Brevet FR2538628A1 — publié le 19840629

i 2538628 La présente invention se rapporte aux dispo- sitifs de distribution d'alimentation de satellite alimentés par l'énergie solaire et concerne plus particu- lièrement un dispositif de ce genre mettant en oeuvre deux sources d'alimentation. Dans les satellites antérieurs de télécommunica- tions, dans le sens fonctionnel, une seule ligne de distribu- tion d'alimentation était utilisée pour alimenter toutes les charges à bord, y compris les amplificateurs de télécommu- nications et les charges dites de "gestion" Les charges de "gestion" comprennent des sous-ensembles de contrôle d'attitude, de commande, de télémétrie, thermiques et d'alimentation La ligne omnibus reçoit une alimentation pendant les heures d'exposition au soleil d'un ensemble de piles solaires produisant généralement entre 23 et 36 V. Un satellite de ce genre comporte généralement deux ensembles de piles solaires, un de chaque côté du satellite Ces ensembles sont généralement connectés à la ligne omnibus de sorte que dans le sens fonctionnel, la disposition est traitée comme un seul ensemble. Dans le dispositif de distribution d'un satellite courant, une batterie d'accumulateurs et un chargeur de batterie sont connectés en série entre la ligne omnibus et la masse du vaisseau spatial La batterie est chargée pendant le jour (c'est-à-dire quand l'ensemble solaire reçoit de l'énergie solaire) et produit une alimentation pour les charges de l'engin sptatial pendant la nuit (c'est-à-dire quand l'ensemble solaire ne reçoit pas d'énergie solaire). Dans le but d'un rendement plus élevé et d'un poids réduit, certaines charges d'engins spatiaux (particulièrement les amplificateurs) nécessitent des tensions supérieures à 23 à 36 V et ont des tolérances relativement réduites (serrées) V 2 V étant un exemple Un dispositif antérieur utilise généralement des élévateurs de tension et des régulateurs de tension pour obtenir la tension élevée avec des tolérances serrées Dans le but de réduire la possibilité d'un mauvais fonctionnement du dispositif de distribution d'alimentation sous l'effet d'une défaillance d'un composant, la batterie, le chargeur de batterie, le régulateur de tension et l'élévateur de tension sont en général tous dupliqués L'élévateur de tension, régulateur de tension, batteries et chargeurs de batterie soulèvent le problème d'être coûteux, à la fois en poids, en volume et en argent Une solution pour traiter ce problème consiste à-remplacer la ligne omnibus à 35 V par une ligne omnibus à 100 V Cette solution oblige à utiliser des batteries à 100 V, ce qui n'est pas praticable. Sur l'orbite spatiale utilisée par les satellites de télécommunication, il n'y a que deux périodes de 44 jours chacune dans lesquelles le satellite n'est éclairé que pendant 24 heures Pendant ces deux périodes de 44 jours, le satellite n'est pas éclairé par le soleil pendant des périodes nocturnes dont la durée va de deux minutes à 72 minutes Dans certains satellites aucune charge ne doit être alimentée pendant les périodes nocturnes, particulièrement, les amplificateurs de télécommunication (qui sont tous des charges ayant les tolérances les plus serrées d'écarts de température et qui nécessitent le plus de tension et le plus de courant) n'ont pas à fonctionner pendant la nuit. Selon l'invention, un dispositif de distribution d'alimentation de satellite comporte un premier et un second dispositif produisant l'énergie électrique, pouvant avoir respectivement une première et une seconde valeur, en réponse à l'application d'énergie solaire, cette énergie solaire n'étant pas toujours présente; et un premier et un second dispositifs de distribution de tension reliés respectivement au premier et au second dispositifs produisant de l'énergie électrique; le dispositif comportant en outre un dispositif d'emmagasinage d'énergie électrique relié à l'un des dispo- sitifs de distribution pour recevoir de l'énergie électrique de celui associé des dispositifs produisant de l'énergie électrique quand l'énergie solaire est présente, et fournis- sant électrique à ce dispositif de distribution auquel il est relié quand l'énergie solaire est absente. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant au dessin annexé sur lequel: La figure unique est un schéma d'un dispositif de distribution de satellite à deux lignes omnibus selon l'invention. Selon la figure unique, un dispositif de distribution électrique de satellite de télécommunication comporte un premier et un second panneaux-solaires 12 et 14 encadrés respectivement par des pointillés 12 a et 14 a Les panneaux 12 et 14 sont connectés par plusieurs bagues coulissantes disposées en lignes entre les flèches 16 et 18 avec le reste 20 du dispositif de distribution d'alimentation représenté à la droite de-ces flèches 16-18 En général, -dans un satellite du type utilisant l'invention, il existe 8 panneaux solaires séparés, 4 d'un côté d'un satellite, et 4 de l'autre côté Mais les deux panneaux solaires décrits servent d'illustration de l'invention. Le panneau 12 produit nominalement 100 V tandis que le panneau 14 Produit nominalement 35 V en présence du soleil (non représenté) Chaque panneau est constitué par un grand nombre de cellules solaires disposées d'une manière qui sera décrite. -Chaque bloc dans les panneaux 12 et 14 représente plusieurs cellules solaires A titre d'exemple chacun des blocs 22 et 24 du panneau 14 représente 17 colonnes en parallèle de cellules solaires, chaque colonne comprenant 32 cellules connectées en série Dans un autre exemple, chacun des blocs 26 et 28 représente 17 colonnes en parallèle de cellules solaires, chaque colonne comprenant 57 cellules solaires connectées en série Chaque cellule solaire est généralement du type diffusé par Applied Solar Energy Corp, Los Angeles, Californie, Etats-Unis d'Amérique, et peut produire 0,49 V sous 0,3 A à 280 C dans le vide. Sur un côté du bloc 22, les extrémités inter- connectées de toutes les colonnes du bloc 22 sont connectées par une diode 30 à la bague coulissante 32 De l'autre côté du bloc 22, les extrémités interconnectées des colonnes de cellules solaires sont connectées par un conducteur 34 aux extrémités interconnectées de toutes les colonnes de cellules solaires sur un côté du bloc 26 et à la bague 36. Les autres extrémités interconnectées de toutes les colonnes de cellules dans le bloc 26 sont connectées par la bague 38 à la ligne omnibus de masse 40 Les groupes de cellules solaires représentés par les blocs 24 et 28 sont connectés à la bague 44 et entre elles d'une manière similaire à l'in- terconnexion par la bague 36 et les cellules solaires représentées par les blocs 22 et 26 Autrement dit, les colonnes en parallèles des cellules solaires du bloc 24 sont connectées en série avec les colonnes en parallèle des cellules solaires du bloc 26 et les blocs en série 24 et 26 sont connectés entre la ligne omnibus de masse 40 et la bague 32 dans la diode 42; en outre, la jonction des cellules solaires des blocs 24 et 28 est connectée à la bague coulissante 44. D'une façon générale, l'interconnexion des cellules solaires du panneau 12 est similaire à celle du panneau 14 Les différences se trouvent dans les détails de chaque bloc, et le nombre des blocs Par exemple, le panneau 12 comporte 7 groupes parallèles de blocs compara- tivement aux deux dans le cas du panneau 14, et parmi ces groupes 4 étant représentés dans le panneau 12 Chacun des. blocs du panneau 12 représenté 11 colonnes de cellules solaires (comparativement à 17 dans le cas des blocs du panneau 14) Chacun de ces groupes en parallèle de blocs de cellules solaires sont connectés à une extrémités par les diodes respectives 46 à la bague coulissante 48 Les 7 groupes de blocs à une extrémité sont connectés à leurs autres extrémités par la bague coulissante 50 et la ligne omnibus de base 40. Pour des raisons qui seront décrites ci-après, deux des sept groupes diffèrent légèrement dans leur disposition physique des cinq autres groupes compris dans le panneau 12 Les deux groupes sont celui de gauche et celui de droite du panneau 12 et sont désignés respectivement par 52 et 54 Chacun des deux groupes 52 et 54 consiste en cinq blocs de cellules solaires (contrairement aux autres cinq groupes, dont chacun consiste en quatre blocs de cellules solaires) Le nombre dans chaque bloc de panneaux 12 représente à titre d'exemple le nombre de cellules solaires connectées en série dans chacune des 11 colonnes de cellules de ce bloc. La jonction des blocs 56 et 58 est connectée à la bague coulissante 62 par une diode 60 D'une façon similaire, la jonction entre les blocs 64 et 66 est connectée à la bague coulissante 70 par la diode 68 La jonction entre les blocs 68 et 72 est connectée à la bague 74 La jonction entre les blocs 66 et 76 est connectée à la bague 78 Les blocs supérieurs, comme le bloc 80, de chacun des groupes de cellules solaires du panneau 12 sont connectés à des bagues respectives, comme la bague 82 dans la case 83 en pointillés Chacune des bagues comme la bague 82 est connectée à une dérivation de sections multiples 84. La bague coulissante 48 est connectée à la ligne omnibus 86 à 100 V du satellite Les bagues 74 et 76 sont connectées par des contacts de relais 88 a et 88 b à une déri- vation de sections multiples 90 Les dérivations 84 et 90 sont de réalisation courante Les bagues 62 et 70 sont connectées par des contacts de relais 88 c et 88 d à la ligne omnibus 92 à 35 V Tous les contacts de relais 88 a, 88 b, 88 c et 88 d sont actionnés par un mouvement commun 88 Le roulement 88 est excité ou non par un dispositif de commande à distance (représenté globalement par la case 94) d'une manière décrite ci- après La bague 32 est connectée à la ligne omnibus 92 à 35 V Les bagues 36 et 44 sont connectées par la dérivation de sections multiples 90. La ligne omnibus 86 à 100 V est connectée à plusieurs charges, dont un exemple est un amplificateur 100 à tubes à ondes progressives L'amplificateur 100 fait partie des amplificateurs de télécommunication L'amplifi- cateur 100 par exemple reçoit également un courant de chauffage provenant de la ligne omnibus 92 à 35 V L'ampli- ficateur est connecté entre la ligne omnibus 86 à 100 V et la ligne omnibus de masse 40 Une commande 102 de dérivations multiples de type courant est connectée entre la ligne omnibus 86 et la ligne omnibus de masse 40 Une connexion à conducteurs multiples est prévue entre la commande de dérivations 102 et la dérivation de sections multiples 84. Des conducteurs multiples sont indiqués par une barre en travers 104. La ligne omnibus 92 à 35 V est également connectée à plusieurs charges Une charge de gestion typique est re- présentée par le bloc 106 Les charges auxquelles la ligne omnibus à 35 V est connectée doivent fonctionner à tout moment y compris les périodes pendant lesquelles le soleil n'éclaire pas les panneaux solaires 12 et 14 Le courant nécessaire pendant ces périodes de non éclairage est fourni par une batterie d'accumulateurs 108 maintenue chargée pendant les périodes d'éclairage par un chargeur de batterie La batterie 108 et le chargeur 110 peuvent être tels que ceux décrits et illustrés dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique né 4 313 078 Une diode 112 est connectée entre la ligne omnibus 92 de 35 V et la jonction entre le chargeur et la batterie 108 En l'absence du soleil, la charge de la batterie 108 est appliquée à la ligne omnibus à 35 V pour l'alimenter. Comme cela est décrit dans le brevet précité, il existe en fait des batteries multiples et des chargeurs multiples La figure illustre fonctionnellement une telle inteconnexion de batteries Une commande de dérivation 116 est connectée entre la ligne omnibus 92 à 35 V et une déri- vation de sections multiples 90 par une connexion à conduc- teurs multiples pour commander le fonctionnement de la dérivation de sections multiples 90. Le fonctionnement du dispositif de distribu- tion d'alimentation diffère suivant que les panneaux solaires sont complètement déployés ou s'ils ne le sont pas Les panneaux ne sont pas déployés sur l'orbite de transfert Dans ce dernier cas, le panneau 12 est partiellement couvert par le panneau 14 Mais sur l'orbite de transfert, les blocs 58, 72, 66 et 76 de cellules solaires sont exposés au soleil Cela est important pour des raisons qui seront décrites ci-après. Bien que chronologiquement, le non-déploiement des panneaux précède leur déploiement, le fonctionnement 253862 e dans ce dernier cas sera décrit en premier Avec les panneaux 12 et 14 déployés, les contacts de relais 88 a, 88 b, 88 c et 88 d sont dans les positions représentées sur la figure, c'est-à-dire en position d'ouverture L'alimen- tation produite par le panneau solaire 14 passe par la bague 32 vers la ligne omnibus 92 35 V et de là vers les charges, comme la charge de gestion 106, les filaments de chauffage de l'amplificateur 100 et le chargeur de batterie L'alimentation produite par le panneau solaire 12 passe par la bague 48 vers la ligne omnibus 86 à 100 V et de là vers les charges qui lui sont connectées, comme l'amplificateur 100 à tubes à ondes progressives En plein soleil, et avec les cellules solaires fonctionnant à fond, les panneaux 12 et 14 produisent respectivement plus de 100 V et de 35 V et plus de courant qu'il n'en est nécessaire, La fonction de la commande de dérivation 102 est de détecter sur la ligne omnibus 86 une déviation au-delà de la déviation autorisée par rapport à 100 V Lorsqu'une telle déviation est détectée, la commande de dérivation 102 entraîne que la dérivation de sections multiples 84 dérive du courant à la masse d'un ou plusieurs groupes de cellules solaires du panneau 12 afin de maintenir 100 V sur la ligne omnibus 86 dans toutes les conditions de charge et de panneau solaire (en supposant la présence du soleil). D'une façon similaire, la commande de dérivation 116 détecte sur la ligne omnibus 92 un écart dépassant un écart permis par rapport à 35 V Dans le cas o cet écart est détecté, la commande dérivation 116 entraîne que la dérivation de sections multiples 90 dérive du courant à la masse depuis l'une ou l'autre des sections de cellules solaires 26 et 28 du panneau 14. Pendant les périodes précitées de 44 nuits, deux fois par an, le panneau solaire 12 ne produit aucune alimentation Pendant ces périodes, les charges telles que l'amplificateur 100 ne reçoivent aucune tension d'alimentation de la ligne omnibus 86 (bien que le courant de chauffage soit maintenu sur les amplificateurs par la ligne omnibus 92 pendant les périodes nocturnes) Etant donné que le panneau solaire 14 ne produit aucune alimentation pendant les périodes nocturnes, la batterie 108 est utilisée pour fournir l'alimentation à la ligne omnibus 92 pendant ces périodes-. Sur l'orbite de transfert (quand les panneaux solaires ne sont pas déployés), il n'est pas possible que les deux panneaux solaires 12 et 14 reçoivent de l'énergie solaire, En outre, bien que le satellite n'ait pas besoin de'100 V pendant l'orbites de transfert (étant donné que les amplificateurs à tubes à ondes progressives ne sont pas opérationnels), le panneau 14 n'est pas capable de produire une alimentation à 35 V suffisante pour alimenter le satellite En outre, sur l'orbite de transfert (c'est-à- dire avant le déploiement des panneaux solaires, l'enrou- lement de relais 88 est excité par le dispositif de commande à distance 94, par des signaux du sol afin de fermer tous les contacts 88 a, 88 b, 88 C et 88 d Pendant que l'enroulement de relais 88 est excité, les sections solaires 58 et 72, 66 et 76 (par les bagues respectives 62 et 70 et les contacts de relais 88 c et 88 d) fournissent de l'alimentation à la ligne omnibus 92 à 35 V, avec l'alimentation-fournie par le panneau 14 A nouveau, comme avec les panneaux solaires complètement déployés, les cellules solaires peuvent géné- ralement produire plus de 35 V Par conséquent, la commande de dérivation 116 commande la dérivation de sections multi- ples 90 afin de dériver du courant de masse depuis la section de cellule solaire 72 et/ou la section 76, selon les besoins, pour maintenir une tension appropriée sur la ligne omnibus 92. Il est bien entendu que les tensions parti- culières comme 100 V et 35 V et que les nombres des panneaux solaires et des cellules solaires dans chaque panneau, ainsi que leur disposition ne sont donnés qu'à titre d'exemple et ne peuvent limiter le cadre de l'invention. Il est possible qu'en fonctionnement normal, c'est-à-dire, quand les deux panneaux solaires sont complètement déployés, il se produise dans le panneau solaire 14 un défaut suffisant pour le mettre hors service de façon temporaire ou permanente Dans ce cas, il est encore obligatoire que la tension soit disponible sur la ligne omnibus à 35 V Dans ces conditions, le roulement de relais 88 est excité comme cela a été décrit ci-dessus dans le cas o les panneaux 12 et 14 ne sont pas déployés. Avec l'enroulement de relais 88 excité, le panneau solaire 12 alimente la ligne omnibus 92 à 35 V pour la maintenir opérationnelle Dans ces conditions, l'énergie disponible sur la ligne omnibus 92 100 V est réduite, de sorte que moins d'amplificateurs et d'autres charges à 100 V peuvent fonctionner Mais dans ce cas, le satellite peut assurer un fonctionnement continu bien qu'avec des possiblités réduites de télécommunication. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple, nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de distribution d'alimentation de satellite, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un second dispositifs( 12, 14)comme des panneaux solaires, produisant chacun de l'énergie en réponse à l'application d'énergie solaire, cette énergie solaire n'étant pas toujours présente, et un ou plusieurs dispositifs de distribution d'alimentation( 86, 92)connectes audit premier et audit second dispositifs pour produire de l'énergie électrique, et dans lequel un dispositif d'emmagasinage d'énergie 108 qui est connecté seulement au premier desdits dispositifs de distribution ( 92) reçoit de l'énergie électrique, seulement dudit premier dispositif produisant de l'énergie électrique quand ladite énergie solaire est présente, et fournissant l'alimentation seulement audit premier dispositif de distribution quand ladite énergie solaire n'est pas présente. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier et ledit second disposi- tifs produisent deux valeurs différentes énergie électrique ( 35 V, 100 V) pour ledit premier dispositif de distribution et pour ledit second dispositif de distribution ( 86) respectivement. 3 Dispositif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que ledit premier et ledit second dispositifs de distribution ( 92, 86) reçoivent respectivement la plus basse et la plus élevée desdites deux valeurs énergies électriques produites par ledit premier et ledit second dispositifs de production d'énergie électrique. 4 Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif ( 94, 88, 88 c, 88 d) pour coupler sélectivement ledit second dispositif de production d'énergie électrique ( 12) avec ledit premier dispositif de distribution ( 92).