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Dokumentenidentifikation DE19902230A1 03.08.2000
Titel Nutzlastträger für Raumstationen
Anmelder DaimlerChrysler Aerospace AG, 85521 Ottobrunn, DE
Erfinder Bank, Cristian, Dipl.-Ing., 28237 Bremen, DE
Vertreter Patentanwälte HANSMANN-KLICKOW-HANSMANN, 22767 Hamburg
DE-Anmeldedatum 21.01.1999
DE-Aktenzeichen 19902230
Offenlegungstag 03.08.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.08.2000
IPC-Hauptklasse B64G 1/22
Zusammenfassung Ein Nutzlastträger für Raumstationen besteht aus einer Gitterstruktur, die mit einer ersten, als Anschlußpunkt an die Raumstation ausgebildeten Außenfläche auf eine an der Raumstation angeordnete, mit Versorgungsanschlüssen versehene und als Nahtstelle ausgebildete Aufnahmeeinheit aufsetzbar ist, wobei diese Außenfläche ein zur Nahtstelle passendes Kopplungselement aufweist. Weitere Außenflächen der Gitterstruktur sind ihrerseits als Aufnahmeeinheiten entweder für weitere Nutzlastträger oder für aktive bzw. passive Nutzlasten ausgebildet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Nutzlastträger für Raumstationen, die im Außenbereich befestigbar und als Baukastensystem austauschbar und ergänzbar sind.

Die in Bau befindliche internationale Raumstation ISS und Raumtransporter wie das US Space-Shuttle bieten diverse Möglichkeiten sowohl für den Transport als auch für den Betrieb externer Nutzlasten. Dabei wird funktionell unterschieden zwischen Transportgestellen oder Tragstrukturen für den Transport von der Erde in den Orbit, beispielsweise an Bord des US Space- Shuttles, Montageplattformen zum Betrieb im Weltraum sowie Versorgungsnahtstellen für elektrische Energie und für die Datenübertragung.

Für jede der vorgenannten Funktionen gibt es unterschiedliche, getrennte Ansätze sowohl bezüglich ihrer Standardisierung als auch hinsichtlich ihrer Wiederverwendbarkeit. Dadurch sind diese Lösungen jeweils missionsspezifisch ausgelegt und zwangsläufig relativ kostenintensiv. So existieren diverse Transportgerüste für die Beförderung von Nutzlasten an Bord von Raumtransportern, in erster Linie des US Space-Shuttles, in Form von Paletten, Brücken und Plattformen. Diese Strukturen sind ausschließlich für diesen Transport von der Erde in den Orbit konzipiert und erlauben in der Regel keinen Betrieb der auf ihnen montierten Nutzlasten außerhalb der Ladebucht des Raumtransporters.

Insbesondere im Hinblick auf die in Bau befindliche internationale Raumstation ISS wurde für externe Nutzlasten eine Standard-Versorgungsnahtstelle, die sogenannte Modified EDO Plate (MEP), entwickelt. Diese Versorgungsnahtstelle, die beispielsweise in der Zeitschrift "Der Spiegel" Nr. 47, 1998, Seite 226 dargestellt ist, wird voraussichtlich nicht nur im amerikanischen, sondern auch im europäischen und gegebenenfalls auf im russischen Teil der internationalen Raumstation ISS benutzt werden. Sie kann, unabhängig von der Tragkraft der Struktur und deren Versorgungskapazität bezüglich Strom und Datenübertragung, maximal jeweils zwei getrennte Nutzlasten aufnehmen und schränkt damit die Zahl der zur Verfügung stehenden Akkommodationsmöglichkeiten stark ein.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zahl der möglichen Aufnahmestellen für Nutzlasten nachhaltig zu vergrößern, ohne dadurch die Komplexität und die Kosten des gesamten Systems wesentlich zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Nutzlastträger gelöst, der aus einer Gitterstruktur besteht, die mit einer ersten, als Anschlußpunkt an die Raumstation ausgebildeten Außenfläche auf eine an der Raumstation angeordnete, mit Versorgungsanschlüssen versehene und als Nahtstelle ausgebildete Aufnahmeeinheit aufsetzbar ist, wobei die erste Außenfläche ein zur Nahtstelle korrespondierendes Kopplungselement aufweist, und wobei wenigstens eine weitere Außenfläche der Gitterstruktur als Aufnahmeeinheit ausgebildet ist. Letztere kann sowohl als Nahtstelle für den Anschluß eines oder mehrerer weiterer externer Nutzlastträger als in Form einer einfachen Montageplatte, ohne Versorgungsanschlüsse, zur Aufnahme sogenannter passiver Nutzlasten ausgebildet sein.

Die am Anschlußpunkt abgegriffenen Versorgungsleitungen für Energie, Daten usw. werden bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nutzlastträgers über einen internen Kabelbaum sowohl im Inneren der Gitterstruktur zur Verfügung gestellt als auch zu der bzw. den Nahtstellen für den Anschluß weiterer derartiger Nutzlastträger geleitet. Auf diese Weise können ohne großen konstruktiven Aufwand beispielsweise bis zu fünf externe und eine interne Anschlußmöglichkeit für aktive und passive Nutzlasten zur Verfügung gestellt werden.

Die wesentlichen Vorteile des Nutzlastträgers nach der Erfindung liegen in der Bereitstellung weiterer standardisierter externer Nahtstelle für die Aufnahme zusätzlicher Nutzlasten, wobei zugleich die Möglichkeit einer einfachen Montage und Verifikation gegeben ist. Außerdem sind flexible Montagemöglichkeiten für interne und externe, für aktive ebenso wie für passive Nutzlasten gegeben, so daß die Erfindung für eine Vielzahl von Nutzlasttypen verwendbar ist. Sie kann je nach Bedarf der montierten Nutzlasten mit Zusatzgeräten ausgestattet werden, wodurch die Vorbereitungskosten für eine Mission erheblich gesenkt werden können.

Die Nutzlasten sind dabei einfach auf dem Nutzlastträger nach der Erfindung zu montieren und können bereits am Boden getestet werden, so daß bei mehreren voneinander unabhängigen Nutzlasten eine hohe Zuverlässigkeit gegeben ist und nur geringe Vorbereitungskosten anfallen. Der Nutzlastträger nach der Erfindung ist mehrfach verwendbar, so daß sich die Entwicklungs- und Baukosten auf mehrere Missionen verteilen. Aufgrund seiner geringen Strukturmasse im Verhältnis zur aufzunehmenden Nutzlastmasse liegen die Kosten pro Start vergleichsweise niedrig. Seine geringe Größe macht die Mitnahme auf verschiedenen Raumtransportern möglich und er ist sowohl durch einen Roboterarm als auch durch Astronauten manövrierbar. Insgesamt ermöglicht die durch den erfindungsgemäßen Nutzlastträger gegebene Vervielfachung der Standardnahtstelle somit eine nahezu beliebige Erweiterung durch einfaches Aufstecken weiterer derartiger Strukturen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Raumstation mit montierten Nutzlastträgern,

Fig. 2 eine Detaildarstellung der in Fig. 1 eingesetzten Nutzlastträger und

Fig. 3 eine seitliche Ansicht einer weiteren aus einer Raumstation und einem Nutzlastträger bestehenden Anordnung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind zwei Nutzlastträger 1, 2 an einer von zwei externen Aufnahmeeinheiten 3, 4 für Nutzlasten montiert. Die Aufnahmeeinheiten 3, 4 sind Teil einer Raumstation 5, in diesem Fall des COLUMBUS-Labors der internationale Raumstation ISS. Die Nutzlastträger 1, 2 sind ihrerseits mit diversen Nutzlasten 6 bis 8 ausgestattet. Ferner tragen sie Zusatzgeräte 9 für die Stromversorgung sowie einen Nutzlastrechner 10, beide im Inneren eines der Nutzlastträger 1, 2 angeordnet.

Wie in Fig. 2 im Detail dargestellt, wird jeder Nutzlastträger 1, 2 von einer im wesentlichen rechtwinkligen Gitterstruktur 11 gebildet, die ihrerseits aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff oder einem Metall, vorzugsweise Aluminium oder Titan, besteht. Breite und Höhe der Nutzlastträger 1, 2 entsprechen mindestens den Abmessungen der zugeordneten Aufnahmeeinheiten 3, 4 an der Raumstation 5.

Diese Aufnahmeeinheiten 3, 4 sind mit Versorgungsanschlüssen für Energie und Datenübertragung versehen und bilden damit die Nahtstellen für den Anschluß der Nutzlastträger 1, 2, wobei jeweils eine der Außenflächen 12, 13 der Nutzlastträger 1, 2 mit einem zu dieser Nahtstelle passenden Kopplungselement ausgestattet ist. Eine, bzw. im Fall des Nutzlastträgers 2 zwei weitere Außenflächen 14 bzw. 15, 16 sind entsprechend, den Aufnahmeeinheiten 3, 4 ausgebildet und mit identischen Versorgungsanschlüssen versehen. Auf diese Weise können sie als Nahtstelle für den Anschluß weiterer Nutzlastträger oder sogenannter aktiver Nutzlasten dienen. Auf weiteren Außenflächen 17, 18 der Nutzlastträger 1, 2 sind Montage-Lochplatten 19, 20 montiert, die keine derartigen Versorgungsanschlüsse aufweisen und der Aufnahme sogenannter passiver Nutzlasten dienen.

Der Innenraum der Nutzlastträger 1, 2 ist frei zugänglich und bietet Stauraum für die Aufnahme von Geräten.

Die Nutzlastträger 1, 2 können bei Bedarf mit externen Stützstreben versehen werden, die diese während des Starts im Laderaum des Raumtransporters fixieren. Diese Stützstreben verbleiben bei Entnahme der Nutzlastträger 1, 2 im Laderaum.

Zum Transfer im Orbit verfügen die Nutzlastträger 1, 2 weiterhin über Handgriffe sowie einen Angriffspunkt für einen Roboterarm.

Fig. 3 zeigt in einer der Darstellung gemäß Fig. 1 vergleichbaren Anordnung einen weiteren Nutzlastträger 21, der an einer von zwei externen Aufnahmeeinheiten 23, 24 für Nutzlasten, sogenannten External Payload Facilities, eines COLUMBUS-Moduls 25 als Bestandteil der internationalen Raumstation ISS montiert ist. Der Nutzlastträger 21 ist im Fall des hier dargestellten Ausführungsbeispiels mit insgesamt vier aktiven Nutzlasten 26 bis 29 versehen. Drei davon sind an entsprechenden Aufnahmeeinheiten extern auf der Ober- bzw. seiner Stirnseite dieses Nutzlastträgers 21 angebracht, die vierte aktive Nutzlast 29 befindet sich in seinem Inneren, wo identische Versorgungsanschlüsse vorhanden sind. Schließlich ist auf einer an der Unterseite des Nutzlastträgers 21 angebrachten Montage- Lochplatte 30 eine extern montierte passive Nutzlast 31 angeordnet.

Ein Kabelbaum 32 verbindet Versorgungsleitungen 33 aus der Raumstation 25 mit den entsprechenden Versorgungssteckern am bzw. im. Inneren des Nutzlastträgers 21. Ferner stellt im Bedarfsfall eine Stromverteilungseinheit fernbedienbare Sicherungen, Schalter, Sensoren usw. für die Nutzlasten zur Verfügung. Ein ebenfalls im Bedarfsfall vorzusehender Nutzlastrechner ermöglicht die Kontrolle und/oder Steuerung der auf dem Nutzlastträger installierten Nutzlasten über entsprechende Verbindungsleitungen.

Nach der Auswahl derjenigen Nutzlasten, die gemeinsam auf einem Nutzlastträger gestartet werden sollen, und der Auswahl des entsprechenden Transportgerätes erfolgt die Installation der benötigten Aufnahmeeinheiten und/oder Montageplatten, an den jeweils gewünschten Seiten der Gitterstruktur der Nutzlastträger. Bei Bedarf werden Zusatzgeräte installiert und mit den Versorgungsanschlüsse verbunden. Anschließend erfolgt ein Test aller Verbindungen und die Installation der Nutzlastträger in der Ladebucht des Raumtransporters. Nach erfolgtem Start und Erreichen des vorgesehenen Orbits wird der Nutzlastträger aus der Ladebucht des Raumtransporters entnommen und per Roboterarm oder durch Astronauten zur vorgesehenen Nahtstelle befördert. Dort wird der Nutzlastträger auf die vorgesehen Aufnahmeeinheit aufgesteckt und seine Versorgung aktiviert. Je nach der Art der durchzuführenden Mission werden anschließend weitere Nutzlastträger an den ersten angeschlossen und/oder es erfolgt gegebenenfalls eine Umkonfiguration der Nutzlasten. Nach Beendigung der Mission und der Abnahme von der Raumstation wird der Nutzlastträger zur Erde zurücktransportiert, wo die Nutzlasten demontiert und auf ihre mögliche Wiederverwendbarkeit hin überprüft werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Nutzlastträger für Raumstationen, die im Außenbereich befestigbar und als Baukastensystem austauschbar und ergänzbar sind, gekennzeichnet durch eine Gitterstruktur (11), die mit einer ersten, als Anschlußpunkt an die Raumstation ausgebildeten Außenfläche (12, 13) auf eine an der Raumstation (5, 25) angeordnete, mit Versorgungsanschlüssen versehene und als Nahtstelle ausgebildete Aufnahmeeinheit (3, 4, 23, 24) aufsetzbar ist, wobei die erste Außenfläche (12, 13) ein zur Nahtstelle korrespondierendes Kopplungselement aufweist, und wobei wenigstens eine weitere Außenfläche der Gitterstruktur (11) als Aufnahmeeinheit (14-19) ausgebildet ist.
  2. 2. Nutzlastträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aufnahmeeinheit (14-17) als mit Versorgungsanschlüssen versehene Nahtstelle ausgebildet ist.
  3. 3. Nutzlastträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsanschlüsse mit Leitungen für die Übertragung von Energie und Daten ausgestattet sind.
  4. 4. Nutzlastträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Aufnahmeeinheit (17, 18) als eine Montageplatte ausgebildet ist.
  5. 5. Nutzlastträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsanschlüsse auch im. Inneren der Gitterstruktur (11) vorgesehen sind.






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