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DE102023115899B3 - Deployable reflecting telescope, satellite with a deployable reflecting telescope and method for deploying a reflecting telescope - Google Patents

Deployable reflecting telescope, satellite with a deployable reflecting telescope and method for deploying a reflecting telescope Download PDF

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DE102023115899B3
DE102023115899B3 DE102023115899.6A DE102023115899A DE102023115899B3 DE 102023115899 B3 DE102023115899 B3 DE 102023115899B3 DE 102023115899 A DE102023115899 A DE 102023115899A DE 102023115899 B3 DE102023115899 B3 DE 102023115899B3
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DE
Germany
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mirror
telescope
segments
support structure
satellite
Prior art date
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Active
Application number
DE102023115899.6A
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German (de)
Inventor
Kai Weidlich
Henry Wegert
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Hensoldt Optronics GmbH
Original Assignee
Hensoldt Optronics GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein entfaltbares Spiegelteleskop (2), insbesondere für einen Satelliten (1), vorzugsweise Klein- / Kleinstsatelliten oder CubeSat wenigstens umfassend:
- einen aufklappbaren segmentierten Hauptspiegel (3), welcher durch eine Anzahl von separaten flächigen Spiegelsegmenten (3a) gebildet ist, welche über erste Gelenkeinrichtungen (4) mit einer auseinanderklappbaren Tragstruktur (5) verbunden sind;
- die auseinanderklappbare Tragstruktur (5) zur Aufnahme der Spiegelsegmente (3a) des Hauptspiegels (3), welche durch mehrere erste stabförmige Verbindungselemente (5a), die über zweite Gelenkeinrichtungen (5b) miteinander verbunden sind, gebildet ist; und
- einen ausklappbaren Sekundärspiegel (6).

Figure DE102023115899B3_0000
The invention relates to a deployable mirror telescope (2), in particular for a satellite (1), preferably a small/micro satellite or CubeSat, comprising at least:
- a hinged segmented main mirror (3) which is formed by a number of separate flat mirror segments (3a) which are connected to a hinged support structure (5) via first joint devices (4);
- the foldable support structure (5) for receiving the mirror segments (3a) of the main mirror (3), which is formed by a plurality of first rod-shaped connecting elements (5a) which are connected to one another via second joint devices (5b); and
- a fold-out secondary mirror (6).
Figure DE102023115899B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein entfaltbares Spiegelteleskop. Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Satelliten, insbesondere Klein- / Kleinstsatelliten oder CubeSat mit einem entfaltbaren Spiegelteleskop sowie ein Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops.The invention relates to a deployable mirror telescope. The invention also relates to a satellite, in particular a small/micro satellite or CubeSat with a deployable mirror telescope and a method for deploying a mirror telescope.

Die visuelle Erdbeobachtung unterliegt in den letzten Jahren starken Änderungen von aufwändigen und teuren Satelliten im geostationären Orbit (GEO) und LEO (Low Earth Orbit) (ca. 500 km - 1000 km) hin zu kleinen Satelliten bzw. Kleinstsatelliten, insbesondere CubeSats, die in größerer Anzahl auf niedrigeren Erdumlaufbahnen eingesetzt werden. Diese bieten den Vorteil, durch deren hohe Anzahl schnelle Revisits (wiederholte Beobachtung desselben Punkts auf der Erde) zu ermöglichen und somit jeden Punkt unterhalb ihrer Flugbahnen, öfter zu beobachten. Es sind derzeit Konstellationen aus optischen CubeSats mit mehr als 150 Satelliten bekannt. Dies erlaubt bis zu zwölf Revisits einer bestimmten Stelle am Boden pro Tag.In recent years, visual earth observation has undergone major changes, moving from complex and expensive satellites in geostationary orbit (GEO) and LEO (Low Earth Orbit) (approx. 500 km - 1000 km) to small satellites or micro satellites, especially CubeSats, which are deployed in large numbers in lower earth orbits. These offer the advantage of enabling rapid revisits (repeated observation of the same point on earth) due to their large number, and thus observing each point below their trajectories more frequently. Constellations of optical CubeSats with more than 150 satellites are currently known. This allows up to twelve revisits of a specific point on the ground per day.

Momentan arbeitet ein Großteil der CubeSat-Systeme zur Erdbeobachtung auf Basis von CubeSats des Formats 3U (Abmessungen ca. 10 x 10 x 30 cm3, Gewicht ca. 5 kg). Diese limitieren die verfügbare optische Apertur jedoch auf etwa 90 mm. Daraus ergibt sich aus 400 km Flughöhe eine Bodenauflösung von etwa 3 m. Die Flughöhe und die geringe Masse bedingen allerdings ebenfalls eine sehr beschränkte Lebensdauer von ein bis zwei Jahren im Orbit. Zudem liegt die Auflösung von 3 m noch unter dem angestrebten Wert von besser als 1 m. Diese Auflösung wird von Satelliten wie SkySat erreicht, welche allerdings mit Abmessungen etwa von 60 × 60 × 95 cm3 und einem Gewicht von 120 kg deutlich größer und teurer sind. Die optisch freie Apertur liegt bei derartigen Satelliten bei ca. 450 mm.At present, the majority of CubeSat systems for earth observation are based on 3U format CubeSats (dimensions approx. 10 x 10 x 30 cm 3 , weight approx. 5 kg). However, these limit the available optical aperture to around 90 mm. This results in a ground resolution of around 3 m from an altitude of 400 km. However, the altitude and the low mass also mean a very limited lifespan of one to two years in orbit. In addition, the resolution of 3 m is still below the target value of better than 1 m. This resolution is achieved by satellites such as SkySat, which, however, are significantly larger and more expensive with dimensions of around 60 × 60 × 95 cm 3 and a weight of 120 kg. The optically clear aperture of such satellites is around 450 mm.

Die nächste Generation von CubeSats setzt daher auch auf eine größere Grundstruktur, um die Auflösung zu erhöhen, aber von den Kosten deutlich unter Satelliten der SkySat-Klasse zu bleiben. Solche Satelliten erreichen eine Aperturgröße von 180 mm in einem CubeSat der Größe 12U (20 x 20 x 30 cm3). Aber auch diese Systeme erreichen die Auflösung von 1 m nur aus sehr niedrigen Orbits und somit bei sehr geringer Lebensdauer.The next generation of CubeSats will therefore also use a larger base structure to increase the resolution, but at a cost that is significantly lower than that of SkySat class satellites. Such satellites achieve an aperture size of 180 mm in a CubeSat of size 12U (20 x 20 x 30 cm 3 ). However, these systems also only achieve the resolution of 1 m from very low orbits and thus have a very short lifetime.

Eine Möglichkeit die optische Öffnung - und damit das Auflösungsvermögen - eines optischen Erdbeobachtungsteleskops zu erhöhen, ohne das Startvolumen zu vergrößern, besteht in dem Einsatz von entfaltbaren Teleskopspiegeln, bzw. Teleskopspiegeln, die erst im Orbit in ihre finale Konfiguration gebracht werden. Das prominenteste Beispiel hierfür ist gegenwärtig das James Webb Space Telescope (JWST) der NASA.One way to increase the optical aperture - and thus the resolution - of an optical Earth observation telescope without increasing the launch volume is to use unfoldable telescope mirrors, or telescope mirrors that are only brought into their final configuration in orbit. The most prominent example of this is currently NASA's James Webb Space Telescope (JWST).

Seit einiger Zeit gibt es Bemühungen faltbare optische Teleskope zu entwickeln, welche eine größere optische Öffnung ermöglichen, als es die Abmessungen des Satelliten in Startkonfiguration erlauben. Diese können sowohl in CubeSats, als auch in größeren Satelliten eingesetzt werden.For some time now, efforts have been made to develop foldable optical telescopes that allow a larger optical aperture than the dimensions of the satellite in launch configuration allow. These can be used in both CubeSats and larger satellites.

Hierzu wird auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen: „ „A Deployable Telescope for Sub-Meter Resolutions from MicroSatellite Platforms, Dennis Dolkens, Delft University of Technology, October 2014“, „Primary Mirror Fine Positioning Mechanism for a Deployable Space Telescope, S.M. Pepper, Delft University of Technology, November 27, 2018 “ und „Design of deployment systems for high-resolution deployable telescope based on CubeSat, Daim Haobin et. al, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, November 24, 2021 “.Reference is made to the following publications: “ “A Deployable Telescope for Sub-Meter Resolutions from MicroSatellite Platforms, Dennis Dolkens, Delft University of Technology, October 2014,” “Primary Mirror Fine Positioning Mechanism for a Deployable Space Telescope, SM Pepper, Delft University of Technology, November 27, 2018 " and “Design of deployment systems for high-resolution deployable telescope based on CubeSat, Daim Haobin et. al, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, November 24, 2021 “.

Bisherige Veröffentlichungen zu faltbaren Spiegelteleskopen beschreiben allerdings ausschließlich Systeme mit einfachen Klappmechanismen, wobei seitlich stehende Wände nach außen geklappt werden und somit einen größeren optischen Durchmesser ergeben. Derartige Teleskope werden auch „Pedal-Style“-Teleskope genannt.However, previous publications on foldable mirror telescopes only describe systems with simple folding mechanisms, where the walls on the sides are folded outwards, thus creating a larger optical diameter. Such telescopes are also called "pedal-style" telescopes.

In „ High-resolution deployable CubeSat prototype, Noah Schwartz et. Al, UK Astronomy Technology Centre, December 13, 2020 “ ist ebenfalls ein faltbarer CubeSat-Spiegel beschrieben. Diese Konfiguration zeigt eine deutliche Richtungsabhängigkeit des Auflösungsvermögens, da der Durchmesser der Eintrittsapertur nicht konstant ist. In den Bereichen der ausgeklappten Spiegel kann dieser Durchmesser durch die Länge der Spiegelsegmente eingestellt werden. Dadurch ergibt sich ein „einstellbares“ Auflösungsvermögen entlang dieser Achsen. In den Bereichen zwischen den Spiegeln ergibt sich allerdings keine freie Apertur. Somit entsteht ein Bild mit deutlichen Abbildungsartefakten. Die beschriebene Konfiguration ist auch nicht ohne weiteres skalierbar, oder auf verschiedenen Konfigurationen anwendbar. Zwar kann man die Spiegelsegmente verlängern oder sogar ein zweites Klappen vorsehen, welches die Segmente weiter verlängert, all dies trägt aber nur weiter zu dem oben erwähnten Problem bei, dass die Auflösung nicht in allen Raumrichtungen verfügbar ist. Zudem nutzt die Konfiguration das verfügbare Volumen in der Startkonfiguration nicht effizient aus. Der Raum innerhalb der Spiegelsegmente ist nahezu leer.In " High-resolution deployable CubeSat prototype, Noah Schwartz et. Al, UK Astronomy Technology Centre, December 13, 2020 “ also describes a foldable CubeSat mirror. This configuration shows a clear direction dependence of the resolution, since the diameter of the entrance aperture is not constant. In the areas of the unfolded mirrors, this diameter can be adjusted by the length of the mirror segments. This results in an “adjustable” resolution along these axes. In the areas between the mirrors, however, there is no free aperture. This creates an image with clear imaging artifacts. The configuration described is also not easily scalable or applicable to different configurations. Although the mirror segments can be extended or even a second folding can be provided which extends the segments further, all of this only contributes to the problem mentioned above that the resolution is not available in all spatial directions. In addition, the configuration does not use the available volume in the starting configuration efficiently. The space within the mirror segments is almost empty.

Andere Teleskope, vorrangig das JWST, haben das Problem der richtungsabhängigen Auflösung durch den Einsatz von sechseckigen Spiegelsegmenten deutlich reduziert. Hierbei ist die Abweichung der Apertur von der idealen Kreisform deutlich geringer.Other telescopes, primarily the JWST, have significantly reduced the problem of direction-dependent resolution by using hexagonal mirror segments. The deviation of the aperture from the ideal circular shape is significantly smaller.

Ein Klappen wie beim JWST bedingt allerdings auch eine sehr eingeschränkte Packungsdichte der Spiegelsegmente in der Startkonfiguration und eignet sich aufgrund der massiven mechanischen Grundstruktur nur eingeschränkt für den Einsatz in CubeSats. Keines der vorstehend genannten Konzepte wurde bisher in einer „flugfähigen“ Form realisiert. Die Umsetzungen beschränken sich auf Prototypen, die zum Teil recht weit von den vorgeschlagenen Designs abweichen und nur deutlich kleinere freie Aperturen erreichen als angestrebt.However, folding like the JWST also requires a very limited packing density of the mirror segments in the launch configuration and is only suitable to a limited extent for use in CubeSats due to the massive mechanical basic structure. None of the concepts mentioned above have yet been realized in a "flightable" form. The implementations are limited to prototypes, some of which deviate quite far from the proposed designs and only achieve significantly smaller free apertures than intended.

Ein ähnliches Konzept wie beim JWST wurde bereits in der US 5,898,529 A und später in US 2005/0088734 A1 festgehalten.A similar concept to the JWST was already used in the US 5,898,529 A and later in US 2005/0088734 A1 held.

Eine aufwändigere, aber kompaktere Faltung wurde in der US 8,179,598 B1 behandelt.A more complex but more compact folding was used in the US 8,179,598 B1 treated.

Zu „Pedal-Style“-Teleskopen wird auf die US 2013/0229709 A1 und die WO 2022/109747 A1 verwiesen.For “pedal-style” telescopes, the US 2013/0229709 A1 and the WO 2022/109747 A1 referred to.

Die DE 20 2005 020 683 U1 beschreibt eine Vorrichtung zur raumsparenden Entfaltung eines entfaltbaren optischen Systems zum Weltraumeinsatz.The DE 20 2005 020 683 U1 describes a device for the space-saving deployment of a deployable optical system for space use.

Die CN 1 15 980 962 A betrifft eine Lichtkondensationsstruktur, -vorrichtung und - system, wobei die Lichtkondensationsstruktur eine Basis, eine Primärspiegelbaugruppe und eine Einstellbaugruppe umfasst, wobei die Lichtkondensationsvorrichtung eine Lichtkondensationsstruktur, eine Sekundärspiegelbaugruppe und eine Schwenkspiegelbaugruppe umfasst, und wobei das Lichtkondensationssystem die Lichtkondensationsvorrichtung und eine Satellitenplattform (nämlich einen Satellitenkörper) umfasst.The CN 1 15 980 962 A relates to a light condensing structure, apparatus and system, wherein the light condensing structure comprises a base, a primary mirror assembly and an adjustment assembly, wherein the light condensing apparatus comprises a light condensing structure, a secondary mirror assembly and a pivoting mirror assembly, and wherein the light condensing system comprises the light condensing apparatus and a satellite platform (namely, a satellite body).

Die CN 1 13 568 134 A bezieht sich auf das technische Gebiet der optischen Weltraumfernerkundung, insbesondere auf einen Entfaltungsmechanismus eines Weltraumbeugungsprimärspiegels mit Wärmeableitung und geringen Stoßeigenschaften.The CN 1 13 568 134 A relates to the technical field of optical space remote sensing, in particular to a deployment mechanism of a space diffraction primary mirror with heat dissipation and low shock characteristics.

Ausgehend davon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entfaltbares Spiegelteleskop der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches die Nachteiles des Standes der Technik vermeidet, insbesondere im zusammengefalteten Zustand einen geringen Bauraum benötigt und im entfalteten Zustand eine große Apertur bereitstellt.Proceeding from this, the present invention is based on the object of creating a deployable mirror telescope of the type mentioned at the outset, which avoids the disadvantages of the prior art, in particular requires little installation space when folded up and provides a large aperture when unfolded.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein entfaltbares Spiegelteleskop mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the invention by a deployable mirror telescope having the features mentioned in claim 1.

Erfindungsgemäß wird ein entfaltbares Teleskop oder Spiegelteleskop, insbesondere für einen Satelliten, vorzugsweise Klein- / Kleinstsatelliten oder CubeSat vorgeschlagen, welches wenigstens umfasst:

  • - einen aufklappbaren segmentierten Hauptspiegel, welcher durch eine Anzahl von separaten flächigen Spiegelsegmenten gebildet ist, welche über erste Gelenkeinrichtungen mit einer auseinanderklappbaren Tragstruktur verbunden sind;
  • - die auseinanderklappbare Tragstruktur zur Aufnahme der Spiegelsegmente des Hauptspiegels, welche durch mehrere erste stabförmige Verbindungselemente, die über zweite Gelenkeinrichtungen miteinander verbunden sind, gebildet ist; und
  • - einen ausklappbaren Sekundärspiegel.
According to the invention, a deployable telescope or mirror telescope, in particular for a satellite, preferably a small / micro satellite or CubeSat, is proposed, which comprises at least:
  • - a hinged segmented main mirror, which is formed by a number of separate flat mirror segments which are connected to a foldable support structure via first joint devices;
  • - the foldable support structure for receiving the mirror segments of the main mirror, which is formed by a plurality of first rod-shaped connecting elements which are connected to one another via second joint devices; and
  • - a fold-out secondary mirror.

Das erfindungsgemäße „faltbare“ Teleskop ist für den Einsatz auf Kleinsatelliten oder Kleinstsatelliten (z. B. im Format 12U) besonders geeignet, kann jedoch mit den notwendigen Änderungen auch auf größeren Satelliten zum Einsatz kommen. Durch einen segmentierten Hauptspiegel und einen faltbaren Arm für den Sekundärspiegel, kann der benötigte Bauraum beim Start deutlich reduziert werden, während in Flugkonfiguration ein Teleskop mit einer großen Apertur realisiert wird. Die Erfindung erlaubt eine Kombination kostengünstiger Spiegeleinzelsegmente zu einem Spiegel hoher optischer Qualität. Das erfindungsgemäße Teleskop kann im zusammengefalteten Zustand ein Format von 12U einnehmen und ausgeklappt eine Apertur von ca. 600 mm ergeben, was etwa der doppelten Länge der längsten Kante eines 12U-Systems entspricht. Die Spiegelsegmente können beispielsweise einen Durchmesser von 20 cm aufweisen. Die Erfindung erlaubt ebenfalls eine Erhöhung der Packungsdichte für optische Teleskope während der Startphase und damit die Verwendung kostengünstiger Trägersysteme für den Start (insbesondere auch für Spiegel größer 1 m Durchmesser im geostationären Orbit).The "foldable" telescope according to the invention is particularly suitable for use on small satellites or micro satellites (e.g. in 12U format), but can also be used on larger satellites with the necessary modifications. With a segmented main mirror and a foldable arm for the secondary mirror, the installation space required during launch can be significantly reduced, while in flight configuration a telescope with a large aperture is realized. The invention allows a combination of inexpensive individual mirror segments to form a mirror of high optical quality. The telescope according to the invention can take up a format of 12U when folded and, when unfolded, result in an aperture of approx. 600 mm, which corresponds to approximately twice the length of the longest edge of a 12U system. The mirror segments can have a diameter of 20 cm, for example. The invention also allows an increase in the packing density for optical telescopes during the launch phase and thus the use of inexpensive carrier systems for launch (especially for mirrors larger than 1 m in diameter in geostationary orbit).

Eine erste Gelenkeinrichtung kann wenigstens umfassen:

  • - ein Rotationslager, dessen Welle mit einem der Spiegelsegmente verbunden ist und welches eine Drehung des verbundenen Spiegelsegments von einer Startposition in eine aufgeklappte Endposition zulässt; und/oder
  • - einen Federmechanismus, welcher dazu ausgelegt ist, eine Drehung des verbundenen Spiegelsegments von der Startposition in die aufgeklappte Endposition zu bewirken und welcher vorzugsweise mittels einer lösbaren Arretierung, beispielsweise eines entfernbaren Stifts, durchschmelzbarer Nylonschnüre oder dergleichen aktivierbar ist; und/oder
  • - wenigstens eine Dämpfungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die durch den Federmechanismus bewirkte Drehbewegung zu dämpfen; und/oder
  • - wenigstens zwei, vorzugsweise drei V-Kugellager, welche in der aufgeklappten Endposition des verbundenen Spiegelsegments durch V-förmige Nuten und darin aufgenommene, an die V-förmigen Nuten angepasste, Kugeln gebildet sind; und/oder
  • - eine oder mehrere Verstelleinrichtungen bzw. Aktoren, vorzugsweise Piezoaktoren, welche dazu ausgelegt sind, eine Feinjustierung der Ausrichtung des verbundenen Spiegelsegments, insbesondere um zwei Kippachsen und in der Fokuslage zu ermöglichen und vorzugsweise unterhalb der Kugeln der V-Kugellager angeordnet sind.
A first articulation device may comprise at least:
  • - a rotary bearing, the shaft of which is connected to one of the mirror segments and which allows rotation of the connected mirror segment from a starting position to an unfolded end position; and/or
  • - a spring mechanism which is designed to cause a rotation of the connected mirror segment from the starting position to the unfolded end position and which is preferably actuated by means of a releasable locking device, for example a removable pin, meltable nylon cords or the like; and/or
  • - at least one damping device which is designed to dampen the rotational movement caused by the spring mechanism; and/or
  • - at least two, preferably three V-ball bearings, which in the unfolded end position of the connected mirror segment are formed by V-shaped grooves and balls accommodated therein and adapted to the V-shaped grooves; and/or
  • - one or more adjustment devices or actuators, preferably piezo actuators, which are designed to enable fine adjustment of the alignment of the connected mirror segment, in particular about two tilt axes and in the focus position and are preferably arranged below the balls of the V-ball bearings.

Die Lage der einzelnen Spiegelsegmente und ihrer tragenden Strukturen, kann jeweils über drei V-Kugellager in den ersten Gelenkeinrichtungen hochpräzise (z. B. im µm-Bereich) und spielfrei festgelegt werden. Dadurch kann eine definierte und stabile Positionierung erzielt werden. Die Besonderheit hierbei ist, dass sie die Segmente nicht auf eine übergeordnete, mechanische Struktur referenzieren, sondern relativ zueinander positioniert werden. Durch die V-Kugellager und deren Anordnung lässt sich eine statische Bestimmtheit in sechs Freiheitsgraden und damit eine eindeutige, reproduzierbare Lage schaffen.The position of the individual mirror segments and their supporting structures can be determined with high precision (e.g. in the µm range) and without play using three V-ball bearings in the first joint devices. This enables defined and stable positioning to be achieved. The special feature here is that the segments are not referenced to a higher-level mechanical structure, but are positioned relative to one another. The V-ball bearings and their arrangement enable static determination in six degrees of freedom and thus a clear, reproducible position to be created.

Piezo-Feinversteller bzw. Piezoaktoren an den V-Kugellagern, insbesondere unterhalb der Kugeln ermöglichen eine Justage der einzelnen Spiegelsegmente im Kipp um zwei Achsen, sowie in der Fokuslage. Hierzu können zusätzlich entsprechende Festkörpergelenke zum Einsatz kommen.Piezo fine adjusters or piezo actuators on the V-ball bearings, especially underneath the balls, enable adjustment of the individual mirror segments in tilt around two axes, as well as in the focus position. Appropriate solid-state joints can also be used for this purpose.

Der Federmechanismus kann z. B. mittels eines entfernbaren Stifts oder Pins aktivierbar sein. Die wenigstens eine Dämpfungseinrichtung kann beispielsweise einen mit Silikonöl oder dergleichen gefüllten Schlauch aufweisen.The spring mechanism can be activated, for example, by means of a removable pin or pin. The at least one damping device can, for example, have a hose filled with silicone oil or the like.

Auch die zweiten Gelenkeinrichtungen können mit Dämpfungseinrichtungen versehen sein, um hohe Drehgeschwindigkeiten zu vermeiden.The second joint devices can also be provided with damping devices to avoid high rotational speeds.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Spiegelsegmente sechseckig ausgeführt sein.In a very advantageous embodiment of the invention, the mirror segments can be hexagonal.

Durch den Einsatz von sechseckigen Segmenten wird ein hoher Füllfaktor der Eintrittspupille und ein nahezu homogenes Auflösungsvermögen in allen Raumrichtungen erreicht.By using hexagonal segments, a high filling factor of the entrance pupil and an almost homogeneous resolution in all spatial directions are achieved.

Die Spiegelsegmente können eine, insbesondere außeraxiale hyperbolische oder parabolische gewölbte Fläche aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen entfaltbaren Spiegelteleskop kann es sich vorzugsweise um ein Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop handeln.The mirror segments can have a curved surface, in particular an off-axis hyperbolic or parabolic one. The unfoldable mirror telescope according to the invention can preferably be a Ritchey-Chrétien-Cassegrain telescope.

Die Spiegelsegmente können im aufgeklappten Zustand ringartig angeordnet sein.The mirror segments can be arranged in a ring shape when unfolded.

Im gefalteten Zustand des Spiegelteleskops können die Spiegelsegmente gegeneinander verspannt und durch Launch-Locks gesichert sein. Ferner kann im gefalteten Zustand des Spiegelteleskops die Tragstruktur ein Magazin ausbilden, in welchem die Spiegelsegmente hintereinander angeordnet sind.When the mirror telescope is folded, the mirror segments can be braced against each other and secured by launch locks. Furthermore, when the mirror telescope is folded, the support structure can form a magazine in which the mirror segments are arranged one behind the other.

In der Startkonfiguration können die Segmente gegeneinander verspannt und durch Launch-Locks gesichert sein. Außerdem können die einzelnen Spiegelsegmente in der Startkonfiguration in einem Magazin hintereinanderstehen. Durch diese Maßnahmen werden Eigenfrequenzen der Anordnung erhöht und unerwünschte Bewegungen unter Startlast (von beispielsweise 20 g) verringert. Die Launch-Locks können z. B. Nylonschnüre umfassen, welche vor dem Entfalten mittels entsprechend ausgebildeter und angeordneter elektrischer Widerstände durchgeschmolzen werden. Dazu werden die Widerstände entsprechend bestromt.In the launch configuration, the segments can be braced against each other and secured by launch locks. In addition, the individual mirror segments can be arranged one behind the other in a magazine in the launch configuration. These measures increase the natural frequencies of the arrangement and reduce unwanted movements under launch load (of 20 g, for example). The launch locks can, for example, include nylon cords that are melted before unfolding using appropriately designed and arranged electrical resistors. The resistors are energized accordingly.

Der Sekundärspiegel kann durch mehrere zweite stabförmige Verbindungselemente, welche über dritte Gelenkeinrichtungen miteinander verbunden sind, ausklappbar und mit der auseinanderklappbaren Tragstruktur oder einer Referenzstruktur des Satelliten verbunden sein.The secondary mirror can be folded out by a plurality of second rod-shaped connecting elements which are connected to one another via third joint devices and can be connected to the fold-out support structure or a reference structure of the satellite.

Der segmentierte Hauptspiegel kann durch sechs Spiegelsegmente gebildet sein. Darüber hinaus können sechs erste Gelenkeinrichtungen und/oder sechs zweite Gelenkeinrichtungen vorhanden sein.The segmented main mirror can be formed by six mirror segments. In addition, six first joint devices and/or six second joint devices can be present.

In Anspruch 9 ist ein Satellit, insbesondere Klein- / Kleinstsatellit oder CubeSat mit einem erfindungsgemäßen entfaltbaren Spiegelteleskop angegeben.Claim 9 specifies a satellite, in particular a small/micro satellite or CubeSat with a deployable mirror telescope according to the invention.

Anspruch 10 betrifft ein Verfahren zum Entfalten eines erfindungsgemäßen Spiegelteleskops, welches auf einem Satelliten angeordnet ist, wobei:

  • - in einem ersten Schritt mehrere oder alle, insbesondere sechs zweite Gelenkeinrichtungen zum Auseinanderklappen der Tragstruktur jeweils eine Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, wonach
  • - in einem zweiten Schritt mittels der ersten Gelenkeinrichtungen eine Drehung der Spiegelsegmente von der Startposition in die aufgeklappte Endposition erfolgt, und wonach
  • - in einem dritten Schritt eine oder mehrere, insbesondere drei zweite Gelenkeinrichtungen jeweils eine weitere Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, um die klappbare Tragstruktur wenigstens annähernd vollständig oder ganz zu schließen und den segmentierten Hauptspiegel auszubilden.
Claim 10 relates to a method for deploying a mirror telescope according to the invention which is arranged on a satellite, wherein:
  • - in a first step, several or all, in particular six second joint devices for unfolding the support structure perform a rotation, in particular by about 120°, after which
  • - in a second step, the mirror segments are rotated from the starting position to the unfolded end position by means of the first joint devices, and then
  • - in a third step, one or more, in particular three second articulation devices each carry out a further rotation, in particular by approximately 120°, in order to close the foldable support structure at least approximately completely or entirely and to form the segmented main mirror.

Nach Abschluss des zweiten Schritts können die Rotationslager der ersten Gelenkeinrichtungen ausgekoppelt werden, um die Entstehung eines statisch überbestimmten Systems zu verhindern.After completion of the second step, the rotation bearings of the first joint devices can be decoupled to prevent the formation of a statically overdetermined system.

Vor dem ersten Schritt kann der Sekundärspiegel ausgeklappt werden.Before the first step, the secondary mirror can be unfolded.

In dem dritten Schritt kann jede zweite der zweiten Gelenkeinrichtungen die weitere Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, um die klappbare Tragstruktur wenigstens annähernd vollständig oder ganz zu schließen und den segmentierten Hauptspiegel auszubilden.In the third step, every second of the second articulation devices can carry out the further rotation, in particular by approximately 120°, in order to close the foldable support structure at least approximately completely or entirely and to form the segmented main mirror.

In dem dritten Schritt können zum wenigstens annähernden oder vollständigen Schließen der klappbaren Tragstruktur, die an beiden voneinander abgewandten Enden der Tragstruktur angeordneten Komponenten (d. h. stabförmigen Verbindungselemente oder zweiten Gelenkeinrichtungen), insbesondere fest miteinander verbunden werden. In dem dritten Schritt kann somit zum wenigstens annähernd vollständigen oder kompletten Schließen der klappbaren Tragstruktur das hinterste der ersten stabförmigen Verbindungselemente mit der vordersten zweiten Gelenkeinrichtung vorzugsweise fest verbunden werden. Durch diese Maßnahme kann eine steife und reproduzierbare Anordnung geschaffen werden.In the third step, the components arranged at both ends of the support structure facing away from one another (i.e. rod-shaped connecting elements or second joint devices) can be connected to one another, in particular firmly, in order to at least approximately or completely close the foldable support structure. In the third step, the rearmost of the first rod-shaped connecting elements can thus preferably be firmly connected to the frontmost second joint device in order to at least approximately completely or completely close the foldable support structure. This measure can create a rigid and reproducible arrangement.

Das Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops kann nach Erreichen der Umlaufbahn gestartet werden, wobei die Verspannung der Spiegelsegmente und die Launch-Locks gelöst werden.The process of unfolding a mirror telescope can be started after reaching the orbit by releasing the tension of the mirror segments and the launch locks.

Nach dem dritten Schritt kann eine Feinjustierung der Ausrichtung der Spiegelsegmente um zwei Kippachsen und in der Fokuslage mittels der Aktoren, vorzugsweise Piezoaktoren durchgeführt werden.After the third step, a fine adjustment of the alignment of the mirror segments around two tilt axes and in the focus position can be carried out by means of actuators, preferably piezo actuators.

Bei dem Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops können die Spiegelsegmente relativ zueinander positioniert werden.In the process of unfolding a mirror telescope, the mirror segments can be positioned relative to each other.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments and further developments of the invention emerge from the subclaims.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnung prinzipmäßig Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.In the following, embodiments of the invention are described in principle with reference to the drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen entfaltbaren Spiegelteleskops;
  • 2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen entfaltbaren Spiegelteleskops, welches auf einem Satelliten angeordnet ist;
  • 3 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer ersten Gelenkeinrichtung des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops in einer Startposition;
  • 4 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer ersten Gelenkeinrichtung des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops in einer Endposition;
  • 5 eine vereinfachte perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops im gefalteten Zustand;
  • 6 eine erste vereinfachte perspektivische Darstellung des Hauptspiegels des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops beim Ausklappen;
  • 7 eine zweite vereinfachte perspektivische Darstellung des Hauptspiegels des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops beim Ausklappen; und
  • 8 eine vereinfachte perspektivische Ansicht des entfalteten bzw. ausgeklappten Hauptspiegels des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops.
They show:
  • 1 a simplified perspective view of a deployable mirror telescope according to the invention;
  • 2 a simplified perspective view of a deployable mirror telescope according to the invention, which is arranged on a satellite;
  • 3 a simplified perspective view of a first joint device of the mirror telescope according to the invention in a starting position;
  • 4 a simplified perspective view of a first joint device of the mirror telescope according to the invention in an end position;
  • 5 a simplified perspective view of the mirror telescope according to the invention in the folded state;
  • 6 a first simplified perspective view of the main mirror of the mirror telescope according to the invention when unfolded;
  • 7 a second simplified perspective view of the main mirror of the mirror telescope according to the invention when unfolded; and
  • 8 a simplified perspective view of the unfolded or unfolded primary mirror of the mirror telescope according to the invention.

Funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes entfaltbares Teleskop oder Spiegelteleskop 2, insbesondere für einen Satelliten 1 (siehe 2), vorzugsweise Klein- / Kleinstsatelliten oder CubeSat, welches wenigstens umfasst:

  • - einen aufklappbaren segmentierten Hauptspiegel 3, welcher durch eine Anzahl von separaten flächigen Spiegelsegmenten 3a gebildet ist, welche über erste Gelenkeinrichtungen 4 mit einer auseinanderklappbaren Tragstruktur 5 verbunden sind;
  • - die auseinanderklappbare Tragstruktur 5 zur Aufnahme der Spiegelsegmente 3a des Hauptspiegels 3, welche durch mehrere erste stabförmige Verbindungselemente 5a, die über zweite Gelenkeinrichtungen 5b miteinander verbunden sind, gebildet ist; und
  • - einen ausklappbaren Sekundärspiegel 6.
1 shows a deployable telescope or mirror telescope 2 according to the invention, in particular for a satellite 1 (see 2 ), preferably small / micro satellites or CubeSat, which comprises at least:
  • - a hinged segmented main mirror 3, which is formed by a number of separate flat mirror segments 3a, which are connected to a foldable support structure 5 via first joint devices 4;
  • - the foldable support structure 5 for receiving the mirror segments 3a of the main mirror 3, which are connected by several first rod-shaped shaped connecting elements 5a, which are connected to each other via second joint devices 5b; and
  • - a fold-out secondary mirror 6.

Wie aus 1 weiter ersichtlich, kann der Sekundärspiegel 6 durch mehrere zweite stabförmige Verbindungselemente 6a, welche über dritte Gelenkeinrichtungen 6b miteinander verbunden sind, ausklappbar und mit der auseinanderklappbaren Tragstruktur 5 oder einer Referenzstruktur des Satelliten 1 (nicht näher dargestellt) verbunden sein. Das Ausklappen des Sekundärspiegels 6 kann beispielsweise über nicht näher dargestellte Federmechanismen erfolgen.As from 1 As can be seen further, the secondary mirror 6 can be folded out by a plurality of second rod-shaped connecting elements 6a, which are connected to one another via third joint devices 6b, and can be connected to the foldable support structure 5 or a reference structure of the satellite 1 (not shown in more detail). The folding out of the secondary mirror 6 can be carried out, for example, via spring mechanisms (not shown in more detail).

In 2 ist vereinfacht der Satellit 1, insbesondere Klein- / Kleinstsatellit oder CubeSat mit dem erfindungsgemäßen entfaltbaren Spiegelteleskop 2 dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich, weist der Satellit 1 ferner wenigstens eine Kamera bzw. einen optischen oder elektronischen oder optoelektronischen Sensor 1a, welchem das Spiegelteleskop 2, insbesondere auch weitere nicht dargestellte optische Elemente vorgeschaltet ist, sowie wenigstens eine Datenkommunikationseinrichtung 1b auf. Selbstverständlich kann der Satellit 1 noch weitere nicht dargestellte optische oder elektronische Komponenten sowie ein Gehäuse aufweisen.In 2 The satellite 1, in particular a small / micro satellite or CubeSat with the inventive unfoldable mirror telescope 2 is shown in simplified form. As can be seen from 2 As can be seen, the satellite 1 further comprises at least one camera or an optical or electronic or optoelectronic sensor 1a, which is preceded by the mirror telescope 2, in particular also by further optical elements not shown, and at least one data communication device 1b. Of course, the satellite 1 can also comprise further optical or electronic components not shown, as well as a housing.

Die Spiegelsegmente 3a können eine, insbesondere außeraxiale hyperbolische oder parabolische gewölbte Fläche aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen entfaltbaren Spiegelteleskop 2 kann es sich vorzugsweise um ein Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskop handeln. Wie ersichtlich können die Spiegelsegmente 3a sechseckig ausgeführt sein. Ferner können die Spiegelsegmente 3a im aufgeklappten Zustand ringartig angeordnet sein.The mirror segments 3a can have a, in particular off-axis, hyperbolic or parabolic curved surface. The unfoldable mirror telescope 2 according to the invention can preferably be a Ritchey-Chrétien-Cassegrain telescope. As can be seen, the mirror segments 3a can be hexagonal. Furthermore, the mirror segments 3a can be arranged in a ring-like manner when unfolded.

Wie ebenfalls ersichtlich, kann der segmentierte Hauptspiegel 3 durch sechs Spiegelsegmente 3a gebildet sein. Ferner können sechs erste Gelenkeinrichtungen 4 vorhanden sein. Darüber hinaus können sechs zweite Gelenkeinrichtungen 5b vorhanden sein.As can also be seen, the segmented main mirror 3 can be formed by six mirror segments 3a. Furthermore, six first joint devices 4 can be present. In addition, six second joint devices 5b can be present.

In 3 ist eine erste Gelenkeinrichtung 4 des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops 2 in einer Startposition gezeigt. 4 zeigt die erste Gelenkeinrichtung 4 des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops 2 in einer Endposition.In 3 a first joint device 4 of the mirror telescope 2 according to the invention is shown in a starting position. 4 shows the first joint device 4 of the mirror telescope 2 according to the invention in an end position.

Wie aus den 3 und 4 ersichtlich kann die erste Gelenkeinrichtung 4 wenigstens umfassen:

  • - ein Rotationslager 4a, dessen Welle mit einem der Spiegelsegmente 3a verbunden ist (nicht näher dargestellt) und welches eine Drehung des verbundenen Spiegelsegments 3a von der Startposition in die aufgeklappte Endposition zulässt (siehe auch 6 und 7); und/oder
  • - einen nicht näher dargestellten Federmechanismus, welcher dazu ausgelegt ist, eine Drehung des verbundenen Spiegelsegments 3a von der Startposition in die aufgeklappte Endposition zu bewirken und welcher vorzugsweise mittels einer lösbaren Arretierung 4f, beispielsweise eines entfernbaren Stifts, durchschmelzbarer Nylonschnüre oder dergleichen aktivierbar ist; und/oder
  • - wenigstens eine Dämpfungseinrichtung 4b, welche dazu ausgelegt ist, die durch den Federmechanismus bewirkte Drehbewegung zu dämpfen; und/oder
  • - wenigstens zwei, vorzugsweise drei V-Kugellager 4c, welche in der aufgeklappten Endposition des verbundenen Spiegelsegments 3a durch V-förmige Nuten 4d und darin aufgenommene, an die V-förmigen Nuten 4d angepasste, Kugeln 4e gebildet sind; und/oder
  • - eine oder mehrere nicht dargestellte Aktoren, vorzugsweise Piezoaktoren, welche dazu ausgelegt sind, eine Feinjustierung der Ausrichtung des verbundenen Spiegelsegments 3a, insbesondere um zwei Kippachsen und in der Fokuslage zu ermöglichen und vorzugsweise unterhalb der Kugeln 4e der V-Kugellager 4c angeordnet sind.
As can be seen from the 3 and 4 As can be seen, the first joint device 4 may comprise at least:
  • - a rotary bearing 4a, the shaft of which is connected to one of the mirror segments 3a (not shown in detail) and which allows rotation of the connected mirror segment 3a from the starting position to the unfolded end position (see also 6 and 7 ); and/or
  • - a spring mechanism (not shown in detail) which is designed to cause a rotation of the connected mirror segment 3a from the starting position to the unfolded end position and which can preferably be activated by means of a releasable locking device 4f, for example a removable pin, meltable nylon cords or the like; and/or
  • - at least one damping device 4b, which is designed to dampen the rotational movement caused by the spring mechanism; and/or
  • - at least two, preferably three V-ball bearings 4c, which in the unfolded end position of the connected mirror segment 3a are formed by V-shaped grooves 4d and balls 4e accommodated therein and adapted to the V-shaped grooves 4d; and/or
  • - one or more actuators (not shown), preferably piezo actuators, which are designed to enable fine adjustment of the alignment of the connected mirror segment 3a, in particular about two tilt axes and in the focus position and are preferably arranged below the balls 4e of the V-ball bearings 4c.

Ferner weist die erste Gelenkeinrichtung 4 Klemmeinrichtungen 4g und einen Mechanismus 4h zum Auskuppeln des Rotationslagers 4a auf.Furthermore, the first joint device 4 has clamping devices 4g and a mechanism 4h for disengaging the rotary bearing 4a.

5 zeigt den Hauptspiegel 3 bzw. dessen Spiegelsegmente 3a und den Sekundärspiegel 6 im gefalteten Zustand des Spiegelteleskops 2. Die Spiegelsegmente 3a können gegeneinander verspannt und durch nicht näher dargestellte Launch-Locks gesichert sein. Die Tragstruktur 5 kann dabei ein Magazin 7 ausbilden, in welchem die Spiegelsegmente 3a hintereinander angeordnet sind. 5 shows the main mirror 3 or its mirror segments 3a and the secondary mirror 6 in the folded state of the mirror telescope 2. The mirror segments 3a can be braced against each other and secured by launch locks (not shown in detail). The support structure 5 can form a magazine 7 in which the mirror segments 3a are arranged one behind the other.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Entfalten des Spiegelteleskops 2, welches auf dem Satelliten 1 angeordnet ist, vorgeschlagen, wobei:

  • - in einem ersten Schritt mehrere oder alle, insbesondere sechs zweite Gelenkeinrichtungen 5b zum Auseinanderklappen der Tragstruktur 5 jeweils eine Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen (siehe 6), wonach
  • - in einem zweiten Schritt mittels der ersten Gelenkeinrichtungen 4 eine Drehung der Spiegelsegmente 3a von der Startposition in die aufgeklappte Endposition erfolgt (siehe 7), und wonach
  • - in einem dritten Schritt eine oder mehrere, insbesondere drei zweite Gelenkeinrichtungen 5b jeweils eine weitere Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, um die klappbare Tragstruktur 5 wenigstens annähernd vollständig zu schließen und den segmentierten Hauptspiegel 3 auszubilden.
Furthermore, a method for unfolding the mirror telescope 2 arranged on the satellite 1 is proposed, wherein:
  • - in a first step, several or all, in particular six second joint devices 5b for unfolding the support structure 5 each carry out a rotation, in particular by approximately 120° (see 6 ), after which
  • - in a second step, the mirror segments 3a are rotated from the starting position to the unfolded end position by means of the first joint devices 4 (see 7 ), and what
  • - in a third step, one or more, in particular three second articulation devices 5b each carry out a further rotation, in particular by approximately 120°, in order to at least approximately completely close the foldable support structure 5 and form the segmented main mirror 3.

Vor dem ersten Schritt kann der Sekundärspiegel 6 ausgeklappt werden (nicht dargestellt).Before the first step, the secondary mirror 6 can be unfolded (not shown).

Die zweiten Gelenkeinrichtungen 5b können - analog zu den ersten Gelenkeinrichtungen 4 - ebenfalls mit nicht dargestellten Dämpfungseinrichtungen versehen sein, welche die Drehbewegungen dämpfen. Die Drehbewegungen der zweiten Gelenkeinrichtungen 5b können ebenfalls durch nicht näher ersichtliche Federmechanismen oder dergleichen bewirkt werden.The second joint devices 5b can - analogously to the first joint devices 4 - also be provided with damping devices (not shown) which dampen the rotational movements. The rotational movements of the second joint devices 5b can also be brought about by spring mechanisms or the like which are not shown in detail.

In dem dritten Schritt kann jede zweite der zweiten Gelenkeinrichtungen 5b die weitere Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, um die klappbare Tragstruktur 5 wenigstens annähernd vollständig zu schließen und den segmentierten Hauptspiegel 3 auszubilden.In the third step, every second of the second joint devices 5b can carry out the further rotation, in particular by approximately 120°, in order to at least approximately completely close the foldable support structure 5 and form the segmented main mirror 3.

In dem dritten Schritt können zum wenigstens annähernden oder vollständigen Schließen der klappbaren Tragstruktur 5, die an beiden voneinander abgewandten Enden der Tragstruktur 5 angeordneten Komponenten 5a', 5b', insbesondere fest miteinander verbunden werden. In dem dritten Schritt kann somit zum wenigstens annähernden oder vollständigen Schließen der klappbaren Tragstruktur 5, das hinterste der ersten stabförmigen Verbindungselemente 5a' mit der vordersten zweiten Gelenkeinrichtung 5b' vorzugsweise fest verbunden werden. Hierzu können die betreffenden zweiten Gelenkeinrichtungen 5b' entsprechend angepasst sein (siehe 6 und 7).In the third step, the components 5a', 5b' arranged at both ends of the support structure 5 facing away from one another can be connected to one another, in particular firmly, in order to at least approximately or completely close the foldable support structure 5. In the third step, the rearmost of the first rod-shaped connecting elements 5a' can thus be connected, preferably firmly, to the frontmost second joint device 5b', in order to at least approximately or completely close the foldable support structure 5. The relevant second joint devices 5b' can be adapted accordingly for this purpose (see 6 and 7 ).

Das Verfahren zum Entfalten des Spiegelteleskops 2 kann nach Erreichen der Umlaufbahn gestartet werden, wobei die Verspannung der Spiegelsegmente 3a und die Launch-Locks gelöst werden.The process for unfolding the mirror telescope 2 can be started after reaching the orbit, whereby the tension of the mirror segments 3a and the launch locks are released.

Nach dem dritten Schritt kann eine Feinjustierung der Ausrichtung der Spiegelsegmente 3a um zwei Kippachsen und in der Fokuslage mittels der Aktoren, insbesondere Piezoaktoren durchgeführt werden.After the third step, a fine adjustment of the alignment of the mirror segments 3a around two tilt axes and in the focus position can be carried out by means of the actuators, in particular piezo actuators.

Bei dem Verfahren zum Entfalten des Spiegelteleskops 2 können die Spiegelsegmente 3a somit relativ zueinander positioniert werden.In the method for unfolding the mirror telescope 2, the mirror segments 3a can thus be positioned relative to each other.

8 zeigt den vollständig entfalteten bzw. ausgeklappten Hauptspiegel 3 des erfindungsgemäßen Spiegelteleskops 2 mit der Tragstruktur 5 jedoch ohne den Sekundärspiegel 6. 8 shows the fully unfolded or unfolded main mirror 3 of the mirror telescope 2 according to the invention with the support structure 5 but without the secondary mirror 6.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Satellitsatellite
1a1a
optischer Sensoroptical sensor
1b1b
Datenkommunikationseinrichtungdata communication device
22
Spiegelteleskopreflecting telescope
33
Hauptspiegelprimary mirror
3a3a
Spiegelsegmentemirror segments
44
Erste GelenkeinrichtungenFirst joint devices
4a4a
Rotationslagerrotary bearings
4b4b
Dämpfungseinrichtungdamping device
4c4c
V-KugellagerV-ball bearings
4d4d
V-förmige NutV-shaped groove
4e4e
Kugelnballs
4f4f
lösbare Arretierungremovable locking mechanism
4g4g
Klemmeinrichtungclamping device
4h4 hours
Mechanismus zum Auskuppeln des Rotationslagersmechanism for disengaging the rotary bearing
55
Tragstruktursupporting structure
5a,5a'5a,5a'
Erste stabförmige VerbindungselementeFirst rod-shaped connecting elements
5b,5b'5b,5b'
Zweite GelenkeinrichtungenSecond joint devices
66
Sekundärspiegelsecondary mirror
6a6a
Zweite stabförmige VerbindungselementeSecond rod-shaped connecting elements
6b6b
Dritte GelenkeinrichtungenThird joint devices
77
Magazinmagazine

Claims (16)

Entfaltbares Spiegelteleskop (2), insbesondere für einen Satelliten (1), vorzugsweise Klein- / Kleinstsatelliten oder CubeSat wenigstens umfassend: - einen aufklappbaren segmentierten Hauptspiegel (3), welcher durch eine Anzahl von separaten flächigen Spiegelsegmenten (3a) gebildet ist, welche über erste Gelenkeinrichtungen (4) mit einer auseinanderklappbaren Tragstruktur (5) verbunden sind; - die auseinanderklappbare Tragstruktur (5) zur Aufnahme der Spiegelsegmente (3a) des Hauptspiegels (3), welche durch mehrere erste stabförmige Verbindungselemente (5a), die über zweite Gelenkeinrichtungen (5b) miteinander verbunden sind, gebildet ist; und - einen ausklappbaren Sekundärspiegel (6).Deployable mirror telescope (2), in particular for a satellite (1), preferably a small/micro satellite or CubeSat, comprising at least: - a foldable segmented main mirror (3), which is formed by a number of separate flat mirror segments (3a), which are connected to a foldable support structure (5) via first joint devices (4); - the foldable support structure (5) for receiving the mirror segments (3a) of the main mirror (3), which is formed by a plurality of first rod-shaped connecting elements (5a), which are connected to one another via second joint devices (5b); and - a foldable secondary mirror (6). Spiegelteleskop (2) nach Anspruch 1, wobei eine erste Gelenkeinrichtung (4) wenigstens umfasst: - ein Rotationslager (4a), dessen Welle mit einem der Spiegelsegmente (3a) verbunden ist und welches eine Drehung des verbundenen Spiegelsegments (3a) von einer Startposition in eine aufgeklappte Endposition zulässt; und/oder - einen Federmechanismus, welcher dazu ausgelegt ist, eine Drehung des verbundenen Spiegelsegments (3a) von der Startposition in die aufgeklappte Endposition zu bewirken und welcher vorzugsweise mittels einer lösbaren Arretierung (4f) aktivierbar ist; und/oder - wenigstens eine Dämpfungseinrichtung (4b), welche dazu ausgelegt ist, die durch den Federmechanismus bewirkte Drehbewegung zu dämpfen; und/oder - wenigstens zwei, vorzugsweise drei V-Kugellager (4c), welche in der aufgeklappten Endposition des verbundenen Spiegelsegments (3a) durch V-förmige Nuten (4d) und darin aufgenommene, an die V-förmigen Nuten (4d) angepasste, Kugeln (4e) gebildet sind; und/oder - eine oder mehrere Aktoren, vorzugsweise Piezoaktoren, welche dazu ausgelegt sind, eine Feinjustierung der Ausrichtung des verbundenen Spiegelsegments (3a) um zwei Kippachsen und in der Fokuslage zu ermöglichen und vorzugsweise unterhalb der Kugeln (4e) der V-Kugellager (4c) angeordnet sind.Reflector telescope (2) after claim 1 , wherein a first joint device (4) comprises at least: - a rotary bearing (4a), the shaft of which is connected to one of the mirror segments (3a) and which allows rotation of the connected mirror segment (3a) from a starting position to an unfolded end position; and/or - a spring mechanism which is designed to cause rotation of the connected mirror segment (3a) from the starting position to the unfolded end position and which can preferably be activated by means of a releasable lock (4f); and/or - at least one damping device (4b) which is designed to dampen the rotational movement caused by the spring mechanism; and/or - at least two, preferably three V-ball bearings (4c), which in the unfolded end position of the connected mirror segment (3a) are formed by V-shaped grooves (4d) and balls (4e) received therein and adapted to the V-shaped grooves (4d); and/or - one or more actuators, preferably piezo actuators, which are designed to enable fine adjustment of the alignment of the connected mirror segment (3a) about two tilt axes and in the focus position and are preferably arranged below the balls (4e) of the V-ball bearings (4c). Spiegelteleskop (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spiegelsegmente (3a) sechseckig ausgeführt sind.Reflector telescope (2) after claim 1 or 2 , wherein the mirror segments (3a) are hexagonal. Spiegelteleskop (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Spiegelsegmente (3a) eine, insbesondere außeraxiale hyperbolische oder parabolische gewölbte Fläche aufweisen.Reflector telescope (2) after claim 1 , 2 or 3 , wherein the mirror segments (3a) have a, in particular off-axis, hyperbolic or parabolic curved surface. Spiegelteleskop (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spiegelsegmente (3a) im aufgeklappten Zustand ringartig angeordnet sind.Reflecting telescope (2) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the mirror segments (3a) are arranged in a ring-like manner in the unfolded state. Spiegelteleskop (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im gefalteten Zustand des Spiegelteleskops (2): - die Spiegelsegmente (3a) gegeneinander verspannt und durch Launch-Locks gesichert sind; und/oder - die Tragstruktur (5) ein Magazin (7) ausbildet, in welchem die Spiegelsegmente (3a) hintereinander angeordnet sind.Reflecting telescope (2) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein in the folded state of the mirror telescope (2): - the mirror segments (3a) are braced against each other and secured by launch locks; and/or - the support structure (5) forms a magazine (7) in which the mirror segments (3a) are arranged one behind the other. Spiegelteleskop (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sekundärspiegel (6) durch mehrere zweite stabförmige Verbindungselemente (6a), welche über dritte Gelenkeinrichtungen (6b) miteinander verbunden sind, ausklappbar und mit der auseinanderklappbaren Tragstruktur (5) oder einer Referenzstruktur des Satelliten (1) verbunden ist.Reflecting telescope (2) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the secondary mirror (6) can be folded out by a plurality of second rod-shaped connecting elements (6a), which are connected to one another via third joint devices (6b), and is connected to the fold-out support structure (5) or a reference structure of the satellite (1). Spiegelteleskop (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der segmentierte Hauptspiegel (3) durch sechs Spiegelsegmente (3a) gebildet ist, und/oder wobei sechs erste Gelenkeinrichtungen (4) vorhanden sind, und/oder wobei sechs zweite Gelenkeinrichtungen (5b) vorhanden sind.Reflecting telescope (2) according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the segmented main mirror (3) is formed by six mirror segments (3a), and/or wherein six first joint devices (4) are present, and/or wherein six second joint devices (5b) are present. Satellit (1), insbesondere Klein- / Kleinstsatellit oder CubeSat, mit einem entfaltbaren Spiegelteleskop (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenigstens einem elektronischen oder optoelektronischen Sensor (1a), welchem das Spiegelteleskop (2) vorgeschaltet ist, und wenigstens einer Datenkommunikationseinrichtung (1b).Satellite (1), in particular small / micro satellite or CubeSat, with a deployable mirror telescope (2) according to one of the Claims 1 until 8 , at least one electronic or optoelectronic sensor (1a), upstream of which the mirror telescope (2) is connected, and at least one data communication device (1b). Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches auf einem Satelliten (1) nach Anspruch 9 angeordnet ist, wobei: - in einem ersten Schritt mehrere oder alle, insbesondere sechs zweite Gelenkeinrichtungen (5b) zum Auseinanderklappen der Tragstruktur (5) jeweils eine Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, wonach - in einem zweiten Schritt mittels der ersten Gelenkeinrichtungen (4) eine Drehung der Spiegelsegmente (3a) von der Startposition in die aufgeklappte Endposition erfolgt, und wonach - in einem dritten Schritt eine oder mehrere, insbesondere drei zweite Gelenkeinrichtungen (5b) jeweils eine weitere Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführen, um die klappbare Tragstruktur (5) wenigstens annähernd vollständig zu schließen und den segmentierten Hauptspiegel (3) auszubilden.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to one of the Claims 1 until 8 , which is on a satellite (1) to claim 9 is arranged, wherein: - in a first step, several or all, in particular six second joint devices (5b) for unfolding the support structure (5) each carry out a rotation, in particular by approximately 120°, after which - in a second step, the mirror segments (3a) are rotated from the start position into the unfolded end position by means of the first joint devices (4), and after which - in a third step, one or more, in particular three second joint devices (5b) each carry out a further rotation, in particular by approximately 120°, in order to at least approximately completely close the foldable support structure (5) and form the segmented main mirror (3). Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach Anspruch 10, wobei vor dem ersten Schritt der Sekundärspiegel (6) ausgeklappt wird.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to claim 10 , whereby the secondary mirror (6) is unfolded before the first step. Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach Anspruch 10 oder 11, wobei in dem dritten Schritt jede zweite der zweiten Gelenkeinrichtungen (5b) die weitere Drehung, insbesondere um etwa 120° ausführt, um die klappbare Tragstruktur (5) wenigstens annähernd vollständig zu schließen und den segmentierten Hauptspiegel (3) auszubilden.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to claim 10 or 11 , wherein in the third step every second of the second articulation devices (5b) carries out the further rotation, in particular by approximately 120°, in order to at least approximately completely close the foldable support structure (5) and form the segmented main mirror (3). Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei in dem dritten Schritt zum wenigstens annähernden Schließen der klappbaren Tragstruktur (5) das hinterste der ersten stabförmigen Verbindungselemente (5a') mit der vordersten zweiten Gelenkeinrichtung (5b') vorzugsweise fest verbunden wird.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to claim 10 , 11 or 12 , wherein in the third step for at least approximately closing the foldable support structure (5), the rearmost of the first rod-shaped connecting elements (5a') is preferably firmly connected to the frontmost second joint device (5b'). Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, welches nach Erreichen der Umlaufbahn gestartet wird, wobei die Verspannung der Spiegelsegmente (3a) und die Launch-Locks gelöst werden.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to one of the Claims 10 until 13 , which is launched after reaching the orbit, whereby the bracing of the mirror segments (3a) and the launch locks are released. Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei nach dem dritten Schritt eine Feinjustierung der Ausrichtung der Spiegelsegmente (3a) um zwei Kippachsen und in der Fokuslage mittels der Aktoren durchgeführt wird.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to one of the Claims 10 until 14 , wherein after the third step a fine adjustment of the alignment of the mirror segments (3a) about two tilt axes and in the focus position is carried out by means of the actuators. Verfahren zum Entfalten eines Spiegelteleskops (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Spiegelsegmente (3a) relativ zueinander positioniert werden.Method for unfolding a mirror telescope (2) according to one of the Claims 10 until 15 , wherein the mirror segments (3a) are positioned relative to each other.
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