Brevet FR2422917A1 — publié le 19791109

L'invention concerne un procédé pour effectuer des études de fusion et solidication, à l'abri de forces et sans contacts, darus l'espace interplanétaire, procédé dans lequel les échantilLons sont fondus dans un four approprié et, après réalisation de la fusion et de l'homogénéisation du produit de fusion, sont ramenés par refroidissement à l'état solide. Il est connu que pour lXexploitation économique de l'astronautique on a fait entre autres, des propositions pour étudier le comportement de matières solides à la -fusion et a la solidification. On part alors de l'hypothese que par une fusion dans l'espace sans pesanteur, on obtient des conditions particulièrement favorables pour que se manifestent des propriétés de corps solides, conditions qui ne peuvent pas être réalisées sur la terre sous l'influence du champ de pensanteur de la terre. Il se pose bien entendu le problème de maintenir les échantillons à fondre à l'abri le plus possible de toutes influences environnantes, en particulier r naturellement, de forces agissant de l'extérieur. A cet effet, il a dfjà été proposé de placer les échantillons à étudier dans un four approprié dans une position prescrite autant que possible au centre d'-ln four de forme sphérique par exemple, et d'y stabiliser la position de ces échantillons également à l'état fondu. Comme moyen convenant pour atteindre ce dernier objectif on a proposé de mettre en oeuvre des forces électriques ou aussi acoustiques. Des essais effectués entre-temps avec ces dispositifs de positionnement - qui forment un "pot de potentiel en forme d'auge, fixe dans le temps, pour recevoir et maintenir un corps servant d'échantillon - ont cependant montre que par suite des réflexions de l'échantillon sur les parois de potentiel, il s 'exerce des impulsions importantes sur cet échantillon. tomme pourtant on ne peut pas prévoir en mAeme temps d'amortissement correspondant, cela entrasse des oscillations de l'échantillon autour du point prescrit. I1 se produit alors, en raison de l'allure du potentiel et de la grandeur d'échantillon finale, des composantes de force agissant tangentiellement, qui conduisent à une rotation incontrôlÊe de l'échantillon. Dans le cas d'échantillons en fusipn, il se produit d'importants courants superficiels et des oscillations non négligeables de tout le corps d'échantillon liquide. Ces phénomènes négatifs se produisent aussi bien dans le cas d'échantillons liquides conductifs positionnés par voie électrostatique ou électromagnétique, que dans le cas de procédés de positionnement qui doivent assurer ce postionnement à l'aide d'un champ acoustique. Il s'y ajoute, dans le dernier cas, que des études dans le vide deviennent impossibles avec un procédé de ce genre, car on a besoin dans ce cas d'une atmosphère de gaz comme porteur du champ acoustique. En plus, il se produit encore dans ce cas des variations constantes de pression et de composition de l'atmosphère gazeuse, avec variation des températures : et enfin la grandeur des échantillons est aussi fortement limitée par la longueur d'onde de champ d'ultra-sons. I1 convient donc de constater que les propositions faites jusqu'ic pour mettre en oeuvre des matières en fusion de ce genre das l'espace exempt de forces ne sont pratiquement pas réalisanles, et en tout cas pas lorsqu'on doit maintenir avec les procédés de positionnement indiqués la position prescrite du corps servant d'échantillon La présente invention a pour but dans ces conditions d'indiquer un procédé -qui permet dans tous les cas de réaliser des essais de fusion et solidification à l'abri de forces et sans contacts. Ce résultat peut entre obtenu conformément à I'inven- tion, avec utilisation connue en soi d'un four approprié - dans lequel on fait fondre les corps servant d'échantillons et, après réalisation de la fusion et de l'homogénéisation du produit do fes: r, on les fait repasser par refroidissement, à l'intérieur du four, à l'état solide - en mettant en oeuvre les moyens opa- ratoires exposés dans la suite. On est assuré ainsi que l'échantillon luimeAme peut entre fondu et ramené a' l'état solide8 réellement sur une voie de parcours sans pesanteur, entirement à l'abri de l'influence de forces extérieures, tandis que le four entourant l'échantillon, tout ensemble avec le satellite portant ce four, sont guidés en servant de système de coordonnées extérieur pour l'échantillon.Il s'est avéré qu'en utilisant des procédés de réglage connus en eux-mêmes pour la stabilisation de position, il n'y a pas à engager de dépense d'énergie plus élevée que dans le cas de la stabilisation de position et de parcours1 usuelle jusqu'ici, d'un Sai 45 4- Etant donné la dépense élevée dont on a besoin, bien entendu pour de telles études, il y a avantage à prévoir la possibilité de placer dans le four un certain nombre d'échantillons les uns après les a-utres, de les y faire fondre et de les faire repasser à l'état solide. Ce résultat est obtenu de préférence avec un dispositif de changement d'échantillons, qui est également décrit dans la suite. Un satellite muni d'un dispositif de ce genre peut bien entendu entre installé de façon particulièrement favorable sous forme de saiLlite auxiliaire provenant d'un laboratoire spatial, ce laboratoire spatial suivant lui-même la voie de parcours de satellite auxiliaire. Cela procure aussi la possibilité d'agencer de façon plus simple l'alimentation en énergie d'un - têl - satellite auxiliaire, en ce sens que les sources d'énergie prévues pour la réalisation des essais demeurent dans le laboratoire spatial m8me t en outre, on peut utiliser bien entendu aussi, les divers appareils scientifiques, tels que calculateurs et autres, du laboratoire spatial même, lorsque celui-ci n'est relié que par un câble au satellite auxiliaire pour la retransmission des données de mesure d'une part et des ordres de commande d'autre part. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant un mécanisme de changement d'échantillons tel qu'on peut l'utiliser conformément à l'invention en mettant en oeuvre le procédé. Les corps servant d'échantillons 1, préparés a l'avance sous la forme d'agglomérés sphériques, sont disposés dans un magasin 3 entourant en forme d'anneau le four 2. Un manipulateur 6 constitué de deux porte-échantillons 4 et 5 est monté dans la paroi du four 2 et dans le magasin 3. Ces deux porte-échantillons 4 et 5 peuvent se déplacer en direction axiale et prennent a l'état de repos une position telle, que leurs surfaces frontales situées en regard de l'intérieur du four forment un élément constitutif de la paroi meme du four. Le four luimAeme est muni sur sa face interne d'un enroulement de chauffage 9, qui est alimenté en énergie électrique par l'intermédiaire de raccordements 8. La paroi du four est en outre traversee encore par des moyens de mesure optiques connus en euxmAemes, qui consistent en émetteurs 9 et récepteurs 10. Le four 2 lui-mAme est un élément constitutif d'un satellite - non représenté ici - qui est équipé, de manière connue, de moyens de mesure et de commande pour le réglage de la position et de la voie de parcours REVENDICATIONS 10) Procédé pour réaliser des fusions à l'abri de forces et sans contacts dans un four de fusion disposé dans un satellite circulant en vol sur une voie de parcours sans pesanteur, l'échantillon à fondre étant alors amené à prendre de maniere connue en soi une position prescrite à l'intérieur du four, y étant fondu et, après réalisation de la fusion et de l'homogénéisation du produit de fusion, étant ramené à l'état solide par refroidissement à l'intérieur du four, procédé caractérise en ce que l'échantillon, pendant toute l'opération de fusion y compris le refroidissement qui suit, est observé et surveillé au moyen d'organes de mesure fonctionnant sans contacts en ce qui concerne sa position à l'intérieur du four, et des signaux de commande sont envoyés par ces organes de mesure dans le cas de déviations de l'échantillon par rapport à sa position prescrite à l'intérieur du four, signaux qui; de leur coté, ont pour effet, par l'inter mediaire de générateurs d'impulsions connus en euxmAemes, de provoguer une modification de position et de parcours du satellite contenant le four de fusion, de telle manière que l'échantillon soumis à la fusion se trouve ramené dans sa position prescrite a l'intérieur du four 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage de l'échantillon à fondre s'effectue sans contacts â l'intérieur du four 3o) Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le refroidissement de l'échantil- lon en fusion est réalisé également sans contacts4 40) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on effectue la fusion de l'échan- tillon dans le vide en le chauffant au moyen d'un chauffage par rayonnement. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revçndications 1 Q 31 caractérisé en ce que l'on effectue la fusion de l'echan- tillon dans le vide en le chauffant au moyen d'un chauffage par induction. 6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on effectue la fusion de plusieurs échantillons les uns après les autres en utilisant un mécanisme de changement d'échantillons. 70) Mécanisme de changement d'échantillons pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu à l'extérieur du four de fusion (2) un magasin (3), de forme annulaire de préférence, pour les échantillons à fondre (1) préparés à l'avance, magasin hors duquel les divers échantillons distincts peuvent, au moyen de porte-échantillons, être, les uns après les autres, retirés, et transférés à l'intérieur du four de fusion, d'où, une fois l'opération de fusion effectuée et après solidification de l'échantillon, ils peuvent être ranenés dans le magasin, les porte-échantillons étant agencés de telle manière, qu'ils forment dans leur état de repos un élément constitutif de la paroi du rouir.