gòu)，然而，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，由遮陽面板611使用在鉸鏈點(diǎn)606和607的更多的鉸鏈用于在展開之前折疊面板。
圖14b表示朝向太陽的航天器的背太陽面的一個(gè)局部的視圖(即相對(duì)于圖14a所示的頂視圖的一個(gè)側(cè)面視圖)。
圖15a和15b示出一種實(shí)施例，其中遮陽面板811利用分開的致動(dòng)電動(dòng)機(jī)306和307，它們被用于以致動(dòng)的方式展開和/或收起遮陽裝置。這個(gè)配置允許衛(wèi)星操縱員使用與太陽能電池板展開電動(dòng)機(jī)分開的展開電動(dòng)機(jī)，使它們能夠收起遮陽面板，以便在衛(wèi)星運(yùn)行中防止它們的干擾，比如在保持航天器執(zhí)行的位置或者姿態(tài)控制操縱期間推進(jìn)系統(tǒng)的使用中它們的干擾。
在一些航天器設(shè)計(jì)中，遮陽面板在其完全地展開時(shí)所需的尺寸(尺寸規(guī)格和/或面積)可以超出它的“發(fā)射外殼”的限制，即超出在太陽能電池組帆板和遮陽裝置在它們的發(fā)射構(gòu)形的時(shí)候，分配給航天器的發(fā)射構(gòu)形中對(duì)遮陽裝置所允許的最大空間的限制條件。因此，為了與相應(yīng)的發(fā)射外殼尺寸的限制相適合，可能需要遮陽裝置的遮陽板要包括代替單一的整體件的幾個(gè)(即一個(gè)以上)小片，它們?cè)诎l(fā)射結(jié)構(gòu)中折疊在一起，隨后在軌道中展開(打開)，形成一個(gè)延長(zhǎng)的遮陽面板。圖16a、16b和16c，以及圖17a、17b和17c分別描述用于遮陽面板折疊和展開的許多可能設(shè)計(jì)中的兩個(gè)實(shí)例。圖16和17的a、b和c部分分別顯示出將遮陽面板完全展開的兩個(gè)設(shè)計(jì)中每一個(gè)的視圖，它們是從正面(太陽)方向看的，以及從與正面視圖和頂視圖方向互相垂直的一個(gè)方向看的兩個(gè)視圖，在這兩個(gè)視圖中，遮陽面板被折疊和展開。(正如在此處早些時(shí)候定義的，詞組“頂視圖”表示與遮陽面板921或者951的平面和軌道平面同時(shí)地平行的一視圖。)這允許遮陽裝置利用在鉸鏈點(diǎn)925和927的鉸鏈以及/或者用撐桿以及/或者襟板等或者滑動(dòng)放出的設(shè)計(jì)，增加它的尺寸規(guī)格。參照?qǐng)D16各圖，遮陽面板921具有一個(gè)有在鉸鏈點(diǎn)925和927的鉸鏈和/或撐桿和/或襟板等的中部923，以及可以設(shè)計(jì)為自動(dòng)地展開展開(向上擺動(dòng))的向上擺動(dòng)面板929和931。在圖17各圖中，遮陽面板951具有主部分953，它具有可以設(shè)計(jì)為自動(dòng)地展開(滑動(dòng)放出)的滑動(dòng)放出的伸出部955和957。(自動(dòng)機(jī)械鉸鏈和自動(dòng)機(jī)械滑動(dòng)或者伸縮是熟悉航天器工業(yè)的技藝人員所公知的，所以這里不做進(jìn)一步的詳盡描述。)圖18到圖30中所畫的本發(fā)明裝置實(shí)施例普遍適用于這里描寫的其它實(shí)施例。然而，它們?cè)谡陉栄b置不能被附加到幾乎位于有關(guān)的散熱器表面(1804,2121,2721)的中央(1811,2123,2722)的軸的情況下，它們也是有效地起作用的。
一種這樣的情況是，太陽能電池組帆板組件的旋轉(zhuǎn)軸(1803,2131,2701)在明顯偏離散熱器表面的中央(1811,2123,2722)的一個(gè)位置從有關(guān)的散熱器表面(1804,2121,2721)向外伸出。在這種情況下，在遮陽面板和太陽能電池組帆板軸之間具有固定長(zhǎng)度的連接臂的設(shè)計(jì)可能是不適合的，因?yàn)檎陉柮姘謇@散熱器表面的中央的運(yùn)動(dòng)將是偏心的。
另外一個(gè)這樣的情況是，在有關(guān)的散熱器表面的邊緣的內(nèi)側(cè)停留滑出區(qū)中，不允許物體，比如支座構(gòu)架(例如用于遮陽面板的支座)通過。例如，這可能在某個(gè)姿態(tài)或者軌道的情況下，控制推力器(1810)也位于散熱器表面(1804)所處的該面板上。
可以采用在圖18到圖30中畫出的裝置，以便克服這些限制，同時(shí)仍然保持遮陽面板與有關(guān)的散熱器表面的中央保持一個(gè)大體上均一的距離。對(duì)于任何特定的應(yīng)用，選擇圖18-30所示的實(shí)施例，可能包括在航天器系統(tǒng)的許多附加的性能需求之間的交換，例如包括質(zhì)量、強(qiáng)度、剛度、平坦度、環(huán)狀、簡(jiǎn)單性以及可靠性。
圖18示出一種遮陽裝置的實(shí)施例，其中遮陽面板1800通過連接臂1805的方式被安裝在具有輪組或者軸承裝置1808和1830的托架1801上，在其中托架可以環(huán)繞著閉合的軌道1802驅(qū)動(dòng)，通過滾轉(zhuǎn)或者滑動(dòng)裝置，托架1801被附到軌道1802上，抵制并從而限制托架1801繞經(jīng)過托架和軌道的接觸點(diǎn)的軸的旋轉(zhuǎn)(在遮陽面板方面)。例如，在許多潛在的實(shí)施例當(dāng)中的一個(gè)中，這可以利用在軌道1902兩側(cè)面上的向前軌道和交叉軌跡兩者間充分地間隔的輪或者軸承裝置1808、1830得以實(shí)現(xiàn)，并且它們也是以對(duì)基板平面的適當(dāng)角度彎曲的。至少一個(gè)通常的徑向構(gòu)架或支桿1805附加到托架上，桿的一個(gè)外部端部在鉸鏈點(diǎn)1812附加到遮陽面板，其內(nèi)部的端部在鉸鏈點(diǎn)1813連接到托架1801，并且托架是通過輪或者軸承1808和1830滾轉(zhuǎn)或者滑動(dòng)地安裝在軌道1802上。至少這些輪1830或者軸承中的一個(gè)設(shè)置有電動(dòng)機(jī)，以便沿著軌道1802驅(qū)動(dòng)托架，例如通過摩擦，或通過齒輪的齒合或者在支架中螺紋的驅(qū)動(dòng)。電源可以通過電刷提供到電動(dòng)機(jī)。連接臂1805和遮陽面板1800可以在鉸鏈點(diǎn)1812和1813處折疊，以便為發(fā)射而實(shí)現(xiàn)遮陽裝置的裝載構(gòu)形，在此期間，折疊的裝置可以臨時(shí)地安全地鎖定，以便于發(fā)射引起動(dòng)力的環(huán)境和負(fù)荷的適當(dāng)?shù)奶幚?。遮陽面板可以為了發(fā)射而更進(jìn)一步的折疊，如圖16和17中所畫出的。在發(fā)射之后，為了隨后的在軌道中的運(yùn)行，包括太陽跟蹤游歷軌道1802，連接臂1805和遮陽面板1800展開。軌道1802不需要如圖18所示是圓環(huán)形的，但是在明顯的為矩形散熱器表面的情況下，例如，軌道可以是橢圓的，以及在任一情況下可以轉(zhuǎn)向以避免妨礙被安裝在航天器上。
做為選擇，如圖19所示，連接臂1805可以安裝在一個(gè)實(shí)體可旋轉(zhuǎn)的輪上，代替安裝在托架和軌道上。在圖19畫出的實(shí)施例中，該輪是懸浮在位于軸承組1903的環(huán)形滑行道中的一個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)或者環(huán)體1902，并且是由在1804下面的基板上安裝的電動(dòng)機(jī)1930控制以及驅(qū)動(dòng)的。
在圖20畫出的類似可供選擇的實(shí)施例中，設(shè)置了類似于在圖18畫出的實(shí)施例中提供的托架2001；但是在這個(gè)實(shí)施例中，托架2001不是由機(jī)動(dòng)輪而是由一傳動(dòng)帶2003、鏈條或者附加到托架2001上的纜索環(huán)繞著一個(gè)閉合的軌道2002驅(qū)動(dòng)的，傳動(dòng)帶是由安裝在1804下面基板上的電動(dòng)機(jī)2030驅(qū)動(dòng)的，其嚙合傳動(dòng)帶2003、鏈條或者纜索。還要提供一個(gè)張緊裝置2040，以便在不妨礙托架環(huán)繞著軌道2002通過的同時(shí)接合傳動(dòng)帶2003以及拉緊傳動(dòng)帶。同樣，如圖18畫出的實(shí)施例，軌道2002不需要是圓形的。
圖21到30用圖說明了通過一連接臂將遮陽面板安裝在航天器上的實(shí)施例，其中連接臂來自偏離有關(guān)的散熱器表面的中央2123、2722的軸2131、2701。軸2131、2701可以是與太陽能電池組帆板組件的旋轉(zhuǎn)軸同心的或一致的。
圖21到26用圖說明了遮陽面板2100被附加到一個(gè)在軸心2131處的軸上的可供選擇的實(shí)施例。該軸可以與太陽能電池組帆板組件的軸同心或者一致。通過有活節(jié)的連接臂2130，遮陽面板被連接到該軸上，連接臂2130包括三個(gè)有活節(jié)的部分2132、2134、2137。
里面的部分2132的內(nèi)端放射狀地固定到在軸心2131的軸上。中部部分2134在它的內(nèi)端與里面部分2132在樞軸點(diǎn)2133處樞動(dòng)，而中部部分2134的外端與外部部分2137的內(nèi)端在樞軸點(diǎn)2135處樞動(dòng)。外部部分在它的外側(cè)端在鉸鏈點(diǎn)2138處被連接到遮陽面板，而靠近它的內(nèi)側(cè)端，外部部分在鉸鏈點(diǎn)2136被鉸接，以便發(fā)射時(shí)能夠折疊和裝載以及隨后在軌道中展開。
正如在圖21到圖26中描述的，連接臂2130的里面部分2132以及外部部分2137以相同的速度反時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)，外部部分2137承載遮陽面板，而中部部分2134以相同的速度順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。
里面部分2132的長(zhǎng)度大致等于旋轉(zhuǎn)軸2131離開散熱器表面的中央2123的偏移值。原則上，中部部分2134的長(zhǎng)度可以比里面部分2132的長(zhǎng)度更長(zhǎng)或者更短。然而，在旋轉(zhuǎn)軸2131被一阻礙比如太陽能電池組帆板組件的軸占用的情況下，中部部分2134必須被縮短為比里面部分2132短，用于在軸心2131處太陽能電池組帆板軸的余度，如圖23所示，其中連接臂2130逼近它與在軸心2131的軸最靠近狀態(tài)。
通過臂2130繞旋轉(zhuǎn)軸2131的旋轉(zhuǎn)，通過接合有活節(jié)的部分，遮陽面板可以保持與有關(guān)的散熱器表面2121的中央在一大體上恒定的距離，以便描繪出圍繞航天器的一個(gè)大體上圓形的路徑2140。顯然，在散熱器表面離徑向?qū)ΨQ較遠(yuǎn)的情況下，可將臂2130的有活節(jié)部分的長(zhǎng)度調(diào)整為圍繞散熱器表面實(shí)現(xiàn)一個(gè)大范圍的所要求的路徑。
如在圖21中所示，在遮陽面板通過離旋轉(zhuǎn)軸心2131最遠(yuǎn)的散熱器表面一側(cè)時(shí)候，有活節(jié)部分2132、2134、2137被設(shè)置為以一個(gè)直線形式完全地延伸連接臂2130。如圖22和23所示，當(dāng)遮陽面板2100是離旋轉(zhuǎn)軸2131在一中間的距離時(shí)，連接臂2130具有等于外部部分2137和里面部分2132接合的部分長(zhǎng)度總數(shù)的有效長(zhǎng)度。如圖23所示，在遮陽面板最靠近旋轉(zhuǎn)軸2131時(shí)，連接臂2130的有效長(zhǎng)度是最小的，在那一點(diǎn)，它的長(zhǎng)度等于里面部分2132和外部部分2137的長(zhǎng)度總數(shù)，比中部部分的長(zhǎng)度小兩倍。
連接臂2130的里面有活節(jié)部分2132繞軸2131旋轉(zhuǎn)。里面有活節(jié)部分2132的連接裝置可以沿著軸2131與太陽能電池組帆板軸無關(guān)，那么內(nèi)部部分2132被安裝到一個(gè)圍繞中央的太陽能電池組帆板軸的同心管狀軸上。做為選擇，里面有活節(jié)部分可以沿著軸2131牢固地固定到太陽能電池組帆板軸上。
在畫出的實(shí)施例中，例如對(duì)于地球同步航天器，內(nèi)部和外部有活節(jié)部分以每天一圈的速度反時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)，而中部有活節(jié)的部分以每天一圈順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。所示轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系可以是通過不同的裝置實(shí)現(xiàn)的，比如在樞軸點(diǎn)2131、2133和2135處的分開的機(jī)動(dòng)樞軸；或在樞軸點(diǎn)2131、2133和2135的由單個(gè)電動(dòng)機(jī)或者由沿著軸2131的軸驅(qū)動(dòng)的滑輪傳動(dòng)帶的系統(tǒng)。
有活節(jié)部分2132、2134和2137可以一起緩沖，以使在故障模式中，連接臂2130自動(dòng)地延伸到它的最大長(zhǎng)度。在這種情況下，可能產(chǎn)生任一失效的樞軸點(diǎn)，以致釋放失敗，例如，在有關(guān)的滑輪或者驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)中使用可控的脆弱鏈接，允許臂2130彈性伸長(zhǎng)。
圖25和26用圖說明利用來自旋轉(zhuǎn)軸2131的太陽能電池組帆板軸的傳動(dòng)力，彼此相對(duì)地關(guān)節(jié)聯(lián)接有活節(jié)部分2132、2134、2137的裝置。設(shè)置一筒體2501，它與在軸2131的太陽能電池組帆板軸共軸安裝，而且固定在基板2121上。里面有活節(jié)部件2132被固定在軸2131處的太陽能電池組帆板桿上，以使里面有活節(jié)部件2132以與在軸2131處的太陽能電池組帆板桿相同的速度旋轉(zhuǎn)。中部有活節(jié)部分2134在樞軸點(diǎn)2133處樞軸地固定在里面有活節(jié)部分2132的外端，直徑與筒體2501相同的滑輪2502固定在中部有活節(jié)部分2134的內(nèi)端。鋸齒的傳動(dòng)帶2506環(huán)繞著筒體2501和滑輪2502，即當(dāng)太陽能電池組帆板軸2131和里面接合部分2132在箭頭2507的方向反時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)，鋸齒的傳動(dòng)帶2506促使滑輪2502和中部有活節(jié)部分2134以相同的速度在箭頭2508的方向相反的旋轉(zhuǎn)。
如圖26所示，第二等尺寸滑輪2601固定在里面有活節(jié)部分2132的外端，它位于在里面有活節(jié)部分2132的、與固定到基板2121的筒體2501相對(duì)的一側(cè)上，第三等尺寸滑輪2602固定在外部有活節(jié)部分的內(nèi)端，使第三滑輪2602和外部有活節(jié)部分2137一起樞軸地附加到中部有活節(jié)部分2134的外端。第二鋸齒的傳動(dòng)帶2603環(huán)繞第二滑輪2601和第三滑輪2602，使中部有活節(jié)的部分2134沿箭頭2508方向旋轉(zhuǎn)，鋸齒的傳動(dòng)帶2603促使外部有活節(jié)部分2137和第三滑輪2602以相同的速度按箭頭2604的方向相反地旋轉(zhuǎn)。因此，外部有活節(jié)部分2137以與里面有活節(jié)部分2132相同的方向旋轉(zhuǎn)，而中部有活節(jié)的部分相對(duì)地旋轉(zhuǎn)。
在圖27到30畫出的實(shí)施例中，遮陽面板2700通過剪刀連接臂2730的方式被連接到太陽能電池組的軸2701。剪刀臂由第一有活節(jié)的臂2704、2708以及第二有活節(jié)的臂2705、2709構(gòu)成，分別包含里面有活節(jié)部分2704、2705和外部有活節(jié)部分2708、2709。里面有活節(jié)部分通過在鉸鏈點(diǎn)2702、2703的鉸鏈，分別連接到太陽能電池組帆板桿2701，外部有活節(jié)部分2708、2709由鉸鏈2710、2711連接到遮陽面板2700，致使當(dāng)有活節(jié)的臂延伸到完全地長(zhǎng)度時(shí)，它們?nèi)匀皇遣黄叫械?，以避免它們鎖住。在有活節(jié)的臂2704、2708和2705、2709中間有一牽索2712，它在遮陽面板2700和太陽能電池組帆板軸2701之間延伸。里面有活節(jié)部分2704、2705和外部有活節(jié)部分2708、2709在鉸鏈點(diǎn)2706和2707處是彈性的，使有活節(jié)的臂2704、2708和2705、2709自動(dòng)地延伸到由牽索控制所限制的它們的完全的長(zhǎng)度。從而有活節(jié)的臂2704、2708和2705、2709形成一平行四邊形，它的形狀可以通過收起或者展開牽索2712控制。做為選擇，平行四邊形的形狀可以由機(jī)動(dòng)化的鉸鏈控制，或者用可收起的和可展開的牽索代替鉸鏈點(diǎn)2706和2707，所述牽索在具有彈簧鉸鏈2702、2703、2710和2711的鉸鏈點(diǎn)2706和2707之間的。在圖21到24所畫出的本發(fā)明的實(shí)施例中，遮陽面板2700與太陽能電池組帆板構(gòu)架2701的距離隨著遮陽面板2700繞太陽能電池組帆板桿2701旋轉(zhuǎn)而變化，以保持遮陽面板與航天器在一恒定的距離，如路徑2712所示。
在圖18到20中描述的實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)，即連接臂不遮蓋航天器表面上存在的推力器1810，即遮陽面板遮蔭。
遮陽面板3100、3200在外形上并非必須為矩形。如在圖31所示，遮陽面板3100具有梯形的第一和第二伸出部3101、3102，它們鉸鏈地連接到遮陽面板3100的主體3103。從靠著主體3103的一位置平面，第一伸出部3101是通過沿箭頭3104方向旋轉(zhuǎn)由打開伸出部而伸展的，第二伸出部是通過沿箭頭3105的方向由打開伸出部而伸展的。
如圖32所示，遮陽面板3200的主體3202可以大體上具有三角形的伸出部3201、3202，它們可以沿雙箭頭3204方向通過伸出部3201的滑動(dòng)移位，以及沿箭頭3205方向打開伸出部3202，從主體延伸出和縮進(jìn)。
這里所寫的遮陽裝置結(jié)構(gòu)的支撐和展開的設(shè)計(jì)描述，是來自數(shù)千種可能的結(jié)構(gòu)性的支撐和展開設(shè)計(jì)中的一些例子，這些結(jié)構(gòu)性的支撐和展開設(shè)計(jì)能被用于本發(fā)明的目的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
這個(gè)段落描述證明幾何學(xué)逼近的例子，它的計(jì)算遮陽面板的尺寸規(guī)格用于給出覆蓋準(zhǔn)矩形散熱器表面的完全遮蔽。使用的例子是在地球同步航天器的北面板或者南面板上的散熱器表面，例如像先前定義的“模式”航天器那樣，在夏至或者冬至?xí)r，當(dāng)太陽光的入射角度(從得益的散熱器表面的平面測(cè)量的)為最大值時(shí)，使用類似矩形(至少為了簡(jiǎn)化說明)成形的遮陽面板，它的平面與有關(guān)散熱器表面的平面垂直(參見圖12a，角度501是90°)。對(duì)于這個(gè)例子，航天器的北面板或者南散熱器表面分別采取長(zhǎng)度和寬度為A和B的矩形。
完全展開的遮陽面板(它顯示在圖16a和17a中)的陽光暴露表面長(zhǎng)度L和寬度W的尺寸應(yīng)該如下根據(jù)相當(dāng)?shù)能壍捞柦嵌?3.5°,L大于或者等于√(A2+B2)，而W大于或等于0.435 x√(A2+B2)。然而，如果只是需要在北面板或者南面板上的部分表面區(qū)域遮蔭，即要將高散熱的設(shè)備安裝在北面板或者南面板的某個(gè)局部區(qū)域中，那么遮陽裝置可以特制為只是遮蔽那些區(qū)域，而且相應(yīng)地可以是較小的。另外，如果由航天器設(shè)計(jì)者選擇了平面不與有關(guān)散熱器表面的平面垂直的遮陽面板，則根據(jù)于圖12a中的角501的大小，寬度W的最小值可以大于或者小于0.435x√(A2+B2)。如果角501大于90°，則W可以大于0.435x√(A2+B2)；如果它不足90°，則W可以小于0.435x√(A2+B2)。如果想要對(duì)其它地球、頂點(diǎn)、東和西四個(gè)面板的額外遮蔽，則可以增加遮陽面板的寬度(W)，以朝衛(wèi)星的中心延伸通過虛平面250，如圖7所示。
因此，此處所包含的前面的描述，可以看出依靠本發(fā)明，通過各種陽光阻隔配置，可以消除或者使由太陽加熱引起的散熱器面板的冷卻效率中的損失減到最低程度。
顯然地，從上面所給出的觀點(diǎn)看，本發(fā)明是可以具有許多修改和變化的。例如，作為一種實(shí)際的情況，在沒有超出本發(fā)明的范圍情況下，設(shè)計(jì)者可以平衡，或者使旋轉(zhuǎn)的軸或臂平衡，以便克服由本發(fā)明遮陽裝置引起的重量不平衡。因此應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可以不像這里所描述的特定實(shí)施例那樣而實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種用于沿陽光照射的天體(300)軌道飛行的航天器，該航天器包括散熱器表面(11,12,1804,2121,2721)，用于從航天器將熱量輻射到宇宙空間中；以及安裝所述航天器上用于從陽光射線中遮蔽所述散熱器表面(11,12,1804,2121,2721)的遮陽裝置(111,112,141,271,301,411,511,611,811,921,951,1800,2100,2700)，其特征在于，所述遮陽裝置定位于從日光中實(shí)質(zhì)上遮蔽整個(gè)散熱器表面(11,12,1804,2121,2721),而實(shí)質(zhì)上不妨礙從所述散熱器表面(11,12,1804,2121,2721)進(jìn)入宇宙空間的熱輻射。
2．如權(quán)利要求1所述的航天器，其特征在于，用于從散熱器表面(11,12,1804,2121,2721)向外層空間熱輻射的有效輻射視角明顯地大于對(duì)于外層空間的相對(duì)應(yīng)幾何學(xué)輻射視角系數(shù)，尤其對(duì)于其對(duì)外層空間的幾何學(xué)輻射視角系數(shù)是0.65的地球同步的航天器，對(duì)外層空間的有效輻射視角系數(shù)至少是0.87。
3．如權(quán)利要求1或2所述的航天器，其特征在于，太陽光線阻斷器裝置包括至少包含一個(gè)具有面向太陽的表面(111a,112a)和一個(gè)相反的背太陽的表面(111b,112b)的遮陽面板(111,112)，在其中面向太陽表面(111a,112a)與相反的背太陽表面(111b,112b)間是絕熱的。
4．如權(quán)利要求3所述的航天器，其特征在于，面向太陽的表面(111a,112a)與相反的背向太陽的表面(111b,112b)間是由多層絕熱敷層熱絕緣的。
5．如權(quán)利要求3或4所述的航天器，其特征在于，面向太陽的表面(111a,112a)的太陽能吸收率低于0.5。
6．如權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，面向太陽的表面((111a,112a)包括用于向航天器提供電力的太陽能電池板。
7．如權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，面向太陽的表面(111a,112a)具有比0.7高的高熱輻射系數(shù)。
8．如權(quán)利要求3到7中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，遮陽裝置(111,112,141,271,301,411,511,611,811,921,951,1800,2100,2700)可以在裝載、非運(yùn)行位置以及展開的運(yùn)行位置之間移動(dòng)。
9．如權(quán)利要求3到8中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，遮陽裝置(111,112,141,271,301,411,511,611,811,921,951,1800,2100,2700)包括用于將遮陽面板(111,112)附加到航天器上的連接臂(207,205,430,230)。
10．如權(quán)利要求9所述的航天器，其特征在于，連接臂(207,205,430,230)由鉸鏈裝置(406,306)連接到遮陽面板(111,112)，和/或通過第二鉸鏈裝置(407,507,607,307)連接到航天器。
11．如權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，遮陽裝置(111,112；141；271；301；411；511；611；811；921；951)包括用于在裝載位置和展開位置之間移動(dòng)遮陽裝置(111,112；141；271；301；411；511；611；811；921；951)的電動(dòng)機(jī)。
12．如權(quán)利要求3到11中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，設(shè)置定位裝置，用于相對(duì)于散熱器表面(11,12)定位遮陽裝置(111,112；141；271；301；411；511；611；811；921；951)，其包括調(diào)整裝置以便在正常運(yùn)行中保持散熱器表面(11,12)的大部分在陰影中，而與航天器的姿態(tài)以及/或者軌道中的變化無關(guān)。
13．如權(quán)利要求12所述的航天器，其特征在于，調(diào)整裝置包括用于遮陽面板與航天器連接的可變長(zhǎng)度連接臂(2130,2730)。
14．如權(quán)利要求13所述的航天器，其特征在于，連接臂是剪刀連接臂(2730)。
15．如權(quán)利要求13所述的航天器，其特征在于，連接臂(2130)由互相可用關(guān)節(jié)接合的有活節(jié)部分(2132,2134,2137)形成。
15．如權(quán)利要求13所述的航天器，其特征在于，傳送裝置包括軌道裝置(2002)和連接到載運(yùn)裝置(2001)的傳動(dòng)帶裝置(2003)，傳動(dòng)帶裝置由驅(qū)動(dòng)裝置(2030)驅(qū)動(dòng)，使其沿著軌道裝置(2002)移動(dòng)載運(yùn)裝置。
16．如權(quán)利要求13所述的航天器，其特征在于，載運(yùn)裝置包括可在由軸承裝置(1903)限定的圓形路徑中旋轉(zhuǎn)的環(huán)體(1903)，該環(huán)體可由驅(qū)動(dòng)裝置(1930)驅(qū)動(dòng)，使沿著軸承裝置限定的路徑移動(dòng)載運(yùn)裝置。
17．如權(quán)利要求12到16中任一項(xiàng)所述的航天器，具有適于跟蹤太陽相對(duì)于航天器移動(dòng)的太陽能電池組(100,101,408)，其特征在于，在正常運(yùn)行中，遮陽裝置(111,112,141,271,301,411,511,611,811,921,951)相對(duì)于散熱器表面(11,12,1804,2121,2721)的位置調(diào)整與太陽能電池組的跟蹤運(yùn)動(dòng)同步一致。
18．如權(quán)利要求17所述的航天器，其特征在于，遮陽裝置(111,112；141；271；301；411；511；611；811；921；951)被安裝在太陽能電池組(100,101,408)或承載所述太陽能電池組的裝置上。
19．如權(quán)利要求18所述的航天器，其特征在于，通過太陽能電池組繞太陽能電池組(100,101,408)的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，太陽能電池組跟蹤太陽的運(yùn)動(dòng)，以致遮陽面板(111,112)也繞所述太陽能電池組的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
20．如權(quán)利要求19所述的航天器，其特征在于，熱散熱器表面(11,12)與太陽能電池組的旋轉(zhuǎn)軸互相垂直，使遮陽面板(111,112)繞垂直于散熱器表面的軸旋轉(zhuǎn)。
21．如權(quán)利要求18到20中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，調(diào)整裝置包括用于遮陽面板與航天器連接的可變長(zhǎng)度連接臂(2130,2730)。
22．如權(quán)利要求21所述的航天器，其特征在于，連接臂是剪刀連接臂(2730)。
23．如權(quán)利要求21所述的航天器，其特征在于，連接臂(2130)由在旋轉(zhuǎn)期間互相可用關(guān)節(jié)接合的有活節(jié)部分(2132,2134,2137)形成，以改變連接臂的有效的長(zhǎng)度。
24．如權(quán)利要求21-23中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，對(duì)于遮陽面板(2100,2700)與太陽能電池組組件(2131,2701)的連接，所述調(diào)整裝置使遮陽面板與太陽能電池組組件(2130,2730)之間的距離在遮陽面板的旋轉(zhuǎn)期間是可以改變的。
25．如權(quán)利要求3到24中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，設(shè)置裝置(929,931,955,957)，用于調(diào)整遮陽面板(111,112)的尺寸。
26．如前述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的航天器，其特征在于，包括用于控制航天器的控制裝置，它通過使用中的航天器的軌道和/或姿態(tài)調(diào)整，使太陽光線和散熱器表面(11,12)之間的角度低于一個(gè)預(yù)定的角度。
27．如權(quán)利要求26所述的航天器，其特征在于，所述預(yù)定角度是60°。
28．如權(quán)利要求26或27所述的航天器，其特征在于，控制裝置適于保持散熱器表面(11,12)大體上與航天器軌道平面平行。
29．如權(quán)利要求26到28中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，控制裝置適于將航天器保持在太陽同步軌道中。
30．如權(quán)利要求26到28中任一項(xiàng)所述的航天器，其特征在于，控制裝置適于將航天器保持在赤道軌道中或者低傾斜角軌道中。
31．一種三軸穩(wěn)定航天器，用于沿一顆行星軌道飛行，并且至少具有一個(gè)太陽能電池組件，該太陽能電池組件至少有一個(gè)太陽能電池板，而且是一個(gè)北太陽能電池板組件或者一個(gè)南太陽能電池板組件；所述至少一個(gè)太陽能電池板組件安裝在一個(gè)軸上，使得它自所述航天器可控制的繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以致面向太陽；所述航天器具有通常指向該行星的中心的最低點(diǎn)面板，通常所說的作為頂點(diǎn)面板的背面板，背面板背離該行星的中心，并與所述最低點(diǎn)面板共享相同的平面的法向矢量；航天器還具有一個(gè)東面板和一個(gè)西面板，所述東面板和所述西面板具有它們的平面的法向矢量，其布置在軌道平面上指向通常與沿軌道飛行的方向切線的航天器速度矢量；航天器還包括一個(gè)北面板和一個(gè)南面板，所述北面板和所述南面板具有通常垂直于軌道平面并且平行于行星旋轉(zhuǎn)軸的平面的法向矢量，所述太陽能電池面板從所述航天器向外面伸出，其特征包括向所述至少一個(gè)太陽能電池板附上至少一個(gè)遮陽裝置，所述至少一個(gè)遮陽裝置是北遮陽裝置或南遮陽裝置中的一個(gè)，并且對(duì)應(yīng)于所述至少一個(gè)太陽能電池板，每一個(gè)所述的至少一個(gè)遮陽裝置放在太陽能電池面板的前方，并相對(duì)于太陽能電池表面偏置，而且與所述北面板和所述南面板兩者成一個(gè)預(yù)定的角度，所述北面板或所述南面板，所述遮陽裝置被設(shè)置為使得在它們對(duì)應(yīng)的北面板或南面板暴露于日光期間，它們?cè)谙鄳?yīng)的北面板或南面板的大部分暴露的表面上投射一個(gè)陰影。
32．一種三軸穩(wěn)定低傾斜角軌道航天器，用于繞地球軌道飛行，并且具有有太陽能電池組的兩組太陽能電池組組件，一組是北太陽能電池組組件，而另一組是南太陽能電池組組件，所述組件的每一個(gè)安裝在一個(gè)軸上，使得它自所述航天器可控制的繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以致面向太陽；所述航天器具有通常指向地球的中心的指地面板，通常所說的作為頂點(diǎn)面板的背面板，背面板背離地球的中心，并與所述對(duì)指地面板共享相同的平面的法向矢量；一個(gè)東面板和一個(gè)西面板，所述東面板和所述西面板具有它們的平面的法向矢量，其布置在軌道平面上指向通常與沿軌道飛行的方向切線的航天器速度矢量；航天器還包括一個(gè)個(gè)北面板和一個(gè)南面板，所述北面板和所述南面板具有通常垂直于軌道平面并且平行于地球旋轉(zhuǎn)軸的平面的法向矢量，所述太陽能電池面板從所述航天器向外面伸出，其特征包括對(duì)所述北太陽能電池組帆板和所述南太陽能電池組帆板中的每一個(gè)附上至少一個(gè)遮陽裝置，一個(gè)遮陽裝置是北裝置而另外一個(gè)遮陽裝置是南裝置；每一所述遮陽裝置為面板的形式，并且安置在太陽能電池表面的前方，且相對(duì)于日光輻照的太陽能電池表面偏置；并且對(duì)所述北面板和所述南面板成一預(yù)定的角度，所述北遮陽裝置被設(shè)置為使得在所述北面板暴露于日光的期間，至少在所述北面板的大部分暴露的表面上投射一個(gè)陰影；所述南遮陽裝置設(shè)置為使得在所述南面板暴露于日光期間，在所述南面板的暴露的表面上投射一個(gè)陰影。
全文摘要
一種航天器,具有用于遮蔽航天器散熱器表面(11,12)的遮陽裝置(111，112，141，271，301，411，511，611，811，921，951，1800，2100，2700),其中遮陽裝置是相對(duì)于散熱器表面可移動(dòng)的,以便在大體上不阻礙散熱器表面向外層空間熱輻射的情況下保持該表面大體上在陰影中。遮陽裝置的面向太陽面(111a,112a)最好是與相反的面(111b,112b)熱絕緣,以減少遮陽裝置向散熱器表面的熱輻射,并且遮陽裝置最好在發(fā)射之后,可在軌道中展開。
文檔編號(hào)B64G1/46GK1308581SQ99807533
公開日2001年8月15日 申請(qǐng)日期1999年4月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月17日
發(fā)明者靈之·奧利弗·劉, 艾伯特·T·吳, 保羅·卡斯基維克茲 申請(qǐng)人:特伯賽科技公司