APARATO DE CONEXIÓN-SEPARACIÓN DE UN VEHÍCULO LANZADOR Y UN SATÉLITE.

Aparato de conexión-separación de un vehículo lanzador y un satélite CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un aparato de conexión de un vehículo lanzador y un satélite que debe separarse al alcanzar la altitud adecuada en el que la conexión se realiza mediante una banda tensada con una 5 pluralidad de mordazas actuando sobre los anillos de interfaz del satélite y el lanzador y en el que la separación se lleva a cabo mediante una orden transmitida eléctricamente y que activa un mecanismo de apertura de la banda. Más en particular, la presente invención se refiere a un aparato de conexión-separación de un vehículo lanzador y un satélite en el que se reduzca al mínimo la perturbación causada por la apertura de dicha banda. ANTECEDENTES Desde los primeros tiempos del desarrollo de las tecnologías para transportar cargas al espacio exterior, se han desarrollado multitud de sistemas de conexión y separación de las diferentes estructuras ó fases que forman un vehículo de transporte y en particular de la que une a este con su carga de pago ó satélite. Conexiones basadas en cordones pirotécnicos ó pernos explosivos son eficaces y fiables pero generan altos niveles de perturbación vibratoria ó choque 15 que recorre todo el vehículo hasta llegar a los elementos mas sensibles. Por eso este tipo de conexiones se reserva a separaciones de fases del vehículo que están alejadas del satélite. Para separar el satélite se necesitan sistemas que manteniendo su eficacia de unión no produzcan en la separación efectos perturbadores como los que se han descrito. Se han desarrollado elementos de conexión separación basados en la precarga de un soporte de unión, mediante un cable ó un bulón que posteriormente se corta con un cortador pirotécnico ó un cuchillo térmico, ó bien se 20 separan dos extremos previamente cortados con una tuerca pirotécnica ó con una tuerca electromecánica. Estos y otros dispositivos similares son eficaces para unir separar estructuras de poco peso como antenas ó paneles solares, pero no son los mas adecuados cuando de lo que se trata es de unir grandes estructuras con interfaces cilíndricas. En estos casos se requeriría disponer en circulo, ó bien muchos de estos elementos discretos con la correspondiente disminución de la fiabilidad, ó bien pocos con el consiguiente aumento de las cargas de conexión. 25 Uno de los sistemas mas eficaces que se está utilizando para unir grandes estructuras con simetría de revolución es el basado en una conexión referida como Marmam Clamp Band consistente en un conjunto de mordazas en forma de V ó cuña, que son precargadas contra los anillos interfaz de las estructuras a unir, también en forma de V, mediante la acción de una banda elástica que se tensa alrededor de las mordazas. La ventaja principal de este sistema frente a los anteriormente descritos es que la precarga se ejerce de una forma continua alrededor de la estructura sin 30 sobrecargas locales y con un factor de eficacia aumentado por el efecto de la cuña. La desventaja en cambio es que esa misma precarga uniforme provoca una deformación elástica, con simetría axial, de los anillos de interfaz, que al ser relajada repentinamente se transforma en energía cinética de las masas elementales de esos anillos, es decir en una señal vibratoria de alta aceleración a la frecuencia natural correspondiente a ese modo simétrico. Por tanto, se tiene nuevamente el choque no deseado. 35 Los sistemas basados en la tecnología anterior, utilizaban normalmente dos mitades de banda de tensado unidas por dos bulones a ser cortados por dos elementos pirotécnicos. Esta disposición con un plano de simetría mejora ligeramente la generación de perturbación al reducir la excitabilidad del modo de vibración de simetría axial, pero aún mantiene mucha capacidad para excitar estos modos, mas aún teniendo en cuenta que se utilizan bandas de acero de poca sección transversal y a mucha tensión, es decir muy estiradas, y por tanto la relajación de la tensión es muy rápida 40 y muy simétrica. Para fijar ideas, una banda tensada a 30 KN alrededor de una interfaz de algo mas de 1 m de diámetro, genera choques con aceleraciones de hasta 5000 g's. Posteriormente, se ha desarrollado un nuevo dispositivo de tipo banda mordaza, objeto de la patente española nº 2 131 476, al que nos referiremos posteriormente como CRSS, que reduce el choque inducido a valores inferiores a 2000 g's para los mismos parámetros anteriores. Para ello reduce los dos puntos de apertura a uno solo, lo que se traduce en una desaceleración de la velocidad de separación de la banda respecto a los aros de interfaz, 45 permaneciendo mas tiempo en contacto antes de alejarse de ellos y frenando en consecuencia el comienzo de la vibración libre de estos aros. Además el sistema modifica el criterio de diseño de la banda, que pasa a ser de aluminio de mucha sección transversal, aumentando considerablemente la rigidez, y por tanto su eficacia para soportar carga, junto con la reducción de energía elástica acumulada en la propia banda al ser tensada. A pesar de estas ventajas, la orden de relajación sigue siendo instantánea al basarse en el corte del bulón que une el terminal de separación por un 50 cortador pirotécnico, y el tiempo de relajación no es controlado, dependiendo solo de las fuerzas de fricción con la   interfaz y de la dinámica del sistema. Recientemente se ha desarrollado otro dispositivo con capacidad de controlar ese tiempo de relajación, referido como CBOD (banda desarrollada por SAAB ERICSSON y mecanismo de apertura controlada de STARSYS). Este sistema incorpora la apertura de la banda en un solo extremo, tal como el CRSS, y añade un mecanismo de frenado y absorción de energía. El mecanismo actúa sobre la apertura del sistema mediante la retención de dos tornillos situados en los dos terminales. Estos tornillos son obligados a pasar por un roscado asociado a ruedas de inercia. La tensión de la banda transmitida a los tornillos, obliga a un movimiento de rotación de las ruedas inerciales para poderse liberar de ellas. La energía cinética de rotación inducida en las ruedas es la que permite el frenado del sistema. Con este sistema se reduce la aceleración de choque a valores inferiores a 1000 gs para tensiones de 60 KN. El inconveniente de este sistema es la pérdida de fiabilidad al requerir la salida completa y simultánea de los tornillos, para asegurar la separación de la banda de los anillos interfaz. Además, a medida que la tensión de banda se va relajando, la energía disponible para retirar el tornillo es menor y por tanto el margen de seguridad para el despliegue va disminuyendo. El sistema mantiene los valores de elasticidad de las bandas tipo Marmam con lo que se requiere un 10 gran recorrido de tornillo dentro de la rueda inercial y que es mas grande para diámetros mayores de interfaz. Por otro lado el dimensionado de los tornillos puede ser crítico al soportar directamente la tensión de la banda, es decir a medida que aumenta la necesidad de transportar cargas mayores, lo que se consigue aumentando la tensión de la banda las cargas que pasan directamente por el mecanismo son mayores. El sistema propuesto por Huessler descrito en US 5,157,816, resuelve muchos de los problemas arriba indicados, a la vez que mejora la prestación en la separación con el mecanismo de apertura controlada propuesto. El 15 mecanismo que propone contiene un bulón al que se le hace trabajar en compresión, en lugar de en tracción como en los casos descritos arriba. Esto se consigue prolongando los extremos de la banda mas allá del punto de encuentro y uniéndolos al los extremos del bulón mediante dos articulaciones. La tensión de la banda es transformada en compresión en el bulón y no se requiere cortar el bulón para realizar la apertura del sistema, sino solo sacar del equilibrio inestable el sistema. Esto se hace instalando el sistema en una posición inestable con tendencia a la apertura 20 y reteniéndola con cualquier dispositivo pirotécnico ó electromecánico que lo libere. La ventaja principal de este sistema es que se le añade un muelle que frena el movimiento de giro del bulón durante la apertura. Este muelle de frenado puede sintonizarse a las necesidades del sistema. Además a medida que el sistema abre, la tensión requerida para continuar la apertura va disminuyendo, aumentando por tanto el margen de seguridad. La desventaja del sistema es que requiere del propio mecanismo para realizar el tensado. De hecho el mecanismo en si, se propone como un sistema de 25 tensado, lo que hace que la posición de partida del mecanismo tenga una incertidumbre asociada a los resultados de la puesta en servicio, lo que redunda en una falta de garantía de la reproducibilidad del comportamiento. Otro dispositivo conocido para el acoplamiento de componentes... [Seguir leyendo]

1. Aparato de conexión-separación de un lanzador y un satélite que comprende una banda (11), con un canal interior en el que se ubican de manera deslizable una pluralidad de mordazas (13), que se aplica sobre anillos (15, 17) que constituyen el interface de unión entre el lanzador y el satélite, y está dotado de un dispositivo de unión-separación 5 (41, 61, 71) de sus extremos (7, 9), que incluye un elemento bloqueador (47) de los mismos y medios (48) para desbloquearlo, caracterizado porque: a) también comprende medios (19) para tensar radialmente el conjunto banda (11) - mordazas (13) que consisten en una pluralidad de elementos empujadores (19) de las mordazas (13) dispuestos a lo largo de su perímetro, consistiendo dichos elementos empujadores (19) en tornillos (19) cooperantes con tuercas (21) ubicadas en taladros pasantes (23) dispuestos en la banda (11); b) el dispositivo de unión-separación (41, 61, 71) también comprende un mecanismo que comprende cuatro articulaciones unidas por tres elementos rígidos, es decir, un soporte central (33) paralelo a la banda (11) y dos bielas laterales (35) formando un ángulo (ß) con el soporte central (33) tal que este mecanismo permite una apertura controlada de la banda (11) en dos fases, en la primera de las cuales, los extremos (7, 9) de la banda (11) se desplazan 15 manteniéndose en contacto con los anillos (15, 17), disipándose por fricción la energía elástica correspondiente al tensado de la banda (11), y en la segunda de las cuales la banda (11) se separa de los anillos (15, 17) hasta alcanzar su posición de aparcamiento. 2. Aparato de conexión-separación de un lanzador y un satélite según la reivindicación 1, caracterizado porque el número de tornillos (19) por mordaza (13) está comprendido entre 1 y 3. 20 3. Aparato de conexión-separación de un lanzador y un satélite según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de unión-separación (41) también comprende un soporte (43) de masa M y dos bielas (45) unidas articuladamente a él y a los extremos (7, 8) de la banda (11) que permite que, una vez desbloqueado el elemento retenedor (47), los extremos (7, 8) de la banda (11) se desplacen, en una primera fase, de manera tangencial a los anillos (15, 17) hasta que disipe la energía elástica correspondiente al tensado de la banda (11) y, en una segunda fase, se desplacen en sentido radial a dichos anillos (15, 17) hasta alcanzar su posición de aparcamiento. 4. Aparato de conexión-separación de un lanzador y un satélite según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de unión-separación (61) también comprende un soporte (63) de masa M con dos ranuras de guiado (65) de unos ejes (67) unidos a los extremos (7, 8) de la banda (11) que permite que, una vez desbloqueado el elemento retenedor (47), dichos ejes (67) se desplacen, en una primera fase, por la primera parte (68) de dicha ranura de guiado 30 (65) configurada para disipar la energía elástica correspondiente al tensado de la banda (11) y, en una segunda fase, se desplacen por la segunda parte (69) de dicha ranura de guiado (65) configurada para orientar el movimiento de la banda (11) hasta su posición de aparcamiento. 5. Aparato de conexión-separación de un lanzador y un satélite según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de unión-separación (71) también comprende un soporte (73) de masa M con unas ranuras (75) 35 configuradas para que unos ejes (77) unidos a los extremos (7, 8) de la banda (11) puedan estar situados en dos posiciones (78, 79) de manera que una vez desbloqueado el elemento retenedor (47), dichos ejes (77) se desplacen, en una primera fase, de la primera posición (78), sin holgura, hasta la segunda posición (79) venciendo la resistencia opuesta por el separador (76) hasta disipar la energía elástica correspondiente al tensado de la banda (11) y, en una segunda fase, se desplacen por la segunda posición (79) hasta su posición de aparcamiento.