FR2789049A1 - Structure pour l'isolation thermique de satellites - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une structure pour l'isolation thermique de satellites. Conformément à l'invention, une couche (2) en mousse de polyimide à cellules ouvertes est appliquée sur la structure porteuse (3) du satellite.

Description

L'invention concerne une structure pour l'isolation thermique
de satellites.
La nécessaire isolation thermique des véhicules spatiaux contre les influences extrêmes de l'espace extra-atmosphérique est un problème général récurrent rencontré dans la construction de satellites. Le processus de définition, de fabrication, d'adaptation et enfin de pose de ces isolants thermiques qui sont généralement réalisés en technique d'" isolation multicouches ", (voir ci-dessous) est coûteux en temps et donc en argent, comme on le verra en détail avec l'exemple de
générateurs solaires montés sur des satellites.
Les générateurs solaires fixes dont le pouvoir de rayonnement thermique sur la face arrière est gêné par le corps du satellite deviennent extrêmement chauds (généralement + 100 C) dans les phases d'insolation verticale, mais refroidissent fortement dans l'ombre de la Terre. Pour ne pas transmettre ces fortes variations de température au satellite, une isolation
intérieure compliquée est nécessaire.
En général, les générateurs solaires présentent la structure mécanique suivante (ex. satellites ROSAT, CLUSTER): 1. Les cellules solaires sont collées sur la face extérieure d'un panneau en sandwich à couches extérieures en matière plastique renforcée aux fibres de carbone. Cette matière plastique ainsi que le verre des cellules présentent un coefficient de dilatation thermique identique. Le risque de détachement des cellules en cas de variation de
température est donc réduit.
2. Sur la face arrière du panneau en sandwich se trouve un isolant multicouches. Il s'agit en l'occurrence de films superposés de faible épaisseur (généralement 0,01 mm d'épaisseur) qui sont rendus réfléchissants sur leurs deux faces par aluminiage. Le contact entre les différents films est minimalisé à l'aide de minces résilles en matière plastique ou par structuration des films. Un transfert de chaleur n'est donc possible que par échange de rayonnement entre les films, lequel est cependant
fortement réduit par le dépôt de couches réfléchissantes.
3. Vient ensuite la structure porteuse des satellites, c'est-
à-dire leur corps proprement dit, laquelle est fréquemment réalisée en aluminium. Dans ce cas, l'accrochage du panneau de générateurs solaires doit être statique ou réalisé par un moyen d'accrochage,, souple " qui compense les différences de déformation thermique. Il faut veiller à ce qu'en tout état de cause ce moyen d'accrochage soit
un isolant thermique.
Dans la version décrite, un panneau autonome prémonté est donc nécessaire en complément de la structure porteuse proprement dite.
Les polyimides sont employés depuis longtemps en astronautique.
Ils jouent un rôle important surtout dans le domaine des films isolants (ex. films " Kapton " utilisés comme couches extérieures des isolants multicouches décrits ci-dessus). Il sont également mis en oeuvre, sous forme de mousse à cellules ouvertes, comme isolants phoniques sur la face intérieure des garnitures de charge utile pour les lanceurs (Brevet US
,670,758).
L'invention a pour but de fournir une structure pour l'isolation thermique de satellites, qui permet d'atteindre les buts suivants:
3 2789049
* diminution de la masse totale du satellite; * définition moins complexe; * simplification de la construction et de l'intégration; * économies apportées par la suppression d'opérations manuelles (adaptation de l'isolant multicouches, etc.) La structure selon l'invention destinée à l'isolation thermique de satellite se caractérise par le fait qu'une couche de mousse de polyimide à cellules ouvertes est appliquée directement sur
la structure porteuse du satellite.
Selon des caractéristiques avantageuses, il est prévu que: * une couche extérieure est appliquée sur la mousse de polyimide à cellules ouvertes; ò la couche extérieure est constituée de matière plastique renforcée aux fibres de carbone ou d'aluminium; * un ensemble de générateurs solaires est monté sur la couche extérieure. En raison du bon effet d'isolation thermique de la mousse de polyimide, la plage de températures de la structure porteuse sous-jacente du satellite est modérée. Un panneau autonome prémonté, tel que celui mis en oeuvre dans les structures
connues, n'est donc pas nécessaire.
La structure porteuse peut être conçue en particulier sous la forme d'un sandwich d'aluminium peu coûteux car, du fait du bon effet d'isolation thermique de la mousse de polyimide, aucune
déformation thermique critique ne se produit.
La structure selon l'invention offre les avantages suivants: * La suppression des panneaux autonomes permet de réduire la
masse totale du satellite.
* Le nombre de composants/interfaces nécessaires étant réduit par rapport au concept de structure connu, les problèmes de
définition sont moins complexes.
* La construction et l'intégration de la structure sont simplifiées (bonne aptitude à l'usinage mécanique, maniement simple). * Les opérations manuelles nécessaires sont moins nombreuses,
ce qui entraîne des économies de coûts.
La structure selon l'invention offre un effet d'isolation thermique analogue à celui des structures connues employant un isolant multicouches. En outre, elle présente une capacité de
charge mécanique suffisante.
De plus, la structure selon l'invention n'a pas d'incidence sur la pose de cellules solaires normalisées telles que celles
utilisées dans les générateurs solaires connus.
L'invention sera exposée en détail à l'aide d'un exemple de réalisation en référence à un dessin. Celui-ci montre une structure selon l'invention pour l'isolation thermique de
satellites dans le cas d'un générateur solaire fixe.
La structure comporte les couches suivantes: * couche extérieure 1 (épaisseur de 0,6 mm) en matière plastique renforcée aux fibres de carbone, sur laquelle sont montées les cellules solaires (non représentées ici). La couche extérieure comprend par exemple 6 couches de fibres
avec l'orientation 0 /90 /45 /135 /90 /0 .
* mousse de polyimide à cellules ouvertes 2 (épaisseur de
mm) avec une masse volumique de 50 kg/m3.
* sandwich d'aluminium 3 (2 couches extérieures en aluminium, épaisseur de 1 mm et une âme en aluminium, épaisseur de
18 mm) formant la structure porteuse du satellite.
La mousse de polyimide 2 est un produit standard du commerce qui, selon son usage, peut être commandé en différentes masses
volumiques et épaisseurs auprès du fabricant.
Le sandwich d'aluminium contient les éléments de fixation (pièces rapportées non représentées sur le dessin) servant à la
liaison avec des sandwichs d'aluminium disposés à proximité.
La couche extérieure 1, la mousse de polyimide 2 et le sandwich d'aluminium 3 ainsi que l'âme et les couches extérieures du sandwich d'aluminium sont collés entre eux au moyen d'adhésifs structurels classiques compatibles avec les contraintes de l'aéronautique. Du fait de l'isolation thermique dans la zone comprise entre la couche extérieure 1 et la structure porteuse proprement dite, la plage de températures du panneau en sandwich d'aluminium 3 est modérée. Dans ces conditions, ce panneau 3 peut être utilisé dans la structure porteuse du satellite. Comme aucune déformation thermique critique ne se produit, il peut s'agir d'un sandwich d'aluminium économique - par rapport à la
conception avec fibres de verre.
L'emploi de mousse de polyimide pour l'isolation thermique des surfaces extérieures du satellite n'est pas limité aux générateurs solaires fixes. Le même principe de conception peut être repris pour obtenir, en plus de l'isolation thermique, une planéité et une stabilité élevées de la face extérieure du satellite. Des appareils d'assez petite taille tels que par exemple des capteurs peuvent être noyés directement dans la mousse. Les conceptions multicouches complexes à faible effet
isolant sont ainsi supprimées.
Pour fournir une protection contre des incidences nuisibles provenant de l'espace extra-atmosphérique, une couche extérieure quelconque peut être appliquée sur la mousse de polyimide. À cet effet, on peut faire appel en particulier à de la matière plastique renforcée aux fibres de carbone, à de
l'aluminium ou encore à tout autre revêtement de surface connu.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Structure pour l'isolation thermique de satellites, caractérisée en ce qu'une couche (2) en mousse de polyimide à cellules ouvertes est appliquée sur la structure porteuse
(3) du satellite.
2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une couche extérieure (1) est appliquée sur la mousse de
polyimide à cellules ouvertes (2).
3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce que la couche extérieure (1) est constituée de matière
plastique renforcée aux fibres de carbone ou d'aluminium.
4. Structure selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'un ensemble de générateurs solaires est monté sur la
couche extérieure (1).
5. Structure selon une des revendications précédentes,
caractérisée en ce que la structure porteuse (3) du satellite est conçue sous la forme d'un sandwich d'aluminium.
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