ESTRUCTURA LIGERA DESPLEGABLE Y RIGIDIZABLE DESPUES DEL DESPLIEGUE, SU PROCEDIMIENTO DE REALIZACION, Y SU APLICACION AL EQUIPAMIENTO DE UN VEHICULO ESPACIAL.

Estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue,

que comprende un cordaje (1-2, 1a-2a, 13- 25-12b, 18-19, 25) constituido por lo menos por una cuerda flexible (1, 2, 1a, 1b, 2a, 2b, 18, 19, 25) impregnada de un material endurecible, de endurecimiento controlable, destinado a rigidizar dicha por lo menos una cuerda después de su despliegue y extensión, siendo dicha estructura independiente de cualquier medio de despliegue (3, 3'', 13a-13b, 15-16), destinado a extender por lo menos una cuerda (1'', 2, 1a, 1b, 2a, 2b, 12b; 18, 19) de la estructura y a mantenerla tensada durante el endurecimiento de dicho material endurecible

Estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue, su procedimiento de realización, y su aplicación al equipamiento de un vehículo espacial.

La presente invención se refiere a una estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue, que puede ser muy sencilla, pero también potencialmente compleja, así como a su procedimiento de realización y, en una aplicación para la cual la estructura según la invención, presenta un interés particular para el solicitante, a su aplicación para el equipamiento de vehículos espaciales, por ejemplo, y de manera no limitativa, para la realización de bielas de rigidización que mantienen paneles, solares o de radiadores, en posición desplegada con respecto al cuerpo del vehículo espacial, para mantener un componente, por ejemplo exterior, en una posición determinada y con un distanciamiento determinado con relación al cuerpo del vehículo espacial, o también para mantener extendida una superficie, por ejemplo plana, tal como una pantalla solar, o compleja, tal como un reflector de antena.

De una manera general, la invención propone una técnica de realización de una estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue que, después de su almacenamiento con un volumen reducido, se puede desplegar manualmente o con la ayuda de medios de despliegue apropiados, tras lo cual la estructura puede ser rigidizada, pudiendo los eventuales medios de despliegue ser retirados o escamoteados después de su intervención, como un utilaje de montaje o una máquina-utilaje de montaje que se desmonta y/o se desplaza a continuación.

La estructura y el procedimiento según la invención se pueden usar para la realización de cualquier estructura que debe ser transportada y/o mantenida en un volumen reducido y después puede ser desplegada y rigidizada in situ.

En el sector espacial, los vehículos espaciales, tales como satélites artificiales y sondas de exploración o interplanetarias, presentan cuerpos y equipamientos cada vez más complejos, que necesitan unas estructuras al mismo tiempo ligeras y de volumen reducido, para minimizar la masa y el volumen durante el despegue del vehículo espacial, y estables para mantener unas posiciones relativas precisas, en particular de instrumentos de medición embarcados con respecto al cuerpo del vehículo espacial.

Simultáneamente, la invención propone una estructura del tipo presentado anteriormente y un procedimiento de realización de esta estructura que son de bajo coste, con respecto a materiales y técnicas que se pueden usar, y de gran facilidad de realización.

Las estructuras ligeras desplegables del estado de la técnica son de tres tipos principales.

Las del primer tipo son estructuras mecánicas, constituidas por piezas rígidas articuladas entre sí, pudiendo estas estructuras comprender asimismo unos tirantes de fijación. En general, las estructuras de este tipo son desplegadas mediante la acción de resortes, pero pueden asimismo desplegarse, extenderse o abrirse mediante el hinchado de, por lo menos un elemento expandible, pudiendo los resortes y los elementos expandibles conservar su energía elástica o su presión de hinchado para que las estructuras desplegadas conserven su forma, tal como se conoce a partir del documento US nº 5.990.851.

Las estructuras ligeras desplegables del segundo tipo son estructuras flexibles, que recurren a piezas elásticas, y que son en general plegadas bajo tensiones y que se despliegan sin ayuda exterior, en cuanto se liberan las tensiones, por ejemplo mediante la apertura de un contenedor en el que están almacenadas en un volumen pequeño, por ejemplo en estado plegado, arrollado o aplastado. Su constitución puede ser sencilla, del tipo cinta que se desarrolla de una bobina, y de la cual una cierta longitud devanada se mantiene tensada debido a la conformación de la cinta y del material constitutivo, por ejemplo del tipo cinta métrica. Pero su constitución puede ser asimismo más compleja, y puede comprender, por ejemplo, un montaje de elementos elásticos, tal como se conoce a partir del documento WO 03/062565.

Las estructuras ligeras desplegables del tercer tipo son estructuras generalmente hinchables, que recurren a elementos expandibles, tal como se conoce a partir del documento WO 02/097917, y eventualmente recubiertas por materiales con endurecimiento después de la extensión, tal como se conoce a partir de los documentos US nº 4.755.819 y WO 2004/072413, o que comprenden dichos materiales de endurecimiento después de la extensión, tal como se conoce a partir de los documentos US nº 5.579.609 y US nº 6.735.920, cuando se busca estabilidad de forma a largo plazo.

Las formas de realización del estado de la técnica más próximas de la invención, a saber, las estructuras hinchables que comprenden materiales con endurecimiento después de la extensión o recubiertas por dichos materiales, adolecen de ciertos inconvenientes principales.

Después del despliegue, estas estructuras tienen unos volúmenes que siguen siendo unas formas sencillas o son unos ensamblajes de formas sencillas, tales como tubos y volúmenes parecidos a esferas o segmentos de esferas.

Además, la cohesión necesaria entre la estructura hinchable y el elemento o elementos con endurecimiento complica la fabricación del conjunto. En particular en el documento US nº 5.579.609, la envolvente de la estructura hinchable permanece solidaria de envolventes de los elementos con endurecimiento, de manera que el dispositivo de despliegue con estructura hinchable no es independiente de la estructura ligera desplegable rigidizable.

Además, el ensamblaje del conjunto se complica aún más si es necesario por lo menos un contra-elemento expandible para procurar la forma final a la estructura desplegada y retener el material endurecible.

Por otro lado, con dichas estructuras conocidas, una secuencia de un hinchado, seguido de deshinchado y de plegado de la estructura, si estas operaciones son posibles, puede cuestionar las posiciones relativas de los diferentes elementos de la estructura así como la cohesión del conjunto, lo que es inaceptable para numerosas aplicaciones.

Por último, en el caso del uso de tejidos con endurecimiento para procurar una estabilidad de forma, la rigidez del conjunto de la estructura después del endurecimiento de dichos tejidos y del deshinchado del elemento expandible necesita el uso de refuerzos, en particular para evitar el pandeo de la envolvente de dicha estructura, constituida por los tejidos endurecidos. Además, con una sola capa de tejido, no es posible realizar estructuras de grandes dimensiones, las cuales se pueden realizar sólo mediante estructuras desplegables más complejas.

El problema base de la invención es solucionar los inconvenientes citados anteriormente de las estructuras ligeras desplegables del tercer tipo presentado anteriormente, y la invención tiene por objetivo proporcionar una estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue, que satisface mejor las diversas exigencias de la práctica que las formas de realización conocidas presentadas anteriormente, en particular porque la invención permite la realización sencilla y económica de estructuras ligeras despegables tan sencillas como una biela de rigidización hasta las estructuras tan complejas como un entramado tridimensional para la realización de vigas o torres de soporte de carga.

Con este fin, la estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue, según la invención, se caracteriza porque comprende un cordaje, constituido por lo menos por una cuerda flexible, impregnada de un material endurecible, de endurecimiento controlable, destinado a rigidizar dicha, por lo menos, una cuerda después de su despliegue y extensión, y porque es independiente de cualquier medio de despliegue destinado a extender por lo menos una cuerda de la estructura y a mantenerla tensada durante el endurecimiento de dicho material endurecible. La expresión "cualquier medio de despliegue" se refiere tanto a un despliegue manual como a un dispositivo de despliegue accesorio comprendido o no en la estructura, pero del cual esta última es independiente debido a que por lo menos cada cuerda de la estructura es independiente del medio o de los medios de despliegue.

Por lo tanto, en los casos más sencillos, la estructura comprende un cordaje que puede estar constituido por una sola cuerda o por varias cuerdas unidas entre sí, o bien directamente, o bien por medio de por lo menos una pieza de unión de dicha estructura, mientras que...

1. Estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue, que comprende un cordaje (1-2, 1a-2a, 13-25-12b, 18-19, 25) constituido por lo menos por una cuerda flexible (1, 2, 1a, 1b, 2a, 2b, 18, 19, 25) impregnada de un material endurecible, de endurecimiento controlable, destinado a rigidizar dicha por lo menos una cuerda después de su despliegue y extensión, siendo dicha estructura independiente de cualquier medio de despliegue (3, 3', 13a-13b, 15-16), destinado a extender por lo menos una cuerda (1', 2, 1a, 1b, 2a, 2b, 12b; 18, 19) de la estructura y a mantenerla tensada durante el endurecimiento de dicho material endurecible.

2. Estructura, según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende, por lo menos, una malla (1-2, 1a-2a, 15-25-12b) de cuerdas, de la cual por lo menos una cuerda flexible (1, 2, 1a, 1b, 2a, 2b, 12b) está impregnada de dicho material endurecible, y atada a sí misma y/o a por lo menos otra cuerda de dicho cordaje, por lo menos por una atadura (6, 6a, 6b).

3. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque comprende asimismo por lo menos un dispositivo de despliegue (3, 3', 13a-13b, 15-16), independiente del cordaje, y destinado a extender, por lo menos, una cuerda (1, 2, 1a, 1b, 2a, 2b, 12b, 18, 19) de la estructura y a mantenerla tensada durante el endurecimiento de dicho material endurecible.

4. Estructura, según la reivindicación 3 cuando está subordinada a la reivindicación 2, caracterizada porque dicho dispositivo de despliegue (3, 3', 13a, 13b, 15-16), está destinado a desplegar y después a mantener dicha por lo menos una malla (1-2, 1a-2a, 1b-2b-12b, 18-19) de cuerdas tensada durante su rigidización.

5. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque dicho cordaje está constituido por lo menos por un tipo de fibras seleccionadas entre las fibras minerales, tales como fibras de vidrio o de carbono, sintéticas u orgánicas, tales como poliéster, poliamida, aramidas, y artificiales.

6. Estructura, según la reivindicación 5, caracterizada porque por lo menos una cuerda de dicho cordaje es una cuerda compuesta que comprende unas mechas de fibras pre-impregnadas de una resina rigidizable.

7. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque una por lo menos de las cuerdas (1, 2) de dicho cordaje es de uno de los siguientes tipos: cuerda trenzada simple, cuerda arrollada helicoidalmente, cuerda con alma (7) rodeada de una envoltura (9), con alma (7) trenzada, o con fibras paralelas, o con cordones paralelos, y/o con envoltura trenzada o arrollada helicoidalmente.

8. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque por lo menos una cuerda (1, 2) de dicho cordaje está rodeada de una envoltura estanca (9) de uno por lo menos de los siguientes tipos: envoltura continua en material sintético, preferentemente termoendurecible, y envoltura realizada en hoja de un material sintético arrollada alrededor de dicha cuerda (1, 2) y después pegada o soldada sobre sí misma.

9. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque dicho material endurecible reacciona a por lo menos uno de los agentes de endurecimiento seleccionados de entre el grupo que comprende las radiaciones luminosas, en luz visible, o ultravioleta, las radiaciones térmicas, la temperatura, la humedad, la atmósfera ambiente, y el vacío.

10. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque por lo menos una cuerda (1, 2, 25) del cordaje comprende un elemento calentador, preferentemente un filamento calentador, cuyo calentamiento inicia el endurecimiento del material endurecible de impregnación de dicha cuerda.

11. Estructura, según la reivindicación 8, caracterizada porque por lo menos una cuerda (1, 2) de dicho cordaje comprende una envoltura estanca (9), transparente a un agente de endurecimiento que inicia el endurecimiento del material endurecible de impregnación de dicha cuerda (1, 2), en particular una envoltura estanca en un material sintético transparente a la radiación ultravioleta.

12. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizada porque dicha atadura (6), mediante la cual por lo menos una cuerda (1, 2) de dicho cordaje está atada a sí misma o a por lo menos otra cuerda de dicho cordaje, está constituida por uno por lo menos de los siguientes medios: nudo, ligadura, abrazadera de apriete (10), pinzamiento o imbricación de dos porciones de cuerda (1, 2) a nivel de su unión.

13. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque por lo menos una cuerda (1, 2, 25) de dicho cordaje está atada en un extremo por uno, por lo menos de los siguientes medios: bucle, nudo y pinzamiento (27).

14. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la sección transversal de por lo menos una cuerda (1, 2, 18, 19, 25) de dicho cordaje está ajustada en forma y/o en dimensión, en función de las propiedades deseadas para la estructura rigidizada, en particular su masa, su volumen y su rigidez.

15. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada porque comprende además una envolvente (30) de protección, que rodea dicho cordaje (1-2) antes de su despliegue, y desplegada al mismo tiempo que dicho cordaje, siendo dicha envolvente (30) de protección, llegado el caso, independiente del dispositivo de despliegue (3).

16. Estructura, según la reivindicación 15, caracterizada porque dicha envolvente (30) de protección asegura una por lo menos de las siguientes funciones: control térmico, protección anti-meteorito, anti-residuos y anti-radiaciones.

17. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizada porque dicha envolvente (30) de protección es transparente por lo menos en el intervalo del espectro de la radiación solar que actúa como agente de endurecimiento del material endurecible de impregnación de por lo menos una cuerda (1, 2) de dicho cordaje.

18. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada porque el dispositivo de despliegue comprende uno por lo menos de los siguientes medios: elemento expandible hinchable (3, 3', 13a, 13b, 15-16), dispositivo elevador, extensor elástico, dispositivo mecánico articulado, y cable tensor.

19. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque comprende además un dispositivo de frenado destinado a limitar por lo menos la velocidad de despliegue durante el despliegue.

20. Estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque el conjunto del cordaje (1-2), antes de su despliegue y, llegado el caso, el dispositivo de despliegue (3), la envolvente de protección (30), el dispositivo de frenado, y eventualmente asimismo por lo menos un dispositivo de mando y/o de producción de un agente de endurecimiento así como por lo menos un dispositivo de control térmico, está alojado en un contenedor (4-5) en el que dicho cordaje está dispuesto en el estado arrollado, plegado o aplastado.

21. Estructura, según la reivindicación 20, caracterizada porque dicho contenedor (4-5) comprende por lo menos una tapa (5) que constituye un soporte erigido por encima de por lo menos una caja (4) de base de dicho contenedor, cuando dicha estructura está desplegada y rigidizada.

22. Aplicación de la estructura, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizada porque dicha estructura (18-19-15-16-20-21, 25) está embarcada a bordo de un vehículo espacial (22).

23. Aplicación, según la reivindicación 22, caracterizada porque dicha estructura rigidizada constituye por lo menos una biela (25) de rigidización de un panel móvil (23), solar o de radiador, de una máquina espacial, comprendiendo dicha estructura por lo menos una cuerda (25) atada por un extremo al cuerpo (22) de dicha máquina espacial y, por el otro extremo, en un punto fijo de dicho panel móvil (23), siendo dicho punto fijo elegido de manera que las frecuencias de los modos de vibración de dicho panel (23) mantenido desplegado con relación al cuerpo (22) de la máquina espacial, cuando dicha cuerda se rigidiza en biela de rigidización, son superiores a un umbral de frecuencia deseado, siendo dicho panel (23) móvil con respecto al cuerpo (22) de la máquina espacial entre una posición plegada, en la que el panel (23) se extiende sustancialmente a lo largo del cuerpo (22) de dicha máquina espacial, y en la que dicha cuerda (25) está protegida (26a, 26b) de cualquier agente de endurecimiento susceptible de provocar el endurecimiento de dicho material endurecible de impregnación, y una posición desplegada, en la que dicho panel (23) se aparta del dicho cuerpo (22) de la máquina espacial mediante por lo menos un accionador (24), y que la cuerda (25), después de su despliegue mediante el despliegue de dicho panel (23) se rigidiza bajo el efecto de por lo menos un agente de endurecimiento, tal como la radiación solar natural, el calentamiento realizado por un dispositivo de calentamiento dedicado, interno o externo a la cuerda (25) o un dispositivo de iluminación dedicado, que difunde una luz que provoca una rigidización del material endurecible, en particular una resina polimerizable que reacciona a una luz monocromática.

24. Procedimiento de realización de una estructura ligera desplegable y rigidizable después del despliegue, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque comprende, por lo menos, las etapas que consisten en: