Brevet FR2152364A1 — publié le 19730427

L'invention concerne le procédé, le dispositif et l'utilisation d'un générateur solaire puissant servant à la conversion du rayonnement solaire en énergie électrique pour véhicules spatiaux. tes générateurs solaires consistent en un grand nombre de cellu- les solaires connectées entre elles (éléments photo-électriques) et fixées sur des panneaux, ces derniers devant être orientés de façon à recevoir les rayons solaires perpendiculairement pour pouvoir fournir une puissance maximale. tes surfaces de cellules solaires nécessaires pour obtenir des puissances allant de 1 - 100 KW sont trop importantes pour être fixées sous la coiffe des lanceurs habituels. tes cellules doivent être disposées de façon à tenir dans un volume minimum, pour s'ouvrir en orbite et être orientées par rapport au soleil. Â cet effet, elles sont ou collées sur des panneaux rigides, pliés sous la coiffe en zigzag ou roulés autour de l'engin sna- tial. Ou alors ces cellules solaires sont fixées sur de longues bandes de matière plastique, flexibles et de forme rectangulaire, qui lors du lancement seront enroulées sur des tambours sur l'engin spatial. Dans le premier procédé, la masse structurale des panneaux constitue une large part de la masse totale du générateur, de sorte que le rapport entre la puissance fournie et la masse du générateur solaire (''Leistunbsgewicht'') sera relatieent faible; en outre, le volume des cellules est important. Dans le deuxième procédé, les tamoours constituent un volume et une masse non négligeables. Les deux procédés ne garantissent pas un déploiement des panneaux sûr et fiable et la stabilité a l'état déployé n'est pas toujours très élevée. L'invention consiste à résoudre le problème de réduire le plus possible la masse du générateur et son volume utile, et par conséquent d'augmenter au maximum le rapport puissance/poids et le rapport puissance/volume; d'offrir un système de déploiement simple et sû'r et de rendre l'engin spatial et le générateur en orbite le moins sensibles aux perturbations diverses. L'invention résout ces problèmes: un engin spatial de forrie cylindrique ou prismatique est entouré d'une feuille de plastique circulaire et flexible chargée de cellules solaires connectées qui se déploie radialement (perpendiculairemellt à 11 axe de symétrie de l'engin spatial). En orbite, l'axe de symétrie slOriente vers le soleil, de sorte que les cellules recoivent le rayonnement solaire perpendiculairement et fournissent leur puissance maximale.A l'état replié, le générateur est fixé sur la périphérie de engin spatial et pressé sur le dernier par des rubans et/ou feuilles éjectables. les feuilles en ratière plastique peuvent étire transparentes pour fournir déåà à l'état replié une certaine puissance. Des forces de champ central, p.ex. force centrifuge ou force electrostatique et/ou electromagnétique repoussent les panneaux pour les ouvrir. ES orbite, la feuille extérieure se défait et les attaches lachent l'une après l'autre. le générateur s'ouvre plis par plis, lténergie cinétique étant absorbée par le frottement intérieur des panneaux des cellules solaires et/ou par les attaches des rubans. Dans la position finale, le générateur est complètement tendu par l'effet des forces de champ central. En orbite, il est possible, si l'on est en présence de forces perturbatrices peu importantes, de construire le générateur de sorte qu'il se bloque dans sa position finale, c.à.d. il est mis sous une tension mécanique qui permet de se passer de I'effet du champ central. Un exemple de réalisation pratique de l'invention est donné fig. 1: le générateur flexible (2) est fixé autour du corps du satellite en 5 couches périphériques. A l'état fermé, le genéra- teur est pressé contre le corps de satellite par une feuille plastique de recouvrement transparente. Dès que le satellite quitte l'atmosphère terrestre après le lancement, cette feuille plastique (3) est larguée la première. Puis l'attache la plus extérieure (4) se défait. La dernière couche périphérique (5) du générateur se déplie radialement sous l'effet du champ central autour de l'axe de symétrie (6). Dès que les mouvement desordonnés du bord extérieur du générateur ont cessés (7), l'attache extérieure (8) se défait et déclenche le déploiement de la couche périphérique suivante. le nombre des couches périphériques étant très réduit, les différentes phases de déploiement sont également en nombre restreint. Lors de la dernière phase de déploiement, le générateur peut revêtir une forme déterminée, qui dépend de la forme géométrique de ses panneaux flexibles, p.ex. un paraboloide de révolution, cf. fig. 1/5. Pour cela le générateur doit néanmoins posséder une certaine rigidité structurelle, p.ex. par des nervures elastiques intercalées. Sur la vue 3, les endroits od le générateur est plis d'env. 180 à l'état fermé, sont hachurés; A l'état fermé, les différentes couches périphériques sont pliées autour du corps de satellite sous forme de méandres, cf. "section A-A," agrandissement 5 fois. Une utilisation très intéressante de ce générateur s'offre dans certains engins spatiaux, p.ex. satellites de télécommunications ou sondes de Mars ou de Vénus, équipés de propulseurs montés axialement: les matières éjectées par ces derniers, ne peuvent guère salir le générateur et leurs actionperturbatri- ces ne peuvent guère influer sur la position de l'engin spatial. Pour ce genre de générateur, lors du déploiement et à l'état ouvert, il n'y a pas de tensions dues à la pression ou au pliage et les feuilles plastiques revêtues des cellules solaires présentent une résistance mécanique élevée: le pourcentage de la masse structurale du générateur peut donc entre réduit à une frac tison négligeable de sa masse totale: on atteint le rapport muissance/poids utile le plus élevé possible. Pour la même raison, le volume utile peut être également réduit à un minimum. La construction symétrique et compacte du générateur tant à l'état fermé qu'a l'état déplié, lui confère sa rigidité statique et dynamique élevée, les perturbations extérieures et leurs effets se limitent a un minimum. La forme de la surface du générateur peut étire choisie de façon à servir de réflecteur à une antenne directionnelle à lobe trés étroit. La stabilisation par rotation permet de libérer des forces de déploiement largement suffisantes. le Générateur déplié double à peu près la valeur du moment d'inertie de l'engin spatial autour de son axe de rotation ainsi que le moment d'inertie autour des autres axes principaux: la stabilité (de position) est par conséquent particulièrement élevée; on peut utiliser des moteurs de propulsion présentant un moment perturbant notable. Pour adapter le générateur à un modèle donné de satellite, on peut l'agrandir sans difficultés majeures, e ajoutant simple- ment une autre couche périphérique à la périphérie du généra- teur actuel. Tous les autres avantages de la stabilisation par rotation, tels que sImple contrôle d'attitude et de position, contrôle thermique avantageux, facilité de sonder l'environnement, champ de gravitation artiticiel, frais réduits pour les travaux d'études et de Iaorication, etc. etc., restent acquis lors de l'utilisation de ce générateur. Revendications 1. Générateur solaire, consistant en une surface fléxible (du moins partiellement), pliée dans ou autour de l'engin spatial de façon compacte et qui entoure à l'état déplié la périphérie de l'engin spatial; sa surface peut être orientée à volonté vers le soleil; générateur caractérisé par le fait qu'il est déplié en or bite par l'effet d'un champ central propre à un véhicule spatial, p.ex. pour un engin spatial en rotation il s'agit de la force centrifuge ou pour un engin spatial chargé elec trostatiquement la force de répulsion electrostatique; 2. Générateur selon revendication 1, caractérisé par le fait qu'il peut être tenu constamment en tension (déploiement complet) par un tel champ central; 3.Générateur selon revendication 1, caractérisé par le fait qu'il peut rester constamment complètement déployé après son ouverture par sa propre rigidité structurelle que le procédé de déploiement lui confère; 4. Générateur selon revendication 1, caractérisé ar le fait que les couches périphériques sont liées autour du corps de satellite er forme de méandres; î. Générateur selon revendication 1 caractérisé par le fait que sa surface de forme appropriée pelt être utilisée en meme temps coe réflecteur d'une antenne directionnelle oc télécomunications 6. Générateur selon revediion l caractérisé ar la ait que la puissance fournie par le générateur peut être transmise à des moteurs tropulseurs montés axialement dans l'engin spatial, ces moteurs pouvant modifier de façon voulue son orientation dans l'espace et/ou modifier les paramètres de son orbite.