FR2948638A1 - Dispositif de protection thermique de satellite par des matelas a base de film thermoplastique - Google Patents

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Abstract

L'invention a pour objet de permettre la fabrication de matelas de protection thermique (MLI) pour satellite présentant des caractéristiques nettement supérieures à celles des matelas de type « MLI » actuels en termes de résistance à la déchirure, de spécularité, et d'écoulement des charges électrostatique, tout en autorisant un fonctionnement à des températures extrêmes, notamment supérieures à 150 °C. A cet effet, l'invention propose la fabrication de matelas de protection thermique (MLI) dont les feuilles (1 INT, 1 EXT, 2) sont constituées d'un film en matériau thermoplastique et d'au moins une couche de métallisation.

Description

Dispositif de protection thermique de satellite par des matelas à base de film thermoplastique.
La présente invention concerne le domaine des protections thermiques pour satellite, et plus particulièrement les protections de type 5 MLI (pour Multi-Layer Insulation selon l'acronyme anglais). Ces protections thermiques se présentent sous la forme de matelas comprenant alternativement des feuilles de polymères métallisés sur une ou deux faces et des intercalaires en matériau isolant.
10 Une illustration de l'état de la technique se trouve dans le brevet US7252890. Ce brevet décrit un exemple de matelas MLI actuel constitué, en plus de l'alternance de feuilles et d'intercalaires précitée, d'une couche de protection contre des contaminations par des résidus organiques. Ces matelas MLI recouvrent les satellites et leurs équipements 15 externes tels que des antennes, des générateurs solaires ...etc. II est à noter que dans la suite de la demande et dans les revendications, on entend par satellite, en ce qu'il est recouvert par des matelas de protection thermique, à la fois le corps du satellite en tant que tel et l'ensemble des équipements externes également recouverts par lesdits matelas de protection thermique. 20 Ce type de MLI , comme l'ensemble des matelas de protection thermique pour satellite de type MLI connu, présente de nombreux inconvénients que la présente invention se propose de résoudre. Les feuilles métallisées aujourd'hui utilisées pour fabriquer des matelas de protection thermique pour satellite sont à base de polymères 25 thermodurcissables se présentant sous la forme de films et permettant une utilisation dans des conditions extrêmes, notamment en terme de températures, et en particulier à des températures supérieures à 150 °C. On entend par films des feuilles ou pellicules très fines, d'une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de microns. L'un des matériaux souvent utilisés 30 est le KaptonTM Aujourd'hui, les fabricants de matelas de protection thermique sont confrontés à différents problèmes, essentiellement liés à la nature des matériaux utilisés. D'abord, les polymères thermodurcissables tels que le KaptonTM sont susceptibles de se déchirer facilement, ce qui, lors de l'assemblage de satellites et de l'agrafage des matelas de protection thermique, suscite de nombreux rebus. Ensuite, ces matériaux présentant une spécularité trop importante, et il est donc aujourd'hui nécessaire de gaufrer les feuilles extérieures des matelas de protection thermique afin de diffuser au maximum dans toutes les directions les rayonnements reçus à la surface du satellite, et ainsi d'optimiser la spécularité desdites feuilles. Ce gaufrage, outre qu'il impose une étape de fabrication supplémentaire, a tendance à fragiliser encore davantage les feuilles des matelas de protection thermique et donc d'augmenter la quantité de rebus. Enfin, les films en polymère thermodurcissable actuellement utilisés ne permettent pas, intrinsèquement, et pour la majorité des utilisations, un écoulement satisfaisant des charges électrostatiques présentes dans les matelas de protection thermique, pendant la durée de vie du satellite en fonctionnement. Ainsi, les films actuels en KaptonTM peuvent être dopés par de la fibre de carbone afin de rendre ces films meilleurs conducteurs électrostatiques. Cette opération supplémentaire de dopage fait augmenter le coût et le temps nécessaire à la fabrication des matelas de protections thermiques actuels.
Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. Ainsi pour assurer une plus grande résistance à la déchirure, une meilleure spécularité et un meilleur écoulement des charges électrostatiques, le dispositif de protection thermique de type MLI selon l'invention comprend l'utilisation de films en matériau thermoplastique aux propriétés inédites dans le domaine spatial.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de protection thermique pour satellite constitué d'un matelas de protection thermique comportant une alternance de feuilles et d'intercalaires en matériau isolant, caractérisé en ce que lesdites feuilles sont constituées d'un film en matériau thermoplastique résistant à des températures supérieures à 150 °C et d'au moins une couche de métallisation. Dans un exemple préféré de mise en oeuvre de l'invention, 35 lesdites feuilles comprenant une feuille intérieure située du côté du satellite, une feuille extérieure située du côté opposé au satellite et des feuilles intermédiaires situées entre ladite feuille intérieure et ladite feuille extérieure, la feuille intérieure et la feuille extérieure comprennent une seule couche de métallisation sur la face située du côté opposé au satellite pour la feuille intérieure, et sur la face opposée à l'espace pour la feuille extérieure, et les feuilles intermédiaires comprennent deux couches de métallisation, une sur chacune de leurs faces. Avantageusement, ladite feuille extérieure présente une spécularité inférieure à 70%.
Ladite couche de métallisation est par exemple essentiellement constituée d'aluminium. Dans un exemple préféré de mise en oeuvre de l'invention, ledit matériau thermoplastique est essentiellement constitué de poly-éther éther 15 kétone. Avantageusement, ledit matériau thermoplastique permet l'écoulement des charges électrostatiques du matelas de protection thermique. Avantageusement, ledit matériau thermoplastique présente une 20 résistivité volumique inférieure à 10E17 Q.cm. Avantageusement, ledit film en matériau thermoplastique présente une résistance à la déchirure supérieure à 4 N/mm pour une épaisseur d'environ 50 pm. Avantageusement, lesdites feuilles sont réparables par 25 thermocollage ou par tout autre procédé thermique adapté.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard du dessin annexé qui représente le schéma d'un dispositif de protection thermique pour satellite 30 selon l'invention.
La figure 1 présente un matelas de protection thermique MLI pour satellite selon l'invention. Comme le montre la figure 1, le dispositif de protection thermique selon l'invention se présente sous la forme d'un matelas 35 de type MLI classique ; il est constitué d'une alternance de feuilles métallisées 1 INT, 1 EXT, 2 et d'intercalaires 3 en matériau isolant. Comme cela a été expliqué précédemment, les matériaux utilisés actuellement pour réaliser les films servant de base à la fabrication des feuilles 1 INT, 1 EXT, 2 sont des polymères thermodurcissables tels que le KaptonTM. Pour les raisons précitées, il est devenu nécessaire de trouver une alternative aux technologies actuelles en exploitant les caractéristiques de nouveaux matériaux. Ainsi, la présente invention consiste à minimiser la quantité de rebus produit lors de la fabrication, de l'agrafage et de la fixation sur des satellites des matelas de protection thermique de type MLI et à améliorer ~o les performances desdits matelas de protection thermique. Pour cela, la présente invention consiste à réaliser des feuilles 1 INT, 1 EXT, 2 sur la base de films en matériaux polymères thermoplastiques. A titre de matériau préféré pour la mise en oeuvre de l'invention, on pourra utiliser du poly-éther éther kétone, tel que le PeekTM commercialisé 15 par la société VictrexR. Dans l'exemple de réalisation du dispositif de protection thermique selon l'invention présenté en figure 1, les feuilles intérieure 1INT, située côté satellite, et extérieure 1 EXT, située du côté opposé au satellite, sont, de manière classique, métallisée sur une seule face, la couche de métallisation 20 étant appliquée sur la face opposée au satellite pour la feuille intérieure, et sur la face opposée à l'espace pour la feuille extérieure. Les autres feuilles 2 sont quant à elles métallisées sur leurs deux faces. Les couches de métallisation sont, à titre d'exemple préféré, essentiellement constituées d'aluminium. 25 Les films en matériau polymère thermoplastique, typiquement en poly-éther éther kétone, doivent être aptes à supporter des conditions d'utilisation extrêmes, telles que des températures supérieures à 150° C, à 200 °C, et même jusqu'à 350 °C. C'est le cas, par exemple, du PeekTM Par rapport aux matelas de protection thermique du type MLI 30 connus, le matelas de protection thermique MLI selon l'invention présente de nombreux avantages. La nature thermoplastique des matériaux constitutifs des films servant de base aux feuilles métallisées 1 INT, 1 EXT, 2 leur confère une résistance accrue à la déchirure. Pour ce qui concerne le PeekTM, ladite résistance à la déchirure est, selon la norme ISO 6383-1, de l'ordre de 6, 7 35 N/mm contre 3,2 N/mm pour le polyimide, matériau traditionnellement utilisé, et pour une épaisseur des films de l'ordre de 50 pm. De ce fait, son utilisation permet de diminuer la quantité de rebus produits lors de l'assemblage, de l'agrafage des matelas de protection thermique et de l'installation sur satellites.
Par ailleurs, les matelas de protection thermique MLI selon l'invention présente des performances de spécularité, typiquement inférieures à 70%, telles qu'elles rendent superflu le gaufrage des feuilles extérieures 1 EXT, indispensable dans l'état de la technique pour diffuser au maximum et dans toutes les directions les différents rayonnements reçus : rayons solaires, ondes acoustiques...etc. Le fait d'éviter ce gaufrage permet d'économiser une opération d'usinage supplémentaire et d'éviter de fragiliser les feuilles extérieures 1 EXT du matelas de protection thermique MLI. D'autres caractéristiques des matériaux thermoplastiques tels que le poly-éther éther kétone rendent avantageux leur utilisation dans les matelas de protection thermique MLI. Ainsi, ils présentent une capacité intrinsèque à permettre l'écoulement des charges électrostatiques présentes dans lesdits matelas de protection thermique MLI. En effet, ces matériaux thermoplastiques, comme le poly-éther éther kétone, peuvent typiquement avoir une résistivité volumique inférieure à 10E17 O.cm selon la norme ASTM D257. De ce fait, l'invention permet d'économiser une autre étape de fabrication généralement effectuée dans l'état de la technique et consistant à doper les polymères constitutifs des films servant de base aux feuilles métallisées, par exemple avec de la fibre de carbone, afin d'améliorer la conductivité électrostatique. Cette étape de fabrication peut être rendue facultative par l'utilisation du matelas de protection thermique MLI selon l'invention. II est particulièrement notable que le matelas de protection thermique MLI selon l'invention permet de concilier, du fait de l'exploitation des qualités des matériaux thermoplastiques précités, la possibilité d'utilisation dans des conditions de température extrêmes, typiquement supérieures à 150 °C, et la possibilité de présenter des performances élevées en termes d'écoulement des charges électrostatiques. A contrario, les matériaux connus qui présentent de bonnes performances d'écoulement des charges électrostatiques grâce au dopage au carbone, par exemple du KaptonTM dopé au carbone, dégradent les performances thermo-optiques la feuille extérieure 1 EXT du matelas et réduisent les performances en termes d'absorption solaire et de résistance aux hautes températures. Par ailleurs, les matelas de protection thermique MLI selon l'invention présentent l'avantage de ne pas absorber d'eau durant leur vie avant leur mise en orbite, ce qui permet d'éviter un relargage de l'eau résiduelle et une diminution des contaminations lorsque du dégazage du satellite en orbite. Par ailleurs, l'utilisation des matériaux thermoplastiques cités améliore la faisabilité de réparations de matelas de protection thermique MLI, par exemple par thermocollage de feuilles au niveau d'une éventuelle déchirure.
En résumé, l'invention a pour principal avantage de permettre la fabrication de matelas de protection thermique pour satellite aux qualités nettement supérieures aux matelas actuels, en termes de résistance à la déchirure, de spécularité, et d'écoulement des charges électrostatiques, tout en autorisant un fonctionnement à des températures extrêmes, notamment supérieures à 150 °C. Le dispositif de protection thermique selon l'invention présente 20 également l'avantage d'être éventuellement réparable, par thermocollage ou par tout autre procédé thermique adapté.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de protection thermique pour satellite constitué d'un matelas de protection thermique (MLI) comportant une alternance de feuilles (1 INT, 1 EXT,
  2. 2) et d'intercalaires (3) en matériau isolant, caractérisé en ce que lesdites feuilles (1 INT, 1 EXT, 2) sont constituées d'un film en matériau thermoplastique résistant à des températures supérieures à 150 °C et d'au moins une couche de métallisation. 2. Dispositif selon la revendication 1, lesdites feuilles (1INT, 1EXT, 2) comprenant une feuille intérieure (TINT) située du côté du satellite, une feuille extérieure (1 EXT) située du côté opposé au satellite et des feuilles intermédiaires (2) situées entre ladite feuille intérieure (1INT) et ladite feuille extérieure (1 EXT), caractérisé en ce que la feuille intérieure (INT) et la feuille extérieure (1 EXT) comprennent une seule couche de métallisation sur la face située du côté opposé au satellite pour la feuille intérieure (1 INT), et sur la face opposée à l'espace pour la feuille extérieure (1 EXT), et en ce que les feuilles intermédiaires (2) comprennent deux couches de métallisation, une sur chacune de leurs faces.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite feuille extérieure (1 EXT) présente une spécularité inférieure à 70%.
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche de métallisation est essentiellement constituée d'aluminium.
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau thermoplastique est essentiellement constitué de poly-éther éther kétone.
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau thermoplastique permetl'écoulement des charges électrostatiques du matelas de protection thermique (MLI)].
  7. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit matériau thermoplastique présente une résistivité volumique inférieure à 10E17 4.cm.
  8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit film en matériau thermoplastique présente une résistance à la déchirure supérieure à 4 N/mm pour une épaisseur d'environ 50 pm.
  9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites feuilles (1 INT, 1 EXT, 2) sont réparables par thermocollage ou par tout autre procédé thermique adapté.20
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