Brevet FR2470727A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne les dispositifs de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial. L'exemple d'application choisi pour le descriptif de l'invention, concerne le domaine d'application des générateurs solaires où se rencontre le maximum de difficultés. L'un des problèmes posés dan la mise en oeuvre d'un équipement pour engin spatial réside en son stockage à l'état replié dans la phase précédant la phase orbitale puis dans sa mise à poste satellisé après avoir subi un éloignement de l'engin porteur afin d'éviter notamment la zone d'ombre et de perturbation en général que celui-ci peut lui porter. Selon l'art antérieur, différents systèmes ont déjà été proposés pour résoudre un tel problème. Ainsi pour les générateurs solaires, certains dispositifs consistaient à prévoir le repliement du générateur lui-meme directement contre l'engin porteur ce qui limitait par là même la surface active disponible. On peut citer à cet égard les brevets des Etats Unis d'Amérique nO 3317477 - 3817481 - 3948468 - 4133501 et 4133502 où il peut être observé que tous les générateurs solaires proposés ne sont pas extensibles à partir d'un conteneur mais sont simplement repliés sur euxmmêmes et logés directement sur le corps de l'engin de telle sorte que la surface d'exposition s'en trouve considérablement réduite. La présente invention permet la mise en place d'un équipement tel qu'un conteneur de générateur solaire de grandes dimensions qui contient en lui-même des moyens propres, connus par ailleurs pour en assurer l'extension. Si dans l'art antérieur, les moyens utilisés étaient relativement simples, se réduisant généralement à un ou deux pivotements d'un bras porteur comme cela est décrit notamment dans les brevets 4133501 et 4133502 sus mentionnés, il n'en est pas de même pour la mise en place d'un équipement tel qu'un conteneur de générateur solaire de volume important. On doit alors, dans un tel cas, concevoir un dispositif de mise en place qui soit à même de fonctionner en toute fiabilité dans l'environnement spatial sévère tant en ce qui concerne l'état d'apesanteur nécessitant des moyens moteurs et d'amortissement pour le déploiement et des différences de température quieneendrent des contraintes importantes sur toute la structure. Pour ce faire, l'invention est présentement mise en oeuvre par un dispositif de déploiement du bras d'éloignement d'un équipement tel qu'un conteneur de générateur pour engin spatial comportant essentiellement une pluralité d'éléments pivotés entre eux deux à deux, le premier élément constituant une base liée à l'engin spatial et le dernier une base liée au conteneur, tandis qu'un système particulier d'enroulement de câble sur des poulies assure à partir de la position repliée, le déploiement de l'ensemble grâce à des moyens moteurs et d'amortissement après déblocage séquentiel de chaque élément. Le bras d'éloignement de l'équipement peut de la sorte mettre ce dernier dans une position éloignée de l'engin spatial selon laquelle ledit équipement et plus précisément le générateur solaire peut être mis en extension par des moyens appropriés tandis qu'un pivot motorisé liant l'ensemble bras-générateur permet de l'orienter. L'invention va, de toutes manières, être bien comprise dans la suite du texte qui va donner, à l'appui des dessins annexés, la forme de réalisation qui semble non limitativement, la mieux adaptée à la solution du problème posé. Sur les dessins La figure 1 est une vue en perspective montrant un équipement et plus particulièrement un conteneur de générateur solaire en position repliée. La figure 2 est une vue en perspective montrant le bras après déploiement et extension. La figure 1 représente le dispositif conforme à l'invention dans la configuration repliée de stockage. Sur cette figure, on voit que le conteneur 1 ( éventé partiellement) des générateurs solaires est relié au corps de l'engin spatial 2 (représenté partiellement) par le dispositif de déploiement proprement dit, repéré 3 dans son ensemble, et nu 'un système de pivotement motorisé 4 assure après déploiement la rotation de tout l'ensemble par rapport à l'engin spatial autour de l'axe XX'. Le système de pivotement motorisé 4 comporte une base motorisée5 liée à l'engin spatial 2 et un élément tournant 6 solidaire de la base 7 tandis que l'alimentation électrique de commande de rotation de l'élément 5 par rapport à l'élément 6 est assurée à partir du câble 8. A l'autre partie du dispositif 3, une autre base 9 est solidaire de l'équipement ou conteneur 1. Le problème que se propose de résoudre l'invention ressort maintenant de l'examen des figures 1 et 2. Selon la figure 1, l'équipement ou conteneur 1 est logé entre les montants d'un élément du dispositif 3 et dans une configuration selon laquelle sa direction de plus grande dimension est sensiblement parallèle à la direction de l'axe de pivotement XX' et son rapprochement maximal, c'est-à-dire selon lequel la distance a séparant son plan interne 1' de la face en regard de l'engin spatial 2' se trouve minimal. Selon la figure 2, le dispositif 3 est déployé, ce qui autorisé un éloignement de l'équipement ou conteneur 1 de l'engin spatial 2 conformément à l'invention de telle sorte que les générateurs solaires proprement dits 10 sont alors à même d'être mis en extension dans leur configuration d'utilisation selon la manière classique. Il est à noter que dans le cas de générateurs solaires souples, ceux-ci sont normalement logés à l'intérieur du conteneur 1 et que tant leur mode de stockage que leur mode d'extension, n'entre pas dans le cadre de l'invention qui ne vise, a cet effet, que l'éloignement d'un équipement en général et d'un générateur solaire en particulier. Ainsi, dans ce dernier cas, il peut très bien être fait usage dgun système d'extension du même genre que celui, par exemple, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.690.080. Le bras d'éloignement proprement dit, repéré 3 dans son ensemble, comporte en premier lieu une pluralité d'éléments déployables respectivement repérés 11 et articulés en Y1Y'1 sur la base pivotée 7, repérés 12 et articulésen Y2Y'2 sur l'élément 11, repérés 13 et articulés en y3y13 sur l'élément 12, tandis que la base 9 liée au conteneur 1 est articulée en Y4Y'4 sur l'élément 13. L'élément 12 est évidé pour recevoir entre ses montants l'équipement ou conteneur 1. En deuxième lieu, ledit bras d'éloignement 3 comporte une pluralité de poulies repérées 14, 15, 16 et 17 sur lesquelles est enroulé un câble 18 stocké sur la poulie 14 liée à un dispositif de tension et de régulation 19 par l'intermédiaire d'une roue dentée 36. La poulie 14 et la roue dentée solidaires en rotation, sont libres sur l'axe Y1Y '1. Les poulies 15 et 16 sont libres en rotation sur les axes i2Y'2 et Y3Y'3 respectivement. La poulie 17 est liée à la base 9. Le dispositif de tension et de régulation 19 du câble 18, dont le fonctionnement sera exposé plus en détail par la suite, est solidaire de la base pivotée 7 tandis que ledit câble 18 est arrêté sur la poulie 17 et stocké par enroulement et arrêté sur la poulie 14. En tout état de cause et pour assurer le guidage correct du câble pendant le déploiement des poulies de renvoi 20, 21, 22, 23, 24 et 25 sont positionnées sur les éléments, à des emplacements judicieusement déterminés. En troisième lieu, le bras d'éloignement 3 comporte suries axes Y1Zl t - Y4Y'4 une pluralité de dispositifs moteur-amortisseur pour permettre le mouvement de déploiement et dont il sera question plus en détail par la suite. Ces moteurs repérés 26, 27, 28 et 29 sont assujettis respectivement à l'élément 11 en ce qui concerne le moteur 26, à l'élément 12 en ce qui concerne le moteur 27, à l'élé- ment 13 en ce qui concerne le moteur 28 et à la base 9 en ce qui concerne le moteur 29. Enfin, en dernier lieu, le bras d'éloignement 3 comporte une pluralité de dispositifs de verrouillage et de déverrouillage repérés 30, 31, 32 et 33 dont le fonctionnement sera de même explicité par la suite. Ces dispositifs de verrouillage-déverrouillage ass1jettis- sent rigidement mais temporairement les éléments entre eux dans la configuration repliée de stockage et dans le cas où leur commande de déverrouillage est prévue pyrotechnique, un câble d'alimentation électrique 34, assure la mise à feu séquentielle desdits dispositifs. Le régulateur 19 du câble 18 agit pour assurer le déroulement constant dudit câble 18 et ce contrôle de vitesse peut être obtenu par les moyens connus de régulation centrifuge. Des masses provoquent un freinage par friction lorsque la vitesse de rotation devient excessive. Les moteurs agissant pour produire des couples positifs au moyen de ressorts bandés par exemple, et des moyens d'amortissement associés tel que par friction centrifuge par exemple, con trôlant la vitesse d'ouverture desdits éléments. Les dispositifs de verrouillage peuvent être constitués de chevilles pyrotechniques traversant non coaxialement chaque articulation pour la bloquer, la mise à feu desdites chevilles pyrotechniques ayant pour effet de déverrouiller par sectionnement séquentiel chaque articulation les unes après les autres. A partir de la disposition des composants précédemment décrits, le processus de déploiement du bras s'effectue de la manière suivante. A partir de la position de stockage de l'équipement ou du conteneur où tous les éléments sont verrouillés et qui correspond à la figure 1, le câble 18 est enroulé sur la poulie 14 tandis que d'autre part, le système de pivotement 4 est en position bloquée. Lorsque, sur un signal électrique transmis par le câble électrique 34, la première cheville pyrotechnique 30 libère l'articulation autour de Y v' élément 11 est amené, sous l'effet de moteur 26 à s'ouvrir par pivotement autour dudit axe Y1Y'1 et ce jusqu'à une position en butée prévue dans l'articulation même. L'ouverture de cet élément 11 est régulée par contrôle du dévidage du câble 18 sous l'action du régulateur 19 En d'autres termes, dans un premier temps, l'ensemble du dispositif pivote en totalité autour de l'axe Y Y'1 dans le sens indiqué par la flèche F1. Sur un deuxième signal électrique, la deuxième cheville pyrotechnique 31 libère 17 articulation autour de Y2Y'2 et l'élément 12 est amené sous l'effet du moteur 27, à s'ouvrir par pivotement autour dudit axe Y2Y'2 et ce, jusqu'à une position en butée prévue dans l'articulation même. L'ouverture de l'élément 12 est également régulée par contrôle du dévidage du câble 18 sous l'action du régulateur 19. Dans ce deuxième temps, la partie non déverrouillée du dispositif pivote en totalité autour de l'axe Y2Y2, dans le sens indiqué par la flèche F2. Sur un troisième signal électrique, la troisième cheville pyrotechnique 32 libère l'articulation autour de Y3Y'3 et l'élé- ment 13 est amené sous l'effet du moteur 28, à s'ouvrir par pivotement autour dudit axe Y3Y'3 et ce, jusqu'à une position en butée prévue dans l'articulation même. L'ouverture de cet élément 13 est régulée par contrôle du dévidage du câble 18 sous l'action du régulateur 19 Dans ce troisième temps, la partie non déverrouillée du dispositif pivote en totalité autour de l'axe Y3Y'3 dans le sens indiqué par la flèche F3. Sur un quatrième signal électrique, la quatrième cheville pyrotechnique 33 libère l'articulation autour de Y4Y' et la base9 solidaire du conteneur 1 est amenée sous l'effet du moteur 29 à s'ouvrir par pivotement autour dudit axe Y4Y'4 et ce, jusqu'à une position en butée prévue dans l'articulation même. L'ouverture de cette base 9 est régulée par contrôle du dévidage du câble 18 sous l'action du régulateur 19. Dans ce quatrième temps, l'équipement ou conteneur 1 pivote autour de l'axe Y Y'4 dans le sens indiqué par la flèche F4 4 pour finalement prendre la configuration finale présentée sur la figure 2. La séquence peut ensuite se poursuivre par extension des générateurs solaires 10,suivie de l'orientation convenable de l'ensemble sur actionnement électrique du dispositif de pivotement 4. On peut voir de la sorte que les générateurs solaires ont bien été placés en position de fonctionnement après éloignement de l'engin spatial de telle sorte que l'effet d'ombre portée se trouve ainsi éliminée. Par ailleurs, un câble électrique d'alimentation 35 assure l'amenée de courant sur l'engin spatial depuis les générateurs solaires selon la manière habituelle. La présente description n'a été faite qu'à titre d'exemple préférentiel pour bien mettre en évidence les avantages résultant de l'utilisation d'un dispositif de déploiement du bras d'éloignement d'un équipement ou conteneur de générateurs solaires conforme à l'invention. I1 découle que ces avantages résultent de la simplicité de mise en oeuvre de moyens fiables pouvant supporter l'ambiance vibratoire du lancement ainsi que l'environnement spatial d'apesanteur et des contraintes thermiques agissant sur la totalité de la structure. Dans cet esprit, il est bien évident que le nombre d'éléments, leur conformation, le mode de verrouillage par moyens pyrotechniques ou mécaniques, les moteurs à ressorts, le régulateur de vitesse du câble, les poulies de renvoi , pourront être en nombre et de toute autre nature convenable en constituant des éléments constitutifs équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. I1 en est de même en ce qui concerne toutes les utilisations du bras de déploiement, notamment pour supporter tout autre dispositif qu'un conteneur de générateur solaire tel que par exemple un magnétomètre, une antenne, un capteur de particules, un générateur nucléaire, une surface de compensation de couple de pression solaire. Le cadre de l'invention n'est donc pas limité au seul domaine d'application des générateurs solaires mais il englobe, au contraire, tous les équipements pour engin spatial nécessitant leur éloignement du corps de l'engin pour leur mise en oeuvre et il va se trouver de toute manière, caractérisé dans les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial caractérisé en ce qu'il comporte - une pluralité d'éléments déployables articulés deux à deux constituant ledit bras et comprenant une poulie sur chaque axe d'articulation , le premier desdits éléments étant consTitué d'une base montée en pivotement sur ledit engin spatial tandis que le dernier élément est constitué d'une base liée à l'équipement même, - des moyens moteurs et d'amortissement pour lesdits élé- ments contrôles par un câble enroulé sur les poulies et dont l'X1e des extrémité est attachée sur la poulie liée à leécuipemen9 d'une part, tandis que son astre extrémité est liée à la poulie de stockage d'enroulement située du côté de la base pivotée, d'autre part, - un moyen de réglage de vitesse et de régulation du défilement du câble sur la base pivotée et portant la poulie de stockage d'enroulement, - des moyens de verrouillage et de déverrouillage des articulations, - des moyens dans les articulations pour limiter la course angulaire des éléments - des moyens de connexion électrique, lesdits éléments et moyens étant, par ailleurs, agencés de telle sorte qu'à partir de la position initiale où tous les éléments sont replies et dérouillés contre l'engin spa9 al en configuration de stockage de l'équipement et après déverrouillage de la première articulation du côté dudit engin spatial, tous les élé- ments se déplient successivement,séquentiellement,les uns après les autres, au fur et à mesure de leur déverrouillage pour atteindre la position totalement dépliée selon laquelle ledit équipement peut alors se trouver en configuration de mise en oeuvre. 2. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon la revendication 1,caractérisé en ce que les moyens moteurs sont constitués par des ressorts bandés situés sur les axes d'articulation et commandant l'ouverture des éléments. 3. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon le revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réglage de la vitesse et de défilement du câble est constitué par un régulateur centrifuge 4. Dispositif de déploiement des éléments dgun bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon la revendication 1' caractérisé en ce que les moyens de verrouillage et de déverrouillage sont constitués par des mécanismes de séquence dont l'ordre de libération est effectué par un seul dispositif pyrotechnique 5. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage et de déverrouillage sont constitués par des chevilles pyrotechniques dont la mise à feu séquentielle libère chaque articulation l'une après l'autre. 6. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base montée en pivotement sur l'engin spatial autorise l'orientation commandée de l'équipement. 7. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon la revendication 1, caractérisé en ce que le câble est convenablement guidé à l'aide de poulies de renvoi. 8. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit équipement est un conteneur de générateur solaire déployable. 9. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé en ce que ledit équipement est une antenne. 10. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit équipement est un magnétomètre. 11. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon l'une quelconque des revendications i à 7, caractérisé en ce que ledit équipement est une surface de compensation de couple de pression solaire. 12. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit équipement est un capteur de particules0 13. Dispositif de déploiement des éléments d'un bras d'éloignement d'un équipement pour engin spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit équipement est un générateur nucléaire.