Brevet FR2482200A1 — publié le 19811113

La présente invention a pour objet un propulseur spatial de haute performance destiné à améliorer le rendement des lanceurs connus de type Diamant, P16 H10 H3,5, Ariane et anale gues, et d'abaisser le coût unitaire de lancement de satellites de télécommunication ainsi que des satellites devant atteindre 1; lune. Le propulseur spatial de haute performance selon l'invention est constitué par un isotope de Polonium, le Polonium Po 210 Le Polonium 210 est contenu à l'état solide'vapeur dan un réservoir en acier inoxydable double face délimitant un espars libre de faible épaisseur. te réservoir est raidi sur sa face-avant (face sur laquelle s'exerce la poussée) par des tubes cylindriques de refroi dissement et les ondulations correspondantes de la tôle d'acier inoxydable ; sa face-arrière non raidie est constituée d'un couvercle disque de tôle du même -acier, largable par cordon détonnant ou boulons explosifs au moment de la mise en service du pro pulseur. Le Polonium 210 émet des hélions (rayons &alpha;, 2/4 He), noyaux d'hélium chargés positivement qui : - du côté de la face-avant du réservoir ionisent positivement l'acier de celle-ci sur une profondeur de l'ordre du centième de millimètre, - du coté de l'espace, lors de la mise en service du propulseur, prennent sous l'impulsion du champ électrique créé par les ca thions de fer une accélération très grande qui les amène dans le vide spatial à la vitesse de la lumière en quelques centime tres, les transformant en photons. I1 en résulte sur le fond du réservoir une poussée qui propulse le vaisseau vers l'avant. Peu de temps avant le lancement de la fusée, on place le Polonium 210 au fond du réservoir que l'on ferme à l'aide d'u couvercle en acier inox, que l'on solidarise avec le corps du propulseur, ledit réservoir étant muni d'un écran thermique sous-jacent. Fonctionnement couvercle enlevé : après ouverture du réservoir et lâchage du couvercle, le réservoir crache des noyau d'hélium chargés positivement ce qui oblige le Polonium à rester plaqué contre le fond du réservoir par réaction à la force d'éch pement des hélions vers l'arrière, constituant une poussée agissant directement sur le fond du réservoir et cela de façon homogène, par structure. REFROIDISSEMENT Le Polonium 210 en dégageant des hélions et produisant du Radium G dégage de la chaleur en quantité connue. Cette chaleur est évacuée vers l'espace par un système de refroidissement comprenant - un réseau de tubes cylindriques en acier inoxydable refroidis sant la face-avant du réservoir à Polonium ; un mode préféré de réalisation est l'enroulement en spirale de la périphérie vers le centre d'un tube d'acier inox, chaque spire étant soudée à la spire adjacente, - d'un radiateur en acier inoxydable composé de tubes radiants, d'un tube distributeur central et de tubes collecteurs périphé riques, - d'une pompe électromagnétique de faible puissance (inférieure à 100 watts), pompant le liquide de refroidissement (en l'occu rence du sodium liquide) du tube central vers le reseau. Cette pompe est alimentée par une batterie solaire, doublée d'une batterie de secours chimique de 12 V ,(pour le fonctionnement au sol ou en lancement sur orbite basse et pour d'éventuelles phases de mauvais ensoleillement de la batterie solaire). Pour obtenir un poids de radiateur aussi léger que possible, il est souhaitable d'atteindre une température maximum, c'est-à-dire aussi élevée que possible, pour l'acier inoxydable du circuit de refroidissement; de l'ordre de 800ou, 900oK ou 1000ou ECRAN THERMIQUE Un écran thermique, constitué d'un matériau à propriétés isolantes connues, est interposé entre le radiateur et le compar- timent charge utile - système de guidage - batteries. Cet écran thermique recouvre un support central en alliage léger qui constitue la pièce mécanique maîtresse de la structure. Ledit support étant prévu pour maintenir et positionner les vérins ; et pour fournir le point d'appui d'une rotule. GUIDAGE Le guidage de maintien du vaisseau sur sa trajectoire s1 effectue en basculant autour d'une grosse rotule de quelques degrés sur les trois axes l'ensemble du radiateur et réservoir à Polonium 210 ; ce basculement est effectué par trois vérins électriques perpendiculaires de faible puissance commandés par un calculateur de guidage soit programmé, soit télécommandé. L'actionnement de chaque vérin est assuré par un moteu pas-a-pas. L'alimentation des vérins et du calculateur est fourni par les batteries déjà citées. CHARGE UTILE La charge utile du vaisseau spatial est à l'avant. Le tout est agencé avec les structures nécessaires- de poids minimisé. L'invention sera mieux comprise par la description de la figure 1, illustrant à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation du propulseur selon l'invention. On voit sur la figure 1, un vaisseau spatial 1, comprenant une charge utile 2, pouvant être un satellite de télécommuni cation , avec une partie fixe A solidaire de la charge utile 2, et une partie B, montée de manière à pouvoir s'articuler angulairement par rapport à la partie A précitée. La partie B, comprend essentiellement un réservoir 14 à Polonium et un radiateur thermique, référencée 11 schématisant l'enceinte correspondante. Le réservoir 14 comprend une face-avant 15 et une facearrière 16 (largable). Un bras 12 d'articulation, avec à son ex trêmité avant une rotule 10, prenant appui sur un support central 3 protégé par un écran thermique 9, de la partie A, et un point fixe d'appui arrière 17. G Entre le support central 3 et la charge utile 2, une chambre 4 est prévue pour loger les instruments 5 de guidage, tels que calculateur, capteur, indicateur de vol i etc . ... ainsi que les moyens d'alimentation en énergie électrique schématiquement représentés par une batterie de piles solaires 6 et une batterie d'appoint 7. RESULTAT INDUSTRIEL Nouvelle génération de propulseurs applicable au lancement de satellites de télécommunication. ler Exemple d'application au lanceur DIAMANT évolué On veut utiliser le vaisseau pour faire passer un satellite de télécommunication (100 kg) d'orbite basse à orbite haute synchrone 24 h. On obtient les résultats suivants par le calcul - lanceur DIAMANT évolué : charge utile 300 kg = masse du vaisseau spatial sur orbite basse, - durée du transfert : 1 an pour une masse de Polonium 210 de 2,15 kg - température du radiateur = environ 5500c. - devis de masses d'un propulseur selon l'invention, pour faire passer un satellite de télécommunication pesant 100 kg de l'or bite basse à l'orbite haute synchrone 24 h: radiateur = 130 kg (sodium et pompe inclus) structure = 35 kg . réservoir = 12,5 kg + Polonium = 2,15kg . calculateur + vérins = 10 kg batteries = 10 kg Total : 200 kg (voisin de ...) Ce résultat industriel est de portée générale : un tel type de propulsion du vaisseau spatial pérmettrait dans la mesure où on déciderait de produire industriellement le Polonium 210 en grande quantité (quelques kilogrammes), de mettre sur orbite haute 24 h des satellites de télécommunication à l'aide d'un lanceur DIAMANT évolué, sans avoir besoin d'utiliser un lanceur type ARIANE, plus gros et plus coûteux. Cet avantage économique est transposable, c'est-à-dire que son application à de gros lanceurs comme ARIANE permettrait de faire des missions vers la lune ou vers Mars. De façon générale, le but de la présente invention est de réduire les coûts des missions spatiales de tous types dans des proportions considérables. Tableau comparé des performances de lancement (à moindre coût) de satellites de télécommunication avec ou sans l'emplo d'un propulseur selon l'invention ; avec mention de son poids glo bal, variant avec la mission à accomplir par le vaisseau spatial considéré. SATELLITE Amélioration des (charge utile) sur sans ledit performances avec orbite basse (en kg) propulseur le propulseur par lanceur selon l'invention Il Il Il Il DIAMANT 50 néant Il Il Il Il DIAMANT évolué 300 100 pas de satellite sur orbite haute de télécommunic. 24 h. s/orbite de 24 h. P16 P10 H 3,5 500 100 rien sur la lune sur la lune ARIANE 1000 sur orbite basse ou 100 kg sur orbite haute 24 h. néant sur la lune 200 sur la lune REVENDICATIONS 1.- Propulseur spatial de haute performance, caractérisé en ce que le propergol utilisé est constitué par un isotope de Polonium, le Polonium deux cent dix, po210 2.- Propulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le Polonium 210 est contenu à l'état solide-vapeur dans un réservoir 14 en acier inoxydable comprenant une faceavant permanente, et une face-arrière largable, la propulsion par réaction istotopique du Polonium 210 prenant naissance, sitôt que le largage de la face-arrière a eu lieu. 3.- Propulseur selon la revendication 2, dans lequel la face-avant du réservoir précité est constituée par un réseau de tubes cylindriques, enroulés en spirale de la périphérie vers le centre, chaque spire étant soudée à la spire adjacente, conférant à l'ensemble une grande rigidité ; et la face-arrière est constituée drun disque de tôle du même acier, formant couvercle, muni de boulons explosifs ou de cordon détonnant destinés à larguer ledit couvercle au moment de la mise en service du propulseur. 4.- Propulseur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend au-dessus dudit réservoir une structure mécanique comprenant une tête en forme d'ogive renfermant une charge utile, qui peut être un satellite de télécommunication, suivie d'un corps en deux parties A et B - une partie A solidaire de la tête précitée, et comprenant un support central, en alliage léger, et une chambre comprenant divers instruments nécessaires au guidage du satellite, tels que : calculateur, b-atteries d'alimentation, ensemble de vérins, - et une partie B articulable par rapport à la partie A au mo yen d'un bras à rotule de raccordement travaillant en appui sur un évidement prévu à la base du support central précité. 5.- Propulseur selon la revendication 4, dans lequel le guidage est assuré par l'articulation de la partie B vis-à-vis de la partie A, au moyen de trois vérins montés solidaires, du support central précité, l'action desdits vérins étant assurée par des capteurs ou instruments de détection travaillant en combinaison avec un calculateur embarqué constituant un équipement connu en soi ; et dans lequel un radiateur de refroidissement en acier inox et à sodium liquide et un écrar thermique sont disposés entre ledit réservoir et ledit support.