EP3269009A1 - Réflecteur d'antenne, en particulier pour engin spatial - Google Patents

Réflecteur d'antenne, en particulier pour engin spatial

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EP3269009A1
EP3269009A1 EP16713510.2A EP16713510A EP3269009A1 EP 3269009 A1 EP3269009 A1 EP 3269009A1 EP 16713510 A EP16713510 A EP 16713510A EP 3269009 A1 EP3269009 A1 EP 3269009A1
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EP
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shell
rear structure
antenna reflector
reflector according
reflector
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EP16713510.2A
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EP3269009B1 (fr
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Audrey-Marine LOUIS
Régis RAULT
Frédéric VEILLERAUD
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ArianeGroup SAS
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ArianeGroup SAS
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Publication of EP3269009A1 publication Critical patent/EP3269009A1/fr
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
    • H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H01Q1/288—Satellite antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/102—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces wherein the surfaces are of convex toroïdal shape

Definitions

  • Antenna reflector in particular for spacecraft
  • the present invention relates to an antenna reflector, in particular for an antenna of a spacecraft and in particular of a satellite.
  • the present invention applies more particularly to a telecommunication satellite antenna reflector, in particular a large antenna.
  • a satellite antenna reflector for example, is a part of an antenna, which makes it possible to reflect and form the electromagnetic wave exchanged between the satellite and the Earth.
  • an antenna reflector comprises a rigid structure (shell) provided with a reflective surface, reflecting the electromagnetic waves (radiofrequency), and a reinforcement system provided with a so-called rear structure, which maintains the shell and ensures the connection of the hull to the satellite.
  • the shell is secured to the rear structure by a set of flexible fasteners.
  • the rear structure of a reflector generally comprises an assembly of rectilinear tubes, linked together at angles.
  • This rear structure has a general shape representing a polygon, for example a rectangle, or an assembly of polygons.
  • the shells generally have a circular contour, or derived from a circle (such as a truncated circle), to optimize the radio frequency performance of the antenna.
  • the polygonal structure is placed in a plane above the shell, and does not allow to marry the overall parabolic shape of the reflector.
  • the reflector is geometrically not very compact.
  • the length of the fasteners between the shell and the rear structure varies according to their position along the rear structure.
  • the lengths of the shell edge (or free edge) there is an optimum length for the fasteners.
  • a fastener too long is more sensitive to buckling and decreases the mechanical strength of the fastener (and reflector), and a fastener too short does not allow to leave a sufficiently large flexibility between the structure back and the hull.
  • a too short fastening element induces mechanical performance losses in the holding of the junction at the foot of the fastener.
  • the use of a polygonal structure induces variations in the lengths of the fasteners, and therefore at least a portion of the fasteners has a non-optimal length.
  • the preferred positioning for a fastener is to arrange it radially relative to the shell.
  • the fixing elements are not arranged radially everywhere, or it is necessary to add wedges between the fastening elements and the rear structure to ensure a radial position, which increases the mass of the reflector.
  • a conventional antenna reflector structure comprising a shell and a rear structure (of a reinforcement system) of polygonal type, as mentioned above, is therefore not optimal.
  • the present invention aims to remedy at least some of the aforementioned drawbacks. It relates to an antenna reflector, in particular for a spacecraft and in particular for a satellite, said antenna reflector comprising a shell provided with a first surface which is reflective, and a reinforcement system which is arranged on a second surface of the hull, opposite said first surface, and which comprises a so-called rear structure.
  • said rear structure comprises at least one structural part having a generally at least partially circular shape.
  • the rear structure is not of the usual completely polygonal type, and comprises at least one part of structure which is circular.
  • the use of such a circular structure portion has many advantages to overcome at least some of the aforementioned drawbacks, as specified below.
  • said at least one structural portion of said rear structure has a generally circular overall shape.
  • said rear structure comprises a plurality of structural parts of generally (completely) circular shapes and of different diameters.
  • said shell has a paraboloidal structure with or without local "shaping", and said at least one structural part of said rear structure is arranged on the second surface of the shell so as to to be maintained at a set of fasteners (at all fasteners of this assembly) at a substantially constant distance from said second surface, preferably corresponding to an optimum distance.
  • said at least one structural portion of said rear structure has a general mixed shape comprising at least one polygonal portion and at least one circular portion. lar.
  • said mixed general form is a truncated circular shape.
  • said antenna reflector has at least some of the following characteristics, taken individually or in combination:
  • said fixing elements are arranged radially on said second surface of the shell;
  • said at least one structural part of the rear structure comprises at least one torus.
  • said at least one torus is made in one piece or in a plurality of elements (or pieces) assembled together;
  • said rear structure is made of composite material.
  • the present invention also relates to a spacecraft, in particular a satellite, which comprises at least one antenna reflector as mentioned above.
  • Figures 1 and 2 are schematic views, respectively in section and in plan, of an antenna reflector illustrating the invention.
  • Figure 3 is a schematic plan view of a particular embodiment of an antenna reflector provided with a rear structure comprising a plurality of concentric structural parts.
  • FIG. 4 is a diagrammatic plan view of a particular embodiment of an antenna reflector having a truncated circular shape.
  • the antenna reflector 1 (hereinafter “reflector 1") illustrating the invention and shown schematically in FIG. 1 is a reflector of an antenna, in particular for an antenna of a spacecraft and in particular of a satellite .
  • this reflector 1 may be a reflector of an antenna of a telecommunication satellite, in particular of a large antenna, for example with a diameter of the order of two to five meters.
  • Such an antenna reflector must meet very strict specifications and present, in particular, a good mechanical strength to existing environments during the launch of the satellite, a surface accuracy, a surface stability during extreme temperature variations such as they exist in orbit, good mechanical strength over an extended temperature range, great lightness, and high stiffness.
  • the reflector 1 comprises, as shown very schematically in FIG.
  • a shell 2 provided with a first surface, said front surface 3, which is able to reflect electromagnetic waves;
  • a reinforcing system 4 which is arranged on a second surface of the shell 2, said rear surface 5, which is opposite to said front surface 3.
  • This reinforcement system 4 comprises a main structure called rear structure 6, as well as other elements and usual means (not shown) allowing in particular to fix the reflector 1 on the satellite in question.
  • the purpose of the reinforcement system 4 is to maintain the shell 2 and to ensure the connection of the shell 2 to the satellite.
  • the shell 2 of the reflector 1 comprises a composite sandwich structure comprising a honeycomb core, which is transparent to the electromagnetic (radio) waves, and on which are affixed a front skin and a back skin.
  • Each of the skins comprises one or more plies of posite with, for example, carbon fibers.
  • Each fold can be a unidirectional fold or a woven fold.
  • the material constituting the front skin (that is to say the reflective front surface 3) of the shell 2 must make it possible to guarantee reflection of the electromagnetic waves.
  • a stack of folds of composite material ensures good mechanical performance and light weight.
  • the shell may have a specific shape for each reflector considered.
  • the rear structure 6 of the reflector 1 comprises at least one structural part 7A, 7B, 7C, 7D having a generally at least partially circular shape.
  • the rear structure 6 of the reflector 1, comprising at least one portion of structure 7A, 7B, 7C, 7D which is circular, is not of the usual completely polygonal type.
  • the use of such a circular structural portion 7A, 7B, 7C, 7D has many of the advantages set forth below.
  • the rear structure 6 of the reflector 1 comprises a single structural portion 7A, this structural portion 7A having a generally circular shape.
  • This structural part 7A is arranged concentrically with respect to the shell 2, which is of parabolic type and therefore circular in plan view, as shown in FIG. 2.
  • the shell 2 thus has a paraboloidal structure, which has been shown the center O (located on an axis XX) in particular in Figure 2.
  • the structural portion 7A of said rear structure 6 is arranged on the rear surface 5 of the shell 2 so as to be located in all points at a substantially constant distance from said rear surface 5.
  • the reflector 1 also comprises a plurality of fastening elements 8, specified below, which are arranged between the rear surface 5 of the shell 2 and a surface opposite said structural structure. 6. These fastening elements 8 are intended to secure the reinforcement system 4 and the shell 2.
  • the fastening elements 8 are distributed, preferably uniformly, around the periphery of the rear structure 6.
  • the rear structure 6 is thus placed in a plane above the shell 2, on the side of its rear surface 5, and allows to marry the (generally parabolic) shape of the reflector 1.
  • the reflector 1 is geometrically very compact .
  • the fastening elements 8 may correspond to any mechanical element, in particular an angle, for example in the form of a T or an L, making it possible to remotely fix the rear structure 6 to the rear surface 5 of the shell 2 and having a flexibility .
  • the preferred positioning for a fastening element 8 is to arrange it radially with respect to the rear surface 5 (rounded) of the shell 2. This makes it possible to create maximum flexibility between the shell 2 and the rear structure 6. Thanks to the circular shape of the rear structure 6, the latter can conform to the shape of the shell 2, and thus over the entire circular portion, the fastening elements 8 can be arranged radially without requiring for example wedges angles, which is particularly advantageous for reasons of ease of assembly and mass reduction.
  • the rear structure 6 comprises a plurality of structural portions 7B and 7C.
  • These structural parts 7B and 7C have circular general shapes, but with different diameters d1 and d2 respectively.
  • the rear structure 6 further comprises connecting tubes 9, preferably rectilinear, which bind together the structural parts 7B and 7C, in particular to improve the mechanical strength.
  • these connecting tubes 9 are arranged radially with respect to the structural parts 7B and 7C.
  • Such an assembly of rectilinear (or straight) and circular tubes (structural parts) 9 can be used when the rear structure consists of several concentric circular structural parts and rectilinear (preferentially radial) connecting tubes 9 are used to bind the circular parts together.
  • the rear structure 6 may therefore include in particular one or more completely circular (rear) structural parts, as shown in FIG. 2 (showing a single circular portion of structure 7A), or it may comprise a combination of circular rear structure parts. and linear connecting tubes, as shown in Figure 3.
  • a rear structure 6 with part (s) of circular structure (s) makes it possible to obtain a length D of the shell edge (relative to the radially outer edge 2A of the shell 2) which is constant all around the shell 2, either for the single structural part 7A as in the example of Figure 2, or for the structural part 7B (of the rear structure 6) radially outermost as on the example of FIG. 3. It is thus possible to choose the diameter of this rear structure 7A, 7B to guarantee a length D of shell edge (or free edge) which is optimal, which notably improves the mechanical performance of the reflector 1 with respect to to a usual architecture with a polygonal rear structure.
  • the optimum free edge length depends on the material and the thickness of the shell 2, as well as the overall design of the reflector 1. As an illustration, for a large antenna, the optimal length of the free edge can be located between 5 cm and 70 cm. Such a free edge makes it possible to achieve a dissipation of the mechanical energy undergone during the launch, but it is not too long not to induce large displacements of the shell edge.
  • the use of a circular shape for the rear structure 6 also makes it possible to maintain a symmetry of revolution of the reflector 1, which decreases the zones of stress concentrations (which are areas of potential weakness of the reflector), and improves the overall performance of the reflector 1.
  • the thermal deformation performance of the reflector 1 are increased tenfold (deformations ten times smaller) compared to a similar reflector with a polygonal rear structure.
  • the structural portion 7D of said rear structure 6 has a general mixed shape 10 comprising at least one circular portion 11, 12 and at least one polygonal (or rectilinear) portion 13, 14 as shown in Figure 4.
  • this general mixed shape 10 is a truncated circular shape, comprising circular portions (or sections) 11 and 12 and rectilinear portions (or sections) 13 and 14 alternating. It also comprises a rectilinear section 15 linking together the two rectilinear parts 13 and 14.
  • the reflector 1 also comprises a plurality of fastening elements (not shown) which are arranged between the rear surface 5 of the shell 2 and the surface facing the rear structure 6.
  • the fastening elements 8 There is an optimum length for the fastening elements 8. Indeed, a fastener too long is more sensitive to buckling and decreases the mechanical strength of this fastener (and reflector), and a fastener too short does not does not allow to leave enough flexibility between the structure and the hull. In addition, a fastener too short induces mechanical performance losses in the holding of the junction at the foot of the fastener. As an illustration, the optimum length for a fastener 8 is between 3 cm and 40 cm. This optimum length depends on characteristics of the fastening element, such as the material constituting the fastener, its width, its thickness, the type of junction between the fastener and the shell, and the type of junction between the element and the rear structure.
  • the rear structure 6 preferably comprises tubes made of carbon-based composite material, which make it possible to ensure mechanical strength and stiffness, and a high inertia of this rear structure to obtain good performance of the complete reflector.
  • These tubes may have cross sections of different shapes, for example an ellipse or preferably a round, or sections of polygonal shapes, including rectangular or square.
  • each circular structure portion may be a complete torus or several torus portions.
  • the torus parts can be assembled together or separated.
  • the shape of the rear structure 6 may depend, in particular, the size of the shell 2 and the position of interfaces with the satellite so as to ensure maintenance of the shell 2 at points distributed on its surface.
  • the present invention can be applied to reflectors provided with different types of shell, and in particular:
  • a rear structure 6 at least partially circular and not completely polygonal.
  • the rear structure 6 makes it possible to produce a compact reflector 1, with a rear structure 6 arranged everywhere close to the shell 2. Moreover, it is possible to provide, on the circular part, a constant distance between the rear structure 6 and the shell 2. This distance can be chosen to be equal to the optimum length of the fastening elements 8, which improves the mechanical performance of the reflector 1 with respect to the use of a polygonal structure; - The fastening elements 8 mounted on the rear structure 6 may be arranged radially, which is their optimal position and does not require wedges additional angles; and
  • the rear structure 6 is arranged on the circular part at the same distance from the edge 2A of the shell 2.
  • the use of a completely circular structure makes it possible to obtain a constant shell edge length D all around the circumference of the shell 2, which can be chosen equal to an optimum length.
  • the method of manufacturing the reflector 1, as described above, is as follows.
  • the rear structure 6 (at least partially circular) is made of carbon-based composite material. By way of illustration, it can be manufactured by draping pre-impregnated plies, by depositing dry plies, then by low pressure injection molding of liquid resin of the RTM type (for "Resin Transfer Molding") or infusion, then by polymerization of the resin.
  • the manufacture of a tubular rear tubular structure 6 is achieved by the use of a toric mold and the composite ply draping on the mold.
  • the manufacture of the shell 2 of the reflector 1 is, in turn, performed in the usual manner.
  • the assembly of the rear structure 6 is implemented according to methods identical to those used for conventional reflectors, as well as the fixing of the rear structure 6 on the shell 2.

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Abstract

Le réflecteur d'antenne (1), en particulier pour un engin spatial et notamment pour un satellite, comprend une coque (2) pourvue d'une première surface qui est réfléchissante, et un système de renfort (4) qui est agencé sur une seconde surface (5) de la coque (2), opposée à ladite première surface, et qui comprend une structure (6) dite arrière, ladite structure arrière (6) comprenant au moins une partie de structure (7A) présentant une forme générale circulaire.

Description

Réflecteur d'antenne, en particulier pour engin spatial
La présente invention concerne un réflecteur d'antenne, en particulier pour une antenne d'un engin spatial et notamment d'un satellite.
Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus particulièrement à un réflecteur d'antenne de satellite de télécommunication, en particulier d'une antenne de grande dimension. Un réflecteur d'antenne de satellite par exemple, est une partie d'une antenne, qui permet de réfléchir et de former l'onde électromagnétique échangée entre le satellite et la Terre.
De façon usuelle, un réflecteur d'antenne comprend une structure rigide (coque) pourvue d'une surface réfléchissante, réfléchissant les ondes électromagnétiques (radiofréquence), et un système de renfort pourvu d'une structure dite arrière, qui maintient la coque et assure la liaison de la coque au satellite. De façon usuelle, la coque est solidarisée de la structure arrière par un ensemble d'éléments de fixation flexibles.
La structure arrière d'un réflecteur comporte, généralement, un assemblage de tubes rectilignes, liés entre eux en formant des angles. Cette structure arrière présente une forme générale représentant un polygone, par exemple un rectangle, ou un assemblage de polygones.
Par ailleurs, les coques présentent, généralement, un contour circulaire, ou dérivé d'un cercle (comme un cercle tronqué), pour optimiser les performances radiofréquence de l'antenne.
L'adaptation de la structure arrière, de type polygonale, sur la coque, de forme circulaire, ne peut pas être mise en œuvre de manière optimale, notamment car :
- il apparaît une distance variable entre le pied des éléments de fixation et le bord de la coque, à savoir la longueur du bord libre de la coque. Il n'est pas possible, en effet, de choisir précisément la longueur du bord libre pour la maintenir à une longueur optimale sur tout le pourtour de la coque. Or, un bord libre est nécessaire pour permettre une dissipation de l'énergie méca- nique subie lors du lancement. Toutefois, un bord libre trop long induit de grands déplacements du bord de coque, et fragilise donc le bord de coque ; et - une structure arrière polygonale présente des zones d'angles. Ces zones d'angles induisent des concentrations de contraintes, qui peuvent représenter des zones de fragilité du réflecteur.
Par ailleurs, la structure polygonale est placée dans un plan au- dessus de la coque, et ne permet pas d'épouser la forme globalement parabolique du réflecteur. Ainsi, le réflecteur n'est, géométriquement, pas très compact.
En outre, avec une structure arrière polygonale, la longueur des éléments de fixation entre la coque et la structure arrière varie en fonction de leur position le long de la structure arrière. Comme pour les longueurs de bord de coque (ou de bord libre), il existe une longueur optimale pour les éléments de fixation. En effet, un élément de fixation trop long est plus sensible au flambage et diminue la tenue mécanique de l'élément de fixation (et du réflecteur), et un élément de fixation trop court ne permet pas de laisser une flexibilité suffisamment importante entre la structure arrière et la coque. En outre, un élément de fixation trop court induit des pertes de performances mécaniques dans la tenue de la jonction au pied de l'élément de fixation. Or, l'utilisation d'une structure polygonale induit des variations dans les longueurs des éléments de fixation, et donc une partie au moins des éléments de fixation présente une longueur non optimale.
Par ailleurs, le positionnement préféré pour un élément de fixation est de l'agencer radialement par rapport à la coque. Lorsque la structure arrière est polygonale, les éléments de fixation ne sont pas partout agencés radialement, ou bien il est nécessaire d'ajouter des cales d'angle entre les éléments de fixation et la structure arrière pour garantir une position radiale, ce qui augmente la masse du réflecteur.
Une structure usuelle de réflecteur d'antenne comprenant une coque et une structure arrière (d'un système de renfort) de type polygonal, telles que précitées, n'est donc pas optimale. La présente invention a pour objet de remédier à au moins certains des inconvénients précités. Elle concerne un réflecteur d'antenne, en particulier pour un engin spatial et notamment pour un satellite, ledit réflecteur d'antenne comprenant une coque pourvue d'une première surface qui est ré- fléchissante, et un système de renfort qui est agencé sur une seconde surface de la coque, opposée à ladite première surface, et qui comprend une structure dite arrière.
Selon l'invention, ladite structure arrière comprend au moins une partie de structure présentant une forme générale au moins partiellement circu- laire.
Ainsi, grâce à l'invention, la structure arrière n'est pas du type usuel complètement polygonal, et comprend au moins une partie de structure qui est circulaire. L'utilisation d'une telle partie de structure circulaire présente de nombreux avantages permettant de remédier à au moins certains des incon- vénients précités, comme précisé ci-dessous.
Dans un premier mode de réalisation, ladite au moins une partie de structure de ladite structure arrière présente une forme générale complètement circulaire.
Dans une variante particulière de ce premier mode de réalisation, la- dite structure arrière comprend une pluralité de parties de structure de formes générales (complètement) circulaires, et de diamètres différents.
En outre, avantageusement, ladite coque présente une structure pa- raboloïdale avec ou sans formage (« shaping ») local, et ladite au moins une partie de structure de ladite structure arrière est agencée sur la seconde sur- face de la coque de manière à être maintenue, à un ensemble d'éléments de fixation (à tous les éléments de fixation de cet ensemble), à une distance sensiblement constante de ladite seconde surface, correspondant de préférence à une distance optimale.
Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, ladite au moins une partie de structure de ladite structure arrière présente une forme générale mixte comprenant au moins une partie polygonale et au moins une partie cir- culaire. Dans une variante particulière de ce second mode de réalisation, ladite forme générale mixte est une forme circulaire tronquée.
Par ailleurs, avantageusement, ledit réflecteur d'antenne présente au moins certaines des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- il comporte une pluralité d'éléments de fixation agencés entre la seconde surface de la coque et une surface en regard de ladite structure arrière, lesdits éléments de fixation étant destinés à solidariser le système de renfort et la coque ;
- lesdits éléments de fixation sont agencés radialement sur ladite seconde surface de la coque ;
- ladite au moins une partie de structure de la structure arrière comprend au moins un tore. Avantageusement, ledit au moins un tore est réalisé en une seule pièce ou en une pluralité d'éléments (ou de pièces) assemblés en- semble ;
- ladite structure arrière est réalisée en matériau composite.
La présente invention concerne également un engin spatial, en particulier un satellite, qui comporte au moins un réflecteur d'antenne tel que précité.
Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
Les figures 1 et 2 sont des vues schématiques, respectivement en coupe et en plan, d'un réflecteur d'antenne illustrant l'invention.
La figure 3 est une vue schématique, en plan, d'un mode de réalisation particulier d'un réflecteur d'antenne pourvu d'une structure arrière comprenant plusieurs parties de structure concentriques.
La figure 4 est une vue schématique, en plan, d'un mode de réalisation particulier d'un réflecteur d'antenne présentant une forme circulaire tron- quée. Le réflecteur d'antenne 1 (ci-après « réflecteur 1 ») illustrant l'invention et représenté schématiquement sur la figure 1 est un réflecteur d'une antenne, en particulier pour une antenne d'un engin spatial et notamment d'un satellite. Bien que non exclusivement, ce réflecteur 1 peut être un réflecteur d'une antenne d'un satellite de télécommunication, notamment d'une antenne de grande dimension, par exemple avec un diamètre de l'ordre de deux à cinq mètres.
La description ci-après s'applique, à titre d'illustration, à un réflecteur d'antenne d'un satellite.
Un tel réflecteur d'antenne doit répondre à des spécifications très strictes et présenter, notamment, une bonne tenue mécanique aux ambiances existant lors du lancement du satellite, une précision de la surface, une stabilité de la surface lors de variations de température extrêmes telles qu'elles existent en orbite, une bonne tenue mécanique sur une plage de températures étendue, une grande légèreté, et une raideur élevée.
De façon usuelle, le réflecteur 1 comprend, comme représenté très schématiquement sur la figure 1 :
- une coque 2 pourvue d'une première surface, dite surface avant 3, qui est apte à réfléchir des ondes électromagnétiques ; et
- un système de renfort 4 qui est agencé sur une seconde surface de la coque 2, dite surface arrière 5, qui est opposée à ladite surface avant 3. Ce système de renfort 4 comprend une structure principale dite structure arrière 6, ainsi que d'autres éléments et moyens usuels (non représentés) permettant notamment de fixer le réflecteur 1 sur le satellite considéré. Le système de ren- fort 4 a pour but de maintenir la coque 2 et d'assurer la liaison de la coque 2 au satellite.
Dans un mode de réalisation préféré (non représenté), la coque 2 du réflecteur 1 comprend une structure sandwich composite comprenant une âme en nid-d'abeilles, qui est transparente aux ondes électromagnétiques (radioélectriques), et sur laquelle sont apposées une peau avant et une peau arrière. Chacune des peaux comprend un ou plusieurs plis de matériau com- posite avec, par exemple, des fibres de carbone. Chaque pli peut être un pli unidirectionnel ou un pli tissé. Le matériau constituant la peau avant (c'est-à- dire la surface avant 3 réfléchissante) de la coque 2 doit permettre de garantir une réflexion des ondes électromagnétiques. Un empilement de plis en maté- riau composite permet de garantir de bonnes performances mécaniques et une légèreté importante. La coque peut présenter une forme spécifique pour chaque réflecteur considéré.
Selon l'invention, la structure arrière 6 du réflecteur 1 comprend au moins une partie de structure 7A, 7B, 7C, 7D présentant une forme générale au moins partiellement circulaire.
Ainsi, grâce à l'invention, la structure arrière 6 du réflecteur 1 , comprenant au moins une partie de structure 7A, 7B, 7C, 7D qui est circulaire, n'est pas du type usuel complètement polygonal. L'utilisation d'une telle partie de structure 7A, 7B, 7C, 7D circulaire présente de nombreux avantages préci- sés ci-dessous.
Dans un premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, la structure arrière 6 du réflecteur 1 comprend une seule partie de structure 7A, cette partie de structure 7A présentant une forme générale complètement circulaire.
Cette partie de structure 7A est agencée de manière concentrique par rapport à la coque 2 qui est de type parabolique et donc de forme circulaire en vue en plan, comme représenté sur la figure 2.
La coque 2 présente ainsi une structure paraboloïdale, dont on a représenté le centre O (situé sur un axe X-X) notamment sur la figure 2. De plus, la partie de structure 7A de ladite structure arrière 6 est agencée sur la surface arrière 5 de la coque 2 de manière à être située, en tous points, à une distance sensiblement constante de ladite surface arrière 5.
Pour ce faire, le réflecteur 1 comporte également une pluralité d'éléments de fixation 8, précisés ci-dessous, qui sont agencés entre la sur- face arrière 5 de la coque 2 et une surface en regard de ladite structure ar- rière 6. Ces éléments de fixation 8 sont destinés à solidariser le système de renfort 4 et la coque 2.
Les éléments de fixation 8 sont répartis, de préférence uniformément, autour de la périphérie de la structure arrière 6.
La structure arrière 6 est ainsi placée dans un plan au-dessus de la coque 2, du côté de sa surface arrière 5, et permet d'épouser la forme (globalement parabolique) du réflecteur 1. Ainsi, le réflecteur 1 est géométriquement très compact.
Les éléments de fixation 8 peuvent correspondre à tout élément mé- canique, notamment une cornière, par exemple en forme de T ou de L, permettant de fixer à distance la structure arrière 6 à la surface arrière 5 de la coque 2 et présentant une flexibilité.
Le positionnement préféré pour un élément de fixation 8 est de l'agencer radialement par rapport à la surface arrière 5 (arrondie) de la coque 2. Ceci permet de créer une flexibilité maximale entre la coque 2 et la structure arrière 6. Grâce à la forme circulaire de la structure arrière 6, cette dernière peut épouser la forme de la coque 2, et ainsi sur toute la partie circulaire, les éléments de fixation 8 peuvent être agencés radialement sans nécessiter par exemple de cales d'angles, ce qui est notamment avantageux pour des raisons de facilité de montage et de réduction de masse.
Par ailleurs, dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, la structure arrière 6 comprend une pluralité de parties de structure 7B et 7C. Ces parties de structures 7B et 7C présentent des formes générales circulaires, mais avec des diamètres respectifs d1 et d2 différents.
Ces parties de structure 7B et 7C sont agencées de façon concentrique l'une par rapport à l'autre, ainsi que par rapport à la coque 2.
La structure arrière 6 comporte, de plus, des tubes de liaison 9, de préférence rectilignes, qui lient ensemble les parties de structure 7B et 7C, notamment pour améliorer la tenue mécanique. De préférence, ces tubes de liaison 9 sont agencés radialement par rapport aux parties de structure 7B et 7C. Un tel assemblage de tubes de liaison 9 rectilignes (ou droits) et de tubes circulaires (parties de structure) peut être utilisé lorsque la structure arrière est constituée de plusieurs parties de structure circulaires concentriques et que des tubes de liaison 9 rectilignes (préférentiellement radiaux) sont utili- sés pour lier les parties circulaires entre elles.
La structure arrière 6 peut donc notamment comporter une ou plusieurs parties de structure (arrière) complètement circulaires, comme représenté sur la figure 2 (montrant une seule partie de structure 7A circulaire), ou bien elle peut comporter une combinaison de parties de structure arrière circu- laires et de tubes de liaison rectilignes, comme représenté sur la figure 3.
L'utilisation d'une structure arrière 6 à partie(s) de structure circu- laire(s), permet d'obtenir une longueur D de bord de coque (par rapport au bord 2A radialement externe de la coque 2) qui est constante sur tout le pourtour de la coque 2, soit pour l'unique partie de structure 7A comme sur l'exemple de la figure 2, soit pour la partie de structure 7B (de la structure arrière 6) radialement la plus externe comme sur l'exemple de la figure 3. On peut ainsi choisir le diamètre de cette structure arrière 7A, 7B pour garantir une longueur D de bord de coque (ou de bord libre) qui est optimale, ce qui améliore notamment les performances mécaniques du réflecteur 1 par rapport à une architecture usuelle avec une structure arrière polygonale.
La longueur optimale de bord libre dépend du matériau et de l'épaisseur de la coque 2, ainsi que du design général du réflecteur 1. A titre d'illustration, pour une antenne de grande dimension, la longueur optimale du bord libre peut être située entre 5 cm et 70 cm. Un tel bord libre permet de réaliser une dissipation de l'énergie mécanique subie lors du lancement, mais il n'est pas être trop long pour ne pas induire de grands déplacements du bord de coque.
L'utilisation d'une forme circulaire pour la structure arrière 6 permet également de maintenir une symétrie de révolution du réflecteur 1 , ce qui di- minue les zones de concentrations de contraintes (qui sont des zones de faiblesse potentielle du réflecteur), et améliore l'ensemble des performances du réflecteur 1. Ainsi, les performances de déformation thermique du réflecteur 1 sont décuplées (déformations dix fois plus faibles) par rapport à un réflecteur similaire avec une structure arrière polygonale.
Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, la partie de struc- ture 7D de ladite structure arrière 6 présente une forme générale mixte 10 comprenant au moins une partie circulaire 11 , 12 et au moins une partie polygonale (ou rectiligne) 13, 14, comme représenté sur la figure 4.
Dans le mode de réalisation particulier de la figure 4, cette forme générale mixte 10 est une forme circulaire tronquée, comprenant des parties (ou tronçons) circulaires 11 et 12 et des parties (ou tronçons) rectilignes 13 et 14 alternées. Elle comporte également un tronçon rectiligne 15 liant ensemble les deux parties rectilignes 13 et 14.
Comme dans le premier mode de réalisation, dans ce second mode de réalisation, le réflecteur 1 comporte également une pluralité d'éléments de fixation (non représentés) qui sont agencés entre la surface arrière 5 de la coque 2 et la surface en regard de la structure arrière 6.
Il existe une longueur optimale pour les éléments de fixation 8. En effet, un élément de fixation trop long est plus sensible au flambage et diminue la tenue mécanique de cet élément de fixation (et du réflecteur), et un élément de fixation trop court ne permet pas de laisser une flexibilité assez grande entre la structure et la coque. De plus, un élément de fixation trop court induit des pertes de performances mécaniques dans la tenue de la jonction au pied de l'élément de fixation. A titre d'illustration, la longueur optimale pour un élément de fixation 8 est située entre 3 cm et 40 cm. Cette longueur optimale dépend de caractéristiques de l'élément de fixation, telles que le matériau constituant l'élément de fixation, sa largeur, son épaisseur, le type de jonction entre l'élément de fixation et la coque, et le type de jonction entre l'élément et la structure arrière.
Par ailleurs, quel que soit le mode de réalisation considéré, la struc- ture arrière 6 comprend, de préférence, des tubes en matériau composite à base de carbone, qui permettent d'assurer la tenue et la raideur mécaniques, et une grande inertie de cette structure arrière pour obtenir de bonnes performances du réflecteur complet. Ces tubes peuvent présenter des sections transversales de différentes formes, par exemple une ellipse ou de préférence un rond, ou des sections de formes polygonales, notamment rectangulaires ou carrées.
Ainsi, chaque partie de structure circulaire peut être un tore complet ou plusieurs parties de tore. Les parties de tores peuvent être assemblées entre elles ou être séparées.
La forme de la structure arrière 6 peut dépendre, notamment, de la dimension de la coque 2 et de la position d'interfaces avec le satellite de manière à garantir un maintien de la coque 2 en des points répartis sur sa surface.
Par ailleurs, la présente invention peut s'appliquer à des réflecteurs pourvus de différents types de coque, et notamment :
- à des réflecteurs dont la coque est parabolique, la forme de la coque étant un paraboloïde de révolution ; et
- à des réflecteurs dont la coque présente un formage local (« shaping »).
Le réflecteur 1 , tel que décrit ci-dessus à partir de plusieurs modes de réalisation différents, comprend donc une structure arrière 6 au moins partiel- lement circulaire et non pas complètement polygonale. L'utilisation d'une telle structure arrière 6 (circulaire) présente ainsi de nombreux avantages, et notamment les avantages suivants :
- la structure arrière 6 permet de réaliser un réflecteur 1 compact, avec une structure arrière 6 agencée partout au plus près de la coque 2. De plus, on peut prévoir, sur la partie circulaire, une distance constante entre la structure arrière 6 et la coque 2. On peut choisir cette distance comme étant égale à la longueur optimale des éléments de fixation 8, ce qui améliore les performances mécaniques du réflecteur 1 par rapport à l'utilisation d'une structure polygonale ; - les éléments de fixation 8 montés sur la structure arrière 6 peuvent être agencés de manière radiale, ce qui est leur position optimale et ne nécessite pas de cales d'angles supplémentaires ; et
- la structure arrière 6 est agencée, sur la partie circulaire, à la même distance du bord 2A de la coque 2. L'utilisation d'une structure complètement circulaire permet d'obtenir une longueur D de bord de coque constante sur tout le pourtour de la coque 2, qui peut être choisie égale à une longueur optimale.
Le procédé de fabrication du réflecteur 1 , tel que décrit ci-dessus, est le suivant. La structure arrière 6 (au moins partiellement circulaire) est fabriquée en matériau composite à base de carbone. A titre d'illustration elle peut être fabriquée par drapage de plis pré-imprégnés, par dépose de plis secs, puis par moulage par injection basse pression de résine liquide de type RTM (pour « Resin Transfert Molding » en anglais) ou infusion, puis par polymérisation de la résine.
A titre d'exemple, la fabrication d'une structure arrière 6 tubulaire torique est réalisée par l'utilisation d'un moule torique et le drapage de plis composite sur le moule.
La fabrication de la coque 2 du réflecteur 1 est, quant à elle, réalisée de façon usuelle. De plus, l'assemblage de la structure arrière 6 est mis en œuvre suivant des procédés identiques à ceux utilisés pour des réflecteurs usuels, ainsi que la fixation de la structure arrière 6 sur la coque 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Réflecteur d'antenne, en particulier pour engin spatial et notam- ment pour satellite, ledit réflecteur (1) comprenant une coque (2) pourvue d'une première surface (3) qui est réfléchissante, et un système de renfort (4) qui est agencé sur une seconde surface (5) de la coque (2), opposée à ladite première surface (3), et qui comprend une structure (6) dite arrière, ladite structure arrière (6) comprenant au moins une partie de structure (7A, 7B, 7C, 7D) présentant une forme générale au moins partiellement circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments de fixation (8) agencés entre la seconde surface (5) de la coque (2) et une surface en regard de ladite structure arrière (6), en ce que lesdits éléments de fixation (8) sont destinés à solidariser le système de renfort (4) et la coque (2), et en ce que les- dits éléments de fixation (8) sont agencés radialement sur ladite seconde surface (5) de la coque (2).
2. Réflecteur d'antenne selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que ladite au moins une partie de structure (7A, 7B, 7C) de ladite structure arrière (6) présente une forme générale complètement circu- laire.
3. Réflecteur d'antenne selon la revendication 2,
caractérisé en ce que ladite structure arrière (6) comprend une pluralité de parties de structure (7B, 7C) de formes générales circulaires, et de diamètres différents.
4. Réflecteur d'antenne selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ladite coque (2) présente une structure paraboloïdale, et ladite au moins une partie de structure (7A, 7B, 7C) de ladite structure arrière (6) est agencée sur la seconde surface (5) de la coque (2) de manière à être maintenue, à un ensemble d'éléments de fixation, à une distance sensi- blement constante de ladite seconde surface (5).
5. Réflecteur d'antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que la structure paraboloïde est de type avec formage local ou sans formage local.
6. Réflecteur d'antenne selon la revendication 1 ,
caractérisé en ce que ladite au moins une partie de structure (7D) de ladite structure arrière (6) présente une forme générale mixte (10) comprenant au moins une partie polygonale (13, 14) et au moins une partie circulaire (11 , 12).
7. Réflecteur d'antenne selon la revendication 6,
caractérisée en ce que ladite forme générale mixte (10) est une forme circulaire tronquée.
8. Réflecteur d'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que lesdits éléments de fixation (8) présentent une longueur optimale dépendant de l'élément de fixation (8) considéré, du type de jonction entre l'élément de fixation (8) et la coque (2) et le type de jonction entre l'élément de fixation (8) et la structure arrière (6).
9. Réflecteur d'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ladite au moins une partie de structure (7A, 7B, 7C, 7D) de la structure arrière (6) comprend au moins un tore.
10. Réflecteur d'antenne selon la revendication 9,
caractérisé en ce que le tore est réalisé en une seule pièce.
11. Réflecteur d'antenne selon la revendication 9,
caractérisé en ce que le tore est réalisé en une pluralité d'éléments assemblés ensemble.
12. Réflecteur d'antenne selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que ladite structure arrière (6) est réalisée en matériau composite.
13. Engin spatial, en particulier satellite,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réflecteur d'antenne (1), tel que celui spécifié sous l'une quelconque des revendications 1 à 12.
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