Brevet FR2135219A1 — publié le 19721215

L'objet de la présente invention est une structure de paroi pour la formation d'une surface d'en- veloppe ayant des caractéristiques prédéterminées et invariables d'absorption et d'émission pour radiations lumineuse et autres radiations électromagnétiques. L'origine de l'invention est un problème d'exploration spatiale, concernant ltesécution de mesures exactes des effets du rayonnement solaire sur les satellites tTwin gravitation Probes"), dans lesquelles par exemple deux satellites de même surface, mais de masse différentes, doivent Outre exposés dans les mêmes conditions au rayonnement solaire, afin de déterminer l'effet des radiations d'après l'influence différentielle sur leurs traJectoires. La valeur prévisionnelle d'une telle expérience spatiale dépend essentiellement de la précision et de la constance dans le temps avec lesquelles on peut déterminer d'avance les caractéristiques d'absorption ou de réflexion des deux surfaces géométriquement identiques des satellites. L'effet d'impulsion P du rayonnement sur deux satellites de meme valeur efficace superficielle Â correspond à la relation suivante t P1 = A( 1 + # 1) Ie avec # =Ie' Ie P2 = A( 1 + e 2) Ie ( Â = Surface efficace) ( Ie = Rayonnement incident,) ( le' = Rayonnement réiléch. Les coefficients de réflexion g 1 et e 2des deux surfaces de satellites devraient avoir des valeurs aussi égales que possibles, c'est-à-dire que le rapport de leur différence ff I e 2 à la valeur e 1 devrait satisfaire la condition suivante et sa variation dans le temps sur plusieurs annees devrait etre aussi faible que possible, c'est-à-dire que le rapport de sa variation dans le temps à la grandeur de base devrait satisfaire la relation. L'idéal serait d'avoir des surfaces "noires", ctest-à-dire t e 1 De De mime, pour d'autres applicatisons par exemple stations interplanétaires, simllateurs de 80- leil, exécution de mesures d'absorption de rayonnement, et par exemple aussi pour l'emploi comme parois froides, il serait souhaitable d'avoir des structures de surfaces ayant des caract6- ristiques d'absorption et d'émission de la lumière et autres radiations électromagnétiques prédéterminées avec précieion, ou bien des structures de surfaces "noires ". On a constaté que, dans toutes les structures de surfaces métalliques et non métalliques utilisées Jusqu'd présent dans de tels buts, l'absorption ou la réflexion du rayonnement dépendent de l'interaction locale du rayonnement incident avec le réseau cristallin de la substance de la surface ou de la structure fine locale de la surface, qui de leur ctté sont insuffisamment déterminées dans l'espace et dans le temps. De meme par exemple le rayonnement ultraviolet incident, les influences climatiques, la poussière et les impuretés chimiques de l'air ou les micrométéorites existant dans l'espace produisent des modifications locales et temporellee des caractéristiques d'absorption et de réflexion pour le rayonnement. Le but de la présente invention est de trouver une structure nacroscopique de la paroi ou surface pour enveloppes, dans laquelle les caractéristiques d'absorption ou d'émission au moins pour des gammes d'ondes prédéterminées du rayonnement électromagnétique, par exemple pour la lumière, ne dépendent pratiquement pas de la structure fine, mais de la géométrie macroscopique et pratiquement invariable de la structure de la surface. Un but principal de la présente invention consiste dans la création d'une structure de paroi à grande surface ayant les propriétés d'un corps noir idéal. La structure de paroi selon 1' in- vention est caractérisée en ce qu'elle est conformée en structure de cellules prismatiques ouvertes d'un caté avec une plaque porteuse en face du cOté ouvert. Une structure de paroi selon l'invention forme donc en tout point des cavités ouvertes vers l'extérieur, sur les parois intérieures desquelles la lumière incidente et réfléchie pour une petite partie tombe plusieurs fois, de sorte quril ressort un pourcentage négligeable du rayonnement incident. Ce principe de " corps noir n est connu pour des corps individuels, mais il n'a Jamais été proposé de constituer une surface importante, exposée à une illumination homogène, de façon à représenter une "surface noire" sur toute son étendue. De préférence les cellules prismatiques de la structure de paroi de l'invention ont des sections polygonales et sont séparées des cellules voisines par des parois uniformément minces, de sorte que, par rapport à la surface de paroi totale, la somme des sections de paroi qui ne sont pas "noires" est négligeable. Les hauteurs des cellules prismatiques, de préférence égales entre elles, devraient titre au moins trois fois, de préférence cinq fois ou davantage, plus grandes que les diamètres moyens des sections des cellules prismatiques, et au moins les surfaces des parois des cellules prismatiques devraient outre noircies, de façon à absorber la plus grande partie des rayons lumineux incidents et à réfléchir le reste à l'étant de diffusion. Pour réaliser la constitution selon l'invention de la structure de paroi "noire", on dispose des structures en nids d'abeilloe conilLies de la technique des plaques de construction combinée. (sandwich), en tble d'aluminium mince éventuellement sablée, noircie pour llapplication prévue. On dispose également de structures en matière non métallique, par exemple de petits tubes de verre collés les uns à côté des autres, ou des laminés verre-résine. Les formes de section des cellules prismatiques sont de préférence à six pans, éventuellement triangulaires ou rectangulaires ; elles meuvent aussi présenter certaines irrégularités. De telles structures de cellules prismatiques en liaison avec des plaques porteuses de forme suffisamment stable, sur lesquelles elles peuvent titre collées, soudées ou brasées, donnent à la structure de paroi de l'invention une stabilité de forme excellente, de sorte qu'elles sont utilisables comme parois autoporteuses de construction à grande surface, par exemple de tours de réfrigération. Dans une application prévue pour les satellites, les structures de parois de l'invention peuvent étre cintrées en cylindres. A des emplacements correspondants, derrière lesquels sont placées des cellules photoélectriques de transformation de la lumière solaire en énergie électrique, les plaques porteuses peuvent consister en verre sélectivement trans- parent pour certaines longueurs d'onde lumineuse, ce verre ayant reçu par vaporisation, de façon en soi connue, une couche filtrante correspondante. A d'autres emplacements, derrière lesquels sont placées des antennes d'émission et de réception pour transmission d'informations du satellite à la terre et in- versement par des fréquences porteuses d'ondes ultracourtes (2cm( 420 20 cm) la structure de paroi de l'invention doit con- sister en matière plastique non métallique optiquement opaque, comme on en utilise pour les domes de recouvrement d'écrans radar. Le principe de construction pour structures de parois "noires" selon l'invention est illustré schématiquement et à titre d'exemple sur les dessins ci-Joints dans lesquels : - la figure 1 montre en coupe une paroi d'enveloppe cintrée. - les figures 2 et 3 montrent des vues extérieures possibles de la paroi selon la figure 1. - la figure 4 montre en coupe une paroi associée à des cellules photoélectriques. - la figure 5 montre en coupe une paroi associée à une antenne d'émission et de réception d'ondes ultra-courtes. La figure 1 montre un détail drune paroi d'enveloppe "noire" cintrée en cylindre d'un corps de satel- lite, dans laquelle, sur le côté extérieur d'une plaque porteuse 1, est collée, soudée ou brasée une structure en nidsitabedl1s à parois de cellules prismatiques polygonales 2, qui enferment des espaces de cellules prismatiques 3 ouvertes vers l'extérieur. Les diamètres moyens des sections les cellules prismatiques sont au moins trois fois plus petits que les hauteurs h des cellules prismatiques 3. Les figures 2 et 3 montrent des vues extérieures possibles de la structure de paroi selon la figure, en particulier la figure 2 des cellules six pans 3a et la figure 3 des cellules carrées 3b. La figure 4 montre en coupe longitudinale une structure de cellules prismatiques 1', 2, 3, dont la paroi porteuse en verre Il est munie d'une manière en soi connue d'une couche filtrante vaporisée 10 pour obtenir une transparence sélective pour certaines longueurs d'onde lumineu ses (## 0,6 - 0,9.10- mm) tandis que des plaques de cellules photoélectriques 4 sont placées derrière. La lumière solaire L tombant dans la direction des cellules prismatiques 3 arrive sur les cellules photoélectriques 4 qui la convertissent en énergie électrique. la figure 5 montre un détail d'une structure en cellules prismatiques 1, 2 3 transparente pour les ondes ultracourtes, derrière laquelle est placée une antenne d'émission et réception d'ondes ultracourtes. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDI CÂTIONS 1 ) Structure de paroi pour la formation d'une surface d'enveloppe à caractéristiques d'absorption et d'émission prédéterminées > et invariables, pour des gammes de longueurs d'onde prédéterminées de rayonnement électromagnétique, structure caractérisée en ce qu'elle est composée de cellules prismatiques avec une plaque porteuse placée à l'extré- mité opposée à l'extrémité ouverte. 20) Structure selon la revendication i, caractérisée en ce que les cellules prismatiques ont des sections polygonales et sont séparées des cellules voisines par des parois minces d'épaisseur uniforme. 30) Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les hauteurs des cellules prismatiques égales entre elles sont au moins trois fois plus grandes que les diamètres moyens de leurs sections. 40) Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que la micro- structure des surfaces des parois des cellules prismatiques est conformée de telle façon que les rayons lumineux sont absorbés pour la plus grande partie, et le reste subit la réflexion diffuse. 50) Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les parois des cellules prismatiques et leur plaque porteuse sont en matière non métallique, transparente pour les ondes électromagnétiques courtes dans une gamme de longueurs d'onde prédéterminée. 60) Structure selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisée en ce que la plia, que porteuse est sélectivement transparente pour la lumière dans une gamme de longueurs d'onde prédéterminée. 70) Structure selon la revendication 5 caractérisée en ce que les longueurs d'onde de la gamme me prédéterminée sont comprises entre 2 et 20 cm