Brevet FR2522613A1 — publié le 19830909

La présente invention concerne un dispositif pour la protection provisoire d'une charge portée par une fusée. Elle s'applique tout particulièrement, quoique non exclusivement, à la mise sur orbite d'un satellite artificiel au moyen d'une fusée à plusieurs étages, ledit satellite artificiel étant porté par le dernier étage, en prolongement de celui-ci. Ci-après, l'invention sera plus spécialement décrite en liaison avec une telle application. On sait que les satellites artificiels mis sur orbite par l'intermédiaire d'une fusée sont protégés par une coiffe constituée de coques rigides largables. Une telle coiffe, afin de pouvoir jouer son office de protection, notamment au sol et lors du lancement de la fusée, doit être très résistante et il en résulte que son poids est relativement important. Par ailleurs, on sait que pour faire suivre à une fusée une trajectoire prédéterminée désirée, il est indispensable que l'évolution de la masse de la fusée et l'évolution de la répartition de cette masse le long de la fusée pendant le vol de celle-ci suivent des lois déterminées. Le respect de ces lois peut nécessiter le largage de la coiffe avant la séparation des deux derniers étages de la fusée. Dans ce cas, au moment du largage de l'avant-dernier étage de la fusée, les rétrofusées de cet avant-dernier étage peuvent exercer des effets nuisibles et même destructifs sur la charge, c'est-a-dire le ou les satellites qui restent portés par le dernier étage , ces effets étant dus notamment à des augmentations de température, de pression dynamique et d'accélération au niveau de la charge. Pour remédier à cet inconvénient, on peut envisager de créer des protections soit au niveau des rétrofusées de l'avant-dernier étage, soit au niveau de la charge, ou bien encore combiner des protections à ces deux niveaux. La présente invention a pour objet un dispositif de protection se trouvant au voisinage de la charge, mais pouvant bien entendu être associé à une protection au niveau des rétrofusées. Un dispositif de protection du type concerné par la présente invention doit présente un certain nombre de particularités: - dans le cas où la charge est protégée par une coiffe rigide, le dispositif doit pouvoir être implanté dans le volume laissé libre entre la charge et la coiffe, - le dispositif ne doit ni prendre appui sur la partie fragile ou sensible de la charge, ni être en contact avec elle, afin de ne pas détériorer certains de ses composants, comme par exemple les panneaux solaires, les antennes, etc..., - la masse du dispositif ne doit pas être pénalisante - le dispositif doit être fiable et ne pas pouvoir influer sur le processus normal de mise sur orbite notamment, il ne doit pas risquer d'intervenir sur le largage de la coiffe, le fonctionnement du dernier étage de la fusée et le largage de la charge - le dispositif ne doit pas interdire au sol, lorsque la coiffe est mise en place, les accès à la charge; - le dispositif doit être au moins partiellement transparent aux ondes radioélectriques pour permettre notamment les commandes entre le poste de pilotage à terre et les équipements contenus dans la case à équipements de la charge - le dispositif ne doit pas engendrer de difficultés lors de la vidange de l'air à l'intérieur de la coiffe. Inversement, cette vidange d'air ne doit pas détériorer le dispositif. Par ailleurs, la surface de charge à protéger est généralement 2 grande (au moins 50 m m2) de sorte que si l'on envisageait pour le dispositif de protection provisoire une structure légère, rigide, en matériau composite du type résine-fibres résistantes (carbone, verre), la masse du dispositif serait d'au moins 80 à 100 kg, ce qui serait encore excessif. Pour ne pas être pénalisante, la masse d'un tel dispositif ne devrait pas dépasser 30 à 35 kg. Il en résulte donc que toute structure monolithique rigide est à écarter. On pourrait alors penser à prévoir, comme dispositif de protection provisoire, une enveloppe souple, qui serait une sorte d'emballage de la charge. Cependant, il en résulterait des contacts entre le dispositif et la charge qui, comme indiqué ci-dessus, risqueraient d'être préjudiciables à ladite charge. De plus, le largage ultérieur de cette enveloppe souple présenterait de grandes difficultés de réalisation. La présente invention concerne un dispositif de protection provisoire permettant d'éviter tous ces inconvénients. A cette fin, selon l'invention, le dispositif pour la protection provisoire d'une charge portée par une fusée pendant le vol de celle-ci, est remarquable en ce qu'il comporte une pluralité de coquilles individuelles, constituées chacune d'une feuille souple liée à une ossature rigide et formant ensemble une enveloppe qui épouse au moins partiellement la périphérie de ladite charge et en ce que lesdites coquilles sont maintenues solidaires les unes des autres autour de ladite charge par au moins deux ceintures destructibles sur commande. Ainsi, grâce à la structure choisie pour chaque coquille, on peut respecter les impératifs de masse, tandis que grâce à l'agencement général des coquilles et des ceintures destructible il est possible d'obtenir un dispositif de protection largable, lorsqu'il n'est plus utile. Lorsque, comme mentionné ci-dessus, la charge est protégée pendant une partie du vol de la fusée par une coiffe formée de coques largables, les coquilles et les ceintures du dispositif sont disposées dans l'espace périphérique compris entre la charge et la coiffe. Au lieu de loger, conformément à l'invention, des coquilles a ossature rigide dans l'espace périphérique (ou latéral) compris entre la charge et la coiffe, il aurait été envisageable de prévoir des coquilles à ossature déployable, disposées, a l'état replié, dans un espace libre se trouvant à une extrémité, par exemple inférieure, de la coiffe. Cependant, il aurait alors fallu prévoir un système complexe de déploiement pour ladite ossature, ce qui aurait augmenté le coût, l'encombrement a l'état replié et la masse du dispositif, tout en diminuant sa fiabilité. En revanche, grâce a l'invention, on utilise l'étroit espace périphérique entre la charge et la coiffe, tout en bénéficiant d'un dispositif de protection provisoire de structure particulièrement simple. Lorsque, comme cela est le cas pour la protection contre les jets des rétrofusées de l'avant-dernier étage de la fusée, la charge doit être plus spécialement protégée dans une direction parallèle a l'axe de la charge et de la fusée, il est avantageux que lesdites coquilles soient articulées pour pouvoir s'ouvrir a la manière de pétales pour former une corolle qui est coaxiale à la charge et dans la concavité de laquelle se trouve ladite charge. Ainsi, à l'état replié du dispositif selon l'invention, la surface de celui-ci recouverte par les coquilles peut être inférieure a la surface totale dudit dispositif, puisque, lorsque le dispositif est déployé, la charge se trouve dans l'ombre de la corolle. On réalise donc grâce a cette mesure un gain sur la masse du dispositif de protection. De préférence, l'ouverture en corolle des coquilles est commandée par le largage des coques de la coiffe. A cet effet, on peut prévoir que l'une desdites ceintures destructible est constituée d'un lien souple qui, aussi bien en position repliée qu'en position déployée des coquilles, empêche celles-ci de s'ouvrir vers l'extérieur, l'excès de longueur circonférentielle que présente ledit lien en position repliée étant plié ou enroulé et constituant une réserve verrouillée par un système commandé par une liaison qui le relie a ladite coiffe. Dans un mode avantageux de réalisation, l'articulation des coquilles est réalisée au moins partiellement par l'intermédiaire de l'une desdites ceintures destructibles sur commande. Avantageusement, chaque coquille est constituée d'une pluralité de panneaux à ossature rigide reliés les uns aux autres par des soufflets et l'ossature de chaque panneau comporte au moins un mat disposé selon un méridien de la charge et des vergues, liées au mât et transversales par rapport à celui-ci. Les pieds des mâts peuvent comporter des organes d'articulation susceptibles de coopérer avec des organes d'articulation complémentaires solidaires de la structure de support de la charge, tandis que la liaison entre les organes d'articulation et leS organes complémentaires n'est réalisée que par la ceinture destructible. Par ailleurs, on peut prévoir des moyens élastiques pour assurer le passage des coquilles de leur position repliée à leur position déployée et pour faciliter le largage desdites coquilles. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 à 3 illustrent schématiquement le fonctionnement du dispositif de protection provisoire selon l'invention. La figure 4 est une vue en élévation montrant, dans sa partie gauche, le dispositif selon l'invention en position repliée, et illustrant schématiquement, dans sa partie droite, le passage du dispositif de la position repliée à la position déployée. La figure 5 est une vue de dessus par rapport à la figure 4, illustrant une coquille en position déployée et deux autres coquilles en position repliée. La figure 6 est une vue agrandie montrant, en coupe partielle perpendiculaire à l'axe de la charge, une portion de coquille selon l'invention à l'état replié. La figure 7 montre en élévation deux panneaux consécutifs d'une coquille. La figure 8 illustre en élévation l'articulation du pied des mâts sur la structure de support de la charge. La figure 9 correspond à une vue de bout de la droite de la figure 8 et illustre un dispositif pyrotechnique de largage des ceintures. La figure 10 montre la structure d'un pied de mât. La figure il est une coupe suivant la ligne XI-XI de la figure 10. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Comme le montrent schématiquement les figures 1, 2 et 3, le dispositif de protection provisoire l est formé de trois coquilles identiques li, 12 et 13 régulièrement réparties autour d'une charge 2 à protéger. Cette charge 2 est portée par le dernier étage 3 d'une fusée (non représentée) et peut être constituée d'un ou plusieurs satellites artificiels. Lorsque la charge 2 est en place sur l'étage de fusée 3, elle est enveloppée par une coiffe de protection 4, composée de deux coques rigides 41 et Le dispositif 1 est prévu pour être inséré dans l'étroit espace annulaire p (voir également la figure 6 ) ménagé entre la charge 2 et les coques 41 et 42' lorsque celles-ci entourent ladite charge. A cet effet, les trois coquilles li, 12 et 13 sont maintenues par deux ceintures périphériques 5 et 6.La ceinture inférieure 5 sert de plus à l'articulation des coquilles li, 12 et 13 sur une partie de support 7 par laquelle la charge 2 est portée par l'étage de fusée 3, tandis que la ceinture supérieure présente deux périmètres différents, un verrou commandable 8 permettant de passer du petit périmètre au grand périmètre sous l'action d'une liaison 9 le reliant à l'une des coques 41 ou 42. Les ceintures 5 et 6 sont destructibles sur commande, par exemple grâce au fait qu'elles sont constituées de plusieurs éléments reliés les uns autres par des systèmes pyrotechniques électriquement commandables, portant respectivement les références 10 et 11. Lorsque la coiffe 4 enveloppe la charge 2, le dispositif 1 recouvre sans la toucher, au moins une partie de la surface latérale de cette charge, tout en en épousant la forme. Dans cette configuration, la ceinture 6 présente son petit périmètre, le verrou 8 étant relié a la coiffe 4 par la liaison 9, par exemple un cordon lové à l'intérieur de ladite coiffe. Lorsque à un instant du vol de la fusée, il est devenu nécessaire de larguer la coiffe 4 (figure 1), les deux coques 41 et 42 sont séparées de la charge 2 de toute façon connue. Ces coques 41 et 42 s'éloignent donc de la charge 2, tout en effectuant une traction sur la liaison 9, qui à son tour agit sur le verrou 8 pour que la ceinture supérieure 6 puisse prendre son grand périmètre. Dans ces conditions, les trois coquilles 11, 12 et 13 peuvent s'ouvrir en corolle par pivotement de leur partie inférieure autour de la ceinture inférieure 5 (comme montré par la figure 2), la position d'ouverture maximale étant délimitée par le grand périmètre de la ceinture supérieure 6. Comme on le verra par la suite, l'ouverture du dispositif 1 en corolle peut être commandé, ou tout au moins assisté par des ressorts. Ainsi, en position ouverte du dispositif 1 (figure 2), la charge 2 qui se trouve a l'ombre de celui-ci dans sa concavité, est protégée contre toute pollution susceptible d'être arrêtée par le dispositif 1 et se propageant du bas de la fusée vers le haut. Aussi, lorsque, au moment de la séparation de l'avant-dernier étage de la fusée (non représenté) et du dernier étage 3, il sera nécessaire d'actionner les rétrofusées des cet avant-dernier étage, les jets de celles-ci ne pourront ni polluer, ni endommager ladite charge 2. Dès que la protection offerte par le dispositif 1 déployé a la charge 2 sera devenue inutile, on enverra un ordre aux systèmes pyrotechniques 10 et 11, pour qu'ils sautent. Ainsi, les ceintures 5 et 6 seront rompues et les trois coquilles 11, 12 et 13 seront séparées de la charge 2 et larguées dans l'espace (figure 3). Les figures 4 à 7 illustrent, en différentes vues, a la fois la structure des coquilles 11, 12 et 13 et les positions relatives occupées par ces coquilles et par leurs éléments, aussi bien en position repliée qu'en position déployée. Chacune desdites coquilles 11, 12 et 13 est constituée d'une pluralité de panneaux courbes élémentaires rigides 12 reliés entre eux par des soufflets souples 13. En position repliée (voir la partie de gauche de la figure 4, les coquilles 12 et 13 sur la figure 5 et la vue en coupe de la figure 6) les panneaux élémentaires 12 d'une coquille 11, 12 ou 13 se chevauchent, de façon que les extrémités chevauchantes de deux panneaux voisins et le soufflet 13 correspondant forment un Z. En revanche, en position déployée (voir la partie de droite de la figure 4, la coquille 11 sur la figure 5 et la figure 7) les panneaux 12 et les soufflets 13 coopèrent pour former une corolle continue.De plus, aussi bien en position repliée (voir en 14 sur la figure 5) , qu'en position déployée (voir en 15 sur la figure 5 également), les parties adjacentes de deux coquilles se chevauchent pour assurer l'étanchéité à leur frontière. Chaque panneau 12 d'une coquille 11, 12 ou 13 comporte une ossature constituée d'un mat rigide 16 en une seule pièce et de vergues 17, assemblés par des ferrures de croisement 18. Les mâts 16 sont disposés selon des méridiens de la charge 2 et sont éventuellement conformés pour suivre la surface de celle-ci , tandis que les vergues 17 sont agencées selon des parallèles de ladite charge 2. Sur l'ossature 16,17,18 ainsi formée, est fixée une voile souple 19, par exemple en une matière synthétique connue commercialement sous le nom de KAPTON. La voile 19 peut être continue et d'une seule pièce pour chaque coquille 11, 12 et 13 et donc également former les soufflets 13. Une série de ferrures de croisement 18, disposées sur un même méridien des coquilles 11, 12, 13, comportent un anneau extérieur 20. Cette pluralité d'anneaux extérieurs 20 forment un guidage pour un lien souple formant la ceinture supérieure 6 (voir la figure 4). En position repliée des coquilles 11, 12 ou 13, ce lien souple présente un excédent qui forme un enroulement ou un serpentin 21 bloqué par une goupille 8, mais pouvant être libéré lorsque la liaison 9 tire ladite goupille. On voit qu'un tel agencement permet facilement d'une part de donner a la ceinture 6 son petit ou son grand périmètre, d'autre part de passer de l'un à l'autre. Comme le montre de plus la figure 7, la voile 19 peut comporter au moins un volet 22, lié au reste de la voile 19 par exemple par une fermeture à glissière 23. Ainsi, le volet 22 se trouvant en regard d'une porte d'accessibilité (non représentée) de la coiffe 41 42 le dispositif 1 n'interdit pas les vérifications usuellement pratiquées à travers ladite coiffe. On peut prévoir également sur la voile 19, une ou plusieurs poches 24, pourvues d'un trou de passage 25, pour le logement d'organe de commande de ladite coiffe (non représentés). A sa partie inférieure, chaque mât 16 est pourvu d'une ferrure 26, pour son articulation sur la structure de l'engin, par exemple le plancher 27 d'une case à équipements 28 prévue sous la charge 2. Les figures 8 à 11 montrent plus en détail la réalisation de telles articulations. Sous le plancher 27, a la périphérie de celui-ci, sont fixées des ferrures 29, au moyen de vis 30. Chaque ferrure 29 présente deux surfaces de paliers hémicylindriques espacées 31 et 32, ouvertes vers l'extérieur. L'ensemble des surfaces de paliers 31,32, définit une ligne d'articulation périphérique placée dans un plan parallèle aux parallèles de la charge 2. Par ailleurs, chaque ferrure 26 d'un mât 16 comporte une partie hémicylindrique 33, également ouverte vers l'extérieur, dont les extrémités 33a et 33b sont aptes coopérer respectivement avec les surfaces de paliers 31 et 32 d'une ferrure 29. Les extrémités 33a et 33b des parties hémicylindriques 33 des ferrures 26 sont pressées contre les surfaces de paliers 31 et 32 respectives par la ceinture largable 5 qui est logée, son passage d'une ferrure 26, dans la concavité desdites parties hémicylindriques 33. Ainsi, la ceinture largable 5 peut définir l'axe de rotation des mâts 16 lorsque les coquilles 11, 12 et 13 passent de leur position repliée a leur position déployée, c'est- -dire lorsque les ferrures 26 passent de la position en traits pleins à la position en traits mixtes sur la figure 8. Le déploiement de la corolle peut être facilité ou entièrement commandé par des lames de ressort 34 prenant appui d'un côté sur les ferrures 29 fixées au plancher 27 et de l'autre sur les ferrures 26 des mâts 16. Les lames de ressort 34 peuvent être solidaires des ferrures 29, mais logées du coté des ferrures 26 dans des rainures 35 par rapport auxquelles elles peuvent coulisser. Par ailleurs, sur le plancher 27 on peut prévoit des verrous 36, pourvus de doigts de verrouillage 37 pressés élastiquement par des ressorts 38 et destinés à venir coopérer avec des encoches 39 des ferrures 26, pour verrouiller celles-ci en position déployée des coquilles 11, 12, 13 (voir la figure 8). La figure 9 montre de plus un mode de réalisation d'un système pyrotechnique 10 (les systèmes 11 pouvant être identiques). Ce système comporte un cylindre 40 enfermant un piston 41 et une charge pyrotechnique 42 pouvant être allumée par un allumeur électrique 43. Lorsque la charge 42 est allumée, elle actionne le piston 41 pour couper une goupille de cisaillement 44, assurant la liaison entre les éléments de la ceinture 5 (ou 6). On remarquera qu'au moment du largage des coquilles 11, 12, 13, les ressorts 34 et 38 participent a repousser lesdites coquilles et a les éloigner de la charge 2. Les mâts 16 et les vergues 17 peuvent être réalisés en un matériau composite léger, tel qu'un composite résine-carbone, tandis que la voile 19 peut être métallisée, de façon à faciliter l'évacuation d'éventuelles charges statiques et à améliorer la transparence radioélectrique. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la protection provisoire d'une charge (2) portée par une fusée pendant le vol de celle i, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de coquilles individuelles (11, 12,13) constituées chacune d'une feuille souple (19) liée à une ossature rigide (16,17,18) et formant ensemble une enveloppe qui épouse au moins partiellement la périphérie de ladite charge (2) et en ce que lesdites coquilles (11, 12,13) sont maintenues solidaires les unes des autres autour de la charge par au moins deux ceintures (5,6) destructibles sur commande. 2.- Dispositif selon la revendiccation 1, pour une charge 2 protégée pendant une partie du vol de la fusée par une coiffe formée de coques (41t42) largables, caractérisé en ce que les coquilles (11, 12 et 13) et les ceintures (5,6) de ladite enveloppe sont disposées dans l'espace périphérique (p) compris entre la charge (2) et ladite coiffe. 3.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, destinS plus particulièrement a protéger ladite charge (2) dans une direction parallèle à l'axe de la charge, caractérisé en ce que lesdites coquilles (11, 12, 13) sont articulées pour pouvoir s'ouvrir à la manière de pétales pour former une corolle qui est coaxiale à la chargez v2) et dans la concavité de laquelle se trouve ladite charge (2). 4.- Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'ouverture en corolle des coquilles (11, 12, 13) est commandée par le largage des coques de la coiffe. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'articulation des coquilles (11, 12, 13) est réalisée au moins partiellement par l'intermédiaire d'au moins une ceinture (5) destructible sur commande. 6.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que au moins l'une des ceintures destructibles (6) est constituée d'un lien souple qui, aussi bien en position repliée qu'en position déployée des coquilles (11, 12, 13) empêche celles-ci de s'ouvrir vers l'extérieur, l'excès de longueur circonférentielle que présente ledit lien en position repliée des coquilles étant plié ou enroulé et constituant une réserve (21) verrouillée par un système (8) commandé par une liaison (9) qui le relie a ladite coiffe (41 42) 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que chaque coquille (11, 12, 13) est constituée d'une pluralité de panneaux (12) à ossature rigide reliés les uns aux autres par des soufflets (13). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ossature de chaque panneau (12) comporte au moins un mât (16) disposé selon un méridien de la charge et des vergues (17), liées au mât (16) et transversales par rapport à celui-ci. 9.- Dispositif selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce que les pieds des mâts (16) comportent des organes d'articulation (33a, 33b) susceptibles de coopérer avec des organes d'articulation complémentaires (31,32) solidaires de la structure de support (27) de la charge (2) et en ce que la liaison entre les organes d'articulation (33a, 33b) et les organes complémentaires (31,32) n'est réalisée que par la ceinture destructible (5). 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 9, caractérisé en ce que des moyens élastiques (34,38) sont prévus pour assurer le passage des coquilles (11, 12 et 13) de leur position repliée à leur position déployée et pour faciliter le largage desdites coquilles.