BRPI0619378B1

BRPI0619378B1 - "Instrumento óptico"

Info

Publication number: BRPI0619378B1
Application number: BRPI0619378-1A
Authority: BR
Inventors: Chanal Olivier; Valentini David; Devilliers Christophe
Original assignee: Thales
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2018-03-06
Also published as: EP1955100B1; BRPI0619378A2; EP1955100A1; CN101375196B; US7855832B2; CN101375196A; IL191735A0; US20100033855A1; IL191735A; ES2385399T3; JP2009517699A; CA2631339C; FR2894037B1; WO2007060376A1; CA2631339A1; FR2894037A1; ATE556334T1

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

(54) Título: INSTRUMENTO ÓPTICO (51) Int.CI.: G02B 7/18; G02B 5/00 (30) Prioridade Unionista: 28/11/2005 FR 05 53620 (73) Titular(es): THALES (72) Inventor(es): OLIVIER CHANAL; DAVID VALENTINI; CHRISTOPHE DEVILLIERS

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para INSTRUMENTO ÓPTICO.

[001] A presente invenção refere-se a um instrumento óptico, compreendendo uma cavidade de entrada, na qual é instalado esse espelho primário.

[002] A invenção se aplica a qualquer instrumento óptico, compreendendo 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.

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

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

[005] Com a utilização de novos materiais cerâmicos (à base de carboneto de silício: CeSiC, SiC, etc.) para a realização de espelhos, esse problema se reduz dentre outros por uma estabilidade térmica elevada em termos de variação de gradiente na espessura do espelho e em termos de flutuação de temperatura da face ativa. Esses espelhos ditos espelhos primários, 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.

[006] 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 termostato ou por softs embarcados acoplados a termistor.

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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 orbitais no âmbito do satélite em órbita baixa, em razão do modo de troca puramente radioativo entre os aquecedores e o espelho.

[007] 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.

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

[009] A presente invenção tem por objetivo de resolver esse problema.

[0010] 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 relativamente sobretudo a flutuações de curtos períodos no caso de instrumentos ópticos de satélites de órbita baixa com geoestacionária.

[0011] A solução proposta consiste em realizar uma cavidade de entrada do instrumento que compreende um envoltório rígido, criando uma inércia térmica de toda ou parte da cavidade.

[0012] A inércia térmica desse envoltório, localizado nas proximidades imediatas do espelho primário, onde as trocas radioativas são as mais importantes, permite limitar as flutuações de temperatura da cavidade e, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho. [0013] A presente invenção tem mais particularmente por objeto

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3/8 um 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 instantâneas do fluxo radioativo incidente, caracterizado pelo fato de a cavidade comportar um envoltório interno rígido (20) em torno do espelho que constitui pelo menos uma parte da cavidade, esse envoltório sendo constituído de 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, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho.

[0014] 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 l total da cavidade de entrada do instrumento.

[0015] Vantajosamente, o primeiro envoltório é em alumínio ou quaisquer outros materiais que apresentam uma forte inércia térmica (exemplo, berílio).

[0016] Vantajosamente, o envoltório em alumínio tem uma espessura de aproximadamente 1 mm.

[0017] De acordo com uma outra característica, a cavidade comporta, além disso, um segundo envoltório constituído de um material isolante térmico disposto sobre todo o perímetro da cavidade e no fundo desta, isto é, atrás do espelho.

[0018] 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).

[0019] Vantajosamente, o segundo envoltório é constituído de uma

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4/8 estrutura multicamada isolante (MLI).

[0020] De acordo com uma outra característica, o instrumento compreende, além disso, meios ativos de controle da temperatura do espelho.

[0021] A invenção se aplica a telescópios de borda de satélites, independentemente do tamanho de seu espelho primário.

[0022] 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 óptico, de acordo com a modalidade;

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

[0023] O instrumento 1 descrito comporta uma cavidade 2, permitindo receber 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.

[0024] 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. [0025] Mais do que utilizar um envoltório de isolamento clássico, a solução proposta consiste em utilizar uma cavidade de entrada para o instrumento 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 caviPetição 870170092372, de 29/11/2017, pág. 7/27

5/8 dade de entrada do instrumento realizada de acordo com a invenção é menos sensível às flutuações externas, notadamente face às flutuações rápidas de tipo orbitais.

[0026] Para isso, a cavidade de entrada 2 de instrumento do instrumento óptico 1 compreende um envoltório interno rígido 20 em torno do espelho 3 constituído de um material que apresenta uma inércia térmica, que amortece 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.

[0027] O envoltório rígido de inércia térmica 20 se apresenta sob a forma 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.

[0028] No esquema da figura 1, o envoltório 20 constitui toda a cavidade 2. Nesse caso, o comprimento do envoltório 20 corresponde àquele da cavidade 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.

[0029] Todavia, em certas aplicações, por razões de limitação da massa do instrumento óptico, o envoltório 20 terá, de preferência, um comprimento inferior àquele da cavidade de entrada permanecendo suficientemente longo para assegurar sua função de amortecedor das variações instantâneas 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.

[0030] 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.

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6/8 [0031] Em todos os casos, a parte de cavidade apresentando uma inércia térmica ou a totalidade da cavidade apresentando essa inércia térmica em relação às flutuações térmicas é recoberta por um envoltório de isolamento térmico 21 de tipo multicamada MLI.

[0032] No caso em que somente uma parte da cavidade compreende um envoltório rígido de inércia térmica, tal como representado na figura 2, o envoltório 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.

[0033] Um material tal como o alumínio, que apresenta uma forte capacidade calorífica, assim como uma boa condutibilidade térmica, pode ser utilizado vantajosamente para realizar o envoltório de inércia térmica.

[0034] A face interna da parte A de cavidade feita em alumínio 20 é pintada 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 espelho nas proximidades de 20^oC.

[0035] Segundo a necessidade, a solução proposta pode ser ainda melhorada 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 exemplo, 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

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7/8 variações instantâneas do fluxo radioativo proveniente da cavidade próxima serem amortecidas, 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 temperatura da cavidade, permitindo assim antecipar e compensar as flutuações de temperatura do espelho.

[0036] A título de exemplo uma modelização térmica de um conjunto, compreendendo:

espelho primário 3 de diâmetro 1,3 m

- a cavidade 2 sendo munida de um envoltório rígido em alumínio 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 envoltório 20 para constituir a outra metade D da cavidade, espelho secundário 4 compartimento de entrada 10, [0037] permitiu, para um satélite em órbita baixa, quantificar os ganhos obtidos, de acordo com a invenção:

Estrutura da cavidade do instrumento óptico.	Variação orbital da temperatura média do espelho primário (face ativa)	Variação orbital do gradiente térmico na espessura do espelho primário.
	(mK)	(mK)
Clássico (cavidade recoberta de MLI)	310	12,4
Metade da cavidade com envoltório interno rígido em alumínio, não regulado.	110	4,8
Metade da cavidade com envoltório interno em alumínio regulado.	90	3,6
Regulagem ativa do espelho (tipo radioativo) e metade da cavidade com envoltó-	16	1,7

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Estrutura da cavidade do instrumento óptico.	Variação orbital da temperatura média do espelho primário (face ativa)	Variação orbital do gradiente térmico na espessura do espelho primário.
	(mK)	(mK)
rio interno em alumínio (não regulado)

[0038] 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.

[0039] Uma cavidade compreendendo um envoltório tubular em alumínio de 1,2 m de comprimento e 1 mm de espessura no meio ambiente próximo do espelho primário de 1,3 m de diâmetro basta para se obterem esses resultados.

[0040] Uma otimização do comprimento do envoltório rígido é necessária, em função das exigências de estabilidade exigidas e do excesso de massa gerado.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

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 instantâneas do fluxo radioativo incidente, a cavidade compreendendo um primeiro envoltório interno rígido (20) em torno do espelho formando pelo menos uma parte da cavidade, esse envoltório (20) consistindo de 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, por conseguinte, as flutuações de temperatura do espelho, onde o primeiro envoltório (20) é feito de alumínio ou qualquer outro material que apresente uma forte inércia térmica, caracterizado pelo fato de que a cavidade comporta, além disso, um segundo envoltório (21) consistindo de um material isolante térmico disposto sobre todo o perímetro da cavidade, e o segundo envoltório (21) recobre o primeiro (20) e prolonga a primeira parte (A) de cavidade para formar uma segunda parte (B) em continuidade com o primeiro (20).
2. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 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 l total da cavidade.
3. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o primeiro envoltório (20) ter uma espessura

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2/2 de aproximadamente 1 mm.
4. Instrumento óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material isolante térmico é disposto no fundo da cavidade, isto é, atrás do espelho.
5. Instrumento óptico, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o segundo envoltório (21) consiste em uma estrutura multicamada isolante (MLI).
6. Instrumento óptico, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender, além disso, meios (6 e 7) ativos de controle da temperatura do espelho e do envoltório rígido.

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