FR2932576A1 - Ultra-stable embarked multi-telescope assembly for earth observation satellite, has bench-support for supporting optical instruments and star trackers and composed of individual support plates, where instruments are telescopes - Google Patents
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Abstract
Description
ENSEMBLE MULTI-INSTRUMENTS EMBARQUE ULTRA-STABLE La présente invention se rapporte à un ensemble multi-instruments embarqué ultra-stable. Ces instruments peuvent être des télescopes, des radars, des lidars, etc. The present invention relates to an ultra-stable on-board multi-instrument assembly. These instruments can be telescopes, radars, lidars, etc.
Les satellites d'observation embarquent généralement plusieurs télescopes ainsi que des optiques de pointage de moindre résolution (dits star trackers ) permettant de pointer les télescopes sur une région déterminée de l'espace (ou de la Terre) observée. Ces télescopes, souvent au nombre de deux afin de couvrir un champ plus large, sont disposés chacun sur un banc-support, supporté lui-même par un autre banc-support. Un tel montage nécessite un troisième banc, ce qui en diminue la précision du fait que les star trackers sont fixés sur le troisième banc. En outre, l'assemblage en est plus long et complexe, les moyens de mise au point sont bien plus importants que ceux nécessités par chacun des deux premiers bancs, ce qui augmente de façon non négligeable le coût de réalisation de cette partie optique. Observation satellites usually carry several telescopes as well as lower-resolution aiming optics (so-called star trackers) making it possible to point the telescopes at a given region of the space (or the Earth) observed. These telescopes, often two in number to cover a wider field, are each arranged on a support bench, itself supported by another support bench. Such an assembly requires a third bench, which decreases the accuracy of the fact that star trackers are fixed on the third bench. In addition, the assembly is longer and more complex, the focusing means are much larger than those required by each of the first two banks, which significantly increases the cost of producing this optical part.
La présente invention a pour objet un ensemble multi-télescopes embarqué ultra-stable, qui soit le moins onéreux possible et le plus simple et le plus rapide à réaliser et à mettre au point, permettant l'utilisation de moyens d'essais plus simples qu'auparavant (essais à température variable et/ou sous vide), qui assure un très bon positionnement optique des télescopes par rapport à leurs star trackers et qui permette de réduire le nombre de bancs optiques pour supporter la charge utile des télescopes, cette charge utile comprenant tout ce qui ne fait pas partie de la propulsion, c'est-à-dire l'instrumentation au sens large. Au sens de l'invention, ultra-stable signifie que la stabilité des télescopes par rapport aux star trackers qui leur sont associés doit être telle que leur décalage angulaire relatif soit constamment inférieur à 9 rad. L'ensemble conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un banc-support unique supportant au moins deux télescopes et au moins deux star trackers . La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est un ensemble de deux vues en perspective d'un ensemble conforme à l'invention, la vue de gauche étant une vue extérieure de cet ensemble, muni de ses star trackers , et celle de droite une vue sans les star trackers , certains éléments étant vus en transparence, cette vue montrant des détails de réalisation des éléments de fixation des télescopes, la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble conforme à la présente invention, similaire à la vue de droite de la figure 1, montrant des détails de réalisation d'un des télescopes, - la figure 3 un ensemble de deux vues en perspective montrant des détails de réalisation, conformes à l'invention, des supports des éléments moteurs relatifs à chacun des deux instruments, - la figure 4 est une vue de dessous en perspective de l'ensemble conforme à la présente invention, montrant les détails de réalisation des éléments associés aux télescopes et fixés sur le même banc-support, - la figure 5 est une vue en plan simplifiée d'un banc-support conforme à la présente invention pour la fixation de quatre télescopes à optiques différentes, - les figures 6 à 8 sont des vues de côté de détails de réalisation d'un banc-support conforme à la présente invention, et la figure 9 est une vue en perspective simplifiée de deux variantes de réalisation de renforts pour un banc-support conforme à la présente invention. The present invention relates to an ultra-stable onboard multi-telescope assembly, which is the least expensive possible and the simplest and fastest to achieve and develop, allowing the use of simpler test means that previously (variable temperature and / or vacuum tests), which ensures a very good optical positioning of the telescopes with respect to their star trackers and which makes it possible to reduce the number of optical benches to support the payload of the telescopes, this payload including everything that is not part of the propulsion, that is to say the instrumentation in the broad sense. In the sense of the invention, ultra-stable means that the stability of the telescopes relative to the star trackers associated with them must be such that their relative angular offset is constantly less than 9 rad. The assembly according to the invention is characterized in that it comprises a single support bench supporting at least two telescopes and at least two star trackers. The present invention will be better understood on reading the detailed description of an embodiment, taken by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawing, in which: - Figure 1 is a set of two perspective views of an assembly according to the invention, the left view being an external view of this set, provided with its star trackers, and the right one a view without the star trackers, some elements being seen in transparency, this view showing details of embodiment of the telescope fixing elements, FIG. 2 is a perspective view of an assembly according to the present invention, similar to the right view of FIG. 1, showing details of one of the telescopes, FIG. 3 is a set of two perspective views showing details of embodiments, in accordance with the invention, of the supports of the driving elements relative to each of the two instruments; FIG. From below in perspective of the assembly according to the present invention, showing the details of embodiment of the elements associated with the telescopes and fixed on the same support bench, - Figure 5 is a simplified plan view of a support bench according to the present invention for fixing four telescopes with different optics, - Figures 6 to 8 are side views of details of realization of a support bench according to the present invention, and Figure 9 is a view of simplified perspective of two embodiments of reinforcements for a support bench according to the present invention.
La présente invention est décrite ci-dessous en référence à l'assemblage de deux ou trois télescopes d'un satellite d'observation. Ces télescopes peuvent être tous identiques ou non, et tout type de télescope peut ainsi être monté, et leur combinaison optique peut être de tout type (Korsch, TMA , Cassegrain,...). L'ensemble tel que représenté dans ses détails essentiels sur les figures 1 à 4 comporte principalement deux instruments optiques 1, 2 montés sur un banc-support unique 3, sur lequel est monté également un ensemble 4 de star trackers . Le banc-support 3 est composé, dans cet exemple, de deux sous-ensembles ou plaques de support 3A, 3B assemblées par des dispositifs permettant un positionnement relatif précis des sous-ensembles, tels que des inserts en titane 6 (figure 1, vue de droite, figures 2, 4 et 5) et/ou d'autres types de dispositifs de liaison, tels que des poutrelles 7 (figure 1, vue de droite, figure 2) ou encore d'autres types d'assemblage détaillés en figures 6 à 9 et décrits ci-dessous. De tels types d'assemblages permettent de réaliser un instrument optique monolithique très stable, possédant des alignements optiques inférieurs à 9 rad par rapport au référentiel des star trackers. Comme représenté en détail en figure 2 pour le télescope 2, la partie optique classique de chaque télescope comprend essentiellement, sur une face du support 3, un premier miroir annulaire 8 (par exemple en Zerodur TM )associé à un panneau rayonnant 9 assurant son contrôle thermique, et un deuxième miroir secondaire 10 (qui peut également être en Zerodur TM) associé à un mécanisme 11 de focalisation et monté sur un support 12 en étoile ( CFRP spider , soit Carbon fiber Reinforced Plastics en anglais). Ce télescope est protégé par un tube cylindrique 13 (par exemple en carbone-résine) prolongé par un baffle 14 (en aluminium anodisé, par exemple) relié au tube 1 par des fixations isostatiques 15 assurant un découplage thermique et mécanique entre le tube 13 et le chapeau 14. Sur l'autre face du support 3 est montée la charge utile , et en particulier les montures isostatiques 16 ( kinematic mounts en anglais) pour l'alignement optique des miroirs des télescopes, au nombre de trois pour chacun des télescopes. Cette charge utile est représentée sur les figures 3 et 4. Toutefois, on ne mentionnera ici que les principaux composants de cette charge utile sans les décrire plus en détail, du fait que ces composants sont bien connus en soi dans les montages de télescopes de l'art antérieur, la présente invention ne modifiant pas ces corposants, mais seulement leurs dispositions respectives par rapport au support des télescopes. The present invention is described below with reference to the assembly of two or three telescopes of an observation satellite. These telescopes can be all identical or not, and any type of telescope can be mounted, and their optical combination can be of any type (Korsch, TMA, Cassegrain, ...). The assembly as represented in its essential details in FIGS. 1 to 4 mainly comprises two optical instruments 1, 2 mounted on a single support bench 3, on which is also mounted a set 4 of star trackers. The support bench 3 is composed, in this example, of two subassemblies or support plates 3A, 3B assembled by devices allowing precise relative positioning of the subassemblies, such as titanium inserts 6 (FIG. right, FIGS. 2, 4 and 5) and / or other types of connecting devices, such as beams 7 (FIG. 1, right view, FIG. 2) or other types of assembly detailed in FIGS. 6 to 9 and described below. Such types of assemblies make it possible to produce a very stable monolithic optical instrument having optical alignments of less than 9 rad compared to the star tracker reference system. As shown in detail in FIG. 2 for the telescope 2, the conventional optical part of each telescope essentially comprises, on one face of the support 3, a first annular mirror 8 (for example made of Zerodur TM) associated with a radiating panel 9 ensuring its control. thermal, and a second secondary mirror 10 (which may also be Zerodur TM) associated with a focusing mechanism 11 and mounted on a star support 12 (CFRP spider or Carbon fiber Reinforced Plastics in English). This telescope is protected by a cylindrical tube 13 (for example carbon-resin) extended by a baffle 14 (made of anodized aluminum, for example) connected to the tube 1 by isostatic fasteners 15 providing thermal and mechanical decoupling between the tube 13 and the hat 14. On the other side of the support 3 is mounted the payload, and in particular the isostatic frames 16 (kinematic mounts in English) for the optical alignment of the telescope mirrors, three in number for each of the telescopes. This payload is shown in FIGS. 3 and 4. However, only the main components of this payload will be mentioned here without describing them in greater detail, since these components are well known per se in the telescope assemblies of the invention. prior art, the present invention not modifying these components, but only their respective arrangements with respect to the support of the telescopes.
Sur la figure 3, on a représenté séparément les deux plaques de support 3A, 3B vues du coté de la charge utile et montrant plus en détail cette charge utile qui comprend essentiellement les montures 16 précitées et des coffrets 17, 18 de circuits électroniques de détection associés aux télescopes 1 et 2 respectivement. On a représenté en figure 4 les deux plaques 3A, 313 de la figure 3 après leur assemblage à l'aide des inserts 6. Cet assemblage comporte trois montures 16 dont une est commune aux plaques 3A, 3B, et chacune des deux autres est fixée respectivement sur une des plaques. En outre, chacune des plaques de l'assemblage 3A+3B comporte principalement : un obturateur 19, un miroir de repliement (ou miroir de renvoi ) 20, et un miroir tertiaire 21 monté sur une équerre de support 22 (réalisée par exemple en titane). FIG. 3 shows separately the two support plates 3A, 3B seen on the side of the payload and showing in greater detail this payload which essentially comprises the above-mentioned frames 16 and boxes 17, 18 of electronic detection circuits. associated with telescopes 1 and 2 respectively. FIG. 4 shows the two plates 3A, 313 of FIG. 3 after their assembly using the inserts 6. This assembly comprises three frames 16, one of which is common to the plates 3A, 3B, and each of the other two is fixed respectively on one of the plates. In addition, each of the plates of the assembly 3A + 3B mainly comprises: a shutter 19, a folding mirror (or reflecting mirror) 20, and a tertiary mirror 21 mounted on a support bracket 22 (made for example of titanium ).
La figure 5 se rapporte à un mode de réalisation à quatre télescopes. On n'a représenté sur cette figure que les quatre plaques de support individuelles 23 à 26 avec leurs inserts 6 d'assemblage et trois supports isostatiques 16. Bien entendu, les formes, dimensions relatives et dispositions mutuelles de ces plaques peuvent être différentes de celles représentées en figure 5. Il est également bien entendu que dans ce mode de réalisation, comme dans ceux des figures 6 à 9, l'on pourrait utiliser une seule plaque au lieu de plusieurs, mais cela rendrait plus onéreuse la réalisation de l'appareillage. Les grandes étapes de réalisation de l'ensemble conforme à l'invention sont : 1 - réalisation des bancs optiques élémentaires, 2 - assemblage /ajustage / appairage piontage des bancs optiques, 3 - démontage des bancs, 4 - intégration des instruments optiques sur chaque banc équipé de montures isostatiques, 5 - assemblage des deux bancs équipés en un seul banc monolithique (avec un repositionnement précis grâce au piontage réalisé à l'étape 2), 6 - intégration des star trackers sur le banc monolithique. Figure 5 relates to an embodiment with four telescopes. This figure only shows the four individual support plates 23 to 26 with their assembly inserts 6 and three isostatic supports 16. Of course, the shapes, relative dimensions and mutual dispositions of these plates may be different from those shown in FIG. 5. It is also understood that in this embodiment, as in those of FIGS. 6 to 9, it would be possible to use a single plate instead of several, but this would make the fitting of the apparatus more expensive. . The main steps of realization of the assembly according to the invention are: 1 - realization of the elementary optical benches, 2 - assembly / adjustment / pairing piontage of the optical benches, 3 - disassembly of the benches, 4 - integration of the optical instruments on each bench equipped with isostatic frames, 5 - assembly of the two benches equipped in a single monolithic bench (with a precise repositioning thanks to the piontage realized in step 2), 6 - integration of the star trackers on the monolithic bench.
On a représenté en figures 6 à 9 des détails de réalisation d'exemples de réalisation des dispositifs d'assemblage des plaques de support telles que les plaques 3A, 3B décrites ci-dessus. L a figure 6 illustre deux variantes d'un mode de réalisation à assemblage des plaques-supports des télescopes assuré par éclissage. Sur la vue du haut de la figure 6, les deux plaques 27, 28 sont disposées de façon coplanaire et approchées à faible distance mutuelle. Elles sont alors reliées par des éclisses ou plaques métalliques 29, 30 et par des vis ou boulons 31 fixant les éclisses sur les plaques, ainsi que par des pions de positionnement 32, traversant l'une des éclisses et pénétrant dans des trous borgnes formés dans les deux plaques 27, 28. En variante, comme représenté en bas de la figure 6, les chants en vis-à-vis des deux plaques 27', 28' sont rectifiés et appliqués l'un contre l'autre. Des éclisses 29, 30 sont vissées sur les deux faces des plaques. Des pions intérieurs 33 sont fixés sur les chants latéraux des deux plaques, à cheval sur leurs chants en vis-à-vis. En figure 7, on a représenté un mode de réalisation d'assemblage de deux plaques-supports du type tenon-mortaise. Dans ce cas, l'une des deux plaques (plaque 34) est plus épaisse que l'autre (35). Dans le chant de la plaque 34 correspondant à la zone d'assemblage des deux plaques, on pratique une rainure dont la largeur est sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque 35. Un bord de cette plaque 35 est inséré dans la rainure et y est maintenu par exemple par des vis ou boulons 36, éventuellement complétés par des pions. En figure 8, on a représenté deux exemples de réalisation d'autres types d'assemblage : en haut de la figure, l'interface d'assemblage est en forme de L , et en bas de la figure, cette interface est plane. Pour l'assemblage du type en L , on utilise une plaque (37) plus épaisse que l'autre (38), et on pratique dans la plaque 37 le long de son bord destiné à recevoir la plaque 38 un lamage dont la profondeur est sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque 38. La plaque 38 est maintenue dans ce lamage à l'aide de vis ou boulons 39, éventuellement complétés par des pions. Le mode de réalisation d'assemblage de la vue du bas de la figure 8 se rapporte à des plaques-supports de même épaisseur ou non, et consiste à superposer les bords des deux plaques 40, 41 et à les maintenir par exemple par des vis ou boulons 42, éventuellement complétés par des pions. FIGS. 6 to 9 show details of embodiments of the assembly devices of the support plates such as the plates 3A, 3B described above. Figure 6 illustrates two variants of an assembly embodiment of telescope support plates provided by bolting. In the top view of FIG. 6, the two plates 27, 28 are arranged coplanarly and approached at close mutual distance. They are then connected by metal plates or plates 29, 30 and by screws or bolts 31 fixing the fishplates on the plates, as well as by positioning pins 32, passing through one of the fishplates and penetrating into blind holes formed in the two plates 27, 28. Alternatively, as shown at the bottom of Figure 6, the edges vis-à-vis the two plates 27 ', 28' are rectified and applied against each other. Splints 29, 30 are screwed on both sides of the plates. Internal pins 33 are fixed on the side edges of the two plates, straddling their singing vis-à-vis. In Figure 7, there is shown an embodiment of assembly of two support plates of the type mortise and tenon. In this case, one of the two plates (plate 34) is thicker than the other (35). In the edge of the plate 34 corresponding to the assembly zone of the two plates, a groove is made whose width is substantially equal to the thickness of the plate 35. An edge of this plate 35 is inserted into the groove and is maintained for example by screws or bolts 36, possibly completed by pins. In Figure 8, there are shown two embodiments of other types of assembly: at the top of the figure, the assembly interface is L-shaped, and at the bottom of the figure, this interface is flat. For the L type assembly, a plate (37) is used which is thicker than the other (38), and in the plate 37 is used along its edge intended to receive the plate 38 a counterbore whose depth is substantially equal to the thickness of the plate 38. The plate 38 is held in this countersink by means of screws or bolts 39, possibly completed by pins. The embodiment of assembly of the bottom view of Figure 8 relates to support plates of the same thickness or not, and consists of superimposing the edges of the two plates 40, 41 and to maintain them for example by screws or bolts 42, optionally completed by pins.
Les deux modes de réalisation d'assemblage représentés en figure 9 ont recours à une liaison assurant la raideur de l'assemblage et garantissant des déformations inférieures à quelques rad. Pour le mode de réalisation de la vue de gauche de la figure 9, les plaques-supports 43, 44 à assembler doivent être de même épaisseur et de même largeur. The two embodiments of assembly shown in Figure 9 use a connection ensuring the stiffness of the assembly and ensuring deformations of less than a few rad. For the embodiment of the left view of Figure 9, the support plates 43, 44 to be assembled must be of the same thickness and the same width.
L'assemblage est réalisé à l'aide de deux poutres en U 45, 46 enserrant les bords latéraux des deux plaques. The assembly is made using two U-beams 45, 46 enclosing the lateral edges of the two plates.
Le mode de réalisation de la vue de droite de la figure 9 utilise, en plus des moyens décrits ci-dessus, pour raidir l'assemblage de deux plaques-supports 47, 48, deux poutres rectilignes à section rectangulaire 49, 50 fixées sur une face de l'ensemble des deux plaques 47, 48. The embodiment of the right view of FIG. 9 uses, in addition to the means described above, to stiffen the assembly of two support plates 47, 48, two rectilinear beams with rectangular section 49, 50 fixed on a face of the set of two plates 47, 48.
En conclusion, le dispositif conforme à l'invention présente les avantages suivants : - il permet des intégrations/alignements optiques des instruments en parallèle : cela permet une réduction du temps de fabrication et limite la taille des moyens optiques utilisés au sol (moyens dits OGSE, soit Optical Ground Segment EquipmentO, - il nécessite des moyens d'essais plus simples que les dispositifs connus (en particulier des caissons d'essais moins grands), il est très précis (précision de 9 rad ou mieux) sur l'alignement des instruments par rapport aux star trackers , - on peut utiliser deux bancs optiques séparés afin de réaliser les opérations d'intégration et d'alignement optique en parallèle, chacun étant mesuré dans un petit caisson d'essais, ce qui permet de raccourcir la durée de la fabrication de l'ensemble, - Il présente une très bonne stabilité relative des axes optiques des deux 20 instruments (ou plus) montés sur le même support, et par rapport aux star trackers ( star trackers qui se trouvent sur le banc optique de support de l'un des instruments). In conclusion, the device according to the invention has the following advantages: it allows optical integrations / alignments of the instruments in parallel: this allows a reduction in manufacturing time and limits the size of the optical means used on the ground (means OGSE said or Optical Ground Segment EquipmentO, - it requires simpler testing means than known devices (especially smaller test cases), it is very accurate (accuracy of 9 rad or better) on the alignment of instruments compared to star trackers, - two separate optical benches can be used to carry out integration and optical alignment operations in parallel, each being measured in a small test box, which makes it possible to shorten the duration of the manufacture of the assembly, it has a very good relative stability of the optical axes of the two or more instruments mounted on the same support, and with respect to to star trackers (star trackers that are on the optical bench supporting one of the instruments).
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2932576B1 (en) | 2013-02-15 |
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