FR2562724A1 - Reflecteur d'antenne pour engin spatial et dispositif pour le developpement de ce reflecteur - Google Patents

Abstract

LE REFLECTEUR D'ANTENNE POUR ENGIN SPATIAL SELON L'INVENTION EST CONSTITUE PAR UNE PLAQUE DE FAIBLE EPAISSEUR USINEE DANS UN MATERIAU BON CONDUCTEUR DE LA CHALEUR AYANT UNE FACE LISSE 1 POUR REFLECHIR LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES APPLIQUEES SUR LE REFLECTEUR ET UNE FACE 1 OPPOSEE A LA FACE LISSE QUI EST NERVUREE 8, 8, 8, 8, 8; 9, 9, 9, 9 POUR MAINTENIR RIGIDE LA PLAQUE LORSQUE CELLE-CI EST EXPOSEE AUX CONTRAINTES THERMIQUES DE SON ENVIRONNEMENT AINSI QUE POUR RESISTER AUX VIBRATIONS DURANT LA PHASE DE LANCEMENT DE L'ENGIN SPATIAL. APPLICATION : ANTENNE POUR ENGIN SPATIAL OU SATELLITES DE TELECOMMUNICATIONS.

Description

! Réflecteur d'antenne pour engin spatial et dispositif pour le

déploiement de ce réflecteur La présente invention concerne un réflecteur d'antenne pour engin

spatial et un dispositif pour le déploiement de ce réflecteur.

A bord des engins spatiaux et notamment des satellites de télécommunication, les réflecteurs d'antennes sont déployés après la mise sur trajectoire des engins ou satellites. Ces antennes qui fonctionnent dans un domaine de fréquences comprises entre plusieurs centaines de mégahertz et quelques gigahertz sont munies de réflecteurs de grand diamètre, de l'ordre de 2 m et plus. Afin de diminuer les inerties et le poids dus aux grandes dimensions de ces antennes et de minimiser les déformations provoquées par les différences de température relativement importantes existantes entre les surfaces au soleil et les surfaces à

l'ombre de ces réflecteurs, ceux-ci sont, généralement réalisés en maté-

riaux de faible densité et indéformables aux contraintes thermiques du vide spatial, les matériaux les plus couramment utilisés étant la fibre de carbone, ou des matériaux composites renfermant un amalgame de fibres

synthétiques et de résines métallisées.

Outre le fait que la réalisation des réflecteurs en fibre de carbone ou en matériaux composites est coûteuse, parce qu'elle nécessite la fabrication d'un moule puis le collage manuel des fibres sur le moule, ces

réflecteurs présentent aussi l'inconvénient de se déformer par le vieillis-

sement et notamment lorsqu'ils sont stockés en atmosphère humide.

D'autre part, pour des fonctionnements de ces réflecteurs par exemple à des fréquences supérieures à 30 gigahertz la résistivité de la fibre de carbone ou des matériaux composites devient non négligeable ce qui

diminue les rendements énergétiques de ces types de réflecteur.

L'instabilité dimensionnelle des profils des réflecteurs en fibre de carbone ou en matériaux composites a pour conséquence qu'elle entraine des erreurs de pointage du faisceau d'onde électromagnétique réfléchi par rapport aux trièdres de référence de l'engin spatial sur lequel ils sont déployés, ce qui complique d'autant la mise en oeuvre des dispositifs de déploiement qui doivent être aptes à corriger la position du réflecteur par rapport au trièdre de référence de l'engin lorsque le réflecteur est déployé

dans l'espace. Cette difficulté complique encore la réalisation des disposi-

tifs d'entrainement dont la réalisation, avec le haut degré de fiabilité exigé des matériels embarqués, constitue un problème difficile et onéreux à résoudre. Les coefficients de frottement des pièces en mouvement de ces dispositifs sont en effet très difficiles à maitriser dans le vide spatial, de sorte que, le freinage des réflecteurs dans leur course pour arriver sans dommage à la position déployée n'est maitrisé actuellement que par des

solutions mettant en oeuvre un matériel compliqué et coûteux à réaliser.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients.

A cet effet, l'invention a pour objet, un réflecteur d'antenne pour engin spatial, caractérisé en ce qu'il est constitué par une plaque réflectrice de faible épaisseur usinée dans un matériau bon conducteur de

la chaleur, ayant une face lisse pour réfléchir les ondes électromagnéti-

ques appliquées sur le réflecteur et une face opposée à la face lisse qui est nervurée pour maintenir rigide la plaque réflectrice lorsque celle-ci est exposée aux contraintes thermiques de son environnement ainsi que pour résister aux vibrations durant la phase de lancement de l'engin spatial.

L'invention a également pour objet, un dispositif pour le déploie-

ment du réflecteur précité, d'une position repliée o l'antenne n'est pas en fonctionnement à une position dépliée o elle est en fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend, un moyen d'entraînement du réflecteur autour d'un axe de rotation fixé au bâti de l'engin spatial, un dispositif de verrouillage actionné par le moyen d'entraînement autorisant la rotation libre du réflecteur lorsque celui-ci quitte la position repliée pour aller à sa position déployée et bloquant le réflecteur dans une position fixe par rapport au bâti lorsque celui-ci est arrivé à sa position déployée et un moyen de frottement pour appliquer un couple antagoniste de freinage

lorsque le réflecteur arrive dans sa position déployée.

Cette disposition a principalement pour avantage qu'elle permet des réalisations très économiques, les réflecteurs pouvant être fabriqués à l'aide de machines outils numériques commandées par ordinateurs selon des procédés connus sous les désignations CAO et/ou FAO qui sont les

abréviations de "conception assistée par ordinateur" et "fabrication assis-

tée par ordinateur". Comme ce type d'usinage permet également de contr1ôler avec une grande précision la géométrie de la surface active exposée au rayonnement des réflecteurs, il n'est plus nécessaire de prévoir des dispositifs de correction de l'orientation des réflecteurs après leur déploiement, la précision directionnelle ne dépendant uniquement que de la qualité des pièces métalliques supportant le réflecteur. Cette solution apporte également une grande sécurité car elle permet de supprimer les

aléas de fonctionnement dûs aux frottements qui étaient très difficile-

ment contrôlables dans les réalisations antérieures.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront

également à l'aide de la description qui va suivre faite au regard des

dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: la figure I représente un réflecteur d'antenne déployable selon l'invention monté sur son support; - la figure 2 représente la face nervurée du réflecteur selon l'invention; - la figure 3 représente une vue en coupe du dispositif de déploiement du réflecteur selon l'invention, présenté dans sa position déverrouillée; ' - la figure 4 représente une vue en coupe du dispositif de déploiement du réflecteur selon l'invention représenté dans sa position verrouillée; - la figure 5 représente une vue en coupe suivant la coupe 5 du dispositif de déploiement représenté à la figure 3; - la figure 6 est une représentation d'un palier permettant la

rotation du réflecteur autour de son axe de rotation.

Le réflecteur 1, selon l'invention, est représenté en vue de profil à là figure 1, monté sur un élément support 2 fixé au bâti de l'engin spatial ou du satellite non représentés par l'intermédiaire d'un dispositif de déploiement 3. Le réflecteur 1, réalisé de préférence dans un alliage

d'aluminium, est fixé en un point de sa périphérie à un levier d'entraîne-

ment 4 articulé autour d'un axe de rotation 5 du dispositif de déploiement 3. La représentation en pointillés du réflecteur à la figure 1 correspond à la position qu'il occupe lorsqu'il est replié en face de l'élément support 2 et la représentation en traits pleins correspond à la position qu'il occupe lorsqu'il est déployé. En position déployée le réflecteur I coopère avec

une cellule 6 génératrice ou réceptrice de rayonnements d'ondes électro-

magnétiques, fixé sur l'élément support 2. La face la du réflecteur I qui est directement en regard de la cellule 6, est usinée de manière à avoir la forme réfléchissante d'un miroir concave, son foyer étant placé approxi- mativement à l'endroit de la cellule 6. Le réflecteur I est maintenu en position repliée par au moins un verrou pyrotechnique 7 de blocage qui

saute lors de la libération du réflecteur.

La face lb, opposée à la face réfléchissante du réflecteur, est représentée à la figure 2 qui est une vue de face du réflecteur I de la figure I. Elle est composée d'un premier ensemble de nervures rectilignes 81 à 85 disposées en faisceaux, de sommet S placé à l'extérieur du cercle formant la périphérie du réflecteur et d'un deuxième ensemble de nervures 91 à 94 disposées sur des cercles concentriques de centre

confondu avec le sommet S du faisceau de nervures du premier ensemble.

Le réflecteur qui vient d'être décrit peut être obtenu très facilement à l'aide des procédés habituellement employés en métallurgie pour usiner des pièces en aluminium ou en alliage d'aluminium et des procédés de traitement thermique pour homogénéiser la structure cristalline de ces matériaux afin d'éliminer les tensions internes qui pourraient déformer les réflecteurs ainsi obtenus après usinage. Ces procédés étant à la portée de l'homme de l'art, leurs modes opératoires ne seront pas plus longuement détaillés. Le dispositif 3 de déploiement du réflecteur est maintenant décrit à l'aide des figures 3, 4 et 5 qui représentent le levier d'entraînement 4 monté articulé autour de l'axe 5 entre les parties supérieures de deux

flasques 10 et Il fixées par leurs parties inférieures à l'élément support 2.

Le levier d'entraînement 4 est séparé en deux parties par l'axe d'articula-

tion 5. Une première partie 13 du levier 4 assure la liaison entre l'axe d'articulation 5 et le réflecteur 1, la deuxième partie 14 sert de bras de verrouillage du levier d'entraînement 4 pour verrouiller le réflecteur dans une position fixe lorsqu'il est déployé. Le dispositif de déploiement 3 comprend dans sa partie inférieure disposée entre les deux flasques 10 et Il une pièce de verrouillage 15 en forme de V comprenant deux branches 16 et 17 articulées approximativement à la pointe du V autour d'un axe de rotation 18. L'extrémité 19 de la branche 16 comporte une partie en saillie sur la surface de la pièce 15 qui traverse une lumière 20 pratiquée dans le flasque 10 sur laquelle est fixée l'extrémité d'un ressort 21 dont l'autre extrémité 22 est fixée, sur la face du flasque 10 qui n'est pas en regard avec la pièce 15, au moyen d'une attache 23 formée par une vis ou tout autre moyen équivalent. L'extrémité 24 de la branche 17 est en contact sur la figure 3 avec une extrémité en saillie 25 d'un cliquet 26 articulé sur son autre extrémité 27 autour d'un axe d'articulation 28. Le cliquet 26 est monté sur la face du flasque 10 qui n'est pas directement en regard de la pi ce de verrouillage 15, la partie en saillie 25 débouchant dans l'espace compris entre les deux flasques 10 et 11 au travers d'une fenêtre 29 du flasque 10. L'extrémité du cliquet 26 supportant la partie en saillie 25 est également en contact sur la figure 3 avec une butée 30 solidaire du flasque 10. Un ressort hélicoidal 31 est tendu sur la même face du flasque 10 recevant le cliquet 26 entre l'extrémité du cliquet portant la partie en saillie 25 et une attache 32 formée par une vis ou tout autre moyen équivalent pour maintenir le cliquet 26 en contact avec la butée 30 lorsque le réflecteur est notamment en position repliée. La butée est réglable et est réglée pour que l'extrémité 24 de la branche 17 de la pièce de verrouillage 15 vienne également en appui sur la partie en saillie sous l'effet de la tension du ressort 21 sur l'extrémité 19 de la

branche 16.

Le levier d'entraînement 4 est mis en rotation par un ressort hélicoïdal 33 enroulé sur la partie cylindrique 34 d'un tambour 35 qui est fixé sur la face du flasque 11 qui n'est pas en regard avec le flasque 10. La fixation du tambour 35 sur le flasque 11 est assurée par l'axe de rotation 5 qui s'engage dans un trou cylindrique 36 percé dans l'axe de rotation de la

partie cylindrique 34 en traversant de part en part les flasques 10 et 11.

Une extrémité de l'axe 5 comporte une partie en saillie 37 noyée dans le corps du tambour, l'autre extrémité de l'axe 5 débouche du flasque 10 et est filetée pour recevoir un écrou de serrage 38 et permettre le plaquage du tambour 36 sur le flasque 11. Un ergot 39, placé en saillie sur la face du flasque 11 sur laquelle est appliquée le tambour 35, pénètre également dans le corps du tambour 35 pour permettre l'immobilisation en rotation

de ce dernier.

Pour absorber les déformations thermiques, le levier crd'entraîne-

ment 4 est articulé sur la figure 5 autour de l'axe 5 au moyen d'un palier à rotule formé par une cage extérieure 40 fixée dans un trou 44 cylindrique ou à facettes du levier 4 et par une cage intérieure 41 qui est fixée sur l'axe de rotation 5. Dans le montage représenté à la figure 5, l'axe 5 et la cage intérieure 41 de la rotule sont fixes par rapport aux flasques 10 et 11

et la cage extérieure 40 est mobile par rapport à la cage fixe.

Le dispositif de déploiement du réflecteur d'antenne qui vient d'être décrit permet de réaliser le déploiement de la position repliée à la position déployée représentée par la position du bras de verrouillage 14 à la figure 4 sans qu'il n'y ait de frottements autres que ceux provoqués éventuellement par le glissement des cages extérieure et intérieure 40 et 41 de la rotule représentée à la figure 5 pendant toute la course du levier 4 pour passer de l'une à l'autre position. Le seul frottement notable rencontré, a lieu lorsque le bras de verrouillage 14 atteint la position de verrouillage représentée à la figure 4, c'est-à-dire, lorsque l'extrémité du bras 14 rentre en contact avec la partie en saillie 25 du cliquet 26. Au moment du contact le cliquet 26 est écarté de sa butée 30 puis escamoté sous l'action du ressort 31 libérant ainsi l'extrémité 24 du bras 17 de la retenue exercée par la partie en saillie 25 en provoquant le basculement de la pièce de verrouillage 15 sous l'action du ressort 21 et le blocage de l'extrémité du bras de verrouillage 14 entre l'extrémité 24 du bras 17 et une butée 42 fixée sur le flasque 10 du même côté que la pièce de

verrouillage 15 de la manière représentée à la figure 4.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'extrémité du bras de verrouillage 14 a une forme de coin comprenant au moins deux faces 14a et 14b, la première face 14a étant destinée à venir en contact avec la butée fixe de blocage 42 et la deuxième face 14b disposée à l'opposé de la première face est en forme de rampe pour glisser contre l'extrémité 24 du levier de blocage 17 et produire un couple de frottement pour freiner le mouvement du réflecteur lorsqu'il arrive à sa position de verrouillage. Le dispositif représenté à la figure 4 permet 'également de rattraper le jeu existant entre la cage extérieure et la cage intérieure de la rotule placée sur le levier 4. Ce rattrapage de jeu est automatiquement réalisé dans la position verrouillée représentée à la figure 4 grâce au bras 17 en contact avec la rampe 14b qui applique une force F1 le long du bras 14 dans la direction du palier à rotules (40, 41) pour exercer une poussée de la cage intérieure du palier à rotule sur sa cage extérieure. Comme cette poussée a lieu toujours selon la même direction un trou 43 est pratiqué dans la cage extérieure dans la direction du bras 14 pour permettre, lorsqu'en position verrouillée la pression est exercée, le calage de la cage intérieure dans le trou pratiqué dans la cage extérieure, entraînant un positionnement précis du réflecteur par rapport au trièdre

de référence du bâti.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation du réflec-

teur et de son dispositif de déploiement qui viennent d'être décrits, il va de soi qu'elle s'applique également à d'autres variantes de réalisation ou notamment les moyens d'entraînement, constitués par le ressort hélicoïdal 33 enroulé sur le tambour 35, peuvent être avantageusement remplacés par un moteur électrique du type à commande continue o encore pas à

pas. Egalement la réalisation du réflecteur n'est pas limitée à la géomé-

trie des nervures qui viennent d'être décrites, d'autres modes de réparti-

tion étant également possible pour obtenir un réflecteur indéformable.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Réflecteur (1) d'antenne pour engin spatial, caractérisé en ce qu'il est constitué par une plaque de faible épaisseur usinée dans un matériau bon conducteur de la chaleur ayant une face lisse (1 a) pour réfléchir les ondes électromagnétiques appliquées sur le réflecteur et une face (lb) opposée à la face lisse qui est nervurée (81 y 82 83 84, 85; 91 92 93, 9) pour maintenir rigide la plaque lorsque celle-ci est exposée aux contraintes thermiques de son environnement ainsi que pour

résister aux vibrations durant la phase de lancement de l'engin spatial.

2. Réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face nervurée du réflecteur comprend un premier ensemble de nervures rectilignes (81 82, 83, 84, 85) disposées en faisceau et un deuxième ensemble de nervures concentriques (91 92 2 93, 94) de centre (S)

confondu avec le sommet du faisceau de nervures du premier ensemble.

3. Réflecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réflecteur (1) est circulaire et en ce que le sommet du faisceau formé par les nervures (81 82, 83, 84, 85) du premier ensemble et le centre des nervures concentriques (9, 92 93, 9#) du deuxième ensemble sont

situés à l'extérieur du réflecteur.

4. Réflecteur selon l'une quelconque des revendications I à 3,

caractérisé en ce que la plaque du réflecteur (1) est en alliage d'alu-

minium.

5. Dispositif pour le déploiement (3) d'un réflecteur (1) cd'antenne,

du type selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, entre une position

repliée o l'antenne n'est pas en fonctionnement et une position dépliée o elle est en fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend, un moyen d'entraînement du réflecteur (4, 33) autour d'un axe (5) de rotation fixe par rapport au bâti (2) de l'engin spatial, un dispositif de verrouillage (15, 26) actionné par le moyen d'entraînement autorisant la rotation libre du réflecteur lorsque celui-ci quitte la position repliée pour aller à sa position déployée et bloquant le réflecteur dans une position fixe par rapport au bâti lorsque celui-ci est arrivé à sa position déployée et un moyen de frottement (24, 25) pour appliquer un couple antagoniste de

freinage lorsque le réflecteur arrive dans sa position déployée.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le

moyen d'entraînement du réflecteur est constitué par un levier d'entraîne-

ment (4) articulé autour de l'axe de rotation (5) et par un ressort

hélicoïdal (33) dont une extrémité (33b) est accrochée au levier d'entraî-

nement (4) et dont l'autre extrémité (33a) est liée au bâti, le ressort étant bandé lorsque le réflecteur (1) est maintenu dans sa position repliée pour permettre sa détente et la rotation du levier d'entraînement (4) pour amener le réflecteur (1) dans sa position déployée dès que le réflecteur

n'est plus maintenu en position repliée.

7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'entraînement du réflecteur (1) est constitué par un moteur

électrique pas à pas.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7,

caractérisé en ce que le réflecteur est maintenu dans sa position repliée

par au moins un verrou pyrotechnique (7).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8,

caractérisé en ce que le dispositif de verrouillage comprend un bras de verrouillage (14) solidaire du levier d'entraînement (4), un moyen de blocage comprenant une butée fixe (42) de blocage solidaire du bâti et un bras articulé de blocage (17) entraîné par un ressort (21) agissant sur le bras de verrouillage (14) pour maintenir le bras de verrouillage (14) appliqué sur la butée fixe (42) lorsque le réflecteur (1) est en position déployée, et un cliquet escamotable de verrouillage (26), situé à proximité de la butée fixe (42) sur la trajectoire du bras de verrouillage, réagissant sur le bras de blocage (17) pour écarter le bras de blocage (17) de la trajectoire du bras de verrouillage (14) pendant la rotation du bras de verrouillage (14) et s'escamotant du bras de blocage (17) lorsqu'il entre en contact avec le bras de verrouillage (14) pour permettre la mise en contact et le glissement l'une sur l'autre des extrémités des bras de

blocage (17) et de verrouillage (14) et le coincement du bras de verrouil-

lage (14) entre le bras de blocage (17) et la butée fixe de blocage (42).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9,

caractérisé en ce que l'extrémité du bras de verrouillage (14) rentre en contact avec le cliquet escamotable (26) et a une forme en coin, une première face (14 Ia) du coin étant destinée à venir en contact avec la butée fixe de blocage (42) et une deuxième face (14b) en forme de rampe étant destinée à glisser contre l'extrémité (24) du levier de blocage (17) pour immobiliser le levier de blocage (17) et rattraper le jeu entre l'axe d'articulation (5) et le levier d'entraTnement (4) lorsque la première face (14a) du coin est parvenue en contact avec la butée fixe (42).

11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9,

caractérisé en ce que le levier (4) est assemblé sur l'axe d'articulation (5) au moyen d'un palier à rotules (40, 41) dont la cage intérieure (41) est maintenue en position fixe sur l'axe de rotation (5) et la cage extérieure (40) est maintenue en position fixe par rapport au levier (4), la cage extérieure (40) étant radialement percée d'un trou (43) dans la direction de l'extrémité du bras de verrouillage pour permettre l'application de la cage intérieure (41) dans le trou (43) et le rattrapage du jeu entre la cage intérieure (41) et la cage extérieure (40) lorsque le bras de verrouillage

(14) est maintenu bloqué par le bras de blocage (17).

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la

cage extérieure (40) de la rotule est assemblée sur le levier d'entraîne-

ment (4) à l'intérieur d'un trou (44) à facettes.