DE19846327C1

DE19846327C1 - Recoverable small aerodynamic vehicle dispatched by parent space vehicles for monitoring, inspecting and repairing tasks has a modular construction under a spherical, flexible external capsule

Info

Publication number: DE19846327C1
Application number: DE19846327A
Authority: DE
Inventors: Lothar Kerstein
Original assignee: DaimlerChrysler Aerospace AG
Current assignee: Airbus DS GmbH
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2018-10-09

Abstract

A payload module with a drive and control module (3,4) is fitted with a series of cold gas driving mechanisms. Using a mechanical gripping device (7), it can pick-up different tools and sensors, switching them around according to whatever task is set. The module is tied by a cable and operated automatically with the help of a video navigation system with a CCD camera (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Flugkörper, insbesondere von einem Raumfahrtgerät aussetzbar und in diese rückholbarer Kleinflugkörper für Überwachungs-, Inspektions- und Reparaturaufgaben mit einem Antriebs- und Steuersystem sowie einer kugelförmigen, verformbaren Außenhülle.The invention relates to a missile, in particular from can be exposed to a spacecraft and can be retrieved into it Small missile for surveillance, inspection and Repair tasks with a drive and control system and a spherical, deformable outer shell.

Raumfahrtgeräte, die für die Wahrnehmung von Inspektions- und Meßaufgaben außerhalb einer Raumstation, aber auch für die Durchführung von Reparaturaufgaben einzusetzen sind und die zu diesem Zweck von der Raumstation ausge setzt werden und nach beendeter Mission wieder eingeholt werden, sind bereits bekannt. So wurde bei den Repara turarbeiten an der MIR-Raumstation beispielsweise unter der Bezeichnung X-MIR Inspector zu Testzwecken ein Flug körper eingesetzt, mit dessen Hilfe ein Videonavigations- und Inspektionssystem verifiziert werden sollte. Daneben ist mit der Bezeichnung AERCam Sprint unter der Internet- Adresse http://station.nasa.gov/station/assembly/sprint/ vom 4. Dezember 1997 in der Entwicklung befindlicher Flugkörper der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei dem im Inneren einer Kugel von einem Durchmesser von etwa 350 Millimetern zwei Fernsehkameras angeordnet sind. Dieser mit einem eigenen Steuer- und Navigationssystem sowie mit insgesamt zwölf miniaturisiertem stickstoffgas getriebenen Triebwerken ausgestattete und als sogenannter Free Flyer konzipierte bekannte Flugkörper wurde bei einem Demonstrationsflug im Laderaum des Space Shuttle ausgesetzt, wo er ferngelenkt einen kurzen Flug absolvierte.Space equipment necessary for the perception of inspection and measuring tasks outside a space station, but also to be used for carrying out repair tasks are and for this purpose from the space station be set and caught up again after the mission has ended are already known. So it was with the reparas For example, work on the MIR space station at the name X-MIR Inspector for testing purposes a flight body used, with the help of a video navigation and inspection system should be verified. Besides is called AERCam Sprint under the Internet Address http://station.nasa.gov/station/assembly/sprint/ from December 4, 1997 under development Missiles of the type mentioned have become known, in the inside of a sphere with a diameter of about 350 millimeters two television cameras are arranged. This with its own control and navigation system and a total of twelve miniaturized nitrogen gas powered engines and as so-called Free Flyer was designed by well-known missiles a demonstration flight in the hold of the Space Shuttle exposed where he remotely steered a short flight graduated.

Nach der US 5,299,764 ist ferner ein Servicesystem für Raumstationen bekannt, wobei über eine Rakete mit einer Transporteinheit mehrere selbständige Reparaturmodule in den Weltraum gebracht werden. Im Bereich der Raumstation werden die Reparaturmodule von der Transporteinheit gelöst, um ihre Mission auszuführen. Jedes Reparaturmodul weist hierbei ein Antriebssystem sowie Steuerraketen für eine Lageregelung auf und enthält eine Einheit mit den für die Mission erforderlichen Sensoren und Werkzeuge.According to US 5,299,764 is also a service system for Known space stations, using a rocket with a Transport unit several independent repair modules in be brought into space. In the area of the space station the repair modules from the transport unit solved to accomplish their mission. Any repair module has a propulsion system and control rockets for a position control and contains a unit with the sensors and tools required for the mission.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Flugkörper so auszubilden, daß er möglichst vielseitig für Aufgaben im Außenbereich einer Raumstation einsetzbar ist und dabei ein Höchstmaß an Sicherheit und Handhabbarkeit bietet.The object of the invention is such a missile to be trained so that it is as versatile as possible for tasks can be used outdoors in a space station and maximum security and manageability offers.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Flugkörper mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Der Flugkörper nach der Erfindung weist dabei den Vorteil auf, daß er im Orbit, beispielsweise im Inneren des Space Shuttle oder einer Raumstation gewartet und betankt werden kann und seine Batterien wieder aufgeladen werden können. Auch kann der erfindungsgemäße Flugkörper im Orbit umgerüstet oder repariert werden, so daß er nach einem erfolgtem Transport in den Orbit in diesem ver bleiben kann. Wegen seines nur geringen erforderlichen Drucktanks, der die entsprechenden Sicherheitsan forderungen hinsichtlich Druck und Volumen erfüllt, können alle genannten Arbeiten im Inneren der Raumstation erfolgen.The invention solves this problem with a missile with the characterizing features of claim 1. The missile according to the invention has the advantage that he is in orbit, for example inside the space Shuttle or a space station serviced and refueled and its batteries can be recharged can. The missile according to the invention can also Orbit can be refitted or repaired, so that it can a successful transport into orbit in this ver can stay. Because of its minimal requirement Pressure tanks, the appropriate safety an pressure and volume requirements met, can do all of the above work inside the space station respectively.

Dadurch, daß optimal ein seilgefesselter Betrieb mit mechanischen oder elektrostatischen Greifvorrichtungen möglich ist, können mit dem Flugkörper nach der Erfindung auch größere Objekte, wie Satelliten, angeflogen und transportiert werden. In diesem Fall erfolgt die Kontrolle des Flugkörpers durch einen ebenfalls im Orbit befindlichen Astronauten, während sie ansonsten vom Inneren des Raumfahrzeuges aus vollautomatisch mittels eines Videonavigationssystems erfolgen kann.The fact that optimally a rope-bound operation with mechanical or electrostatic gripping devices is possible can with the missile according to the invention also flown to larger objects such as satellites and be transported. In this case the Control of the missile by an also in orbit astronauts, while they are otherwise from Interior of the spacecraft from fully automatic a video navigation system can be done.

Die modulare Bauweise des erfindungsgemäßen Flugkörpers ermöglicht nicht nur dessen In-Orbit-Servicefähigkeit, sondern auch den einfachen Austausch von Untersystemen und Nutzlasten wie Sensoren und verschiedenen Greifwerk zeugen.The modular design of the missile according to the invention not only enables its in-orbit service capability, but also the simple exchange of subsystems and payloads such as sensors and various gripping mechanisms testify.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in der Zeich nung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is based on the in the drawing tion illustrated embodiments explained in more detail become. Show it:

Fig. 1 einen ersten Flugkörper in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 shows a first flight body in perspective view,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Anordnung gemäß Fig. 1, Fig. 2 is an exploded view of the arrangement according to FIG. 1,

Fig. 3 einen zweiten Flugkörper, Fig. 3 shows a second flight body,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung der Anordnung nach Fig. 3 und Fig. 4 is an exploded view of the arrangement of Fig. 3 and

Fig. 5 eine Detaildarstellung eines dritten Flug körpers. Fig. 5 is a detailed representation of a third missile.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte kugelförmige Flugkörper weist einen Durchmesser von etwa 350 Milli metern auf. Unter einer weichen, verformbaren Schutzhülle 1, 2, in die zugleich eine rundum wirksame Antenne inte griert ist, sind unter anderem eine integrierte Antriebs plattform, die im Detail in Fig. 3 dargestellt ist, sowie Kontroll- bzw. Steuereinrichtungen und Funktionskompo nenten angeordnet.The spherical missile shown in FIGS . 1 and 2 has a diameter of about 350 millimeters. Under a soft, deformable protective cover 1 , 2 , in which an all-round effective antenna is integrated, among other things, an integrated drive platform, which is shown in detail in FIG. 3, as well as control or control devices and functional components are arranged.

In Fig. 1 erkennbar sind acht von insgesamt sechzehn Kaltgastriebwerken, die jeweils zu Viererblöcken 3 bis 6 zusammengefaßt sind, ferner drei Arme einer mechanischen Greifvorrichtung 7 sowie eine Öffnung für Überwachungs einrichtungen wie eine CCD-Kamera 8 und/oder einen Infra rotsensor. In weiteren Öffnungen der Schutzhülle 1, 2 befinden sich ein Betankungsstutzen 9 für das zum Betrieb der Triebwerke verwendete Kaltgas, ein Anschlußstecker 10 zum Aufladen der mitgeführten Batterien sowie eine Anzeigeeinheit 11 zur Anzeige des Ladezustandes von Batterie, Tanks usw. Schließlich ist in Fig. 1 noch ein Griff 12 für die Handhabung des Flugkörpers durch einen Astronauten erkennbar.In Fig. 1 can be seen eight of a total of sixteen cold gas engines, each grouped into blocks of four 3 to 6 , three arms of a mechanical gripping device 7 and an opening for monitoring devices such as a CCD camera 8 and / or an infrared sensor. In further openings of the protective cover 1 , 2 there is a refueling nozzle 9 for the cold gas used to operate the engines, a connector plug 10 for charging the batteries carried as well as a display unit 11 for displaying the state of charge of the battery, tanks, etc. Finally in FIG. 1 a handle 12 for the handling of the missile by an astronaut can be seen.

Die Explosionsdarstellung in Fig. 2 zeigt den modul förmigen Aufbau des Flugkörpers, bei dem an einer Träger platte 13 die einzelnen Nutzlastkomponenten, in diesem Fall die mechanische Greifvorrichtung 7 und die CCD- Kamera 8, gehaltert sind. Eine zweite, zentral ange ordnete Trägerplatte 14 trägt im wesentlichen die für den Betrieb des Flugkörpers erforderlichen Komponenten wie vier Batterien 15 bis 18, die Triebwerksblöcke 3 bis 6 und zwei Treibstofftanks 19 und 20. An einer dritten Trägerplatte 21 sind schließlich die Tankstutzen 9 und der Griff 12 angebracht.The exploded view in FIG. 2 shows the modular structure of the missile, in which the individual payload components, in this case the mechanical gripping device 7 and the CCD camera 8 , are held on a carrier plate 13 . A second, centrally arranged carrier plate 14 essentially carries the components required for the operation of the missile, such as four batteries 15 to 18 , the engine blocks 3 to 6 and two fuel tanks 19 and 20 . Finally, the tank neck 9 and the handle 12 are attached to a third carrier plate 21 .

Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Flugkörper unter scheidet sich von dem vorangehend beschriebenen in zweierlei Hinsicht. Zum einen ist dieser Flugkörper für einen seilgefesellten Betrieb ausgestattet, im Gegensatz zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten frei fliegenden Variante, und zum anderen besitzt dieser Flugkörper eine elektrostatische Greifvorrichtung. Im einzelnen sind in Fig. 3 neben der zweiteiligen Schutzhülle 31, 32 zwei von vier Triebwerksblöcken 33 bis 36, Tankstutzen 39, Batteriestecker 40 und Anzeige 41 die Komponenten einer elektrostatischen Greifvorrichtung 37 und ein Handgriff 42 als Komponente eines integrierten Bedienteils für den gefesselten Betrieb an einem Verbindungsseil 52 erkennbar.The missile shown in FIGS. 3 and 4 differs from that described above in two respects. On the one hand, this missile is equipped for rope-bound operation, in contrast to the free-flying variant shown in FIGS . 1 and 2, and on the other hand, this missile has an electrostatic gripping device. In detail, in Fig. 3 in addition to the two-part protective sheath 31, 32 two of four engine blocks 33 to 36, fuel tank filler neck 39, the battery connector 40 and display 41, the components of an electrostatic gripping device 37 and a handle 42 as a component of an integrated control unit for the tethered operation on a connecting rope 52 recognizable.

Weitere Deals dieses Flugkörpers sind wiederum in der Explosionsdarstellung in Fig. 4 gezeigt. So ist im Zentrum der elektrostatischen Greifvorrichtung 37 eine CCD-Kamera 38 angeordnet, und es sind zwei Treibstoff tanks 49, 50 vorgesehen. Der Handgriff 42 ist an einem Gehäuse 53 angebracht, das neben zwei Kontrollhebeln 54 auch eine Antriebsvorrichtung 55 für das Seil 52 enthält. Auch in diesem Fall weist der Flugkörper eine weitgehend integrierte Antriebsplattform auf, bei der Ventile, Triebwerke, die elektronischen Steuerkomponenten sowie sämtliche Verbindungsleitungen zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind und lediglich die Treibstofftanks 49, 50 separate Komponenten darstellen.Further deals of this missile are again shown in the exploded view in FIG. 4. A CCD camera 38 is arranged in the center of the electrostatic gripping device 37 , and two fuel tanks 49 , 50 are provided. The handle 42 is attached to a housing 53 which, in addition to two control levers 54, also contains a drive device 55 for the cable 52 . In this case too, the missile has a largely integrated drive platform, in which valves, engines, the electronic control components and all connecting lines are combined to form an assembly and only the fuel tanks 49 , 50 represent separate components.

Bei dem in Fig. 5 ohne die ihn umgebende Schutzhülle dar gestellten Flugkörper sind bei ansonsten identischem Auf bau wie ihn der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Flug körper aufweist anstelle einer Greifvorrichtung zusätz lich zu einer CCD-Kamera 68 weitere Sensoren 66 und 67 vorgesehen, die an einer Trägerplatte 74 gehaltert sind. Auch dieser Flugkörper ist wieder mit insgesamt sechzehn Triebwerken ausgestattet, die, zu vier Triebwerksblöcken 63 bis 65 zusammengefaßt, dem Gerät eine hohe Manövrier fähigkeit verleihen und einen Einsatz auch im Nahbereich orbitaler Systeme ermöglichen. Hinzu kommen zwei Treib stofftanks 79, 80 sowie Tankstutzen 69, Batteriestecker 70, Anzeige 71 und Griff 72.In the case of the missile shown in FIG. 5 without the protective sheath surrounding it, with an otherwise identical construction to that of the missile shown in FIGS . 1 and 2, instead of a gripping device 68 additional sensors 66 and 67 are added to a CCD camera provided, which are held on a carrier plate 74 . This missile is again equipped with a total of sixteen engines, which, combined into four engine blocks 63 to 65 , give the device a high level of maneuverability and enable use even in the vicinity of orbital systems. In addition, there are two fuel tanks 79 , 80 as well as tank nozzle 69 , battery connector 70 , display 71 and handle 72 .

Allen beschriebenen Flugkörpern gemeinsam ist, daß sie aufgrund ihrer extrem kleinen und leichten Bauweise, ihrer nachgiebigen Außenhaut und der Abwesenheit scharfer Kanten oder Ecken hohen Sicherheitsforderungen genügen und für eine Vielzahl von Überwachungs- und Handhabungs aufgaben außerhalb von Raumstationen einsetzbar sind.All of the missiles described have in common that they due to their extremely small and light construction, their compliant outer skin and the absence of sharpness Edges or corners meet high security requirements and for a variety of monitoring and handling tasks can be used outside of space stations.

Claims

1. missile, in particular deployable by a spacecraft and in this retrievable small missile for monitoring, inspection and repair tasks with a drive and control system and a spherical, deformable outer shell, characterized in that the drive and control system forming assemblies ( 3 -6 , 15-20 , 33-36 , 49 , 50 , 63-65 , 79 , 80 ) are combined to form a unit and together with a payload module ( 7 , 8 , 13 , 37 , 38 , 66-68 ) the components form the modular missile and that on the outer shell ( 1 , 2 , 31 , 32 ) elements ( 9-12 , 39-42 , 69-72 ) are arranged for maintenance, control and handling of the missile.

2. Missile according to claim 1, characterized in that devices ( 42 , 53-55 ) are provided for rope-bound handling.

3. Missile according to claim 1 or 2, characterized in that an automated video navigation system ( 8 , 38 , 68 ) is provided.

4. Missile according to one of claims 1 to 3, characterized in that the payload module comprises a mechanical gripping device ( 7 ).

5. Missile according to one of claims 1 to 3, characterized in that the payload module comprises an electrostatic gripping device ( 37 ).

6. Missile according to one of claims 1 to 5, characterized in that an antenna is integrated in the outer shell ( 1 , 2 , 31 , 32 ).

7. Missile according to one of claims 1 to 6, characterized in that a tank neck ( 9 , 39 , 69 ) is arranged in the outer shell ( 1 , 231 , 32 ).

8. Missile according to one of claims 1 to 7, characterized in that an elec trical connector ( 10 , 40 , 70 ) is arranged in the outer shell.