ANTENNE RADIOELECTRIQUE COMPORTANT DES MOYENS DE RIGIDIFICATION AMÉLIORÉS
DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des antennes radioélectriques à réflecteurs, et concerne en particulier une antenne pour un engin spatial, tel qu'un satellite de télécommunications. 10 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Les antennes d'engins spatiaux doivent être conformes à des spécifications concernant notamment la réflectivité de leurs réflecteurs, mais aussi la tenue mécanique des moyens de liaison des réflecteurs aux 15 engins spatiaux, qui sont soumis aux sollicitations vibratoires acoustiques et dynamiques induites par les lanceurs spatiaux. Ces antennes doivent en outre être conformes à des spécifications concernant leur comportement thermoélastique en orbite. 20 Le niveau des sollicitations acoustiques induites par les lanceurs étant très difficile à prévoir, il est préférable que ces antennes soient quasiment insensibles aux efforts acoustiques, pour limiter les risques de sous dimensionnement ou de sur 25 dimensionnement des moyens de liaison des réflecteurs aux engins spatiaux. Les figures 1 et la représentent un exemple d'antenne radioélectrique 10 (figure 1) pour satellite de télécommunications fonctionnant à des fréquences 2 comprises entre 12 GHz et 18 GHz environ (bande Ku), d'un type connu. Le réflecteur 12 de l'antenne 10 comprend une coque 14 du type sandwich formée d'une structure en nid d'abeilles sur laquelle sont apposées une peau avant - couramment appelée peau active - et une peau arrière, chacune de ces peaux étant constituée d'un pli de fibres de carbone noyées dans une résine époxy. Le réflecteur 12 de l'antenne 10 est supporté par une structure arrière tubulaire rigide 16, qui est par exemple de forme hexagonale, centrée sur un axe du réflecteur, et d'étendue inférieure à l'étendue du réflecteur. La structure arrière 16 est reliée à la peau arrière du réflecteur 12 par des cornières 18 (figure la) aptes à assurer la tenue mécanique de l'antenne lors du lancement et de la mise en orbite du satellite équipé de cette antenne, ainsi qu'un découplage thermomécanique entre le réflecteur 12 et la structure arrière 16 lorsque le satellite est en orbite. Par ailleurs, la structure arrière 16 est portée par un bras de support 19 destiné à assurer la liaison entre l'antenne 10 et le satellite. Les fibres de carbone des plis des peaux avant et arrière précitées sont agencées sous la forme de tissus triaxiaux qui se caractérisent par des propriétés mécaniques quasi-isotropes et par la présence d'ajours traversants qui sont régulièrement répartis sur leur surface.
Ces ajours permettent une réduction de la masse du réflecteur, et communiquent avec des alvéoles 3 de la structure en nid d'abeilles de sorte que ce type de réflecteur est peu sensible aux sollicitations vibratoires, en particulier aux sollicitations acoustiques lors du lancement du satellite équipé de l'antenne 10. Cela permet en particulier de limiter les débattements dans la direction de l'axe du réflecteur, d'une partie radialement externe du réflecteur, comprise entre le bord périphérique de ce réflecteur et sa partie fixée aux cornières 18 de la structure arrière 16, lesquels débattements sont susceptibles de provoquer des amorces de ruptures au sein du réflecteur. D'une manière générale, les matériaux composites employés dans ces antennes leur confèrent une grande légèreté, ce qui constitue un avantage essentiel dans le domaine des applications spatiales. Toutefois, les propriétés de réflectivité des réflecteurs du type décrit ci-dessus ne sont pas satisfaisantes aux fréquences comprises entre 20 GHz et 40 GHz environ (bande Ka), du fait de l'ajourage de ces réflecteurs. Des solutions ont été proposées, qui consistent, à partir d'une antenne du type décrit ci- dessus, à réduire la dimension des ajours de la peau active, ou même à remplacer la peau active ajourée par une peau pleine, mais les antennes ainsi obtenues se sont révélées trop sensibles aux sollicitations acoustiques.
En outre, à ces fréquences plus élevées, les tolérances relatives aux profils des réflecteurs 4 sont plus strictes, ce qui conduit à des exigences plus sévères en termes de précision de fabrication et de stabilité dans le temps des réflecteurs, typiquement de l'ordre de 30 pm RMS, à comparer à 150 pm RMS pour les satellites opérant aux fréquences inférieures de la bande Ku. Or, les structures sandwich des réflecteurs d'antenne du type décrit ci-dessus ne permettent pas de satisfaire aisément les niveaux d'exigence requis par un fonctionnement dans la bande Ka. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ces problèmes, permettant d'éviter les inconvénients précités. Elle a notamment pour objet une antenne radioélectrique pour engin spatial, apte à fonctionner aux fréquences de la bande Ka, et satisfaisant les exigences imposées à ce type d'antenne, notamment en ce qui concerne la sensibilité de l'antenne aux sollicitations vibratoires induites par les lanceurs, la précision de fabrication du profil du réflecteur de l'antenne et la stabilité de ce profil dans le temps, et d'une manière générale le comportement thermomécanique de l'antenne en orbite. L'invention propose à cet effet une antenne radioélectrique, en particulier pour engin spatial, comprenant un réflecteur et une structure arrière de support dudit réflecteur, caractérisée en ce que l'antenne comprend des moyens de rigidification rapportés sur le réflecteur pour limiter le débattement d'une portion périphérique du réflecteur selon une direction parallèle à un axe central de ce réflecteur, ces moyens de rigidification étant distincts de la structure arrière de support. 5 Les moyens de rigidification permettent de réduire l'impact de sollicitations vibratoires, notamment acoustiques, sur la structure arrière de support du réflecteur de l'antenne. Cela rend notamment possible l'utilisation d'une peau active pleine, c'est- à-dire non ajourée, de manière à doter le réflecteur de propriétés de réflectivité optimales et aussi à améliorer la précision et la stabilité du profil de ce réflecteur. Le réflecteur présentant une face active et une face arrière, les moyens de rigidification comprennent de préférence une partie centrale disposée en regard de la face active du réflecteur. Comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit, cela facilite la conception de moyens de rigidification efficaces qui soient relativement simples à fabriquer. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de rigidification comprennent des premiers raidisseurs en forme de tiges dont une extrémité au moins est fixée sur la portion périphérique du réflecteur. Le réflecteur comporte de préférence des moyens de fixation par encliquetage élastique de l'extrémité précitée de chacun des premiers raidisseurs sur la portion périphérique du réflecteur. 6 En variante, l'extrémité de chacun des premiers raidisseurs peut être réalisée en un matériau thermo-déformable et fixée à un bord périphérique du réflecteur après déformation dudit matériau.
En variante encore, l'extrémité de chacun des premiers raidisseurs peut être fixée sur la face active du réflecteur, par exemple par collage ou en étant intégrée à ladite face active. D'une manière générale, les premiers raidisseurs peuvent être indépendants les uns des autres, ou peuvent être reliés entre eux de manière à former une unique structure, l'ensemble des raidisseurs pouvant dans ce cas être avantageusement formé d'un seul tenant.
Par ailleurs, les premiers raidisseurs sont de préférence agencés de manière à se croiser au niveau de l'axe du réflecteur. Cela permet de relier les premiers raidisseurs les uns aux autres d'une façon simple et efficace, de manière à renforcer la structure formée par ces raidisseurs. Préférentiellement, les moyens de rigidification comprennent en outre des seconds raidisseurs en forme de tiges, qui sont reliés par leurs extrémités aux premiers raidisseurs de manière à renforcer la rigidité de ces derniers. Les extrémités de chacun des seconds raidisseurs sont de préférence reliées à des parties médianes respectives de deux premiers raidisseurs voisins. 7 L'ensemble constitué par les premiers et seconds raidisseurs forme ainsi une structure en toile d'araignée présentant une très bonne rigidité. Avantageusement, les moyens de rigidification comprennent au moins une tige de maintien qui s'étend parallèlement à l'axe du réflecteur, et qui comporte une extrémité fixée sur la face active du réflecteur et une extrémité reliée à l'un desdits raidisseurs.
Cette tige de maintien, qui peut être reliée à l'un des premiers raidisseurs, ou le cas échéant, à l'un des seconds raidisseurs, permet d'améliorer encore la rigidité de la structure formée par l'ensemble des raidisseurs.
En particulier, dans le cas où les premiers raidisseurs se croisent au niveau de l'axe du réflecteur, les moyens de rigidification comprennent avantageusement une tige de maintien du type décrit ci-dessus, centrée sur l'axe du réflecteur.
D'une manière générale, la structure formée par les premiers et seconds raidisseurs ainsi que, le cas échéant, par la ou les tiges de maintien, peut être réalisée d'un seul tenant. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, les moyens de rigidification comprennent une membrane. L'antenne comprend avantageusement des moyens de fixation de ladite membrane sur la portion périphérique du réflecteur.
Ces moyens de fixation peuvent être configurés pour une fixation de la membrane sur la face 8 active du réflecteur, ou pour une fixation d'un bord périphérique replié de cette membrane sur la face arrière du réflecteur. La membrane permet ainsi de limiter une 5 éventuelle déformation de la portion périphérique du réflecteur dirigée vers l'avant de ce dernier. En variante et de préférence, la membrane peut comporter une partie périphérique repliée sur un bord périphérique du réflecteur et agencée en regard de 10 la face arrière du réflecteur de manière à être solidaire de la structure arrière de support. Cette configuration permet un contact de la membrane avec les faces active et arrière du réflecteur, au niveau du bord périphérique de ce 15 dernier, de sorte que la membrane permet alors de limiter une éventuelle déformation de la portion périphérique du réflecteur dirigée vers l'avant ou vers l'arrière du réflecteur. Dans ce cas, l'antenne peut avantageusement 20 comprendre des tiges fixées d'une part à ladite structure arrière de support et d'autre part à la portion périphérique du réflecteur, ladite partie périphérique repliée de la membrane étant alors fixée sur ces tiges. 25 D'une manière générale, la membrane est de préférence tendue de manière à assurer une rigidification optimale du réflecteur. Par ailleurs, la membrane est de préférence pleine, c'est-à-dire dépourvue d'ajours. Cela permet à 30 cette membrane d'amortir d'éventuelles vibrations acoustiques. 9 D'une manière générale, l'antenne est avantageusement configurée pour fonctionner dans une bande de fréquences prédéterminée du spectre des micro-ondes, cette bande de fréquences pouvant être en particulier comprise dans la bande Ka. L'utilisation d'une face active non ajourée, rendue possible par l'invention, est en effet particulièrement avantageuse dans la bande Ka, comme cela a été expliqué ci-dessus.
Les moyens de rigidification sont de préférence réalisés dans un matériau transparent aux ondes radioélectriques dont la fréquence est comprise dans ladite bande de fréquences. Avantageusement, ledit matériau est un 15 matériau composite comprenant des fibres noyées dans une résine durcie. Ce type de matériau présente l'avantage d'une grande légèreté et d'une bonne résistance mécanique. 20 De plus, ce type de matériau rend aisée une réalisation des moyens de rigidification d'un seul tenant avec la face active de la coque, lorsque cette dernière est elle-même réalisée dans un matériau composite analogue. 25 Les fibres précitées sont avantageusement des fibres d'aramide, du type Kevlar (marque déposée) de préférence, ou des fibres de quartz, la résine dans laquelle ces fibres sont noyées étant par exemple une résine époxy. 30 En variante, toutefois, les moyens de rigidification peuvent être réalisés dans un matériau 10 non transparent auxdites ondes radioélectriques lorsque la géométrie de ces moyens est telle que ces derniers ne risquent pas de rendre insuffisantes les propriétés de réflectivité de l'antenne.
D'une manière générale, les moyens de rigidification selon l'invention présentent l'avantage d'être particulièrement simples à fabriquer. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique en perspective d'une antenne radioélectrique d'un type connu ; la figure la, déjà décrite, est une vue à plus grande échelle du détail la de la figure 1 ; la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une antenne radioélectrique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique partielle depuis l'avant de l'antenne de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une antenne radioélectrique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique partielle depuis l'avant de l'antenne de la figure 4. 11 Sur les figures 2 à 5, les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PREFERES Les figures 2 et 3 représentent une antenne radioélectrique 20 selon un premier mode de réalisation de l'invention. L'antenne 20 comprend un réflecteur 22 et une structure arrière 24 de support de ce réflecteur 22. Le réflecteur 22 comprend une coque 26 de forme générale paraboloïdale de révolution, d'axe 28, formée d'une structure en sandwich comprenant une âme en nid d'abeilles sur laquelle sont apposées deux peaux, respectivement avant et arrière, formées de fibres de carbone noyées dans une résine époxy durcie et agencées sous la forme d'une nappe unidirectionnelle. La peau et la face avant du réflecteur sont couramment appelées respectivement peau et face actives, de sorte que les termes avant et active sont équivalents dans le présent texte. La structure arrière de support 24 est semblable à la structure arrière 16 de l'antenne de type connu représentée sur la figure 1.
Cette structure 24 comprend une partie tubulaire hexagonale 30 qui s'étend dans un plan perpendiculaire à l'axe 28 du réflecteur et est centrée sur cet axe 28, et un bras (non visible sur la figure 2) destiné à relier la partie tubulaire 30 à un engin spatial, tel qu'un satellite. 12 La partie tubulaire 30 de la structure arrière de support 24 comprend des cornières 32 de liaison de la coque 26 du réflecteur 22 à la structure arrière 24.
Les cornières 32 comportent chacune une lamelle 34 qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe 28 du réflecteur 22, et qui est reliée fixement, à son extrémité avant, à une patte de fixation 36 apposée sur la peau arrière de la coque 26 du réflecteur, et à son extrémité arrière, à la partie tubulaire 30 de la structure arrière de support 24. Les lamelles 34 des cornières 32 permettent un découplage thermomécanique entre le réflecteur 22 et la structure arrière de support 24.
La structure arrière 24 a une étendue radiale inférieure à celle du réflecteur 22, de sorte que l'agencement des pattes de fixation 36 des cornières 32 sur la coque 26 de ce réflecteur délimite intérieurement une portion périphérique 38 du réflecteur 22. Cette portion périphérique 38 s'étend jusqu'au bord extérieur 39 du réflecteur. Dans le premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 2 et 3, l'antenne radioélectrique 20 comporte des moyens de rigidification comprenant un ensemble 40 de raidisseurs en forme de tiges, qui sont agencés selon une forme de toile d'araignée en regard de la peau active du réflecteur 22, et qui s'étendent dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe 28 de ce réflecteur. 13 Comme cela apparaît plus clairement sur la figure 3, cet ensemble 40 comprend des premiers raidisseurs 42, par exemple au nombre de quatre, qui sont fixés par leurs extrémités sur la peau active de la coque 26, au niveau du bord extérieur 39 du réflecteur 22. Les premiers raidisseurs 42 s'étendent diamétralement, c'est-à-dire qu'ils se croisent et sont reliés mutuellement au niveau de l'axe 28 du réflecteur. De plus, les premiers raidisseurs 42 sont régulièrement répartis angulairement autour de l'axe 28, de sorte que dans l'exemple représenté, ces premiers raidisseurs 42 forment entre eux des angles de 45°.
L'ensemble 40 comporte également des seconds raidisseurs 44, par exemple au nombre de huit, dont chacun est relié par ses deux extrémités à deux premiers raidisseurs 42 voisins, au niveau de zones de ces premiers raidisseurs situées environ à mi-distance entre l'axe 28 et le bord extérieur 39 du réflecteur, de sorte que l'ensemble des seconds raidisseurs 44 forme un octogone régulier centré sur l'axe 28 du réflecteur 22. L'ensemble 40 de raidisseurs 42 et 44 est réalisé d'un seul tenant en un matériau composite formé d'un tissu de fibres d'aramide, du type Kevlar (marque déposée), noyées dans une résine époxy durcie. Ce matériau présente notamment l'avantage d'être transparent aux ondes radioélectriques.
En outre, les moyens de rigidification comprennent une tige de maintien 46 (figure 2) qui est 14 centrée sur l'axe 28 et qui relie le point d'intersection des premiers raidisseurs 42 au centre de la coque 26 du réflecteur 22, de manière à améliorer la rigidité de la structure formée par l'ensemble 40 des raidisseurs 42 et 44. La tige de maintien 46 est réalisée dans le même matériau que les raidisseurs 42 et 44, et a ses extrémités fixées, par exemple par collage, respectivement sur la face active du réflecteur et sur les premiers raidisseurs 42. De plus, l'ensemble 40 de raidisseurs 42 et 44 est réalisé d'un seul tenant avec la peau active du réflecteur 22, les extrémités des premiers raidisseurs 42 étant noyées dans la résine de la peau active. En variante et sans sortir du cadre de l'invention, l'ensemble 40 de raidisseurs peut être rapporté sur le réflecteur 22, et fixé au réflecteur par exemple par collage des extrémités des premiers raidisseurs 42 sur la peau active du réflecteur, ou par encliquetage élastique ou encore par déformation thermoplastique desdites extrémités autour du bord extérieur 39 du réflecteur. Les moyens de rigidification formés par l'ensemble 40 des raidisseurs 42 et 44, et par la tige de maintien 46 permettent de limiter le débattement de la portion périphérique 38 du réflecteur selon son axe 28 lorsque le réflecteur est soumis à des sollicitations vibratoires. 15 D'autres agencements des moyens de rigidification précités sont possibles dans le cadre de l'invention. Ainsi, les moyens de rigidification peuvent ne pas comprendre de tige de maintien 46 si les propriétés mécaniques des raidisseurs 42, 44 le permettent. Au contraire, ces moyens de rigidification peuvent comporter plusieurs tiges de maintien 46 reliant les raidisseurs 42, 44 à plusieurs points du réflecteur. Les premiers raidisseurs 42 peuvent, par ailleurs, s'étendre depuis la portion périphérique 38 du réflecteur jusqu'à l'axe 28 de ce dernier, et être raccordés les uns aux autres au niveau de cet axe 28. Par ailleurs, les raidisseurs peuvent être réalisés en un matériau différent de celui décrit ci-dessus. Ainsi par exemple, si l'agencement de ces raidisseurs et le niveau d'exigence relatif aux propriétés de réflectivité de l'antenne le permettent, les raidisseurs peuvent être réalisés en un matériau non transparent aux ondes radioélectriques. Dans le deuxième mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 4 et 5, les moyens de rigidification du réflecteur 22 comprennent une membrane 48 comportant une partie centrale plane et tendue en regard de la face active du réflecteur 22 et une partie périphérique 50 qui est repliée sur le bord extérieur 39 du réflecteur et qui s'étend en regard de la face arrière de ce dernier. 16 Comme cela apparaîtra plus clairement dans ce qui suit, la partie périphérique 50 est destinée à la fixation de la membrane 48 à la structure arrière de support 24.
L'antenne 52 selon ce deuxième mode de réalisation comporte des tiges de liaison 54 agencées de sorte qu'une extrémité de chacune de ces tiges 54 est fixée à la partie tubulaire 30 de la structure de support 24 et l'autre extrémité de chaque tige 54 est fixée sur la face arrière du réflecteur 22, au niveau du bord extérieur 39 de ce dernier. Ces tiges de liaison 54 sont régulièrement réparties autour de l'axe 28 du réflecteur. La partie périphérique 50 de la membrane est fixée sur les tiges de liaison 54, par exemple par collage, de sorte que la membrane est tendue dans sa partie centrale 49. De cette manière, la membrane 48 s'oppose au débattement de la portion périphérique 38 du réflecteur parallèlement à l'axe 28 du réflecteur. La membrane 48 est réalisée en un matériau composite transparent aux ondes radioélectriques. Ce matériau est par exemple composé d'un tissu de fibres d'aramide noyées dans une résine époxy durcie, d'une manière telle que la membrane 48 soit pleine, c'est-à-dire non ajourée. La membrane 48 permet ainsi d'amortir au moins partiellement les vibrations acoustiques susceptibles de se propager vers la face active du réflecteur.
17 En variante, la membrane peut toutefois être formée d'un tissu ajouré, par exemple du type bidirectionnel ou triaxial. En variante encore, la membrane 48 peut ne pas être repliée vers l'arrière du réflecteur 22 et être fixée sur la face active du réflecteur, au niveau de la portion périphérique 38 de ce dernier. D'une manière générale, les moyens de rigidification de l'invention peuvent être réalisés dans un autre matériau, tel par exemple qu'un matériau composite à fibres de quartz ou analogue noyées dans tout type de résine appropriée. Le matériau de ces moyens de rigidification est de préférence choisi pour présenter un coefficient thermoélastique voisin de celui du matériau formant la coque du réflecteur, afin d'optimiser le comportement thermomécanique de l'antenne. La coque 26 du réflecteur 22 peut en outre, sans sortir du cadre de l'invention, avoir une forme différente de celle décrite ci-dessus telle par exemple qu'une forme bosselée globalement plane. Dans ce cas, la membrane 48 peut aussi être en contact avec la face active du réflecteur.