FR2711111A1 - Spacecraft with solar sail and method for piloting such a craft - Google Patents
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Abstract
Description
ENGIN SPATIAL A VOILE SOLAIRE ET PROCEDE DE PILOTAGE D'UN
TEL ENGIN
La présente invention a pour objet un engin spatial muni d'une "voilure solaire1 utilisant la pression de radiation solaire et permettant de modifier les paramètres de la trajectoire de l'engin. Elle trouve une application importante, bien que non exclusive, dans le domaine des engins satellisables autour de la terre pour des besoins d'expérimentation ou d'études.SPACE VEHICLE WITH SOLAR SAIL AND METHOD FOR CONTROLLING A
Such gear
The subject of the present invention is a spacecraft provided with a "solar wing1 using the pressure of solar radiation and making it possible to modify the parameters of the trajectory of the spacecraft. It finds an important, although not exclusive, application in the field orbitable vehicles around the earth for the purposes of experimentation or studies.
On a déjà proposé d'utiliser la poussée photonique du soleil pour augmenter progressivement la trajectoire d'un satellite déjà placé sur une orbite suffisamment haute pour que l'attraction terrestre y soit réduite. On a également déjà proposé d'utiliser la poussée photonique pour commander l'attitude d'un satellite, à l'aide de volets orientables destinés à recevoir le flux solaire et placés par exemple à l'extrémité des panneaux de cellules solaires (EP-A-101 333). Mais les forces exercées par la poussée solaire sont faibles, d'environ 0,09 N/ha à la distance soleil-terre. It has already been proposed to use the photonic thrust of the sun to gradually increase the trajectory of a satellite already placed in an orbit high enough for the terrestrial attraction to be reduced there. It has also already been proposed to use the photonic thrust to control the attitude of a satellite, using orientable flaps intended to receive the solar flux and placed for example at the end of the solar cell panels (EP- A-101 333). However, the forces exerted by the solar push are weak, around 0.09 N / ha at the sun-earth distance.
Elles permettent cependant d'exercer les couples de pilotage réduits qui suffisent, même avec des surfaces de réception du rayonnement solaire faible. En revanche, une surface de réception du rayonnement, ou "voilure solaire" de grande taille est nécessaire pour que la force exercée atteigne des valeurs significatives, permettant de modifier une orbite.However, they make it possible to exercise the reduced steering torques which are sufficient, even with surfaces for receiving weak solar radiation. On the other hand, a large radiation receiving surface, or "solar airfoil", is necessary for the force exerted to reach significant values, making it possible to modify an orbit.
Or le volume de stockage disponible est faible, puisque limité par la coiffe d'une fusée ou la soute d'une navette.However, the available storage volume is low, since it is limited by the cover of a rocket or the hold of a shuttle.
Le déploiement complet et sans froissage ou déchirure d'une voile de grande taille pose également des problèmes.The complete deployment without wrinkling or tearing of a large sail also poses problems.
Parmi les engins déjà envisagés, on peut citer ceux dont la voilure solaire est constituée de plusieurs lames s'étendant radialement à partir d'un corps maintenu en rotation. On peut alors utiliser la force centrifuge pour déployer les lames, généralement en matériau synthétique métallisé ("kapton" aluminisé en général). Cette solution présente de nombreux inconvénients. Seules certaines des lames sont efficaces à un instant déterminé. I1 est difficile de commander correctement l'orientation des lames. Among the machines already envisaged, mention may be made of those whose solar airfoil consists of several blades extending radially from a body kept in rotation. One can then use centrifugal force to deploy the blades, generally made of metallized synthetic material (aluminized "kapton" in general). This solution has many drawbacks. Only some of the blades are effective at a specific time. It is difficult to correctly control the orientation of the blades.
On a également proposé des engins stabilisés suivant trois axes dont la voilure est constituée par une voile carrée, pliée en accordéon au cours du stockage, dont les angles sont tirés lors du déploiement, par des arbres extensibles. Une fois la voilure déployée, l'engin est piloté à l'aide de volets orientables en forme de rubans disposés le long des bords de la voile ou de panneaux orientables placés dans les angles de la voilure. Le pliage xend problématique le déploiement complet de la voile sans déchirure et sans plis résiduels. Des volets de grande taille sont requis pour compenser les couples perturbateurs pouvant résulter de déchirures ou de plis résiduels de la voile. We have also proposed machines stabilized along three axes, the wing of which is constituted by a square sail, folded in an accordion during storage, the angles of which are drawn during deployment, by extensible shafts. Once the wing is deployed, the craft is controlled using adjustable flaps in the form of ribbons arranged along the edges of the sail or orientable panels placed in the corners of the wing. Folding xend problematic the full deployment of the sail without tearing and without residual folds. Large flaps are required to compensate for disturbing torques that may result from tears or residual folds in the sail.
La présente invention vise notamment à fournir un engin spatial à voile solaire répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il écarte ou au moins atténue les défauts ci-dessus. The present invention aims in particular to provide a spacecraft with solar sail better meeting those previously known to the requirements of practice, in particular in that it eliminates or at least mitigates the above defects.
Dans ce but, l'invention propose notamment un engin spatial comprenant un corps central et une voile solaire stockable dans le corps et déployable à partir du corps dans un plan déterminé, caractérisé en ce que la voile est constituée de lames ou bandes parallèles souples s'étendant toutes dans une même direction dudit plan déterminé et réparties en plusieurs groupes, les bandes ou lames d'un groupe étant orientables, simultanément, mais indépendamment de celles de l'autre groupe, ou des autres groupes autour d'axes parallèles entre eux et à ladite direction : une telle constitution permet le pilotage sans utilisation de volets. To this end, the invention proposes in particular a spacecraft comprising a central body and a solar sail which can be stored in the body and which can be deployed from the body in a determined plane, characterized in that the sail consists of flexible parallel strips or strips s 'all extending in the same direction of said determined plane and distributed in several groups, the strips or blades of one group being orientable, simultaneously, but independently of those of the other group, or of the other groups around axes parallel to each other and to said direction: such a constitution allows steering without the use of flaps.
Un but annexe recherché par l'invention est de réduire notablement les risques de froissage ou de déchirure lors du déploiement et de simplifier considérablement le problème de contrôle d'attitude de l'engin. L'invention propose dans ce but un engin dont lesdites bandes sont tendues entre au moins deux câbles orthogonaux à ladite direction et reliant chacun les extrémités de deux bras parmi quatre bras régulièrement répartis angulairement et déployables à partir du corps. Chaque extrémité des dites bandes peut être fixée à une traverse rigide orientable autour d'un des dits axes. An additional goal sought by the invention is to significantly reduce the risk of wrinkling or tearing during deployment and to considerably simplify the problem of attitude control of the craft. To this end, the invention proposes a machine the said strips of which are stretched between at least two cables orthogonal to the said direction and each connecting the ends of two arms among four arms regularly distributed angularly and deployable from the body. Each end of said strips can be fixed to a rigid crosspiece which can be oriented around one of said axes.
Dans un mode avantageux de réalisation, les bandes sont réparties en deux groupes, les traverses des extrémités adjacentes des bandes d'un même groupe étant couplées entre elles par des liens souples inextensibles. In an advantageous embodiment, the strips are divided into two groups, the crosspieces of the adjacent ends of the strips of the same group being coupled together by inextensible flexible links.
Dans ce cas, les delx groupes peuvent être placés chacun d'un côté du corps. Les bandes rapprochées appartenant aux deux groupes sont reliées par des câbles de couplage fixés sur la ligne longitudinale médiane des bandes, ce qui solidarise les deux groupes du point de vue de leur position relative dans l'espace. In this case, the delx groups can be placed each on one side of the body. The close bands belonging to the two groups are connected by coupling cables fixed on the longitudinal center line of the bands, which secures the two groups from the point of view of their relative position in space.
Pour autoriser le pilotage, diverses dispositions sont possibles. Dans un mode de réalisation simple, les traverses des bandes les plus éloignées du corps constituent des biellettes maîtres actionnées par des moteurs portés par les extrémités des mâts. Ces traverses sont couplées aux traverses des bandes internes, qui constituent des biellettes esclaves, par lesdits liens. To authorize piloting, various arrangements are possible. In a simple embodiment, the crossmembers of the strips furthest from the body constitute master rods actuated by motors carried by the ends of the masts. These sleepers are coupled to the sleepers of the internal bands, which constitute slave links, by said links.
Les bras extensibles peuvent avoir l'une quelconque de nombreuses constitutions connues à l'heure actuelle, en treillis ou en plusieurs feuillards allongés et enroulables, raccordables les uns aux autres pour constituer un tube. The extendable arms can have any one of many constitutions known at the present time, in lattice or in several elongated and rollable strips, connectable to each other to constitute a tube.
Dans une réalisation particulière, les bras sont constitués par un tube biconvexe obtenu par déroulement à l'état accolé de deux rubans convexes au repos stockables à plat à l'état enroulé sur un même tambour. Tous les rubans peuvent être stockés sur le même tambour en vue d'un déploiement synchro nisé.In a particular embodiment, the arms consist of a biconvex tube obtained by unwinding in the adjoining state of two convex ribbons at rest which can be stored flat in the wound state on the same drum. All ribbons can be stored on the same drum for synchronized deployment.
Les lames ou bandes peuvent être stockées contre le corps, avant déploiement, à l'état enroulé autour d'une ou plusieurs tiges, ayant au moins plusieurs millimètres d'épaisseur pour éviter la formation d'un pli. The blades or bands can be stored against the body, before deployment, in the state wound around one or more rods, having at least several millimeters thick to avoid the formation of a fold.
L'invention propose également un procédé de pilotage d'un tel engin sur une orbite elliptique autour d'une planète, notamment autour de la terre ou une trajectoire interplanétaire, permettant de modifier progressivement l'énergie orbitale et/ou de changer les paramètres de l'orbite ou la trajectoire. Pour cela on commande l'orientation des bandes de façon à maintenir
- le flux solaire dans un plan orthogonal à la direction longitudinale des bandes,
- le plan contenant les lignes médianes de toutes les bandes dans l'orientation minimale, par rapport au plan perpendiculaire au soleil, dans la plage comprise entre + 450 et - 450, pour laquelle il n'y a pas réflexion du flux solaire d'une bande vers une autre.The invention also provides a method of piloting such a craft on an elliptical orbit around a planet, in particular around the earth or an interplanetary trajectory, making it possible to gradually modify the orbital energy and / or to change the parameters of orbit or trajectory. For this we control the orientation of the bands so as to maintain
- the solar flux in a plane orthogonal to the longitudinal direction of the bands,
- the plane containing the median lines of all the bands in the minimum orientation, compared to the plane perpendicular to the sun, in the range between + 450 and - 450, for which there is no reflection of the solar flux from one strip to another.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma de principe destiné à montrer les paramètres qui interviennent dans la détermination de la direction et du module de la force photonique exercée sur une voile unique réfléchissante
- la figure 2 montre le lieu géométrique de la direction et du module de la force exercée sur une voile du genre montré en figure 1 lorsque l'incidence du flux photonique varie
- la figure 3 est une représentation simplifiée, en perspective, d'un engin selon un mode particulier de réalisation de l'invention
- la figure 4 est un schéma destiné à faire apparaître les paramètres de commande et d'ensoleillement
- la figure 5 est un schéma destiné à faire apparaître le risque de perte d'efficacité dû à la réflexion d'une bande vers une autre
- la figure 6 est un schéma montrant les orientations successives à donner à un engin placé sur une orbite elliptique, pour éloigner l'apogée de l'orbite
- la figure 7 montre une orientation des bandes de la voilure permettant de créer un couple de rotation
- la figure 8 est une vue en perspective simplifiée destinée à montrer l'emplacement des mâts en configuration de lancement de l'engin
- la figure 9 est une vue de dessus de la figure 7, montrant la disposition de quelques-unes des bandes et celle des traverses en configuration de lancement.The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a block diagram for showing the parameters involved in determining the direction and modulus of the photonic force exerted on a single reflecting veil
- Figure 2 shows the geometrical location of the direction and the modulus of the force exerted on a sail of the kind shown in Figure 1 when the incidence of photon flux varies
- Figure 3 is a simplified representation, in perspective, of a machine according to a particular embodiment of the invention
- Figure 4 is a diagram for showing the control parameters and sunshine
- Figure 5 is a diagram intended to show the risk of loss of efficiency due to the reflection from one band to another
- Figure 6 is a diagram showing the successive orientations to be given to a craft placed on an elliptical orbit, to distance the apogee from the orbit
- Figure 7 shows an orientation of the wing strips to create a torque
- Figure 8 is a simplified perspective view intended to show the location of the masts in launching configuration of the machine
- Figure 9 is a top view of Figure 7, showing the arrangement of some of the bands and that of the sleepers in the launch configuration.
On rappellera tout d'abord les principes mis en oeuvre dans l'utilisation d'une voile solaire. We will first recall the principles used in the use of a solar sail.
La figure 1 montre une telle voile, constituée d'un élément unique constituant un miroir ayant une surface S et recevant le flux solaire 9 sous incidence i. Ce flux donne naissance à une force F, orthogonale au miroir dans la mesure où la réflexion est totale, de module F = kS cossu (où k est une constante). Figure 1 shows such a veil, consisting of a single element constituting a mirror having a surface S and receiving the solar flux 9 at incidence i. This flux gives rise to a force F, orthogonal to the mirror insofar as the reflection is total, of module F = kS plus (where k is a constant).
Lorsque l'orientation de la voile varie par rapport au flux solaire +, le lieu de l'extrémité du vecteur représentant le module et l'orientation de la force F exercée est une sphère, comme le montre la figure 2. Sur cette figure, Fo désigne la force sous incidence normale et Fi, la force sous une incidence i. When the orientation of the sail varies with respect to the solar flux +, the location of the end of the vector representing the module and the orientation of the force F exerted is a sphere, as shown in FIG. 2. In this figure, Fo denotes the force at normal incidence and Fi denotes the force at incidence i.
Pour qu'il soit possible de commander non seulement les forces exercées par le rayonnement solaire sur un engin, mais aussi des couples, il est nécessaire de disposer de plusieurs éléments réflecteurs séparément orientables. In order to be able to control not only the forces exerted by the solar radiation on a machine, but also the torques, it is necessary to have several separately orientable reflecting elements.
L'invention propose dans ce but un engin dont la voilure solaire est constituée de plusieurs groupes de bandes parallèles entre elles, les bandes d'un groupe étant commandables indépendamment des bandes d'un autre groupe.To this end, the invention proposes a machine, the solar wing of which is made up of several groups of bands parallel to each other, the bands of one group being controllable independently of the bands of another group.
Cette disposition permet d'écarter la nécessité de surfaces spécialement consacrées à la création de couples, tels que des volets.This arrangement eliminates the need for areas specially dedicated to the creation of couples, such as shutters.
Deux groupes suffisent dans la mesure où une même bande peut non seulement être orientée en bloc autour de son axe longitudinal (direction commune de toutes les bandes), mais aussi vrillée. Une telle constitution permet, avec deux groupes seulement, d'exercer, sur l'engin muni de la voilure, un couple de basculement autour de n'importe quelle direction de l'espace. Two groups are sufficient insofar as the same strip can not only be oriented as a block around its longitudinal axis (common direction of all the strips), but also twisted. Such a constitution allows, with only two groups, to exert, on the machine provided with the wing, a tilting torque around any direction of space.
Dans le mode particulier de réalisation montré en figure 3, l'engin peut être regardé comme comprenant, à l'état opérationnel, un corps central 10, quatre bras 12 disposés radialement à 900 l'un de l'autre à partir du corps, dans un même plan, et une voilure constituée de deux groupes de bandes 14a et 14b avec des axes tous parallèles entre eux et à une direction située dans le plan commun des bras 12. Le corps 10 contient les organes de télécommunication et de calcul et le mécanisme de déploiement des bras 12. Il porte également au moins un panneau solaire 16 et différents détecteurs de position, dont le nombre et la nature dépendront de la mission. Ces détecteurs peuvent notamment comporter un détecteur solaire, un détecteur d'étoile et/ou un détecteur d'horizon terrestre. Le corps contient également la charge utile éventuelle. In the particular embodiment shown in FIG. 3, the machine can be viewed as comprising, in the operational state, a central body 10, four arms 12 arranged radially 900 from one another from the body, in the same plane, and an airfoil made up of two groups of bands 14a and 14b with axes all parallel to one another and to a direction situated in the common plane of the arms 12. The body 10 contains the telecommunications and calculation organs and the arm deployment mechanism 12. It also carries at least one solar panel 16 and various position detectors, the number and nature of which will depend on the mission. These detectors may in particular comprise a solar detector, a star detector and / or a terrestrial horizon detector. The body also contains any payload.
Lorsque la voilure est à l'état déployé, elle est constituée de deux groupes de bandes 14a, 14b placés symétriquement par rapport au corps 10 et libérant l'espace nécessaire à ce dernier. Chaque bande est constituée par une feuille de matière synthétique mince et souple portant un revêtement réfléchissant sur une de ses faces au moins, fixée à des traverses terminales 18. Les bandes ont une largeur d proportionnée à leur écartement de façon qu'elles soient presque jointives lorsque toutes les bandes sont orientées à plat dans le plan des bras 12, afin de disposer d'une surface d'ensoleillement maximale. When the airfoil is in the deployed state, it is made up of two groups of bands 14a, 14b placed symmetrically with respect to the body 10 and freeing up the space necessary for the latter. Each strip is formed by a thin and flexible sheet of synthetic material carrying a reflective coating on at least one of its faces, fixed to terminal crosspieces 18. The strips have a width d proportional to their spacing so that they are almost contiguous when all the bands are oriented flat in the plane of the arms 12, in order to have a maximum sunshine surface.
Lorsque les bandes sont métallisées sur leurs deux faces, elles doivent pouvoir être orientables sur 1800, comme le montrent les cercles en traits mixtes sur la figure 3. When the bands are metallized on their two faces, they must be able to be orientable over 1800, as shown by the circles in dashed lines in FIG. 3.
Les bandes peuvent notamment être en une feuille de matériau polyimide connu sous le nom de "kapton", aluminisée sur les deux faces. Un tel matériau est couramment disponible à l'heure actuelle. The strips can in particular be made of a sheet of polyimide material known under the name of "kapton", aluminized on both sides. Such a material is currently available today.
Les deux traverses 18 de chacune des deux bandes les plus éloignées du corps constituent des biellettes maîtresses, orientables indépendamment l'une de l'autre par des moteurs 20 placés à l'extrémité de bras respectifs. Dans le cas illustré sur la figure 3, chaque moteur est porté par un mât 22 orthogonal au bras. Les bras 22 sont reliés deux à deux par des câbles d'appui 24 s'étendant orthogonalement à la direction longitudinale des bandes. Ces câbles d'appui 24 sont, dans le cas illustré, fixés à des fiches rigides 26 solidaires des mâts. The two crosspieces 18 of each of the two bands furthest from the body constitute master rods, orientable independently of one another by motors 20 placed at the end of respective arms. In the case illustrated in FIG. 3, each motor is carried by a mast 22 orthogonal to the arm. The arms 22 are connected two by two by support cables 24 extending orthogonally to the longitudinal direction of the strips. These support cables 24 are, in the illustrated case, fixed to rigid sheets 26 integral with the masts.
Les traverses terminales des bandes intermédiaires 14a et 14b sont également reliées aux câbles d'appui 24, qui les maintiennent en tension, par des fils placés en V. De plus, les extrémités correspondantes de toutes les traverses d'un même groupe sont reliées par des liens souples et inextensibles 28. Du fait du couplage par ces liens, les traverses des bandes autres que les bandes extrêmes jouent le rôle de biellettes esclaves, commandées par des biellettes maîtresses respectives. The end crosspieces of the intermediate strips 14a and 14b are also connected to the support cables 24, which keep them in tension, by wires placed in a V shape. In addition, the corresponding ends of all the crosspieces of the same group are connected by flexible and inextensible links 28. Owing to the coupling by these links, the webs of the bands other than the end bands play the role of slave rods, controlled by respective master rods.
Enfin, les milieux des traverses les plus proches appartenant aux deux groupes sont reliés par un câble de tension 30, maintenant une distance constante. Finally, the centers of the nearest sleepers belonging to the two groups are connected by a tension cable 30, maintaining a constant distance.
Des fils transversaux 32 peuvent encore être prévus pour raidir la structure et garantir le parallélisme des bandes dans un même plan orthogonal au sens d'allongement des bandes. Cross wires 32 can also be provided to stiffen the structure and guarantee the parallelism of the bands in the same plane orthogonal to the direction of elongation of the bands.
Les organes de contrôle et de commande montés dans le corps 10 sont prévus pour permettre de régler à volonté les angles V,,, ...Vs d'élévation des bandes par rapport au plan xy de la voilure (plan des bras 12) et, par voie de conséquence créer des couples de basculement sous l'effet du flux solaire qui attaque le plan xy dans un angle d'élévation s. The control and command members mounted in the body 10 are provided to allow the angles V ,,, ... Vs of elevation of the bands relative to the plane xy of the airfoil (plane of the arms 12) to be adjusted as desired. , consequently create tilting couples under the effect of the solar flux which attacks the xy plane in an elevation angle s.
L'engin est généralement orienté de façon que le flux solaire soit contenu dans un plan perpendiculaire aux axes des bandes, c'est-à-dire contenant x.The machine is generally oriented so that the solar flux is contained in a plane perpendicular to the axes of the bands, that is to say containing x.
Pour éviter le renvoi d'une fraction du flux solaire d'une bande vers une autre, il sera souvent nécessaire de donner à la voilure un angle par rapport au soleil, avec un signe dépendant de l'orientation des bandes. En effet, en l'absence de cette précaution, on pourrait se trouver dans une situation du genre montré en figure 5 (où s = 900). To avoid the return of a fraction of the solar flux from one strip to another, it will often be necessary to give the blade an angle relative to the sun, with a sign depending on the orientation of the strips. Indeed, in the absence of this precaution, we could find ourselves in a situation of the kind shown in Figure 5 (where s = 900).
L'existence d'une double réflexion sur la largeur s réduit l'efficacité de la voilure, puisque les forces exercées sur deux largeurs s successives s'équilibrent.The existence of a double reflection on the width s reduces the efficiency of the airfoil, since the forces exerted on two successive widths s balance.
Pour i = 450, l'effet de la voilure serait même nul. For i = 450, the effect of the airfoil would even be zero.
Dans le cas par exemple d'une orbite elliptique autour de la terre, du genre montré en figure 6, et d'un pilotage visant à augmenter l'énergie sur la trajectoire, une solution commode consiste à orienter le plan de la voilure (plan contenant les axes des bandes) à 450 du flux solaire + lorsque l'angle d'incidence i est supérieur ou égal à 450, l'orientation de la voilure étant de signe opposé à celle des lames par rapport au soleil ; en revanche, lorsque l'inclinaison i des lames par rapport à la normale au soleil est inférieur à 450, une solution consiste en général à orienter du même angle l'ensemble de la voilure. Sur la figure 6, le plan général du voilier est indiqué, aux emplacements de retournement, en tirets dans l'orientation avant retournement, en traits pleins dans l'orientation après ; seules quatre bandes sont figurées. In the case for example of an elliptical orbit around the earth, of the kind shown in FIG. 6, and of piloting aiming to increase the energy on the trajectory, a convenient solution consists in orienting the plane of the wing (plane containing the axes of the bands) at 450 of the solar flux + when the angle of incidence i is greater than or equal to 450, the orientation of the airfoil being of opposite sign to that of the blades relative to the sun; on the other hand, when the inclination i of the blades relative to the normal to the sun is less than 450, one solution generally consists in orienting the whole of the airfoil at the same angle. In FIG. 6, the general plan of the sailboat is indicated, at the reversal locations, in dashes in the orientation before reversal, in solid lines in the orientation after; only four bands are shown.
Le mode de création de couple ressort directement de la description qui précède. Lorsque par exemple on souhaite créer un couple de rotation pur autour d'une direction parallèle à l'axe longitudinal des bandes, il suffit de mettre les bandes 14a d'un des groupes dans le plan de la voilure et d'orienter les autres bandes 14b orthogonalement à ce plan. Pour créer un couple pur autour de l'axe x de la figure 4, il suffit de vriller d'un angle O l'une des extrémités des lames du groupe 14b et d'un angle -O l'extrémité des lames du groupe 14a du même côté, les extrémités des lames 14a et 14b, de l'autre côté, restant parallèles au plan xy. Pour créer un couple autour d'un axe orthogonal au plan xy de la figure 4, il suffit de vriller les lames en les tournant d'un angle O déterminé à une extrémité, d'un angle - 8 à l'autre extrémité. On crée alors un effet de moulin à vent. La figure 7 montre une telle disposition. The mode of torque creation is apparent from the foregoing description. When for example it is desired to create a pure torque around a direction parallel to the longitudinal axis of the strips, it suffices to put the strips 14a of one of the groups in the plane of the airfoil and to orient the other strips 14b orthogonally to this plane. To create a pure torque around the x axis of FIG. 4, it suffices to twist an angle O one of the ends of the blades of group 14b and an angle -O the end of the blades of group 14a on the same side, the ends of the blades 14a and 14b, on the other side, remaining parallel to the xy plane. To create a couple around an axis orthogonal to the xy plane of FIG. 4, it suffices to twist the blades by turning them by a determined angle O at one end, by an angle - 8 at the other end. We then create a windmill effect. Figure 7 shows such an arrangement.
Lors du lancement et jusqu'à déploiement de la voilure, les bandes et les bras peuvent avoir la disposition représentée schématiquement sur les figures 8 et 9. Chaque bande est enroulée sur elle-même, autour d'une ou de plusieurs tiges cylindriques 34, de quelques millimètres de diamètre au moins afin d'éviter les pliures. Les traverses 18a constituant les biellettes maîtresses se trouvent à proximité immédiate du corps. Les traverses 18b constituant les biellettes esclaves sont réparties à la périphérie d'un volume cylindrique pouvant être fermé par une enveloppe déchirable non représentée, ouverte par le déploiement des bras 12. Les tiges 34 peuvent être prévues pour rester fixées aux bandes après déroulement. When launching and until deployment of the airfoil, the bands and the arms can have the arrangement shown diagrammatically in FIGS. 8 and 9. Each band is wound on itself, around one or more cylindrical rods 34, at least a few millimeters in diameter to avoid kinks. The crosspieces 18a constituting the master links are located in the immediate vicinity of the body. The crossbeams 18b constituting the slave links are distributed around the periphery of a cylindrical volume which can be closed by a tear-off envelope, not shown, opened by the deployment of the arms 12. The rods 34 can be provided to remain fixed to the bands after unwinding.
Les quatre mâts 12 peuvent être constitués à partir de bandes enroulées sur un seul et même tambour, dont la rotation par un moteur électrique non représenté provoque le déploiement synchronisé des bras. The four masts 12 can be formed from strips wound on a single drum, whose rotation by an electric motor not shown causes the synchronized deployment of the arms.
On voit qu'on réalise ainsi un engin spatial dont le système de contrôle d'attitude est robuste et très efficace, puisque toutes les bandes de la voilure peuvent participer à la création de couples. Les opérations de mesure et de contrôle d'attitude sont simples puisque le soleil est maintenu à moins de 450 de la normale au plan xy de la voilure et qu'ainsi il n'y a jamais de retournement de l'engin ni de passage du soleil à proximité de son plan principal. Pour cette même raison, un générateur solaire plan, unique, peut fournir, avec un bon rendement géométrique, l'énergie nécessaire à bord. Le déploiement est très simple, puisqu'il n'y a pas de volets s'ajoutant aux bandes et que les bandes ne sont pas pliées, mais simplement enroulées. Les câbles et liens nécessaires peuvent être très fins, étant donné la faible valeur des forces mises en jeu. We see that we thus realize a spacecraft whose attitude control system is robust and very effective, since all the bands of the wing can participate in the creation of couples. The measurement and attitude control operations are simple since the sun is kept at less than 450 from normal to the xy plane of the airfoil and thus there is never a reversal of the craft nor passage of the sun near its main plane. For the same reason, a single planar solar generator can provide the energy required on board with good geometric efficiency. Deployment is very simple, since there are no flaps added to the strips and the strips are not folded, but simply rolled up. The cables and links required can be very thin, given the low value of the forces involved.
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1993
- 1993-10-12 FR FR9312126A patent/FR2711111B1/en not_active Expired - Fee Related
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| FR2711111B1 (en) | 1995-12-15 |
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