JP4889196B2 - 宇宙船の熱制御用モジュラーアーキテクチャ - Google Patents

Description

本発明は、宇宙船の分野に関し、特に、衛星の電子モジュール機器（ｅｑｕｉｐｅｍｅｎｔ）の熱制御に関する。

現在の世代の衛星は、ペイロード（ｃｈａｒｇｅ ｕｔｉｌｅ）の電子機器およびプラットフォーム（ｐｌａｔｅ−ｆｏｒｍｅ）の航空電子工学機器が、衛星の構造パネル（壁および隔壁）に機械的に平らに取り付けられる金属ケースでパッケージされるように構成されている。図１ａに示したように、衛星は、立方体１になぞらえることができ、燃料タンクが中心２を占有し、壁３（すなわち構造パネル）が、衛星の６個の面を形成し、隔壁（図示せず）が、タンクに壁を結合している。

通信衛星等の場合、電子機器および航空電子工学機器は、電源、自動制御（ｓｅｒｖｉｔｕｄｅ）信号、無線周波数またはマイクロ波による有効信号を伝送する、複雑な配線ハーネスにより、相互接続される。配線ハーネスは、その質量、設計および試験に費やす時間、およびコストに関して不利益をもたらす。

タンクの外形寸法が大きいことに由来するこの構成は、電気推進手段を用いる新型衛星に対しては、もはや適切ではない。新型衛星の場合、衛星を軌道に乗せ、所定の位置に保持し、高度を制御するのに必要とされる燃料の総量がずっと少ない。その場合、タンクのサイズが小型化しているので、広い内部容積を利用して、ペイロードおよび航空電子工学の追加機器を整備するための内部パネル４を配置できる。

空いた容積の再整備を有効に利用することにより、衛星の熱システム、電気システム、および機械システムのモジュラーアーキテクチャへと、ペイロード設置の標準化およびコスト削減を進めなければならない。特に、それまでむしろ平面的なアプローチに基づいて行われてきた電子機器の整備、その熱制御手段の構成、および接続ハーネスの構成が、三次元のアプローチに移行することになる。

このような状況で、本出願人の研究開発チームは、特に、機器の熱制御の問題を考慮する。

実際、軌道上で衛星が動作する場合、搭載されている機器は、非常に多量の熱を発散する。衛星の過熱を回避するためには、衛星の内部から宇宙に向けて熱を排出可能な熱搬送（ｔｒａｎｓｆｅｒｔ ｄｅ ｃｈａｌｅｕｒ）装置を設けることが必要である。

現在、こうした熱搬送を行うための幾つかのシステムが知られている。

これらのシステムは、衛星に接続された固定式または展開式の一つまたは複数のラジエータ（ｒａｄｉａｔｅｕｒ）を含み、これらのラジエータが、熱搬送装置を備えている。熱搬送装置の原理は、依然として、高温ゾーン、すなわち熱のパワーが発散されるゾーンと、低温ゾーン、すなわち流体により吸収されるこの熱パワーが外部環境に搬送されるゾーンとの間で、循環する流体の使用に基づいている。

第１のタイプの知られている装置は、ヒートパイプである。このシステムは、内部を冷却液（一般にはアンモニア）が循環する金属管（たとえばアルミニウム管）を含んでおり、液体と蒸気との二相の流れ特性と、液体の毛管現象特性とを用いている。かくして、ヒートパイプは、高温ゾーン（いわゆる蒸発ゾーン）で形成される蒸気が低温ゾーン（それよりも圧力が低い）に向かって吸収され、管の金属壁で凝縮される閉鎖二相システムである。使用される流体の液相は、流体の蒸気相の流れとは逆方向に管の金属壁に沿って流れ、蒸気相の流れは管の中央に閉じ込められたままになる。壁に沿った流体のこのような戻りは、管の両端を接続する毛管構造（芯または長手方向の溝）によって行われ、この毛管構造は、毛管ポンプの役割を果たすと同時に、液体と蒸気との二つの相のセパレータの役割を果たす。

ヒートパイプを用いる熱搬送装置は、衛星の分野で広く用いられてはいるが、幾つかの問題を提起している。

第一に、熱搬送容量という観点からの装置の性能が、数百Ｗ・ｍに制限される。そのため、高出力の通信衛星ではこれらの装置が不十分であり、高温源と低温源との間の距離および熱の経路が適さない。

さらに、地上で実施される熱試験の場合、ヒートパイプが水平であるかどうか、あるいは、凝縮ゾーンの下に蒸発ゾーンを備えるかどうか確かめなければならない。そうでないと、液体は、重力に反して毛管現象により上昇してしまうことになる。

従って、ポンプが流体の流れを保証する、アクティブな単相（ｍｏｎｏｐｈａｓｉｑｕｅ）または二相（ｄｉｐｈａｓｉｑｕｅ）流体ループを備えた装置を用いることが好ましい。

単相流体ループの装置では、冷却液（フレオン、水、アンモニアなど）が、機器から発散されるパワーを吸収するので、冷却液の温度が上昇し、一つまたは複数のラジエータで冷却されてこのパワーを放出する。流体は、機械ポンプにより循環される。

単相流体ループのこのタイプの装置は、ヒートパイプを用いて可能になるパワーよりもずっと高いパワーを吸収できるが、特に高出力衛星の場合、単相流体ループの装置よりも、二相流体ループの装置の方が好ましい場合がある。

キャピラリーポンピングによる二相流体ループ（ＣＰＬ「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｐｕｍｐｅｄ Ｌｏｏｐ」またはＬＨＰ）の熱搬送装置は、ヒートパイプ同様に、熱を吸収および放出するために流体の蒸発潜熱を用いている。かくして、冷却液は、ループ内を循環するときに状態を変える。冷却液は、エバポレータのレベルで機器から発散される熱を吸収することにより蒸発し、ラジエータに配置される一つまたは複数のコンデンサでこの熱を放出することにより凝縮する。流体は、エバポレータのレベルに配置されるキャピラリーポンプにより循環する。蒸気相および液相は、コンデンサ位置を除いて分離され、二つの相が同じ管内で逆方向に循環するヒートパイプとは反対に、コンデンサでは、二つの相が同じ方向に循環する。

熱搬送容量に関して、このタイプの装置は、毛管構造がずっと制限されるためにヒートパイプよりもずっと有効である（エバポレータだけがこのポンピング構造を備える）。

単相流体ループの場合、ポンピングは単に機械的に行われるが、二相流体ループの場合、キャピラリーポンピングによって、エバポレータからコンデンサに向けて熱量搬送の全てまたは一部を確保可能である。かくして、対象とされる性能に応じて、流体ループは、機械ポンピングによる単相、キャピラリーポンピングによる二相、あるいは、機械ポンピングによる二相になる。

さらに、パワーレベルが最大である場合、機械ポンピングによる二相ループが、最も適しているようである。機械ポンピングによる二相ループは、二相および単相ループの長所を併せ持ち、個々の欠点を持たない。しかし、ポンプの寿命および実施の複雑性から、使用はさらに制限される。

仏国特許出願公開第０１１５３０２号明細書

従って、以上を考慮して、本発明の目的は、宇宙船のペイロードおよびプラットフォームの電子機器を備えた標準モジュラーインターフェースを使用可能にする、電気、機械、および熱の自動制御システムのアーキテクチャと、この宇宙船のペイロードおよびプラットフォームの電子機器の電気、機械、および熱の自動制御のための標準モジュラーインターフェースとを開発することにある。

特に、よく使われる上記の熱搬送装置を考慮して以下に記載されるように、これらの機器のモジュラリティーおよび支持パネルの標準化を可能にする衛星等の宇宙船の電子機器の熱制御（熱の自動制御）に、努力が払われている。

このため、本発明は、衛星の構造物により支持されるように構成された、この衛星のペイロードまたはプラットフォーム用の少なくとも一つの電子モジュールを含む機器を目的とし、衛星の構造物が、発散された熱をラジエータに搬送するための熱搬送装置を含み、この機器は、電子モジュールが発散する熱の熱搬送手段と、前記熱搬送手段を前記構造物の熱搬送装置に接続する手段とを少なくとも含み、前記熱搬送手段への冷却液の供給、および電子モジュールにより発散される熱のラジエータへの搬送を可能にすることを特徴とする。

実施形態によれば、本発明による機器は、固有の温度範囲におけるパワー発散容量および維持容量による対応する複数の特別な熱搬送装置に接続されるように構成された、複数の熱搬送手段と複数の接続手段とを含む。

実施形態によれば、熱搬送装置が単相流体ループ型であり、前記熱搬送手段が、電子モジュールとの最適共有面を持つように構成された管路を含んでおり、この管路が、前記構造物の熱搬送装置への接続のために前記熱接続手段が連結される両端を備える。

実施形態によれば、前記両端は、構造物と機器とが接触する下面にあり、構造物の熱搬送装置は分路（ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ）を有し、前記分路の端が、機器と構造物とが接触する上面に開口部を備え、構造物への機器の固定時に、対応する開口部を一致させるようにしている。

実施形態によれば、前記管路が、機器外部で前記開口部を超えて所定の長さに延び、それによって外部区間を形成する。

実施形態によれば、機器と構造物（２４）との協働が、各分路の内部における外部区間の嵌め込みにより行われる。

実施形態によれば、接続装置が、管路における流体の循環を遮断する（ｂｌｏｑｕｅ）／可能にする（ａｕｔｏｒｉｓｅ）、閉鎖（ｖｅｒｒｏｕｉｌｌａｇｅ）／開放（ｄｅｖｅｒｒｏｕｉｌｌａｇｅ）装置を含む。

実施形態によれば、熱搬送装置が二相流体ループ型であり、機器が、エバポレータアセンブリを含み、このエバポレータアセンブリが、エバポレータアセンブリへ液体状態の冷却液を供給する少なくとも一つの管と、電子モジュールとの最適面を有するように構成され、電子モジュールによる熱の発散時に蒸発管の外面に発生する蒸気を採取する蒸発管の少なくとも一つの外装と、蒸気マニホルドとを備え、機器がさらに、タンクから送られる冷却液の供給管と、熱搬送装置のコンデンサに搬送するための蒸気搬送ラインとに、管およびマニホルドを接続可能にする管およびマニホルドの接続手段を含む。

実施形態によれば、電子モジュールが、構造物に配置される信号搬送手段への接続手段を含んでおり、この信号搬送手段への接続手段が、機器に様々な電圧を供給する電源、および／または機器の遠隔測定データ収集信号および機器の制御信号等の自動制御信号、時間基準、および周波数基準、および／またはマイクロ波信号、光信号、およびデジタル信号等の有効信号を伝送するように構成されている。

実施形態によれば、信号伝送手段が光技術によるものであり、接続手段がマイクロ波／光変換手段を含む。

本発明は、また、本発明による機器を支持することを特徴とする、衛星構造物を目的とする。

実施形態によれば、本発明による構造物は、複数のラジエータの接続用の適切な機械、熱、電気接続手段を備える。

本発明は、また、本発明による衛星構造物用の機器構成を目的とし、各ラジエータが、固有の加熱温度に対応する機器群、従って、適切な冷却を要する機器群に結合されることを特徴とする。

本発明は、また、衛星用の通信システムを目的とし、本発明による少なくとも一つの機器と、本発明によるこの機器の支持構造物とを含むことを特徴とする。

実施形態によれば、前記システムが、有効信号の混合器（ｂｒａｓｓｅｕｒ）と、自動制御サブシステムと、給電サブシステムとを含み、これらが、前記信号搬送手段にそれぞれ接続される。

実施形態によれば、混合器が、電子モジュールのスタティックまたはダイナミックプログラミング手段を含む。

実施形態によれば、光分野で変換される、または変換されるように構成された、高レベルの光信号およびマイクロ波信号を搬送するために、前記機器の接続手段が、マイクロ波／光変換手段を含んでおり、前記搬送手段が、少なくとも一つの光ファイバーを含み、混合器が、光技術によるものである。

本発明の他の特徴および長所は、少しも限定的ではなく例として挙げられた本発明の実施形態の以下の説明を読めば、明らかになるであろう。

全ての図において、同じ機能を果たす要素には同じ参照符号を付した。

図２では、キャピラリーポンピングによる二相流体ループの原理を示した。

図２では、ＣＰＬ（「Ｃａｐｉｌｌａｒｙ Ｐｕｍｐｅｄ Ｌｏｏｐ」）タイプのキャピラリーポンピングによる流体ループ１０が、エバポレータ１１、コンデンサ１２、および与圧タンク１３を含むことが分かる。また、熱源１４、すなわち衛星に搭載された熱発散機器（図示せず）が、破線で概略的に示されており、その付近にエバポレータ１１がある。また、衛星の展開式ラジエータパネル（図示せず）に熱排出ゾーン１５が配置され、その付近にコンデンサ１２がある。

冷却液１６、たとえばアンモニアのタンク１３が、管路１７によりループ１０に流体を供給する。流体１６は、図２に斜線で示した液体状態で、エバポレータ１１に入って蒸発する。このように発生した蒸気（図２では点で示した）が、搬送ライン１８からコンデンサ１２に流れる。

その場合、蒸気は、コンデンサ１２内で液体に凝縮され、搬送ライン１９を介してエバポレータに戻る。

エバポレータ１１は、毛管内部構造（図示せず）を有する。エバポレータは、並列接続された２個の蒸発管１１_１、１１_２からなり、その内部表面に、その長さの端から端まで延びる長手方向かつ周方向の溝を備える。かくして、エバポレータ１１に入る液体は、毛管芯を介して径方向に吸収され、発散されるパワーがあるエバポレータの外部に向かってごくわずかな流量で進みながら暖められる。液体は、毛管力を開始するメニスカスが形成されるエバポレータの表面で蒸発する。芯内の毛管圧力の上昇は、流体１６の表面張力に比例し、メニスカスの同等半径（ｒａｙｏｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）に反比例する。

従って、蒸気は、エバポレータ１１の毛管芯の出口において、熱源１４との直接の境界領域でエバポレータ１１の外装に集められる。ループ１０内のポンピング毛管圧力のために、その後、この蒸気は蒸気ラインに送られ、コンデンサ１２まで流れる。コンデンサ１２自体が、並列接続された２個のコンデンサ回路１２_１、１２_２からなる。

与圧タンク１３は、特に、ループ１０の動作温度と、ループ１０の起動ポンプの動作温度とを調節する役割をする。

搬送ライン１８、１９は、圧力損失の少ない簡単な管からなり、非常に軽量である。搬送ラインは、その固有の可撓性によりきわめて容易に折り曲げられる。搬送ラインは、一般に、アルミニウム合金または鋼からなり、その内径が４ｍｍから１０ｍｍである。

一般に、冷却ラジエータに関しては、今日ではパネル上で偏っている。かくして、図３に、衛星５０における展開式ラジエータ５１を示した（図３では３個だけが分かる）。これらの展開式ラジエータは、図を簡略化するためにモノパネルであるが、マルチパネルラジエータに代えることもできる。これらのパネルは、最初は（軌道に衛星を打ち上げる前）互いに折りたたまれている。衛星を打ち上げて軌道に乗せた後で、パネルを展開して、特に現在の高出力衛星に必要な大型の熱放出面を構成するようにしている。

図４ａは、単相流体ループによる熱搬送装置と協働するように構成された、本発明による機器２０の実施形態を概略的に示している。実際、機器２０は、電子モジュール２１を含むシールドされた機器であり、電子モジュールは、簡易ブロック、差込式のカード、さらには１個の構成部品の形状をとることができる。衛星のモジュールは、一定量の熱の発散装置である。この量は、これらのモジュールの固有の効率に応じて変動し、一定の高出力モジュール（高出力増幅器ＨＰＡ（「Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」）ではこの量が多いことが判明する場合もある。これらのモジュールの熱環境を、その機能、性能、および特別な目的機能（ｍｉｓｓｉｏｎ）の期間に適合する温度範囲に保持するには、前述のように、この熱を収集し、搬送し、次いで空間に排出する熱搬送装置を設けることが必要である。

このため、モジュール２１との最適共有面を有するように構成された管路２２を機器２０に設けた。

衛星の支持構造物２４に配置されるように構成されたこの機器は、管路２２の端にそれぞれ対応する２個の開口部０１、０２を含む。さらに、モジュール２１は、コネクタ２３を備える。機器は、その設置時に、開口部０１、０２に対応する開口部に面して、かつコネクタ２５に面してに配置される。コネクタ２５は、様々な信号を搬送するバス３３に接続される。以下、このバスと、それに帰属する信号とについて詳しく説明する。後述するように、バス３３は、それぞれが固有の信号を搬送する複数のバスに代えても、あるいは１個の光ファイバーに代えてもよい。

実際には２個の開口部に存在するが、１個の開口部だけに示した接続装置２６は、熱搬送装置の搬送ライン２９に通じる２個の各分路２７、２８に、管路２２を接続することができる。もちろん、接続装置は、欠陥のない接続を可能にする適切なシール等の従来の手段を備える。

さらに、接続装置は閉鎖／開放装置を含み、この閉鎖／開放装置は、ルーフ上の機器の有無に応じて分路２７、２８を閉鎖し、または開放する。図４ａでは、バルブ２６０、２６１により、閉鎖／開放装置を概略的に示した。これらのバルブは、機器の有無に応じて、管路２２（長いループによる開放モード）または管路３２（短いループによる閉鎖モード）を通って、冷却液を偏流することができる。

図４ｂに示した変形実施形態によれば、管路２２は、機器２０の外側で開口部０１、０２を超えて所定の長さに延び、外部区間３０、３１を形成する。この変形実施形態によれば、機器２０と構造物２４との協働が、向かい合った開口部の一致によってではなく、各分路２７、２８への外部区間３０、３１の嵌め込みによって行われる。外部区間３０、３１は、たとえば、図４ａのタイプの閉鎖／開放装置２６によって、分路２７、２８内にしっかりと収容され続ける。もちろん、この変形実施形態でも、あるいは図４ａの実施形態でも、閉鎖／開放装置２６が、管路２２における流体循環の閉鎖／開放機能を果たす限り、この装置２６をどこに置いてもよい。

有利には、主要熱搬送網または、もっと使いやすい他のあらゆる接続点に接続されるような、可撓性のある区間３０、３１を生じるように検討することができる。

この場合、熱搬送装置は単相流体ループ型であることに留意されたい。実際、搬送ライン２９における冷却液３２は、高発散性の電子モジュール２１から発散されたパワーを吸収し、それによって、温度が上昇し、このパワーを冷却しながら搬送して、一つまたは複数のラジエータに放出する。

図５ａは、二相流体ループ型の熱搬送装置と協働する、本発明の実施形態による機器２０ａを示している。

さらに、図５ｂでは、分かりやすくするために、支持構造物２４から切り離した機器２０ａを示した。

潜在的な熱源である電子モジュール２１は、エバポレータアセンブリ３４のすぐ近くにある。もちろん、ここでは、展開式ラジエータパネルに配置される熱の排出ゾーンを図示していない。展開式ラジエータパネルの付近に、結合されるコンデンサがある。

機器２０ａは、第一の継手３４、３５により構造物２４に固定され、蒸発管３４１、３４２の継手を、タンク１３から送られる冷却液１６の供給管１７に接続可能にしている。

蒸発管３４１、３４２の外装３４３、３４４は、本出願の冒頭で説明した動作原理に従って、管の表面に発生する蒸気を採集可能である。

これらの外装３４３、３４４は、管路３４５のレベルで機器２０ａに通じる。簡略化するために、この管路をマニホルドと呼ぶ。

マニホルド３４５は、継手３７により構造物２４の搬送ライン３６に固定される。熱源である電子モジュール２１と直接接触して、外装３４３、３４４で収集される蒸気は、蒸気ライン３６で熱搬送装置のコンデンサまで流れる。

電子モジュールの機器に適合される上記モジュラリティ（ｍｏｄｕｌａｒｉｔｙ）の原理を、熱搬送装置のラジエータに適用してもよい。かくして、図示されていない本発明の実施形態では、複数のラジエータの接続用に調整された、標準化された機械、熱、電気の接続手段を、衛星の構造物が備える。この実施形態は、特に、非常に熱発散性の高い機器アセンブリを冷却する場合、あるいは、固有の加熱温度に対応するために適切な冷却を要する機器群を各ラジエータに組み合わせる場合、特に有効である。後者の用途では、有利には、組み合わされるラジエータを各機器群に対応させながら、構造においてこの機器群を位置的にまとめることができる。

このようなモジュラリティの原理は、また、各機器にも適用される。かくして、図示されていない有利な変形実施形態によれば、機器２０が複数の管路２２を有し、各管路が、タイプ０１、０２、２７、２６のインターフェースにより、様々な熱搬送装置に接続される様々な管路３２に接続される。この変形実施形態では、各管路３２ａが異なる動作モードを有する。そのため、温度およびパワーは各熱搬送装置に固有である。従って、機器の電子モジュール２１は、異なる温度範囲に保持される。

このような機器は、その場合、各モジュールで異なる温度および発散熱を有するように、複数ループに同時に接続可能である。たとえばＣＡＭＰ、ＥＰＣ、およびＴＷＴの組み合わせであるＭＰＭ（「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ」）は、非常に高温のゾーン（ＴＷＴ付近）と、より低温の他のゾーン（ＣＡＭＰ付近）と、さらに中庸の他のゾーン（ＥＰＣ付近）とを有する。

次に、機器の電子モジュール２１と、構造物の有効信号を搬送する一つまたは複数の搬送バス３３との間の特に電気的なインターフェースについて、詳しく説明する。

構造物２４の電気インターフェースをなすこのバスは、一般化されており、「かご底（ｆｏｎｄ ｄｅ ｐａｎｉｅｒ）」のイメージを持つ構造物の底部で利用可能である。こうした一般化は、接続線の位置と種類、信号のタイプと特徴とを常に定義する一方で、接続された電子モジュール２１により、存在する信号全体をバスで利用提供し、所望の信号を選択することからなる。このバス３３により、後述するように、測定データ収集および機器制御（いわゆるＴＭ／ＴＣ「ＴｅｌｅＭｅｓｕｒｅ／ＴｅｌｅＣｏｍｍａｎｄｅ（遠隔測定／遠隔制御）」）、時間基準および周波数基準．．．）のための電力と自動制御信号とを供給し、所望の目的機能に応じて「有効な」無線周波数信号、アナログ信号またはデジタル信号を供給することができる。

中央装置は、バスにより搬送される有効信号を混合する。中央装置は、目的機能の設計でスタティックに構成されるか、あるいは、プログラミングまたは遠隔制御による目的機能の最中にダイナミックに構成される。

図６は、本発明の実施形態による衛星構造物の様々なバスに対する機器２０の構成を示している。電子機器は、シールドまたはカードとしてパッケージされ、支持機械構造３８に挿入される。この構造は、それ自体が、機器を機械的に保持する構造物２４にしっかりと固定される。電子モジュール２１は、コネクタ２３を介して、支持構造物２４に配置されるバスに接続される。バスは、様々な電気インターフェース、すなわち、電力供給バス３９、自動制御信号バス４０（ＴＭ／ＴＣ、ＯＬ．．．）、有効信号バス４１（マイクロ波信号、ＦＩ信号、デジタル信号．．．）、および、上記の熱制御搬送ライン（ヒートパイプ、単相または二相流体ループ．．．）を集めている。

図７に示したように、本発明の実施形態による通信システム４２は、様々なバス３９−４１、１７により、機器２０、２０ａの電子モジュール２１を、衛星の各種のサブシステム、すなわち、電力システム４３、熱制御システム４４（前述の熱搬送装置とも呼ばれる）、自動制御システム、およびＴＴＣ４５等に接続することができる。有効信号（マイクロ波信号、ＦＩ信号、デジタル信号．．．）のバスは、モジュールどうしを機能的に関連付ける（有効信号の交換）混合器４６に接続される。図示されていないが、混合器は、もちろん、衛星の動作制御手段に接続される。本出願において、混合とは、機器間の信号のルーティング操作を意味する。

従って、より詳しくは、考えられる様々なバスは、次の通りである。すなわち、モジュールに様々な電圧を供給する給電バス３９、遠隔測定データの収集およびモジュールの制御を行い、時間基準および周波数基準等となるＴＭ／ＴＣ信号が搬送される自動制御バス４０、モジュールとの熱量交換のための接触面（「ドライ」熱コネクタ）、または、上記のような熱流体交換のために結合される配管および接続手段（単相または二相流体ループ）の形状をとる熱バス１７、ケーブルおよび同軸コネクタにおける弱、中パワーのマイクロ波バス、導波路における強レベルのマイクロ波バス、ファイバーの光バス、低、中、高ビットレートのデジタルバス等の信号バス４１である。

自動制御バスの一般化は、仏国特許出願公開第０１１５３０２号明細書、出願日：２００１年１１月２７日、「Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｏｒｓａｌｅ， ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｔｅｒｍｉｎａｌｅ ｄｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｕｒ ｖｅｈｉｃｕｌｅ ｓｐａｔｉａｌ ｅｔ ｒｅｓｅａｕ ｄｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｒｅｎｅｎｔ ｄｅ ｔｅｌｌｅｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ（バックエンドインターフェース、宇宙船用の通信端末インターフェース、およびこのようなインターフェースを含む通信ネットワーク）」の対象とされる発明に基づくことができる。この発明によれば、光ファイバーによる単独接続によって、あらゆる自動制御にアクセス可能になる。

通信ペイロードの場合、信号バス４１は、弱、中、強パワーのマイクロ波を搬送する。バスの混合器４６は、スタティックまたはダイナミックプログラミングによって、アンテナ（ａｅｒｉｅｎ）モジュール４７、低ノイズ増幅器４８、受信機、周波数変換器、フィルタ４９、デマルチプレクサ、チャンネル増幅器、ＴＯＰまたはＳＳＰＡ増幅器５３、ルーティング＆スイッチング装置５２等の様々なモジュールを関連付ける。かくして、混合器は、ペイロードのアーキテクチャおよび、冗長性の管理を定義することができる。

図９ａ、９ｂは、混合器のために使用可能な二種類の技術をそれぞれ示している。図９ａには同軸ケーブルのバス４１ａを示した。信号の混合器４６ａは、同軸スイッチ５４ａを備えたマイクロ波混合器である。図９ｂでは、中間レベルのマイクロ波バスが、知られている波長分割多重光技術（ＷＤＭ）の使用に基づいて一般化されている。光ファイバーバス４１ｂは、機器ＡとＢとの間でマイクロ波信号を搬送し、このマイクロ波信号が、様々な波長の光搬送波を変調する。

図１０ａ、１０ｂに示したように、機器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの送信機の波長（機器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅから出る矢印によって示す）および受信機の波長（機器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ内に入る矢印によって示す）の選択により、単一の光媒体で信号を多重化し、５個の波長λ１、λ２、λ３、λ４、λ５に分離されるように各モジュールをアドレスすることができる。

本発明は、特に、次のような長所を得ることができる。

衛星の内部容積の最適利用（壁および隔壁の使用）。機器、カード、ケースおよびラックを衛星の容積内部に配置できるので、北と南の発散パネルに対応する平面に機器を配した、むしろ平面である従来のアーキテクチャ（２Ｄ）とは異なり、これらの機器を三次元（３Ｄ）で配置可能になる。３Ｄ配置により、機器間の距離を最適化（短縮化）できる。これは、ペイロードの性能にプラスの影響をもたらす。すなわち、マイクロ波経路の損失が減少し、デジタルリンクにおける搬送スループットが増加し、熱経路の質量が減少する。

機器の機械、電気、熱インターフェースの標準化と、それに関連する長所。すなわち、機器修理のための容積の増加（ＡＩＴ中の故障時に機器が標準交換される）、機器の標準試験ツール（全てのインターフェースが同じ試験宇宙船で試験される）、機器に関する試験の完全性の向上（熱インターフェースが測定および試験される）など。

有効信号および自動制御信号のインターフェースの一般化（物理インターフェースと、全ての信号に対する単一媒体）。

設計および操作におけるペイロードの再構成可能性（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｉｌｉｔｅ）。ペイロードのアーキテクチャの定義は、バス混合器のスタティックまたはダイナミックプログラミングによってなされる。

ペイロードの標準化と、反復効果によるコスト低下。

検査可能性の柔軟性。衛星のプラットフォームにおけるバスの試験は、モジュールの試験とは別であり、最終組立が容易になる。

機器整備および機器の動作温度の独立性。発散パワーおよび動作温度別の機器配分による。

動作温度の選択によるモジュール動作の最適化。

もちろん、本発明は、記載した実施形態に制限されるものではない。本発明の範囲を逸脱せずに、あらゆる手段を同等の手段に代替することができる。

タンクを備える衛星をモデル化した図である。 電気推進衛星をモデル化した図である。 キャピラリーポンピングによる二相流体ループの原理を示す図である。 展開式ラジエータを備えた衛星を示す図である。 単相流体ループによる熱搬送装置と協働するように構成された、本発明による機器の実施形態を概略的に示す図である。 図４ａの機器の変形実施形態を示す図である。 二相流体ループによる熱搬送装置と協働するように構成された、本発明による機器の実施形態を示す図である。 支持構造物から切り離した図５ａの機器を示す図である。 本発明の実施形態による衛星構造物の様々なバスに対する機器構成のモジュラリティの原理を示す図である。 衛星の様々なサブシステムと、本発明の実施形態による電子機器の通信信号の混合システムとを備えた、機器の通信システムを示す図である。 実施形態による信号混合器の機能を示す図である。 本発明による混合器で使用可能な技術を示す図である。 本発明による混合器で使用可能な技術を示す図である。 様々な機器どうしを接続するための単独の光ファイバーの使用を示す図である。 波長分割多重として知られている光技術の利用によって得られるスペクトルを示す図である。

符号の説明

０１、０２ 開口部
１０ ループ
１１ エバポレータ
１１_１、１１_２、３４１、３４２ 蒸発管
１２ コンデンサ
１２_１、１２_２ コンデンサ回路
１３ 与圧タンク
１４ 熱源
１６ 冷却液
１７ 供給管
１８、１９、２９ 搬送ライン
２０、２０ａ 機器
２１ 電子モジュール
２２、３２、３２ａ、３６、３４５ 管路
２３、２５ コネクタ
２４ 支持構造物
２６ 接続装置
２７、２８ 分路
３０、３１ 外部区間
３３、３９−４１、１７、４１ａ バス
３４、３５ 第一の継手
３７ 継手
３９ 電力供給バス
４０ 自動制御信号バス
４１ 有効信号バス
４１ｂ 光ファイバーバス
４２ 通信システム
４４ 熱制御システム
４６、４６ａ 混合器
４７ アンテナモジュール
４８ 低ノイズ増幅器
４９ フィルタ
５０ 衛星
５１ 展開式ラジエータ
５２ ルーティング＆スイッチング装置
５３ ＳＳＰＡ増幅器
５４ａ 同軸スイッチ
２６０、２６１ バルブ
３４３、３４４ 外装
λ１、λ２、λ３、λ４、λ５ 波長

Claims (15)

1. 衛星（５０）の構造物（２４）により支持されるように構成され、衛星のペイロードまたはプラットフォーム用の少なくとも一つの電子モジュール（２１）を含む機器（２０）であって、前記衛星の構造物が、発散された熱をラジエータ（５１）に搬送するための熱搬送装置（１０）を含み、
   前記機器が、電子モジュールが発散する熱の熱搬送手段（２２、３０、３１）と、前記熱搬送手段を前記構造物の熱搬送装置（１０）に接続する手段（２６）とを少なくとも含み、前記熱搬送手段への冷却液（３２）の供給、および電子モジュールにより発散された熱のラジエータへの搬送を可能にしており、熱搬送装置が単相流体ループ型であり、前記熱搬送手段が、電子モジュール（２１）との最適共有面を持つように構成された管路（２２）を含んでおり、該管路が、前記構造物の熱搬送装置に接続するために前記接続する手段が連結される両端（０１、０２）を備え、前記両端が、構造物と機器とが接触する下面にあり、構造物の熱搬送装置が、分路（２７、２８）を有し、前記分路の端は、機器と構造物とが接触する上面に開口部を備え、構造物への機器の固定時に、対応する開口部を一致させるようにしたことを特徴とする機器。
2. 固有の温度範囲におけるパワー発散容量および維持容量によって、対応する複数の熱搬送装置に接続されるように構成された、複数の熱搬送手段と複数の接続手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
3. 前記管路（２２）が、機器外部で前記開口部（０１、０２）を超えて所定の長さに延び、それによって外部区間（３０、３１）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の機器。
4. 機器（２０）と構造物（２４）との協働が、各分路（２７、２８）への外部区間（３０、３１）の嵌め込みにより行われることを特徴とする、請求項３に記載の機器。
5. 接続する手段が、管路（２２）における流体の循環を遮断する／可能にする、閉鎖／開放装置（２６０、２６１）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の機器。
6. 衛星（５０）の構造物（２４）により支持されるように構成され、衛星のペイロードまたはプラットフォーム用の少なくとも一つの電子モジュール（２１）を含む機器（２０ａ）であって、前記衛星の構造物が、発散された熱をラジエータ（５１）に搬送するための熱搬送装置（１０）を含み、
   前記機器が、電子モジュールが発散する熱の熱搬送手段（３４１−３４５）と、前記熱搬送手段を前記構造物の熱搬送装置（１０）に接続する手段（３４、３５、３７）とを少なくとも含み、前記熱搬送手段への冷却液（１６）の供給、および電子モジュールにより発散された熱のラジエータへの搬送を可能にしており、
   熱搬送装置が、二相流体ループ型（１０）であり、
   機器が、エバポレータアセンブリを含み、該エバポレータアセンブリが、エバポレータアセンブリへ液体状態の冷却液を供給する少なくとも一つの管（３４１、３４２）と、電子モジュールとの最適面を有するように構成され、電子モジュールによる熱の発散時に蒸発管の外面に発生する蒸気を採取する、蒸発管の少なくとも一つの外装（３４３、３４４）と、蒸気マニホルド（３４５）とを備え、機器がさらに、
   タンク（１３）から送られる冷却液（１６）の供給管（１７）と、熱搬送装置のコンデンサ（１２）に搬送するための蒸気搬送ライン（３６）とに、管（３４１、３４２）およびマニホルド（３４５）を接続可能にする、管およびマニホルドの接続手段（３４、３５、３７）を含むことを特徴とする、機器。
7. 電子モジュール（２１）が、構造物（２４）に配置される信号搬送手段への接続手段（２３）を含んでおり、該信号搬送手段への接続手段が、
   機器に様々な電圧を供給する電源と、
   機器の遠隔測定データ収集信号、機器の制御信号、時間基準となる信号、および周波数基準となる信号等のサービスモジュール信号と、
   マイクロ波信号、光信号、およびデジタル信号等のペイロード信号とのうちの少なくとも１つを伝送するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の機器。
8. 信号伝送手段が光技術によるものであり、接続手段が、マイクロ波／光変換手段（２１０、２１１）を含むことを特徴とする、請求項７に記載の機器。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の機器を支持することを特徴とする、衛星構造物。
10. 複数のラジエータの接続用の適切な機械、熱、電気接続手段を備えることを特徴とする、請求項９に記載の衛星構造物。
11. 各ラジエータが、固有の加熱温度に対応する機器群に結合され、該機器群は適切な冷却を要することを特徴とする、請求項１０に記載の衛星構造物用の機器構成。
12. 請求項６または７に記載の少なくとも一つの機器と、請求項８に記載の前記機器を支持する支持構造物（２４）または請求項９に記載の衛星構造物とを含むことを特徴とする、衛星用の通信システム（４２）。
13. 衛星用の通信システムが、
    有効信号の混合器（４６）と、
    自動制御サブシステム（４５）と、
    給電サブシステム（４３）とを含み、
    これらが、前記信号搬送手段にそれぞれ接続されることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
14. 混合器が、電子モジュール（２１）のスタティックまたはダイナミックプログラミング手段を含むことを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
15. 光信号に変換され、または変換されるように構成された、高レベルの光信号およびマイ
    クロ波信号を搬送するために、前記機器の接続手段が、マイクロ波／光変換手段（２１０
    、２１１）を含んでおり、前記信号搬送手段が、少なくとも一つの光ファイバー（４１ｂ）を含み、前記混合器が、光信号を伝送することを特徴とする、請求項１２または１３に記載のシステム。

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