FR3138808A1 - Device for reducing the electrical charge of a space vehicle - Google Patents
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Abstract
Selon un aspect, la présente description a pour objet un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial comprenant : un substrat (201) configuré pour être connecté électriquement à la structure du véhicule spatial ; une première couche (202) formée d’une pluralité de nanotubes de carbones sensiblement orientés perpendiculairement au substrat, ladite première couche (202) recouvrant au moins partiellement le substrat (201) et étant en contact avec le substrat (201) ; une deuxième couche (203) recouvrant au moins partiellement la première couche (202) et comportant un matériau diélectrique de telle sorte à acquérir une charge plus positive que la première couche (202) lorsque le dispositif est soumis à un flux d’électrons, d’ions et/ou un flux de rayonnement de type ultraviolet du vide (VUV). FIG. 2AAccording to one aspect, the present description relates to a device for reducing the electrical charge of a space vehicle comprising: a substrate (201) configured to be electrically connected to the structure of the space vehicle; a first layer (202) formed of a plurality of carbon nanotubes substantially oriented perpendicular to the substrate, said first layer (202) at least partially covering the substrate (201) and being in contact with the substrate (201); a second layer (203) at least partially covering the first layer (202) and comprising a dielectric material such as to acquire a more positive charge than the first layer (202) when the device is subjected to a flow of electrons, d ions and/or a flux of vacuum ultraviolet (VUV) type radiation. FIG. 2A
Description
La présente description concerne un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial et un véhicule spatial comprenant un tel dispositif. De plus, la présente description concerne un procédé de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial.The present description relates to a device for reducing the electrical charge of a space vehicle and a space vehicle comprising such a device. In addition, the present description relates to a method for reducing the electrical charge of a space vehicle.
De nombreux véhicules spatiaux comme les satellites, les lanceurs, les atterrisseurs, les stations spatiales, les sondes spatiales et les astromobiles (ou « rover » selon l’expression anglaise) sont destinés à évoluer dans un environnement spatial sans atmosphère, aussi appelé « environnement spatial chargeant ».Many space vehicles such as satellites, launchers, landers, space stations, space probes and rovers (or “rover” according to the English expression) are intended to evolve in a space environment without atmosphere, also called “environment space loading”.
L’environnement spatial chargeant comprend des particules électriquement chargées pouvant interagir avec le véhicule. En particulier, les satellites sont généralement très sensibles aux électrons de l’environnement spatial chargeant dont l’énergie est comprise entre quelques dizaines d’électrons-volts et quelques centaines de kilo-électrons-volts.The charging space environment includes electrically charged particles that can interact with the vehicle. In particular, satellites are generally very sensitive to electrons from the charging space environment whose energy is between a few tens of electron volts and a few hundred kilo-electron volts.
Du fait de l’interaction avec l’environnement spatial chargeant, les véhicules acquièrent une charge électrique, notamment une charge électrique négative, qui peut entraîner des conséquences néfastes si elle n’est pas contrôlée, du fait de l’apparition de courants de fuite et d’arcs électriques pouvant détériorer le véhicule spatial et/ou entrainer des défaillances.Due to interaction with the charging space environment, vehicles acquire an electrical charge, in particular a negative electrical charge, which can lead to adverse consequences if not controlled, due to the appearance of leakage currents and electric arcs which could damage the space vehicle and/or cause failures.
Les véhicules spatiaux comprennent en effet généralement une structure conductrice et différents revêtements agencés sur la structure comprenant des matériaux aux propriétés électriques différentes et pouvant se charger à des niveaux différents selon leur capacité à stocker et à émettre des électrons lorsqu’ils subissent l’impact d’électrons et d’ions de l’environnement spatial chargeant. Les niveaux de charge électrique des revêtements dépendent également des positions des revêtements sur le véhicule spatial, avec notamment des différences importantes entre les revêtements exposés au soleil et les revêtements à l’ombre car les revêtements exposés au soleil réémettent une part importante de leur charge négative vers l’environnement spatial chargeant du fait de la photoémission déclenchée par les rayonnements de type ultraviolet du vide (VUV, d’après l’expression anglaise« Vacuum U ltra- V iolet »).Space vehicles generally comprise a conductive structure and different coatings arranged on the structure comprising materials with different electrical properties and which can be charged at different levels depending on their capacity to store and emit electrons when they undergo the impact of charging electrons and ions from the space environment. The electrical charge levels of the coatings also depend on the positions of the coatings on the space vehicle, including significant differences between coatings exposed to sunlight and coatings in shade because coatings exposed to sunlight re-emit a significant portion of their negative charge towards the charging space environment due to photoemission triggered by vacuum ultraviolet radiation (VUV, after the English expression “ Vacuum Ultra - Violet ” ).
L’équilibre entre courants électriques sur chaque revêtement et sur la structure conductrice du satellite régit l’évolution des potentiels électriques de chaque élément. Lorsque la différence de potentiel entre deux éléments atteint un seuil critique, une énergie électrique peut se libérer de façon spontanée et sporadique sous la forme d’une décharge électrostatique (ou « ESD » selon l’expression anglaise «electric static discharge»). La sévérité de la décharge et ses conséquences éventuelles sur le véhicule spatial dépendent de l’amplitude de la décharge, de sa dynamique temporelle, de sa durée et de la proximité d’éléments sensibles du véhicule spatial.The balance between electric currents on each coating and on the conductive structure of the satellite governs the evolution of the electric potentials of each element. When the potential difference between two elements reaches a critical threshold, electrical energy can be released spontaneously and sporadically in the form of an electrostatic discharge (or “ESD” according to the English expression “ electric static discharge ”). The severity of the discharge and its possible consequences on the space vehicle depend on the amplitude of the discharge, its temporal dynamics, its duration and the proximity of sensitive elements of the space vehicle.
Dans certains cas, la structure du véhicule spatial et tous les éléments conducteurs qui y sont connectés peuvent être chargés négativement par rapport à l’environnement spatial tandis qu’un revêtement externe agencé sur la surface externe de la structure véhicule spatial se retrouve chargé négativement, mais moins négativement que la structure. Dans cette configuration particulière, dite de gradient inverse de potentiel, les risques d’ESD sont spécialement accrus du fait de l’apparition d’un champ électrique entre le revêtement externe et la structure du véhicule spatial qui abaisse la barrière de potentiel que les électrons doivent franchir pour s’échapper du véhicule spatial. Ainsi, dans une configuration de gradient inverse de potentiel, l’émission d’un surplus d’électrons est favorisée au niveau du point où le matériau conducteur, l’isolant et l’environnement spatial chargeant se rencontrent, appelé point triple dans le domaine de l’astronautique. Les configurations de gradient inverse de potentiel sont particulièrement communes pour les panneaux solaires des véhicules spatiaux, dans lesquels un verre de protection externe recouvrant les cellules solaires se charge en général moins négativement que la structure du véhicule spatial.In certain cases, the structure of the space vehicle and all the conductive elements connected to it may be negatively charged with respect to the space environment while an external coating arranged on the external surface of the space vehicle structure finds itself negatively charged, but less negatively than structure. In this particular configuration, called inverse potential gradient, the risks of ESD are especially increased due to the appearance of an electric field between the external coating and the structure of the space vehicle which lowers the potential barrier that the electrons must cross to escape the space vehicle. Thus, in an inverse potential gradient configuration, the emission of a surplus of electrons is favored at the point where the conductive material, the insulator and the charging spatial environment meet, called the triple point in the field of astronautics. Inverse potential gradient configurations are particularly common for space vehicle solar panels, in which an external protective glass covering the solar cells typically charges less negatively than the space vehicle structure.
Afin de limiter les problèmes d’ESD liés à l’acquisition de charges par un véhicule spatial, il est connu d’utiliser un dispositif actif d’émission de charge électrique.In order to limit ESD problems linked to the acquisition of charges by a space vehicle, it is known to use an active electrical charge emission device.
Le brevet US 6,362,574 [REF1] décrit par exemple un dispositif d’émission de charge électrique de type micro-pointes comprenant un ensemble de micro-pointes en matériau conducteur configuré pour être en contact électrique avec la structure du véhicule spatial et une grille conductrice. Dans ce dispositif, une source de tension impose une différence de potentiel entre la grille et l’ensemble de micro-pointes permettant l’émission d’un flux d’électrons depuis les micro-pointes vers l’environnement spatial chargeant. Un tel dispositif permet donc de réduire la charge électrique négative du véhicule spatial.US patent 6,362,574 [REF1] describes for example a device for emitting an electrical charge of the micro-tip type comprising a set of micro-tips made of conductive material configured to be in electrical contact with the structure of the space vehicle and a conductive grid. In this device, a voltage source imposes a potential difference between the gate and the set of micro-tips allowing the emission of a flow of electrons from the micro-tips towards the charging spatial environment. Such a device therefore makes it possible to reduce the negative electrical charge of the space vehicle.
Cependant, un tel dispositif à micro-pointes présente l’inconvénient d’être un dispositif actif qui est complexe à contrôler et nécessite une source de tension consommant de l’énergie électrique. De plus, lors de l’utilisation d’un tel dispositif, l’émission d’électrons doit être stoppée lorsque le potentiel du véhicule spatial est réduit à zéro afin d’éviter que ledit potentiel n’atteigne des valeurs positives pouvant réattirer les électrons émis par le système. Dans certains cas, le retour des électrons peut se faire sous la forme d’un faisceau focalisé pouvant endommager des systèmes sensibles du véhicule spatial.However, such a microtip device has the disadvantage of being an active device which is complex to control and requires a voltage source consuming electrical energy. Furthermore, when using such a device, the emission of electrons must be stopped when the potential of the space vehicle is reduced to zero in order to prevent said potential from reaching positive values that could reattract the electrons. issued by the system. In some cases, the return of electrons can be in the form of a focused beam which can damage sensitive systems of the space vehicle.
Le brevet US 8,511,616 [REF 2] divulgue un autre type de dispositif à micro-pointes dans lequel la grille conductrice est reliée électriquement à une plaque conductrice de grande dimension exposée au Soleil et qui émet une grande quantité d’électrons du fait d’un effet de photoémission induit par les rayonnements VUV. Dans cette configuration, la grille conductrice n’a pas besoin d’être alimentée par un générateur de tension. Cependant un tel dispositif ne devient efficace que si la plaque conductrice est suffisamment étendue, ce qui est encombrant et prend une place importante sur le véhicule spatial accueillant le dispositif, au détriment d’autres installations telles que les cellules photovoltaïques.US patent 8,511,616 [REF 2] discloses another type of micro-tip device in which the conductive grid is electrically connected to a large conductive plate exposed to the Sun and which emits a large quantity of electrons due to a photoemission effect induced by VUV radiation. In this configuration, the conductive grid does not need to be powered by a voltage generator. However, such a device only becomes effective if the conductive plate is sufficiently extended, which is bulky and takes up significant space on the space vehicle hosting the device, to the detriment of other installations such as photovoltaic cells.
D’autre part, le brevet US 8,014,121 [REF3] divulgue un dispositif passif de prévention des ESD comprenant un substrat conducteur connecté électriquement à la structure d’un satellite, une couche conductrice en contact électrique avec le substrat, et un matériau diélectrique disposé sur la couche conductrice. Dans un tel dispositif, lorsque l’environnement spatial chargeant vient à charger le satellite négativement, des niveaux de charge électrique différents sont acquis par la couche conductrice et par le matériau diélectrique. De la même manière que pour un gradient inverse de potentiel, un champ électrique apparaît alors entre la couche conductrice et le matériau diélectrique de sorte que l’émission d’électrons depuis la couche conductrice vers l’environnement spatial chargeant est favorisée au niveau du point triple.On the other hand, patent US 8,014,121 [REF3] discloses a passive ESD prevention device comprising a conductive substrate electrically connected to the structure of a satellite, a conductive layer in electrical contact with the substrate, and a dielectric material placed on the conductive layer. In such a device, when the charging space environment comes to charge the satellite negatively, different levels of electrical charge are acquired by the conductive layer and by the dielectric material. In the same way as for an inverse potential gradient, an electric field then appears between the conductive layer and the dielectric material so that the emission of electrons from the conductive layer towards the charging spatial environment is favored at the point triple.
Le déposant a observé que ce dispositif, bien qu’étant passif, présente des désavantages liés à une émission d’électrons qui dépend des aspérités du matériau diélectrique et de la couche conductrice et ne peut donc pas être contrôlée, ce qui peut notamment conduire à des effets d’avalanche pouvant endommager le dispositif. Le gradient inverse nécessaire au démarrage de l’émission peut en effet parfois être trop important, ce qui peut conduire à des ESD de forte intensité se produisant sur le dispositif lui-même avant même que le dispositif ne soit mis en fonctionnement, limitant ainsi l’utilité du dispositif à réduire la charge négative d’un véhicule spatial.The applicant has observed that this device, although being passive, has disadvantages linked to an emission of electrons which depends on the asperities of the dielectric material and the conductive layer and therefore cannot be controlled, which can in particular lead to avalanche effects that could damage the device. The inverse gradient necessary to start the emission can in fact sometimes be too great, which can lead to high intensity ESD occurring on the device itself even before the device is put into operation, thus limiting the the usefulness of the device in reducing the negative charge of a space vehicle.
Dans ce contexte, la présente description décrit des dispositifs de réduction de la charge d’un véhicule spatial qui résolvent tout ou partie des problèmes des dispositifs selon l’état de la technique.In this context, the present description describes devices for reducing the load of a space vehicle which solve all or part of the problems of the devices according to the state of the art.
Dans la présente description, le terme « comprendre » signifie la même chose que « inclure » ou « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non décrits ou représentés.As used herein, the term “include” means the same as “include” or “contain,” and is inclusive or open-ended and does not exclude other matters not described or depicted.
En outre, dans la présente description, le terme « environ » ou « sensiblement » est synonyme de (signifie la même chose que) présente une marge inférieure et/ou supérieure de 10%, par exemple 5%, de la valeur respective.Furthermore, in the present description, the term "approximately" or "substantially" is synonymous with (means the same as) having a lower and/or higher margin of 10%, for example 5%, of the respective value.
Selon un premier aspect, la présente description concerne un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial comprenant :According to a first aspect, the present description relates to a device for reducing the electrical charge of a space vehicle comprising:
- un substrat configuré pour être connecté électriquement à une structure conductrice du véhicule spatial ;- a substrate configured to be electrically connected to a conductive structure of the space vehicle;
- une première couche formée d’une pluralité de nanotubes de carbone sensiblement orientés perpendiculairement à un plan du substrat, ladite première couche recouvrant au moins partiellement le substrat et étant en contact avec le substrat ;- a first layer formed of a plurality of carbon nanotubes substantially oriented perpendicular to a plane of the substrate, said first layer at least partially covering the substrate and being in contact with the substrate;
- une deuxième couche recouvrant au moins partiellement la première couche et comportant un matériau diélectrique configuré pour émettre des électrons lorsque ledit matériau diélectrique est soumis à un flux extérieur (ER) comprenant des électrons, des ions et/ou des rayonnements ultraviolets du vide (VUV), de telle sorte à conférer à la deuxième couche une charge plus positive que la première couche lorsque le dispositif est soumis audit flux extérieur.- a second layer at least partially covering the first layer and comprising a dielectric material configured to emit electrons when said dielectric material is subjected to an external flow (ER) comprising electrons, ions and/or vacuum ultraviolet radiation (VUV ), so as to give the second layer a more positive charge than the first layer when the device is subjected to said external flow.
Dans la présente description, le flux extérieur (ER) peut provenir d’un environnement spatial chargeant.In the present description, the external flow (ER) can come from a charging spatial environment.
Dans la présente description, on appelle rayonnements « ultraviolets du vide », ou VUV, des rayonnements électromagnétiques comprenant un spectre en longueur d’onde dont la longueur d’onde centrale est comprise entre environ 140 nm et environ 200 nm.In the present description, “vacuum ultraviolet” radiation, or VUV, is electromagnetic radiation comprising a wavelength spectrum whose central wavelength is between approximately 140 nm and approximately 200 nm.
Le déposant a montré que dans un tel dispositif, la synergie entre la première couche et la deuxième couche permet une réduction de la charge du dispositif spatial avec une très bonne efficacité.The applicant has shown that in such a device, the synergy between the first layer and the second layer allows a reduction in the load of the space device with very good efficiency.
Notamment, la présence de nanotubes de carbone tend à accroître le champ électrique à la surface supérieure de la première couche et donc à réduire la barrière de potentiel que les électrons présents dans le substrat doivent franchir pour être évacués du substrat, notamment par effet tunnel ou par effet de champ.In particular, the presence of carbon nanotubes tends to increase the electric field at the upper surface of the first layer and therefore to reduce the potential barrier that the electrons present in the substrate must cross to be evacuated from the substrate, in particular by tunneling or by field effect.
De plus, la présence de la deuxième couche tend à accroître encore plus le champ électrique à la surface supérieure de la première couche, et donc, de nouveau, à réduire la barrière de potentiel que les électrons présents dans le substrat doivent franchir pour être évacués du substrat.In addition, the presence of the second layer tends to further increase the electric field at the upper surface of the first layer, and therefore, again, to reduce the potential barrier that the electrons present in the substrate must cross to be evacuated. of the substrate.
Par ailleurs, les nanotubes de carbones de la première couche produisent une multitude d’effets de pointes favorisant une émission d’électrons régulière et homogène et s’adaptant à chaque instant aux conditions locales les plus favorables, de sorte que les effets d’avalanche sont évités.Furthermore, the carbon nanotubes of the first layer produce a multitude of peak effects favoring regular and homogeneous electron emission and adapting at each moment to the most favorable local conditions, so that the avalanche effects are avoided.
Ainsi, un tel dispositif permet, sous l’influence de l’environnement spatial chargeant, une évacuation d’électrons du substrat, ce qui entraîne une réduction de la charge électrique négative du substrat, et une diminution de la différence de potentiel entre la deuxième couche et le substrat. Le substrat étant connecté électriquement à la structure conductrice d’un véhicule spatial, il a la même charge électrique que la structure du véhicule spatial. Ainsi, l’émission d’électrons depuis le substrat vers l’environnement spatial chargeant tend à réduire conjointement la charge négative du substrat et la charge négative du véhicule spatial auquel le substrat est connecté.Thus, such a device allows, under the influence of the charging spatial environment, an evacuation of electrons from the substrate, which leads to a reduction in the negative electric charge of the substrate, and a reduction in the potential difference between the second layer and the substrate. Since the substrate is electrically connected to the conductive structure of a space vehicle, it has the same electrical charge as the structure of the space vehicle. Thus, the emission of electrons from the substrate to the charging space environment tends to jointly reduce the negative charge of the substrate and the negative charge of the space vehicle to which the substrate is connected.
Le déposant a montré que l’effet technique résulte d’une pluralité de mécanismes. Une première partie des électrons est émise directement depuis la première couche vers l’environnement spatial chargeant, par exemple via un effet de champ. Une deuxième partie des électrons est émise indirectement depuis la première couche vers l’environnement spatial chargeant, par l’intermédiaire de la deuxième couche. Dans le deuxième cas, un électron se propage depuis la première couche vers la deuxième couche, par exemple par effet tunnel. Ledit électron est alors accéléré par le champ électrique depuis la jonction entre la première couche et la deuxième couche vers la deuxième couche, ce qui entraîne des collisions ionisantes dudit électron avec des molécules comprises dans la deuxième couche. On obtient ainsi l’émission d’un ou plusieurs électrons, appelées électrons secondaires, depuis la deuxième couche vers l’environnement spatial chargeant.The applicant has shown that the technical effect results from a plurality of mechanisms. A first part of the electrons is emitted directly from the first layer towards the charging space environment, for example via a field effect. A second part of the electrons is emitted indirectly from the first layer towards the charging space environment, via the second layer. In the second case, an electron propagates from the first layer to the second layer, for example by tunneling. Said electron is then accelerated by the electric field from the junction between the first layer and the second layer towards the second layer, which results in ionizing collisions of said electron with molecules included in the second layer. This results in the emission of one or more electrons, called secondary electrons, from the second layer towards the charging space environment.
Avantageusement, un tel dispositif fonctionne de manière passive et n’a donc pas besoin d’être alimenté par une source d’énergie comme par exemple, une source de tension ou de courant. C’est l’interaction entre l’environnement spatial chargeant et le dispositif qui produit le champ électrique favorisant l’émission d’électrons depuis le substrat.Advantageously, such a device operates passively and therefore does not need to be powered by an energy source such as, for example, a voltage or current source. It is the interaction between the charging spatial environment and the device which produces the electric field favoring the emission of electrons from the substrate.
De plus, un tel dispositif est efficace tout en étant compact et le dispositif ne nécessite pas de plaque conductrice comme cela peut être le cas dans les dispositifs passifs de type micro-pointes de l’état de l’art.Furthermore, such a device is efficient while being compact and the device does not require a conductive plate as may be the case in state-of-the-art passive devices of the microtip type.
Selon un ou plusieurs exemples, le dispositif comprend en outre un composant résistif ayant une résistance électrique supérieure ou égale à 10 kΩ configuré pour connecter électriquement le substrat à la structure conductrice du véhicule spatial.According to one or more examples, the device further comprises a resistive component having an electrical resistance greater than or equal to 10 kΩ configured to electrically connect the substrate to the conductive structure of the space vehicle.
Une telle résistance, appelée résistance de protection dans la présente description, permet d’éviter qu’un courant d’électrons trop élevé soit émis par le dispositif et vienne alors endommager le dispositif, par exemple dans le cas d’un fort flux extérieur.Such a resistance, called protection resistance in the present description, prevents too high an electron current from being emitted by the device and then damaging the device, for example in the case of a strong external flux.
Selon un ou plusieurs exemples, la résistance de protection comprend un feuillet de matériaux diélectriques.According to one or more examples, the protective resistor comprises a sheet of dielectric materials.
Selon un ou plusieurs exemples, la première couche et/ou la deuxième couche est divisée en plusieurs blocs.According to one or more examples, the first layer and/or the second layer is divided into several blocks.
Selon un ou plusieurs exemples, la première couche est divisée en plusieurs blocs, c’est-à-dire en plusieurs sous-ensembles de nanotubes de carbone de même densité de nanotubes, mais séparés les uns des autres latéralement.According to one or more examples, the first layer is divided into several blocks, that is to say into several subsets of carbon nanotubes of the same nanotube density, but separated from each other laterally.
Le déposant a observé que la structuration en blocs des nanotubes permet de favoriser l’adhésion de la deuxième couche sur l’ensemble formé de la première couche et du substrat. De plus, une structuration de la pluralité de CNTs en plusieurs blocs permet d’augmenter le nombre de parois latérales de la première couche, et donc d’augmenter le nombre de CNTs se situant sur des parois latérales. Les déposants ont montré que l’émission d’électrons par effet de champ dans un dispositif selon la présente description résulte du champ électrique généré par les pointes individuelles des CNTs et du champ électrique généré, à plus grande échelle, par les arêtes supérieures des parois latérales de la première couche ; une telle structuration en blocs améliore de ce fait l’émission d’électrons par effet de champ.The applicant has observed that the block structuring of the nanotubes makes it possible to promote adhesion of the second layer to the assembly formed of the first layer and the substrate. In addition, structuring the plurality of CNTs into several blocks makes it possible to increase the number of side walls of the first layer, and therefore to increase the number of CNTs located on the side walls. The applicants have shown that the emission of electrons by field effect in a device according to the present description results from the electric field generated by the individual tips of the CNTs and from the electric field generated, on a larger scale, by the upper edges of the walls. lateral of the first layer; such a structuring into blocks therefore improves the emission of electrons by field effect.
Selon un ou plusieurs exemples, la première couche est divisée en un nombre de blocs compris entre 2 et 9.According to one or more examples, the first layer is divided into a number of blocks between 2 and 9.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche est divisée en plusieurs blocs, c’est-à-dire plusieurs parties séparées les unes des autres latéralement.According to one or more examples, the second layer is divided into several blocks, that is to say several parts separated from each other laterally.
Le déposant a observé qu’une structuration de la deuxième couche permet de réaliser un plus grand nombre de points triples sur les parois latérales de la deuxième couche, au niveau de la jonction entre la première couche, la deuxième couche et l’environnement chargeant. Ainsi, le champ électrique est accru, ce qui augmente l’émission d’électrons par effet de champ au niveau desdites parois latérales.The applicant has observed that structuring the second layer makes it possible to produce a greater number of triple points on the side walls of the second layer, at the level of the junction between the first layer, the second layer and the loading environment. Thus, the electric field is increased, which increases the emission of electrons by field effect at said side walls.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche est divisée en un nombre de blocs compris entre 2 et 9.According to one or more examples, the second layer is divided into a number of blocks between 2 and 9.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche recouvre entièrement la première couche et vient en contact avec le substrat.According to one or more examples, the second layer completely covers the first layer and comes into contact with the substrate.
Le déposant a observé qu’un tel arrangement permet de favoriser l’adhésion de la deuxième couche sur l’ensemble formé de la première couche et du substrat. Un tel arrangement est particulièrement avantageux lorsque la deuxième couche est déposée par une technique de dépôt physique en phase vapeur.The applicant has observed that such an arrangement makes it possible to promote adhesion of the second layer to the assembly formed of the first layer and the substrate. Such an arrangement is particularly advantageous when the second layer is deposited by a physical vapor deposition technique.
Selon un ou plusieurs exemples, le matériau diélectrique de la deuxième couche est l’un parmi : alumine, oxyde de magnésium (MgO), silice, quartz, polydiméthylsiloxane (PDMS), polyétheréthercétone (PEEK).According to one or more examples, the dielectric material of the second layer is one of: alumina, magnesium oxide (MgO), silica, quartz, polydimethylsiloxane (PDMS), polyetheretherketone (PEEK).
Le déposant a observé que de tels matériaux diélectriques sont particulièrement avantageux pour acquérir une charge plus positive que la première couche, lorsque le dispositif est exposé à un flux extérieur.The applicant has observed that such dielectric materials are particularly advantageous for acquiring a more positive charge than the first layer, when the device is exposed to an external flow.
En particulier, il a été observé que de tels matériaux diélectriques ont une bonne capacité à générer de multiples électrons suite à l’impact d’un photon ou électron provenant de l’environnement spatial chargeant et/ou suite à un impact d’un électron provenant de la première couche.In particular, it has been observed that such dielectric materials have a good capacity to generate multiple electrons following the impact of a photon or electron coming from the charging space environment and/or following an impact of an electron. from the first layer.
Ainsi, d’une part, ladite deuxième couche tend, sous l’effet de l’environnement spatial chargeant, à se charger positivement sur la surface exposée audit environnement spatial chargeant. Cela entraîne la création d’un champ électrique avantageusement élevé entre la deuxième couche et la première couche, qui favorise ainsi l’émission d’électrons depuis la première couche vers la deuxième couche, par exemple par effet tunnel.Thus, on the one hand, said second layer tends, under the effect of the charging spatial environment, to become positively charged on the surface exposed to said charging spatial environment. This results in the creation of an advantageously high electric field between the second layer and the first layer, which thus promotes the emission of electrons from the first layer towards the second layer, for example by tunneling effect.
D’autre part, lorsque la deuxième couche tend à générer de multiples électrons secondaires lorsque des électrons se propagent dans la deuxième couche. Chaque électron secondaire peut alors à son tour entraîner la génération d’autres électrons. Cela conduit donc à un auto-entretien de l’émission d’électrons, même dans le cas où les conditions extérieures ne sont pas propices à charger positivement la deuxième couche, par exemple dans le cas où le dispositif se retrouve abrité d’une grande partie du rayonnement de l’environnement spatial chargeant.On the other hand, when the second layer tends to generate multiple secondary electrons when electrons propagate in the second layer. Each secondary electron can then in turn lead to the generation of other electrons. This therefore leads to self-sustaining the emission of electrons, even in the case where the external conditions are not conducive to positively charging the second layer, for example in the case where the device finds itself sheltered from a large part of the radiation from the charging space environment.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comporte une épaisseur d’environ 4 micromètres à environ 6 micromètres.According to one or more examples, the second layer has a thickness of approximately 4 micrometers to approximately 6 micrometers.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comporte une épaisseur d’environ 5 micromètres.According to one or more examples, the second layer has a thickness of approximately 5 micrometers.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comporte une épaisseur strictement supérieure à l’épaisseur de la première couche.According to one or more examples, the second layer has a thickness strictly greater than the thickness of the first layer.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comprend au moins un feuillet de matériaux conducteurs.According to one or more examples, the second layer comprises at least one sheet of conductive materials.
Selon un ou plusieurs exemples, ledit au moins un feuillet de matériaux conducteurs est agencé pour séparer la deuxième couche en deux parties superposées.According to one or more examples, said at least one sheet of conductive materials is arranged to separate the second layer into two superimposed parts.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comprend une pluralité de particules conductrices et/ou au moins un feuillet de matériaux conducteurs, ledit au moins un feuillet de matériaux conducteurs étant agencé pour séparer la deuxième couche en deux parties superposées.According to one or more examples, the second layer comprises a plurality of conductive particles and/or at least one sheet of conductive materials, said at least one sheet of conductive materials being arranged to separate the second layer into two superimposed parts.
Selon un ou plusieurs exemples, le feuillet de matériaux conducteurs comprend un ou plusieurs matériaux choisis parmi : or, argent, cuivre, aluminium.According to one or more examples, the sheet of conductive materials comprises one or more materials chosen from: gold, silver, copper, aluminum.
Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comprend une pluralité de particules conductrices.According to one or more examples, the second layer comprises a plurality of conductive particles.
Selon un ou plusieurs exemples, les particules conductrices sont agencées dans la deuxième couche pour former un maillage bidimensionnel parallèle à la surface de la deuxième couche.According to one or more examples, the conductive particles are arranged in the second layer to form a two-dimensional mesh parallel to the surface of the second layer.
Selon un ou plusieurs exemples, les particules conductrices sont agencées dans la deuxième couche pour former un maillage tridimensionnel. La densité d’un tel maillage tridimensionnel peut être uniforme ou non-uniforme dans le volume de la deuxième couche.According to one or more examples, the conductive particles are arranged in the second layer to form a three-dimensional mesh. The density of such a three-dimensional mesh can be uniform or non-uniform in the volume of the second layer.
Selon un ou plusieurs exemples, les particules conductrices comprennent un ou plusieurs matériaux choisis parmi : or, argent, cuivre, aluminium.According to one or more examples, the conductive particles comprise one or more materials chosen from: gold, silver, copper, aluminum.
Selon un ou plusieurs exemples, le dispositif comprend, en outre :According to one or more examples, the device further comprises:
- une unité de mesure configurée pour mesurer un courant débité par le dispositif, c’est-à-dire un courant d’électrons émis depuis le dispositif vers l’environnement spatial chargeant.- a measurement unit configured to measure a current delivered by the device, that is to say a current of electrons emitted from the device towards the charging spatial environment.
Un tel arrangement permet d’avoir connaissance du courant dû à l’émission d’électrons par le dispositif. Le déposant a observé que cela permet de vérifier que le courant reste dans des domaines de valeur assurant que les éléments du dispositif comme la première couche et la deuxième couche sont opérationnels et ne subissent pas de dommages irréversibles. Par ailleurs, ce dispositif permet d’informer et alerter sur l’apparition d’une charge électrostatique importante à la surface du satellite due, par exemple, à l’environnement spatial chargeant ou à l’activation d’un système du satellite. Le dispositif peut par exemple servir à alerter les opérateurs de satellite sur le risque encouru par les satellites à proximité dudit satellite du fait de l’environnement spatial chargeant ou à adapter l’utilisation des systèmes du satellite.Such an arrangement makes it possible to know the current due to the emission of electrons by the device. The applicant observed that this makes it possible to verify that the current remains in value ranges ensuring that the elements of the device such as the first layer and the second layer are operational and do not suffer irreversible damage. Furthermore, this device makes it possible to inform and alert on the appearance of a significant electrostatic charge on the surface of the satellite due, for example, to the charging space environment or to the activation of a satellite system. The device can for example be used to alert satellite operators of the risk incurred by satellites in the vicinity of said satellite due to the loading space environment or to adapt the use of satellite systems.
Selon un ou plusieurs exemples, le dispositif comprend, en outre :According to one or more examples, the device further comprises:
- un générateur de tension configuré pour porter, en fonctionnement, le substrat à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure conductrice du véhicule spatial ;- a voltage generator configured to bring, in operation, the substrate to a negative electrical potential relative to the conductive structure of the space vehicle;
- une unité de mesure configurée pour déterminer le potentiel électrique du véhicule spatial ; et- a measurement unit configured to determine the electrical potential of the space vehicle; And
- une unité de contrôle configurée pour activer le générateur de tension lorsque le potentiel électrique déterminé par l’unité de mesure est, en valeur absolue, supérieur ou égal à une valeur consigne.- a control unit configured to activate the voltage generator when the electric potential determined by the unit of measurement is, in absolute value, greater than or equal to a set value.
Un tel arrangement optionnel, qui rend le dispositif actif, permet d’améliorer la réduction de la charge électrique négative du véhicule spatial en portant le substrat à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure du véhicule spatial, ce qui favorise l’émission d’électrons depuis le substrat.Such an optional arrangement, which makes the device active, makes it possible to improve the reduction of the negative electrical charge of the space vehicle by bringing the substrate to a negative electrical potential relative to the structure of the space vehicle, which promotes the emission of electrons from the substrate.
Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un véhicule spatial comprenant une structure conductrice et un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon le premier aspect, dans lequel le substrat du dispositif est connecté électriquement à la structure conductrice du véhicule spatial.According to a second aspect, the present description relates to a space vehicle comprising a conductive structure and a device for reducing the electrical charge of a space vehicle according to the first aspect, in which the substrate of the device is electrically connected to the conductive structure of the vehicle spatial.
Un tel véhicule spatial soumis aux rayonnements présents dans l’environnement spatial chargeant voit sa charge électrique négative réduite via l’émission d’électrons par le dispositif, ce qui évite les effets destructeurs de décharges électrostatiques.Such a space vehicle subjected to radiation present in the charging space environment sees its negative electrical charge reduced via the emission of electrons by the device, which avoids the destructive effects of electrostatic discharges.
Selon un ou plusieurs exemples, le véhicule spatial comprend en outre :According to one or more examples, the space vehicle further comprises:
- une source lumineuse apte à émettre un rayonnement de type ultraviolet du vide ; dans lequel la source lumineuse est configurée pour charger positivement la deuxième couche du dispositif par rapport au substrat.- a light source capable of emitting ultraviolet type radiation from a vacuum; wherein the light source is configured to positively charge the second layer of the device relative to the substrate.
Une telle source lumineuse remplace ou agit comme complément à l’environnement spatial chargeant pour que le dispositif de réduction de la charge négative du véhicule spatial continue à fonctionner lorsque l’environnement spatial chargeant n’interagit pas de façon suffisante avec le dispositif pour charger positivement la deuxième couche par rapport au substrat. Une telle éventualité peut se produire, par exemple, lorsque le dispositif est à l’ombre du véhicule spatial ou d’un objet céleste.Such a light source replaces or acts as a complement to the charging space environment so that the negative charge reduction device of the space vehicle continues to operate when the charging space environment does not sufficiently interact with the device to charge positively the second layer relative to the substrate. Such an eventuality may occur, for example, when the device is in the shadow of the space vehicle or a celestial object.
Selon un ou plusieurs exemples, la source lumineuse est configurée pour être activée en continu ou sur demande.According to one or more examples, the light source is configured to be activated continuously or on demand.
Selon un troisième aspect, la présente description concerne un procédé de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial utilisant un dispositif selon le premier aspect, le procédé comprenant :According to a third aspect, the present description relates to a method for reducing the electrical charge of a space vehicle using a device according to the first aspect, the method comprising:
- la connexion électrique du substrat du dispositif à la structure conductrice du véhicule spatial.- the electrical connection of the substrate of the device to the conductive structure of the space vehicle.
- l’exposition du véhicule spatial à un flux extérieur (ER) d’un environnement spatial chargeant comprenant des électrons, et/ou des ions, et/ou des rayonnements ultraviolets du vide (VUV).- exposure of the space vehicle to an external flow (ER) of a charging space environment comprising electrons, and/or ions, and/or vacuum ultraviolet radiation (VUV).
Selon un ou plusieurs exemples, le procédé comprend en outre,According to one or more examples, the method further comprises,
- l’émission d’un signal d’alerte par le dispositif lorsque la charge électrique du véhicule spatial atteint une valeur seuil prédéterminée.- the emission of an alert signal by the device when the electrical charge of the space vehicle reaches a predetermined threshold value.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes :Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the description, illustrated by the following figures:
Les figures annexées sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, elles visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. D’une figure (fig.) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés, quand cela est possible, par les mêmes signes de référence.The appended figures are schematic and are not necessarily to scale, they aim above all to illustrate the principles of the invention. From one figure (fig.) to another, identical elements (or parts of elements) are identified, when possible, by the same reference signs.
La
Lorsque le satellite 100 est soumis au flux extérieur (ER), les revêtements ont tendance à se charger positivement ou négativement par rapport à la structure conductrice interne au satellite qui n’est pas exposée au flux extérieur (ER) ; cependant les décharges électrostatiques sont évitées car le surplus d’électrons de la structure conductrice est évacué par des dispositifs 200 de réduction de la charge électrique disposés sur le satellite et conformes à la présente description.When the satellite 100 is subjected to the external flow (ER), the coatings tend to charge positively or negatively with respect to the conductive structure internal to the satellite which is not exposed to the external flow (ER); however, electrostatic discharges are avoided because the excess electrons from the conductive structure are evacuated by devices 200 for reducing the electric charge arranged on the satellite and conforming to the present description.
La localisation des dispositifs 200 de réduction de la charge électrique peut être adaptée aux spécificités du véhicule spatial, et est uniquement représentée à titre d’exemple sur la
Bien que dans l’exemple illustré sur la
Bien que dans l’exemple illustré sur la
Les
Dans tous ces modes de réalisation, le dispositif comprend un substrat 201, une première couche 202 agencée sur le substrat et une deuxième couche 203 agencée sur la première couche 202. La deuxième couche 203 peut être au moins partiellement en contact avec le substrat 201 (voir en particulier la
Le substrat 201 comprend un matériau conducteur ou semi-conducteur et est configuré pour être relié électriquement à une structure conductrice d’un véhicule spatial. En particulier, le substrat peut comprendre une plaque de métal, par exemple une plaque d’acier inoxydable, ou une plaque semi-conductrice, par exemple une plaque de silicium.The substrate 201 comprises a conductive or semiconductor material and is configured to be electrically connected to a conductive structure of a space vehicle. In particular, the substrate may comprise a metal plate, for example a stainless steel plate, or a semiconductor plate, for example a silicon plate.
La première couche 202 comprend un ensemble de nanotubes de carbones (CNT), ledit ensemble occupant préférentiellement une surface sensiblement centrée par rapport au substrat.The first layer 202 comprises a set of carbon nanotubes (CNT), said set preferentially occupying a surface substantially centered relative to the substrate.
L’ensemble des CNTs, également appelé forêt de CNTs dans la présente description, comprend des nanotubes de carbones sensiblement orientés perpendiculairement à un plan du substrat 201.The set of CNTs, also called forest of CNTs in the present description, comprises carbon nanotubes substantially oriented perpendicular to a plane of the substrate 201.
La forêt de CNTs comprend préférentiellement plusieurs feuillets de CNTs formant une couche possédant une hauteur sensiblement uniforme comprise entre environ 5 micromètres et environ 150 micromètres. Le caractère sensiblement uniforme de la hauteur signifie que la distribution des hauteurs des CNTs de la forêt de CNTs a une dispersion inférieure ou égale à environ 10%.The forest of CNTs preferably comprises several sheets of CNTs forming a layer having a substantially uniform height of between approximately 5 micrometers and approximately 150 micrometers. The substantially uniform nature of the height means that the height distribution of the CNTs of the CNT forest has a dispersion less than or equal to approximately 10%.
Dans certains exemples, la forêt de CNTs peut être divisée latéralement en plusieurs blocs ou sous-ensembles de nanotubes de carbone, séparés les uns des autres latéralement, afin de favoriser l’adhésion de la deuxième couche 203 sur l’ensemble formé de la première couche 202 et du substrat 201. Par exemple, la forêt de CNTs peut être divisée en 9 blocs disposés selon 3 rangées de 3 blocs.In certain examples, the forest of CNTs can be divided laterally into several blocks or subsets of carbon nanotubes, separated from each other laterally, in order to promote the adhesion of the second layer 203 on the assembly formed of the first layer 202 and substrate 201. For example, the forest of CNTs can be divided into 9 blocks arranged in 3 rows of 3 blocks.
Les blocs occupent, sur le substrat 201, des surfaces comprises dans des zones carrées ou circulaires ayant des côtés ou diamètres compris entre environ 1 mm et environ 2 mm, par exemple des zones carrées ou circulaires de côtés ou diamètres égaux à environ 1,5 mm.The blocks occupy, on the substrate 201, surfaces included in square or circular zones having sides or diameters between approximately 1 mm and approximately 2 mm, for example square or circular zones with sides or diameters equal to approximately 1.5 mm.
Lorsque la forêt de CNTs est divisée en blocs, lesdits blocs sont séparés préférentiellement par des distances comprises entre environ 1 mm et environ 10 mm, par exemple des distances égales à 5 mm.When the forest of CNTs is divided into blocks, said blocks are preferentially separated by distances of between approximately 1 mm and approximately 10 mm, for example distances equal to 5 mm.
La deuxième couche 203 est une couche isolante recouvrant au moins partiellement la première couche 202. La deuxième couche 203 peut comprendre un dépôt d’alumine effectué par exemple par dépôt physique en phase vapeur ou « PVD » selon l’expression anglaise « Physical Vapor Deposition ».The second layer 203 is an insulating layer at least partially covering the first layer 202. The second layer 203 may comprise an alumina deposition carried out for example by physical vapor deposition or "PVD" according to the English expression "Physical Vapor Deposition". ".
Dans certains exemples, la deuxième couche 203 peut également être divisée en plusieurs blocs.In some examples, the second layer 203 can also be divided into several blocks.
Ainsi, dans les exemples illustrés sur la
Dans l’exemple illustré sur la
La configuration de la
La configuration de la
Dans les exemples illustrés sur la
Dans l’exemple illustré sur la
La configuration de la
Dans l’exemple illustré sur la
La configuration de la
Dans l’exemple illustré sur la
Dans l’exemple illustré sur la
Dans l’exemple illustré sur la
Le déposant a observé qu’une couche d’alumine d’une épaisseur d’environ 5 micromètres est également avantageuse dans les exemples de dispositifs illustrées dans les Figs. 2A-2B et Figs. 3A-3B.The applicant has observed that an alumina layer with a thickness of approximately 5 micrometers is also advantageous in the example devices illustrated in Figs. 2A-2B and Figs. 3A-3B.
La configuration de la
De plus, dans des exemples non illustrés, il est possible d’avoir un dispositif de réduction de la charge d’un véhicule spatial comprenant une première couche monobloc et une deuxième couche qui est agencée pour recouvrir à la fois la surface supérieure de la première couche et les parois latérales de la première couche monobloc, de sorte à venir en contact avec le substrat afin d’augmenter la surface du substrat qui est recouverte par la première couche, ce qui augmente la densité moyenne de CNTs par unité de surface du substrat.Furthermore, in examples not illustrated, it is possible to have a device for reducing the load of a space vehicle comprising a first one-piece layer and a second layer which is arranged to cover both the upper surface of the first layer and the side walls of the first one-piece layer, so as to come into contact with the substrate in order to increase the surface area of the substrate which is covered by the first layer, which increases the average density of CNTs per unit surface area of the substrate .
Dans ces exemples, de façon similaire au dispositif illustré dans la
La
Dans l’exemple illustré dans la
Comme illustré sur la
Ainsi, le flux extérieur (ER) tend à produire une grande quantité de charges positives sur la ou les parties de la deuxième couche les plus exposées au flux extérieur (ER), en particulier la surface supérieure de la deuxième couche 203a, 203b, ce qui amène ladite ou lesdites parties à se charger plus positivement que les autres parties de la deuxième couche et que la première couche.Thus, the external flow (ER) tends to produce a large quantity of positive charges on the part or parts of the second layer most exposed to the external flow (ER), in particular the upper surface of the second layer 203a, 203b, this which causes said part or parts to become more positively charged than the other parts of the second layer and the first layer.
La différence de charge entre les différentes parties de la deuxième couche et la première couche entraîne alors la formation d’un champ électrique (E) dirigé depuis la surface supérieure de la deuxième couche 203a, 203b vers la première couche 202 et qui favorise l’émission d’électrons par effet de champ (F-E), représentée par des flèches en pointillés.The difference in charge between the different parts of the second layer and the first layer then results in the formation of an electric field (E) directed from the upper surface of the second layer 203a, 203b towards the first layer 202 and which promotes the field effect electron emission (F-E), represented by dotted arrows.
Comme illustré sur la
La deuxième couche 203 du dispositif selon l’invention comprend des matériaux choisis pour avoir un taux de génération de porteur de charges libres supérieur au taux de recombinaison de telle sorte qu’une grande partie des électrons générés suite aux collisions ionisantes peut atteindre la surface supérieure de la deuxième couche 203 et être évacuée vers l’environnement spatial chargeant, rendant ainsi plus positive la charge de la deuxième couche 203 et augmentant d’autant plus le champ électrique (E).The second layer 203 of the device according to the invention comprises materials chosen to have a free charge carrier generation rate greater than the recombination rate such that a large part of the electrons generated following ionizing collisions can reach the upper surface. of the second layer 203 and be evacuated towards the charging spatial environment, thus making the charge of the second layer 203 more positive and increasing the electric field (E) even more.
Ce phénomène permet un auto-entretien de la génération de charge au sein de la deuxième couche même lorsque les conditions extérieures ne favorisent plus la génération de charge. Le phénomène s’entretient donc tant que la charge de la première couche 202 (et du substrat 201) reste plus négative que l’environnement spatial chargeant environnant le dispositif.This phenomenon allows self-maintenance of charge generation within the second layer even when external conditions no longer favor charge generation. The phenomenon therefore continues as long as the charge of the first layer 202 (and of the substrate 201) remains more negative than the charging spatial environment surrounding the device.
Le déposant a observé que l’alumine est un matériau particulièrement avantageux qui permet d’obtenir les trois effets précédemment cités. L’oxyde de magnésium est aussi un matériau particulièrement avantageux d’après ses propriétés connues.The applicant has observed that alumina is a particularly advantageous material which makes it possible to obtain the three effects mentioned above. Magnesium oxide is also a particularly advantageous material based on its known properties.
De plus, dans la
De plus, le déposant a montré que la présence de nanotubes de carbone tend à accroître le champ électrique (E) à la surface de la première couche, et donc coopère avec la deuxième couche pour réduire encore davantage la barrière de potentiel que les électrons présents dans le substrat doivent franchir pour être évacués du substrat, notamment par effet tunnel ou par effet de champ.In addition, the applicant has shown that the presence of carbon nanotubes tends to increase the electric field (E) at the surface of the first layer, and therefore cooperates with the second layer to further reduce the potential barrier as the electrons present in the substrate must cross to be evacuated from the substrate, in particular by tunnel effect or by field effect.
Par ailleurs, les nanotubes de carbones de la première couche produisent une multitude d’effets de pointes favorisant une émission d’électrons régulière et homogène et s’adaptant à chaque instant aux conditions locales les plus favorables, de sorte que les effets d’avalanche sont évités.Furthermore, the carbon nanotubes of the first layer produce a multitude of peak effects favoring regular and homogeneous electron emission and adapting at each moment to the most favorable local conditions, so that the avalanche effects are avoided.
La
Dans l’exemple de la
Selon certains exemples, le dispositif de réduction de la charge ne permet qu’une seule des trois configurations, qui est choisie selon l’application souhaitée.According to certain examples, the load reduction device only allows one of the three configurations, which is chosen according to the desired application.
Dans une première configuration 306, comme illustré sur la
Dans une deuxième configuration 307, le dispositif comprend un substrat 201 qui est relié à la structure conductrice 301 du véhicule spatial 300 via une unité de mesure 305 configurée pour mesurer le courant d’électrons débité par le dispositif 200. Dans cette deuxième configuration, le dispositif 200 fonctionne également de manière passive, et émet des électrons (e-) sous l’action du flux extérieur ER. De plus, le courant débité par le dispositif 200 est mesuré. La deuxième configuration permet donc d’avoir connaissance du courant dû à l’émission d’électrons par le dispositif ce qui permet de vérifier que le courant reste dans des domaines de valeur assurant que les éléments du dispositif comme la première couche et la deuxième couche sont opérationnels et ne subissent pas de dommages irréversibles. La deuxième configuration 307 permet en outre d’informer un utilisateur sur la survenue éventuelle d’une charge électrostatique importante du véhicule spatial, par exemple du fait de l’environnement spatial chargeant ou de l’activation d’un système sur le véhicule spatial. L’information de l’utilisateur sur la charge électrostatique importante peut par exemple être effectuée via l’affichage d’un signal d’alerte par l’unité de mesure lorsque la charge électrique du véhicule spatial atteint une valeur seuil prédéterminée.In a second configuration 307, the device comprises a substrate 201 which is connected to the conductive structure 301 of the space vehicle 300 via a measurement unit 305 configured to measure the electron current delivered by the device 200. In this second configuration, the device 200 also operates passively, and emits electrons (e-) under the action of the external flux ER. In addition, the current delivered by the device 200 is measured. The second configuration therefore makes it possible to know the current due to the emission of electrons by the device, which makes it possible to verify that the current remains in value ranges ensuring that the elements of the device such as the first layer and the second layer are operational and do not suffer irreversible damage. The second configuration 307 also makes it possible to inform a user about the possible occurrence of a significant electrostatic charge of the space vehicle, for example due to the charging space environment or the activation of a system on the space vehicle. Informing the user about the significant electrostatic charge can for example be carried out via the display of an alert signal by the measuring unit when the electrical charge of the space vehicle reaches a predetermined threshold value.
Dans une troisième configuration 308, le dispositif comprend un substrat 201 qui est relié à la structure conductrice 301 du véhicule spatial 300 via une unité de mesure 304 configurée pour mesurer un courant débité par le dispositif 200 et un potentiel électrique du véhicule spatial 301. Bien que, sur la
De plus, le substrat 201 est relié à la structure conductrice 301 via un générateur de tension 303 configuré pour, lorsqu’il est en fonctionnement, porter le substrat 201 à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure 301 du véhicule spatial.In addition, the substrate 201 is connected to the conductive structure 301 via a voltage generator 303 configured to, when in operation, bring the substrate 201 to a negative electrical potential with respect to the structure 301 of the space vehicle.
Le générateur de tension 303 est relié à une unité de contrôle 302 configurée pour activer le générateur de tension 302 lorsque le potentiel électrique déterminé par l’unité de mesure 304 est, en valeur absolue, supérieur ou égal à une valeur consigne.The voltage generator 303 is connected to a control unit 302 configured to activate the voltage generator 302 when the electrical potential determined by the measurement unit 304 is, in absolute value, greater than or equal to a set value.
La troisième configuration 308 permet d’améliorer la réduction de la charge électrique négative du véhicule spatial en chargeant négativement le substrat par rapport à la structure du véhicule spatial, ce qui favorise l’émission d’électrons depuis le substrat.The third configuration 308 makes it possible to improve the reduction of the negative electrical charge of the space vehicle by negatively charging the substrate relative to the structure of the space vehicle, which promotes the emission of electrons from the substrate.
Bien que décrite à travers un certain nombre d’exemples de réalisation, les procédés et les dispositifs de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention telle que définie par les revendications qui suivent.Although described through a certain number of exemplary embodiments, the methods and devices for reducing the electrical charge of a space vehicle according to the present description include different variants, modifications and improvements which will be obvious to man. of the art, it being understood that these different variants, modifications and improvements form part of the scope of the invention as defined by the claims which follow.
Claims (11)
- un substrat (201) configuré pour être connecté électriquement à une structure conductrice du véhicule spatial ;
- une première couche (202) formée d’une pluralité de nanotubes de carbone sensiblement orientés perpendiculairement à un plan du substrat (201), ladite première couche (202) recouvrant au moins partiellement le substrat (201) et étant en contact avec le substrat (202) ; et
- une deuxième couche (203) recouvrant au moins partiellement la première couche (202) et comportant un matériau diélectrique configuré pour émettre des électrons lorsque ledit matériau diélectrique est soumis à un flux extérieur (ER) comprenant des électrons, des ions et/ou des rayonnements ultraviolets du vide (VUV), de telle sorte à conférer à la deuxième couche une charge plus positive que la première couche lorsque le dispositif est soumis audit flux extérieur.Device (200) for reducing the electrical charge of a space vehicle (100) comprising:
- a substrate (201) configured to be electrically connected to a conductive structure of the space vehicle;
- a first layer (202) formed of a plurality of carbon nanotubes substantially oriented perpendicular to a plane of the substrate (201), said first layer (202) at least partially covering the substrate (201) and being in contact with the substrate (202); And
- a second layer (203) at least partially covering the first layer (202) and comprising a dielectric material configured to emit electrons when said dielectric material is subjected to an external flow (ER) comprising electrons, ions and/or vacuum ultraviolet (VUV) radiation, so as to give the second layer a more positive charge than the first layer when the device is subjected to said external flow.
- une unité de mesure (305) configurée pour mesurer un courant débité par le dispositif.Device according to any one of claims 1 to 6 further comprising:
- a measurement unit (305) configured to measure a current delivered by the device.
- un générateur de tension (303) configuré pour porter, en fonctionnement, le substrat (201) à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure conductrice (301) du véhicule spatial ;
- une unité de mesure (304) configurée pour déterminer le potentiel électrique du véhicule spatial ; et
- une unité de contrôle (302) configurée pour activer le générateur de tension (303) lorsque le potentiel électrique déterminé par l’unité de mesure (304) est, en valeur absolue, supérieur ou égal à une valeur consigne.Device according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
- a voltage generator (303) configured to bring, in operation, the substrate (201) to a negative electrical potential relative to the conductive structure (301) of the space vehicle;
- a measurement unit (304) configured to determine the electrical potential of the space vehicle; And
- a control unit (302) configured to activate the voltage generator (303) when the electric potential determined by the measuring unit (304) is, in absolute value, greater than or equal to a set value.
- une source lumineuse apte à émettre un rayonnement de type ultraviolet du vide ; dans lequel la source lumineuse est configurée pour charger positivement la deuxième couche (203) du dispositif (200) par rapport au substrat (201).Space vehicle according to claim 9, comprising:
- a light source capable of emitting ultraviolet type radiation from a vacuum; wherein the light source is configured to positively charge the second layer (203) of the device (200) relative to the substrate (201).
- la connexion électrique du substrat (201) du dispositif (200) à la structure conductrice (301) du véhicule spatial ; et
- l’exposition du véhicule spatial à un flux extérieur (ER) d’un environnement spatial chargeant comprenant des électrons, et/ou des ions, et/ou des rayonnements ultraviolets du vide (VUV).A method of reducing the electrical charge of a space vehicle using a device according to any one of claims 1 to 8, the method comprising:
- the electrical connection of the substrate (201) of the device (200) to the conductive structure (301) of the space vehicle; And
- exposing the space vehicle to an external flow (ER) of a charging space environment comprising electrons, and/or ions, and/or vacuum ultraviolet radiation (VUV).
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- 2022-08-09 FR FR2208212A patent/FR3138808A1/en active Pending
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- 2023-08-04 WO PCT/EP2023/071737 patent/WO2024033273A1/en unknown
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