EP4655210A1 - Structure de fixation d'un équipement sur un engin, tel qu'un nanosatellite - Google Patents

Structure de fixation d'un équipement sur un engin, tel qu'un nanosatellite

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Publication number
EP4655210A1
EP4655210A1 EP24711254.3A EP24711254A EP4655210A1 EP 4655210 A1 EP4655210 A1 EP 4655210A1 EP 24711254 A EP24711254 A EP 24711254A EP 4655210 A1 EP4655210 A1 EP 4655210A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base
structure according
bases
fixed
relative
Prior art date
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Pending
Application number
EP24711254.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Rividi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Sorbonne Universite
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Sorbonne Universite
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Sorbonne Universite filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4655210A1 publication Critical patent/EP4655210A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
    • B64G1/2221—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state characterised by the manner of deployment
    • B64G1/2226—Telescoping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
    • F16M11/043—Allowing translations
    • F16M11/046—Allowing translations adapted to upward-downward translation movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M13/00—Other supports for positioning apparatus or articles; Means for steadying hand-held apparatus or articles
    • F16M13/02—Other supports for positioning apparatus or articles; Means for steadying hand-held apparatus or articles for supporting on, or attaching to, an object, e.g. tree, gate, window-frame, cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles

Definitions

  • the present description concerns a structure for fixing equipment intended to be fixed on a machine, for example a mobile machine such as a drone, or a satellite, or even a land machine.
  • a mobile machine such as a drone, or a satellite, or even a land machine.
  • the aforementioned equipment may include, for example, a sensor such as a camera or the like, or one or more solar panels to power a storage battery of the machine, or even a communication antenna, or others.
  • the fixing structure can be applied advantageously, but not limitedly, to fixing on a satellite orbiting in low Earth orbit (or “LEO”). Specifications were required for such an application and more particularly for “nanosatellites”. These are the specifications called “CubeSat” below and created to reduce the launch costs of very small satellites (weighing less than 20kg) and thus enable small and medium-sized businesses or public establishments such as universities to develop and place their own spacecraft in orbit. This standard aims to guarantee the adequacy of satellites with the main payload of the launchers which put them into orbit.
  • a 1U cubic base unit can have a mechanical structure to which equipment for the functionality of the satellite is attached (for example photovoltaic panels and/or a battery for its energy, an antenna for its radio communication, sensors for its control of flight, and/or to acquire measurement data, etc.).
  • equipment for the functionality of the satellite for example photovoltaic panels and/or a battery for its energy, an antenna for its radio communication, sensors for its control of flight, and/or to acquire measurement data, etc.
  • One or more basic units (which can provide different functionalities) can be assembled to attach to a flying machine and thus form 1U, 2U, 3U, 6U, 12U satellites.
  • the cost of a 1U cube remains significant, mainly due to the fact that each unit is developed for a single application each time.
  • CubeSat elements for attaching equipment usually have a one-piece, or assembled, structure, each structure being specific for the needs of the nanosatellite considered. Such an approach significantly reduces the ease of assembly and post-assembly checks required for satellite certification.
  • the structure for fixing at least one piece of equipment intended to be fixed on a machine.
  • the structure comprises a first base intended to be fixed to the machine, and comprising a flat fixing base and two symmetrical spacers relative to a plane perpendicular to the base.
  • the structure further comprises a second base, identical to the first base and:
  • Each spacer of each base has chamfers at lateral ends to allow sliding between the first and second bases, which allows the equipment to be deployed when attached to one of the bases.
  • the structure comprises bases which fit into each other and which are identical, which makes it possible to produce such elements of this structure on a large scale and to assemble the structure simply and quickly.
  • the structure may further comprise plates covering at least each spacer and each fixed to the exterior of a spacer.
  • the structure can be completely closed when it is compact as shown in Figure 2.
  • the structure is closed and can protect (in this compact form) equipment housed inside of the structure (a camera, or any sensor).
  • equipment housed inside of the structure (a camera, or any sensor).
  • the equipment is then discovered, visible and operational to acquire data, for example in the case of a sensor.
  • the structure can also include plates fixed to the edges of the bases, not occupied by a spacer, to give the structure a general shape (of a closed parallelepiped) comprising at least two straight blocks sliding one in the 'other.
  • the plates can be fixed to the base bases to leave their ends distant from the bases free and thus facilitate the sliding of one block into the other.
  • the bases themselves, on the internal faces of the paving stones, can slide relative to each other thanks to the aforementioned chamfers, provided on the lateral edges of the spacers.
  • the equipment can then be fixed to one of the bases via at least one of the plates, the plates being configured to accommodate equipment fixing means.
  • first and second plates facing each other and belonging to two respective straight blocks cooperate with each other by a slide mechanism to ensure the sliding of a block in the 'other.
  • the slide mechanism can be formed by a finger:
  • the structure may also include a spring means.
  • the spring means may comprise a lamella, inflected, semi-rigid and having opposite ends and fixed to the respective bases of the first and second bases (for example by screwing, snap-fastening, welding or other, on each of the bases of base).
  • the structure may include a heat-separable wire.
  • the section of this wire (by adding heat for example) can then release the spring means to lengthen.
  • the base and the spacers of each base are made in one piece, advantageously by 3D printing. Such an achievement makes it possible to limit the material and production costs by using light but strong materials.
  • each spacer comprises a form of brace for reinforcing the structure.
  • the structure is configured to be fixed on a mobile machine, the aforementioned equipment being intended to be embarked on this mobile machine.
  • the structure can be compact (with the two blocks tucked into each other) during maneuvers of the mobile machine, then deployed when the machine is at its destination, for example in orbit for a satellite.
  • This description also covers a base comprising a base and two spacers, of a structure according to the present.
  • This description also relates to a machine comprising a structure according to the present, this structure being fixed to the machine by one of the aforementioned bases.
  • Figure 1 illustrates a first base with a base 11 and two spacers 12 and 13, symmetrical
  • Figure 2 illustrates the assembly of the first base 10 and a second base 20, identical to the first base but turned in particular by 90°,
  • Figure 3 illustrates the assembly of these bases with protective plates, forming two straight blocks sliding one inside the other
  • Figure 4 illustrates a detail of the mechanism for sliding one block into the other, comprising in the example illustrated, a finger D sliding in a long groove RL.
  • Figure 5 illustrates an embodiment for a spring means MR allowing the deployment of one block relative to the other when this spring means is released from being held in compression,
  • FIG. 6 illustrates an exemplary embodiment in which the spacers of a base also include electronic card fixing rails.
  • the subject of the present description concerns a mechanical structure which consists of two identical elements which are assembled by fitting onto a slide.
  • Each basic element hereinafter called “base” for attaching equipment or machinery, and bearing the reference 10 in Figure 1 includes three faces:
  • spacers two identical “sides” (hereinafter called “spacers” and referenced 12 and 13 in Figure 1), and
  • base a base (hereinafter called “base” and referenced 11 in Figure 1).
  • the machine for example, can be fixed to the base 10 by the base I L
  • the fixing base 11 is planar, and the two spacers 12, and 13 are symmetrical with respect to a plane P perpendicular to the base 11.
  • the structure further comprises a second base 20, identical to the first base 10 and:
  • the second base 20 comprises a base 21, and two symmetrical spacers 22, 23.
  • Each spacer 12, 13, 22, 23 is reinforced by a crosspiece shape, visible in Figures 1 and 2.
  • the amounts spacers (at the ends of their crosspiece) form the edges of a rectangular parallelepiped which can be a cube, with the bases 11 and 21, as shown in Figure 2.
  • each base 11, 21 can have a surface area of 80x80 mm including a large opening allowing good communication between two separate CubeSat units.
  • the uprights at the ends of the crosspieces are beveled to each form a chamfer acting as rails for the nesting of the base which closes the cube as illustrated in Figure 2.
  • each spacer of each base has chamfers (referenced Cl, C2 in Figure 1), at the lateral ends to allow sliding between the first and second bases 10, 20, which makes it possible to deploy (or uncover) the equipment when it is fixed to one of the bases.
  • the equipment can be deployed when it is fixed to the second base 20, or alternatively be fixed to the first base 10 (the same which is fixed to the machine) but be hidden by the second base 20, which uncovers it (for example like a photovoltaic panel) after sliding deploying one of the bases relative to the other.
  • Such deployment can typically be carried out after maneuvers at the start of movement of the machine, so as not to hinder these maneuvers.
  • the structure can be compact when the machine is on the ground before taking off and then be deployed during the flight.
  • the structure can include one or more MR springs (for example with shape memory) to slide one base relative to the other when the spring is released.
  • the MR springs can be attached to respective bases via screw passages provided in the plane of each base as visible in Figure 5.
  • the bases can be closed by plates (referenced P12, P13, P22, P23 in Figure 3) covering at least each spacer 12,13, 22, 23 and each fixed on the outside of the spacer.
  • plates can protect on-board equipment such as smart cards or batteries, or others.
  • Electronic cards can in fact be slipped inside a base for example by a slide/fixing mechanism and thus remain protected by the aforementioned plates.
  • the spacers 11 and 12 of a base 10 can additionally include means for fixing equipment such as here slides to accommodate electronic cards. More generally, equipment can be fixed to the structure via a plate or directly to a base, possibly to a spacer of such a base since in addition, holes which can be used for this fixing are already provided in the spacers.
  • At least part of the plates of the internal base can be replaced by photovoltaic panels of the same dimensions, and thus the deployment of one base relative to the other allows to discover one or more photovoltaic panels to be operational, typically in flight. Of course, such panels can also be fixed on these plates.
  • the structure comprises in particular plates referenced P14, P15, P24, P25 in Figure 3 and fixed on the edges of the bases which are not occupied by a spacer, to completely close the cubes and give the structure a shape general of two straight blocks sliding one inside the other.
  • the equipment can then be fixed to one of the bases via at least one of the plates, the plates comprising holes configured to accommodate equipment fixing means.
  • the equipment may include one or more photovoltaic panels for power supply to the mobile machine, or even sensors such as a camera or the like. It will thus be understood that the deployment of one base relative to the other allows to free surfaces of the small right block, sliding in the large right block, and thus leave such equipment free to fulfill their function (capturing solar radiation or an optical field, for example).
  • the plates P12 to P15 of the exterior block are only fixed on the base 11 of the lower base 10.
  • the plates P12 to P15 are left free, however, in the upper part (distal of base 11).
  • a clearance is thus left allowing the inner block (of the upper base 20) to fit by sliding into the outer block (of the lower base 10).
  • the interior pad can fit into the exterior pad to form the base of a 1U cube.
  • this interlocking can be ensured by a sliding mechanism of a finger D fitted in each plate of the inner block (P22 to P25) in a slide RL fitted in each plate of the outer block (P12 to P15) .
  • the holes in a base for attaching a plate can have, for example, a few millimeters in diameter.
  • the bases of the respective cubes can be fixed together via holes made in each plane of a base (as visible on the top part of figures 2 and 3).
  • First and second plates (pair P12, P25 of Figure 3; pair P14, P22 of Figure 3; pair P15, P23 of Figure 3; pair P13, P24 of Figure 3) facing one of the other and belonging to two respective straight blocks cooperate with each other by a slide mechanism for sliding.
  • this slide mechanism is formed by a finger D:
  • the spring means MR comprises a strip, inflected, semi-rigid and having opposite ends and fixed to the respective bases of the first and second bases.
  • a heat-separable wire can be provided to retain the spring means, in compression before deploying the equipment.
  • a section of this wire can be controlled electronically (by release of heat from a resistance for example), thus freeing the spring means to extend.
  • a shape memory material extending or retracting by applying a suitable control voltage, or even a motor (jack, worm screw, or cable) to deploy a base in relation to to the other.
  • shape memory materials are commonly used in the aerospace field.
  • the current refinement of their design and use makes it possible to offer a wide range of possible candidates for producing the MR spring means.
  • the structure within the meaning of this description has two identical parts (the bases), one turned relative to the other by 90°.
  • These parts (as well as the plates that cover them in Figure 3) can be produced in large quantities and at low cost, for example by additional manufacturing or “3D printing”.
  • superplastics with properties close to metal for a mass twice as low can be used to make the base and the spacers of each base, without screws or welding, because in fact, as visible in Figures 1 and 2 the base and the spacers of each base can be made in one piece.
  • the entire structure can thus be additively printed using almost all of the materials available for this purpose, particularly for aeronautical applications. Furthermore, additive manufacturing allows for material savings. Typically, in comparison with the structure presented in document EP3339188 introduced above, the loss of material must be of the order of 90%, whereas with 3D printing of the structure within the meaning of the present description, that -this can be considered null.
  • CubeSat a usual limitation of the CubeSat lies in the authorized volume, which is quite small, which certainly allows the production of spacecraft at low costs, but also prevents the sending into orbit of certain devices requiring larger volumes such as solar panels or certain sensors for specific scientific experiments.
  • the structure within the meaning of this application provides a mechanical solution allowing for example to double the surface area of solar panels for a single cube.

Landscapes

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  • Clamps And Clips (AREA)

Abstract

Il est présenté une structure de fixation d'un équipement à un engin. La structure comprend une première embase (10) destinée à être fixée à l'engin, et comprenant un socle de fixation, plan (11), et deux entretoises (12,13) symétriques relativement à un plan (P) perpendiculaire au socle. La structure comporte en outre une deuxième embase (20) identique à la première embase (10) et : tournée de 90° par rapport à la première embase et relativement à un premier axe (y) perpendiculaire au socle, et retournée à 180° par rapport à la première embase et relativement à un deuxième axe (x) perpendiculaire au plan de symétrie. Chaque entretoise de chaque embase comporte des chanfreins en des extrémités latérales pour permettre un coulissement entre les première et deuxième embases, ce qui permet de déployer l'équipement lorsqu'il est fixé à l'une des embases.

Description

Titre : Structure de fixation d’un équipement sur un engin, tel qu’un nanosatellite
La présente description concerne une structure de fixation d’un équipement destiné à être fixé sur un engin, par exemple un engin mobile tel qu’un drone, ou un satellite, ou encore un engin terrestre.
L’équipement précité peut comporter par exemple un capteur tel qu’une caméra ou autre, ou encore un ou plusieurs panneaux solaires pour alimenter une batterie de stockage de l’engin, ou encore une antenne de communication, ou autres. La structure de fixation peut être appliquée avantageusement, mais non limitativement, à la fixation sur un satellite gravitant sur l’orbite terrestre basse (ou « LEO »). Un cahier des charges s’est imposé pour une telle application et plus particulièrement pour des « nanosatellites ». Il s’agit du cahier des charges nommé « CubeSat » ci- après et créé pour réduire les coûts de lancement des très petits satellites (de poids inférieur à 20kg) et ainsi permettre à des petites et moyennes entreprises ou des établissements publics tels que des universités de développer et de placer en orbite leurs propres engins spatiaux. Ce standard vise à garantir l’adéquation des satellites avec la charge utile principale des lanceurs qui les mettent en orbite.
Le cahier des charges CubeSat impose une unité de base cubique (1U) de 100 x 100 x 100 mm au lancement (1 litre de volume intérieur) pour un poids n’excédant pas 1,33 kg. Une unité de base cubique 1U peut présenter une structure mécanique à laquelle est fixé un équipement pour la fonctionnalité du satellite (par exemple des panneaux photovoltaïques et/ou une batterie pour son énergie, une antenne pour sa communication radio, des capteurs pour son contrôle de vol, et/ou pour acquérir des données de mesure, etc.). Une ou plusieurs unités de base (pouvant assurer des fonctionnalités différentes) peuvent être assemblées pour se fixer à un engin volant et former ainsi des satellites de 1U, 2U, 3U, 6U, 12U. Selon la zone géographique, la complexité du système et la facilité d’accès aux lanceurs, le coût d’un cube 1U (lancement compris) reste important, principalement en raison du fait que chaque unité est développée à chaque fois pour une seule application.
En effet, la polyvalence d’une structure de CubeSat reste à exploiter pour l’intégration de la charge utile (qu’elle soit technique pour le fonctionnement du satellite, scientifique pour porter des capteurs notamment, ou encore commerciale).
En outre, les éléments CubeSat connus pour la fixation d’équipement ont habituellement une structure monobloc, ou assemblée, chaque structure étant spécifique pour les besoins du nanosatellite considéré. Une telle approche réduit considérablement la facilité d'assemblage et les contrôles post-assemblage nécessaires à la certification du satellite.
Une conception prometteuse a été proposée dans le document EP3339188, et prévoit une armature à partir d’une pièce de structure monobloc.
Néanmoins, la structure mécanique présentée dans ce document reste complexe et il est recherché une solution pour produire des structures CubeSat :
- en grandes quantités (à une échelle industrielle), avec un faible coût de production,
- assurant une grande rapidité d’assemblage, et
- avec des capacités de polyvalence pour accueillir différents types d’équipement.
La présente description vient améliorer la situation.
Elle propose à cet effet une structure de fixation d’au moins un équipement destiné à être fixé sur un engin. La structure comprend une première embase destinée à être fixée à l’engin, et comprenant un socle de fixation, plan, et deux entretoises symétriques relativement à un plan perpendiculaire au socle.
En particulier, la structure comporte en outre une deuxième embase, identique à la première embase et :
- tournée de 90° par rapport à la première embase et relativement à un premier axe perpendiculaire au socle, et
- retournée à 180° par rapport à la première embase et relativement à un deuxième axe perpendiculaire au plan de symétrie.
Chaque entretoise de chaque embase comporte des chanfreins en des extrémités latérales pour permettre un coulissement entre les première et deuxième embases, ce qui permet de déployer l’équipement lorsqu’il est fixé à l’une des embases.
Ainsi, a minima la structure comporte des embases s’emboitant l’une dans l’autre et qui sont identiques, ce qui permet de produire à grande échelle des tels éléments de cette structure et de monter la structure de façon simple et rapide.
Dans une réalisation, la structure peut comporter en outre des plaques couvrant au moins chaque entretoise et fixée chacune sur l’extérieur d’une entretoise.
Ainsi, dans cette réalisation au moins, la structure peut être complètement fermée lorsqu'elle est compacte comme représentée sur la figure 2. Chaque entretoise étant recouverte d'une plaque, la structure est fermée et peut protéger (dans cette forme compacte) un équipement logé à l'intérieur de la structure (une caméra, ou un capteur quelconque). Lorsque la structure est déployée, l’équipement est alors découvert, apparent et opérationnel pour acquérir des données par exemple dans le cas d’un capteur.
Dans une telle réalisation, la structure peut comporter aussi des plaques fixées sur les rebords des socles, non occupés par une entretoise, pour conférer à la structure une forme générale (de parallélépipède fermé) comprenant au moins deux pavés droits coulissant l’un dans l’autre.
Par exemple les plaques peuvent être fixées aux socles d’embase pour laisser libres leurs extrémités distantes des socles et favoriser ainsi le coulissement d’un pavé dans l’autre.
Par ailleurs, les embases elles-mêmes, sur les faces internes des pavés, peuvent coulisser l’une par rapport à l’autre grâce aux chanfreins précités, prévus sur les bords latéraux des entretoises.
L’équipement, peut alors être fixé à l’une des embases par l’intermédiaire d’au moins une des plaques, les plaques étant configurées pour accueillir des moyens de fixation d’un équipement.
On peut prévoir, dans un mode de réalisation, que des première et deuxième plaques en regard l’une de l’autre et appartenant à deux pavés droits respectifs coopèrent entre elles par un mécanisme de glissière pour assurer le coulissement d’un pavé dans l’autre.
Par exemple, le mécanisme de glissière peut être formé par un doigt :
- porté par la première plaque à une extrémité distante du socle sur lequel est fixé la première plaque, et
- engagé dans une rainure longiligne que comporte la deuxième plaque.
Par ailleurs, pour déployer une embase par rapport à l’autre, la structure peut comporter en outre un moyen de ressort.
Par exemple, le moyen de ressort peut comporter une lamelle, infléchie, semi-rigide et présentant des extrémités opposées et fixées aux socles respectifs des première et deuxième embases (par exemple par vissage, encliquetage, soudure ou autre, sur chacun des socles d’embase).
Pour maintenir le moyen de ressort en compression avant un déploiement de l’équipement, la structure peut comporter un fil thermo-sécable. La section de ce fil (par apport de chaleur par exemple) peut alors libérer le moyen de ressort pour s’allonger. Dans une forme de réalisation de la structure, le socle et les entretoises de chaque embase sont réalisés d’une seule pièce, avantageusement par impression 3D. Une telle réalisation permet de limiter la matière et les coûts de production en utilisant des matériaux légers mais solides.
Dans une forme de réalisation de la structure, chaque entretoise comporte une forme de croisillon de renfort de la structure.
Dans une réalisation, la structure est configurée pour être fixée sur un engin mobile, l’équipement précité étant destiné à être embarqué sur cet engin mobile. Par exemple, la structure peut être compacte (avec les deux pavés rentrés l’un dans l’autre) pendant les manœuvres de l’engin mobile, puis déployée lorsque l’engin est à destination, par exemple en orbite pour un satellite.
La présente description vise aussi une embase comprenant un socle et deux entretoises, d’une structure selon les présentes.
En effet, une telle forme d’embase est avantageuse dans la mesure où deux embases seulement, identiques, peuvent déjà permettre la fabrication d’un cube 1U.
La présente description vise aussi un engin comportant une structure selon les présentes, cette structure étant fixée à l’engin par l’une des embases précitées.
D’autres caractéristiques et avantages de la structure apparaitront à la lecture de la description détaillée ci-après et à l’examen des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 illustre une première embase avec un socle 11 et deux entretoises 12 et 13, symétriques,
La figure 2 illustre l’assemblage de la première embase 10 et d’une deuxième embase 20, identique à la première embase mais retournée notamment de 90°,
La figure 3 illustre l’assemblage de ces embases avec des plaques de protection, formant deux pavés droits coulissant l'un dans l’autre,
La figure 4 illustre un détail du mécanisme de coulissement d’un pavé dans l’autre, comportant dans l’exemple illustré, un doigt D coulissant dans une rainure longiligne RL, La figure 5 illustre une réalisation pour un moyen de ressort MR permettant le déploiement d’un pavé par rapport à l’autre lorsque ce moyen de ressort est libéré d’un maintien en compression,
La figure 6 illustre un exemple de réalisation dans lequel les entretoises d’une embase comportent en outre des rails de fixation de cartes électroniques. L’objet de la présente description concerne une structure mécanique qui se compose de deux éléments identiques qui s’assemblent par emboitement sur glissière. Chaque élément de base (nommé ci-après « embase » pour la fixation d’équipement ou d’engin, et portant la référence 10 sur la figure 1) comprend trois faces :
- deux « côtés » identiques (nommés ci-après « entretoises » et référencées 12 et 13 sur la figure 1), et
- une base (nommée ci -après « socle » et référencée 11 sur la figure 1).
L’engin, par exemple, peut être fixé à l’embase 10 par le socle I L Comme illustré sur la figure 1, le socle de fixation 11 est plan, et les deux entretoises 12, et 13 sont symétriques par rapport à un plan P perpendiculaire au socle 11.
Comme illustré maintenant sur la figure 2, la structure comporte en outre une deuxième embase 20, identique à la première embase 10 et :
- tournée de 90° par rapport à la première embase 10 et relativement à un premier axe y perpendiculaire au socle, et
- retournée à 180° par rapport à la première embase 10 et relativement à un deuxième axe x perpendiculaire au plan de symétrie P.
Comme la première embase 10, la deuxième embase 20 comporte un socle 21, et deux entretoises symétriques 22, 23. Chaque entretoise 12, 13, 22, 23 est renforcée par une forme de croisillon, visible sur les figures 1 et 2. Les montants des entretoises (aux extrémités de leur croisillon) forment les arrêtes d’un parallélépipède rectangle pouvant être un cube, avec les socles 11 et 21 , comme le montre la figure 2.
En termes de dimensions, chaque socle 11, 21 peut présenter une surface de 80x80 mm comportant une large ouverture permettant une bonne communication entre deux unités de CubeSat distinctes. Les montants aux extrémités des croisillons sont biseautés pour former chacun un chanfrein faisant office de rails pour l'emboitement de l’embase qui ferme le cube comme illustré sur la figure 2. Ainsi, chaque entretoise de chaque embase comporte des chanfreins (référencés Cl, C2 sur la figure 1), en des extrémités latérales pour permettre un coulissement entre les première et deuxième embases 10, 20, ce qui permet de déployer (ou découvrir) l’équipement lorsqu’il est fixé à l’une des embases.
En effet, l'équipement peut se déployer lorsqu'il est fixé à la deuxième embase 20, ou alternativement être fixé à la première embase 10 (la même qui est fixée à l’engin) mais être caché par la deuxième embase 20, laquelle le découvre (par exemple comme un panneau photovoltaïque) après le coulissement déployant l’une des embases par rapport à l’autre. Un tel déploiement peut être réalisé typiquement après des manœuvres de début de déplacement de l'engin, de sorte à ne pas gêner ces manœuvres. Par exemple pour un engin volant (drone ou autre), la structure peut être compacte lorsque l’engin est au sol avant son envol et être déployée ensuite pendant le vol.
Comme illustré sur la figure 5, la structure peut comporter un ou plusieurs ressorts MR (par exemple à mémoire de forme) pour faire coulisser une embase par rapport à l’autre lorsque le ressort est libéré. Les ressorts MR peuvent être fixés à des socles respectifs via des passages de vis prévus dans le plan de chaque socle comme visible sur la figure 5.
En référence maintenant à la figure 3, les embases peuvent être fermées par des plaques (référencées P12, P13, P22, P23 sur la figure 3) couvrant au moins chaque entretoise 12,13, 22, 23 et fixée chacune sur l’extérieur de l’entretoise. Ainsi, de telles plaques peuvent protéger du matériel embarqué tel que des cartes à puces ou des batteries, ou autres. Des cartes électroniques peuvent être en effet glissées à l’intérieur d’une embase par exemple par un mécanisme de glissière/fixation et rester ainsi protégées par les plaques précitées. Une telle réalisation est illustrée à titre d’exemple sur la figure 6 : les entretoises 11 et 12 d’une embase 10 peuvent comporter additionnellement des moyens de fixation d’équipements tels qu’ici des glissières pour accueillir des cartes électroniques. Plus généralement, un équipement peut être fixé à la structure via une plaque ou directement à une embase, éventuellement à une entretoise d’une telle embase puisqu’on outre, des trous pouvant servir à cette fixation sont déjà aménagés dans les entretoises.
Dans une réalisation, une partie au moins des plaques de l’embase interne (P22, P23, P24, P25) peut être remplacée par des panneaux photovoltaïques de mêmes dimensions, et ainsi le déploiement d’une embase par rapport à l’autre permet de découvrir un ou plusieurs panneaux photovoltaïques pour être opérationnels, en vol typiquement. Bien entendu, de tels panneaux peuvent aussi être fixés sur ces plaques.
En outre, la structure comporte en particulier des plaques référencées P14, P15, P24, P25 sur la figure 3 et fixées sur les rebords des socles qui ne sont pas occupés par une entretoise, pour fermer complètement les cubes et conférer à la structure une forme générale de deux pavés droits coulissant l’un dans l’autre.
L’équipement peut alors être fixé à l’une des embases par l’intermédiaire d’au moins une des plaques, les plaques comportant des trous configurés pour accueillir des moyens de fixation d’un équipement. Par exemple, l'équipement peut comporter un ou plusieurs panneaux photovoltaïques pour une alimentation électrique de l'engin mobile, ou encore des capteurs comme par exemple une caméra ou autre. On comprendra ainsi que le déploiement d'une embase par rapport à l'autre permet de libérer des surfaces du petit pavé droit, coulissant dans le grand pavé droit, et ainsi laisser libres de tels équipements pour remplir leur fonction (capter un rayonnement solaire ou un champ optique, par exemple).
Comme visible sur la figure 3, les plaques P12 à P15 du pavé extérieur (au bas de la figure 3) ne sont fixées que sur le socle 11 de l’embase inférieure 10. Les plaques P12 à P15 sont laissées libres en revanche dans la partie supérieure (distale du socle 11). Il est ainsi laissé un jeu permettant au pavé intérieur (de l’embase supérieure 20), de s’emboiter par coulissement dans le pavé extérieur (de l’embase inférieure 10). Ainsi, en position non-déployée, le pavé intérieur peut s’emboiter dans le pavé extérieur pour former la base d'un cube 1U. Comme illustré sur la figure 4, cet emboîtement peut être assuré par un mécanisme de coulissement d’un doigt D aménagé dans chaque plaque du pavé intérieur (P22 à P25) dans une glissière RL aménagée dans chaque plaque du pavé extérieur (P12 à P15).
Les trous d’une embase pour y fixer une plaque peuvent avoir par exemple quelques millimètres de diamètre. Dans le cas où plusieurs cubes sont reliés entre eux, les socles de cubes respectifs peuvent se fixer entre eux via des trous aménagés dans chaque plan d’un socle (comme visible sur la partie de dessus des figures 2 et 3).
On décrit maintenant plus en détails le mécanisme de coulissement d’un pavé dans l’autre, en référence à la figure 3.
Des première et deuxième plaques (paire P12, P25 de la figure 3 ; paire P14, P22 de la figure 3 ; paire P15, P23 de la figure 3 ; paire P13, P24 de la figure 3) en regard l’une de l’autre et appartenant à deux pavés droits respectifs coopèrent entre elles par un mécanisme de glissière pour le coulissement. Comme visible en particulier sur la figure 4, ce mécanisme de glissière est formé par un doigt D :
- porté par la première plaque à une extrémité distante du socle sur lequel est fixé la première plaque, et
- engagé dans une rainure longiligne RL que comporte la deuxième plaque.
En référence maintenant à la figure 5, on décrit plus en détail le moyen ressort MR permettant de déployer l’une des embases par rapport à l’autre.
Comme illustré dans l’exemple de la figure 5, le moyen de ressort MR comporte une lamelle, infléchie, semi-rigide et présentant des extrémités opposées et fixées aux socles respectifs des première et deuxième embases.
On peut prévoir un fil thermo-sécable pour retenir le moyen ressort, en compression avant un déploiement de l’équipement. Ainsi, une section de ce fil peut être piloté électroniquement (par dégagement de chaleur d’une résistance par exemple), libérant ainsi le moyen ressort pour s’allonger.
Alternativement, on peut prévoir un matériau à mémoire de forme s'allongeant ou se rétractant par application d'une tension de commande adaptée, ou encore un moteur (à vérin, à vis sans fin, ou à câble) pour déployer une embase par rapport à l’autre.
Typiquement, les matériaux à mémoire de forme sont couramment utilisés dans le domaine de l'aérospatial. L'affinement actuel de leur conception et de leur utilisation permet d’offrir une large gamme de candidats possibles pour réaliser le moyen de ressort MR.
Ainsi, la structure au sens de la présente description présente deux pièces identiques (les embases), l’une retournée par rapport à l’autre de 90°. Ces pièces (ainsi d’ailleurs que les plaques qui les recouvrent dans la figure 3) peuvent être produites en grandes quantités et à faible coût par exemple par fabrication additionnelle ou « impression 3D ». Par exemple, des superplastiques présentant des propriétés proches du métal pour une masse deux fois inférieure peuvent être utilisés pour réaliser le socle et les entretoises de chaque embase, sans vis ni soudure, car en effet, comme visible sur les figures 1 et 2 le socle et les entretoises de chaque embase peuvent être réalisés d’une seule pièce.
L’ensemble de la structure peut ainsi être imprimé additivement en utilisant la quasi-totalité des matériaux disponibles à cet effet, notamment pour des applications aéronautiques. Par ailleurs, la fabrication additive permet d'effectuer des économies de matériaux. Typiquement, en comparaison de la structure présentée dans le document EP3339188 introduit ci-avant, la perte de matériel doit être de l'ordre de 90%, alors qu’avec l'impression 3D de la structure au sens de la présente description, celle-ci peut être considérée comme nulle.
Par ailleurs, les matériaux généralement utilisés pour la fabrication additive (superplastiques tels que PEEK par exemple), offrent :
- une résistance au choc et à la déformation,
- un faible coût de fabrication,
- un faible poids.
Plus généralement, la structure au sens de la présente description offre :
- Une simplification de son procédé de fabrication en limitant le nombre de pièces différentes à produire,
- Une intégration de l’ensemble des équipements internes et externes du cube (panneaux solaires, cartes électroniques, antennes, instruments de mesure, etc.), en offrant une polyvalence quasi- absolue, - Un raccordement facile des cubes entre eux (par les socles ou par les plaques),
- Un déploiement possible d’éléments de volume supérieur au cube une fois le satellite en orbite.
En effet, une limite habituelle du CubeSat réside dans le volume autorisé, assez réduit, qui permet certes de produire des engins spatiaux à faibles coûts, mais empêche aussi l'envoi en orbite de certains dispositifs nécessitant des volumes plus importants comme des panneaux solaires ou certains capteurs pour des expériences scientifiques particulières. La surface des panneaux solaires par exemple, forcément réduite, est l'un des principaux facteurs limitant des CubeSat. C'est pourquoi, il est avantageux de prévoir un déploiement des cubes une fois en orbite. La structure au sens de la présente demande apporte une solution mécanique permettant par exemple de doubler la surface de panneaux solaires pour un seul cube.

Claims

Revendications
1. Structure de fixation d’au moins un équipement destiné à être fixé sur un engin, comprenant une première embase (10) destinée à être fixée à l’engin, et comprenant un socle de fixation, plan (11), et deux entretoises (12,13) symétriques relativement à un plan (P) perpendiculaire au socle,
Caractérisée en ce qu’elle comporte en outre une deuxième embase (20) identique à la première embase (10) et :
- tournée de 90° par rapport à la première embase et relativement à un premier axe (y) perpendiculaire au socle, et
- retournée à 180° par rapport à la première embase et relativement à un deuxième axe (x) perpendiculaire au plan de symétrie, et en ce que chaque entretoise de chaque embase comporte des chanfreins (Cl, C2) en des extrémités latérales pour permettre un coulissement entre les première et deuxième embases, ce qui permet de déployer l’équipement lorsqu’il est fixé à l’une des embases.
2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre des plaques (P12, P13, P22, P23) couvrant au moins chaque entretoise (12,13 ; 22, 23) et fixée chacune sur l’extérieur d’une entretoise.
3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre des plaques (P14, P15, P24, P25) fixées sur les rebords des socles, non occupés par une entretoise, pour conférer à la structure une forme générale comprenant au moins deux pavés droits coulissant l’un dans l’autre.
4. Structure selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que l’équipement est fixé à l’une des embases par l’intermédiaire d’au moins une des plaques, les plaques étant configurées pour accueillir des moyens de fixation d’un équipement.
5. Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que des première et deuxième plaques (P12,P25 ; P14,P22 ; P15,P23 ; P13,P24) en regard l’une de l’autre et appartenant à deux pavés droits respectifs coopèrent entre elles par un mécanisme de glissière pour le coulissement.
6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mécanisme de glissière est formé par un doigt :
- porté par la première plaque à une extrémité distante du socle sur lequel est fixé la première plaque, et
- engagé dans une rainure longiligne (RL) que comporte la deuxième plaque.
7. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre un moyen de ressort (MR) pour déployer l’une des embases par rapport à l’autre.
8. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen de ressort (MR) comporte une lamelle, infléchie, semi-rigide et présentant des extrémités opposées et fixées aux socles respectifs des première et deuxième embases.
9. Structure selon l’une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu’elle comporte un fil thermo-sécable pour retenir le moyen de ressort en compression avant un déploiement de l’équipement, une section dudit fil libérant les moyens de ressort pour s’allonger.
10. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le socle et les entretoises de chaque embase sont réalisés d’une seule pièce.
11. Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que le socle et les entretoises de chaque embase sont réalisés par impression 3D.
12. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque entretoise comporte une forme de croisillon de renfort de la structure.
13. Structure selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est configurée pour être fixée sur un engin mobile, l’équipement étant destiné à être embarqué sur ledit engin mobile.
14. Embase comprenant un socle et deux entretoises, d’une structure selon l’une des revendications précédentes.
15. Engin comportant une structure selon l’une des revendications 1 à 13, ladite structure étant fixée à l’engin par l’une desdites embases.
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