BRPI0619378A2

BRPI0619378A2 - instrumento óptico, compreendendo uma cavidade de entrada, na qual é instalado um espelho

Info

Publication number: BRPI0619378A2
Application number: BRPI0619378-1A
Authority: BR
Inventors: Olivier Chanal; David Valentini; Christophe Devilliers
Original assignee: Thales Sa
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2011-09-27
Also published as: EP1955100B1; CN101375196B; US7855832B2; ES2385399T3; EP1955100A1; IL191735A; CN101375196A; CA2631339A1; CA2631339C; FR2894037B1; WO2007060376A1; JP2009517699A; US20100033855A1; IL191735A0; FR2894037A1; ATE556334T1; BRPI0619378B1

Abstract

INSTRUMENTO óPTICO, COMPREENDENDO UMA CAVIDADE DE ENTRADA, NA QUAL é INSTALADO UM ESPELHO.A presente invenção refere-se a um instrumento óptico (1) compreendendo pelo menos um espelho dito espelho primário (3), colocado em uma cavidade (2), e compreendendo uma face ativa capaz de ser submetida a variações instantâneas do fluxo radioativo incidente. Segundo a invenção, a cavidade (2) compreende um envoltório interno rígido (20) em torno do espelho que consiste um material que apresenta uma inércia térmica, de maneira a amortecer as variações instantâneas do fluxo radioativo incidente, permitindo assim limitar as flutuações de temperatura dessa cavidade e, conseqúentemente, as flutuações de temperatura do espelho. A invenção se aplica ao domínio espacial.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "INSTRU- MENTO ÓPTICO, COMPREENDENDO UMA CAVIDADE DE ENTRADA, NA QUAL É INSTALADO UM ESPELHO".

A presente invenção refere-se a um instrumento óptico, compreen- dendo uma cavidade de entrada, na qual é instalado esse espelho primário.

A invenção se aplica a qualquer instrumento óptico, compreen- dendo um espelho que necessita de uma estabilidade térmica muito grande, para limitar os deformados termoelásticos, em particular em curtos períodos, por exemplo, uma a duas horas.

A invenção se aplica particularmente, mas não exclusivamente aos instrumentos ópticos utilizados no domínio espacial, tais como os ins- trumentos ópticos embarcados sobre satélites (tipicamente telescópios).

Com efeito, certos instrumentos ópticos, tais como os telescó- pios necessitam de uma estabilidade geométrica muito grande à temperatura ambiente de seu espelho primário, tanto a longo quanto a curto prazo.

Com a utilização de novos materiais cerâmicos (à base de car- boneto de silício: CeSiC, SiC, etc.) para a realização de espelhos, esse pro- blema se reduz dentre outros por uma estabilidade térmica elevada em ter- mos de variação de gradiente na espessura do espelho e em termos de flu- tuação de temperatura da face ativa. Esses espelhos ditos espelhos primá- rios, situados em uma cavidade de entrada de instrumento, são submetidos direta ou indiretamente às variações de fluxos externos (solar, terrestre ou albedo) sobre a órbita e ao longo do ano.

Até hoje, a regulagem térmica desses espelhos é assegurada por uma regulagem ativa de tipo radioativo na face traseira. A regulagem dita ativa é realizada classicamente por aquecedores comandados por termosta- to ou por softs embarcados acoplados a termistor. Esse tipo de regulagem permite manter a temperatura do espelho em um nível definido e compensar as variações de fluxos absorvidos pela face dianteira no decorrer do ano. Ao contrário, esse tipo de regulagem não permite compensar as flutuações orbi- tais no âmbito do satélite em órbita baixa, em razão do modo de troca pura- mente radioativo entre os aquecedores e o espelho. Outras soluções, de tipo óptica ativa, existem mas são onerosos e complexos de aplicar, devido ao emprego de uma eletrônica dedicada e de testes funcionais complexos no solo, e elas apresentam um risco de pane.

Uma regulagem térmica direta da face ativa permitiria conseguir um nível de estabilidade do espelho equivalente, essa solução é, no conhe- cimento do depositante, não realizada e apresentaria riscos de deformação termoelástica.

A presente invenção tem por objetivo de resolver esse problema.

Com efeito, a invenção propõe uma solução para o problema de estabilidade térmica muito grande, demandada no nível do espelho primário de um instrumento óptico. Ela tem por finalidade fornecer uma solução rela- tivamente sobretudo a flutuações de curtos períodos no caso de instrumen- tos ópticos de satélites de órbita baixa com geoestacionária.

A solução proposta consiste em realizar uma cavidade de entra- da do instrumento que compreende um envoltório rígido, criando uma inércia térmica de toda ou parte da cavidade.

A inércia térmica desse envoltório, localizado nas proximidades imediatas do espelho primário, onde as trocas radioativas são as mais im- portantes, permite limitar as flutuações de temperatura da cavidade e, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho.

A presente invenção tem mais particularmente por objeto um instrumento óptico, compreendendo pelo menos um espelho dito espelho primário (3), colocado em uma cavidade (2), o espelho primário compreen- dendo uma face ativa capaz de ser submetida a variações instantâneas do fluxo radioativo incidente, caracterizado pelo fato de a cavidade comportar um envoltório interno rígido (20) em torno do espelho que constitui pelo me- nos uma parte da cavidade, esse envoltório sendo constituído de um materi- al que apresenta uma inércia térmica, de maneira a amortecer as variações instantâneas do fluxo radioativo incidente, permitindo assim limitar as flutua- ções de temperatura dessa cavidade e, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho.

Para limitar a massa do instrumento, o envoltório interno rígido se estende em uma primeira parte da cavidade definida como estando nas proximidades do espelho, essa parte indo do espelho até uma distância d inferior ao comprimento I total da cavidade de entrada do instrumento.

Vantajosamente, o primeiro envoltório é em alumínio ou quais- quer outros materiais que apresentam uma forte inércia térmica (exemplo, berílio).

Vantajosamente, o envoltório em alumínio tem uma espessura de aproximadamente 1 mm.

De acordo com uma outra característica, a cavidade comporta, além disso, um segundo envoltório constituído de um material isolante térmi- co disposto sobre todo o perímetro da cavidade e no fundo desta, isto é, a- 11 trás do espelho.

No caso em que o segundo envoltório constitui uma primeira parte de cavidade, o segundo envoltório recobre o primeiro e prolonga essa primeira parte de cavidade para formar uma segunda parte em continuidade com o primeiro (figura 2).

Vantajosamente, o segundo envoltório é constituído de uma es- trutura multicamada isolante (MLI).

De acordo com uma outra característica, o instrumento compre- ende, além disso, meios ativos de controle da temperatura do espelho.

A invenção se aplica a telescópios de borda de satélites, inde- pendentemente do tamanho de seu espelho primário.

Outras particularidades e vantagens da invenção aparecerão claramente com a leitura da descrição que é feita a seguir e que é dada a título de exemplo ilustrativo e não limitativo, e com relação aos desenhos, nos quais:

- a figura 1 representa um corte longitudinal do instrumento ópti- co, de acordo com a modalidade;

- a figura 2 representa um corte longitudinal do instrumento ópti- co, de acordo com uma segunda modalidade.

O instrumento 1 descrito comporta uma cavidade 2, permitindo re- ceber o espelho 3, dito espelho primário, e fixá-lo no instrumento por meios de fixação 5 clássicos. Geralmente, o espelho está em uma cavidade tubular de um diâmetro ligeiramente superior ao seu, de maneira a vir na periferia desse espelho. O espelho 3 é centrado na cavidade e sua face ativa voltada para a entrada da cavidade local de colocação de um espelho secundário 4.

No estado da técnica, a cavidade é feita por um envoltório de isolamento térmico realizado por uma tampa de isolamento dita multicamada MLI (Multi-Layered Insulation) pintada em escuro do lado interno à cavidade e que apresenta fortes variações de temperatura.

Mais do que utilizar um envoltório de isolamento clássico, a so- lução proposta consiste em utilizar uma cavidade de entrada para oinstru- mento óptico 1 que tem uma forte inércia térmica. Para isso, a cavidade 2 compreende pelo menos uma parte em um material de forte inércia face às flutuações rápidas de temperaturas. Assim, a cavidade de entrada do ins- trumento realizada de acordo com a invenção é menos sensível às flutua- ções externas, notadamente face às flutuações rápidas de tipo orbitais.

Para isso, a cavidade de entrada 2 de instrumento do instrumen- to óptico 1 compreende um envoltório interno rígido 20 em torno do espelho 3 constituído de um material que apresenta uma inércia térmica, que amor- tece as variações instantâneas do fluxo radioativo incidente. O envoltório com inércia térmica limita as flutuações de temperatura da cavidade e, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho.

O envoltório rígido de inércia térmica 20 se apresenta sob a for- ma tubular e constitui total ou parte da cavidade de entrada do instrumento de óptica 1. Dois exemplos de modalidade correspondentes a essas duas alternativas são ilustrados pelos esquemas das figuras 1 e 2.

No esquema da figura 1, o envoltório 20 constitui toda a cavidade 2. Nesse caso, o comprimento do envoltório 20 corresponde àquele da cavi- dade de entrada 2. O envoltório vai, nesse caso, do espelho primário 3 até à entrada da cavidade que corresponde ao local do espelho secundário 4.

Todavia, em certas aplicações, por razões de limitação da mas- sa do instrumento óptico, o envoltório 20 terá, de preferência, um compri- mento inferior àquele da cavidade de entrada permanecendo suficientemen- te longo para assegurar sua função de amortecedor das variações instantâ- neas do fluxo radioativo incidente. Esse exemplo de modalidade é ilustrado pelo esquema da figura 2, o envoltório 20 constituindo uma parte somente da cavidade 2.

O diâmetro do envoltório 20 é ligeiramente superior àquele do espelho primário 3, de maneira que este possa ser colocado na periferia do espelho 3.

Em todos os casos, a parte de cavidade apresentando uma inér- cia térmica ou a totalidade da cavidade apresentando essa inércia térmica em relação às flutuações térmicas é recoberta por-um envoltório de isola- mento térmico 21 de tipo multicamada "MLI".

No caso em que somente uma parte da cavidade compreende um envoltório rígido de inércia térmica, tal como representado na figura 2, o envol- tório de isolamento 21, que recobre essa parte de cavidade, se estende por todo o comprimento da cavidade de entrada, sua superfície interna estando no prolongamento da superfície interna do envoltório de inércia térmica 20.

Um material tal como o alumínio, que apresenta uma forte capa- cidade calorífica, assim como uma boa condutibilidade térmica, pode ser utilizado vantajosamente para realizar o envoltório de inércia térmica.

A face interna da parte A de cavidade feita em alumínio 20 é pin- tada em escuro por razões ópticas, e a face externa é isolada do instrumento 1 com o envoltório 21 multicamada isolante de tipo MLI, a fim de manter um nível de temperatura suficientemente baixo, permitindo a regulagem do es- pelho nas proximidades de 20°C.

Segundo a necessidade, a solução proposta pode ser ainda me- lhorada com meios 6 e 7 ilustrados na figura 2, classicamente utilizados para o controle da temperatura a saber:

1) um controle ativo 7 da temperatura do envoltório rígido com o auxílio de uma regulagem de tipo Proporcional - Integral - Derivada, por e- xemplo, o que permite diminuir ainda as flutuações térmicas do envoltório e, portanto, do espelho;

2) a associação de uma regulagem ativa do espelho em face traseira de tipo radioativo 6 que se torna, com a presença da cavidade de forte inércia térmica, nitidamente mais eficaz para compensar flutuações de curta duração, de tipo orbital. Isto é devido ao fato de as variações instantâ- neas do fluxo radioativo proveniente da cavidade próxima serem amorteci- das, em razão da inércia da cavidade, em relação às variações provenientes de uma cavidade compreendendo somente um isolamento de tipo MLI;

3) a associação de uma regulagem ativa do espelho em face traseira de tipo radioativo, cujo circuito de sujeição é comandado pela tem- peratura da cavidade, permitindo assim antecipar e compensar as flutuações de temperatura do espelho.

A título de exemplo uma modelização térmica de um conjunto, compreendendo:

1 espelho primário 3 de diâmetro 1,3 m

- a cavidade 2 sendo munida de um envoltório rígido em alumí- nio 20 de aproximadamente 1 mm sobre a metade A do comprimento, seja um comprimento 1,2 m;

- a cavidade 2 sendo recoberta de um envoltório de isolamento 21 de tipo MLI recobrindo o envoltório de alumínio e prolongando o envoltó- rio 20 para constituir a outra metade D da cavidade,

1 espelho secundário 4

1 compartimento de entrada 10,

permitiu, para um satélite em órbita baixa, quantificar os ganhos obtidos, de acordo com a invenção:

<table>table see original document page 7</column></row><table> Assim, a modificação da estrutura da cavidade de entrada do instrumento óptico proposta permite atenuar as variações de fluxo incidentes vistas pela face ativa do espelho, e notadamente os fluxos provenientes da cavidade próxima.

Uma cavidade compreendendo um envoltório tubular em alumí- nio de 1,2 m de comprimento e 1 mm de espessura no meio ambiente pró- ximo do espelho primário de 1,3 m de diâmetro basta para se obterem esses resultados.

Uma otimização do comprimento do envoltório rígido é necessá- ria, em função das exigências de estabilidade exigidas e do excesso de massa gerado.

Claims

1. Instrumento óptico compreendendo pelo menos um espelho dito espelho primário (3), colocado em uma cavidade (2), o espelho primário compreendendo uma face ativa capaz de ser submetida a variações instan- tâneas do fluxo radioativo incidente, caracterizado pelo fato de a cavidade compreender um envoltório interno rígido (20) em torno do espelho que con- siste pelo menos uma parte da cavidade, esse envoltório consistindo um ma- terial que apresenta uma inércia térmica, de maneira a amortecer as varia- ções instantâneas do fluxo radioativo incidente, permitindo assim limitar as flutuações de temperatura dessa cavidade e, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho.

2. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 1, caracte- rizado pelo fato de o envoltório interno rígido se estender em uma primeira parte (A) da cavidade definida como estando nas proximidades do espelho, essa parte indo do espelho até uma distância d inferior ao comprimento I total da cavidade.

3. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de o primeiro envoltório (20) ser em alumínio ou quais- quer outros materiais que apresentam uma forte inércia térmica (exemplo, berílio).

4. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 3, caracte- rizado pelo fato de o primeiro envoltório (20) ter uma espessura de aproxi- madamente 1 mm.

5. Instrumento óptico, de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, caracterizado pelo fato de a cavidade comportar, além disso, um segundo envoltório (21) consistindo um material isolante térmico disposto sobre todo o perímetro da cavidade e no fundo desta, isto é, atrás do espelho.

6. Instrumento óptico, de acordo com as reivindicações 2 e 5, caracterizado pelo fato de o segundo envoltório recobrir o primeiro e prolon- gar a primeira parte (A) de cavidade para formar uma segunda parte (B) em continuidade com o primeiro.

7. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 5, caracte- rizado pelo fato de o segundo envoltório (21) consiste em uma estrutura mul- ticamada isolante (MLI).

8. Instrumento óptico, de acordo com qualquer uma das reivindi- cações precedentes, caracterizado pelo fato de compreender, além disso, meios (6 e 7) ativos de controle da temperatura do espelho e do envoltório rígido.