Brevet FR2622980A1 — publié le 19890512

DISPOSITIF DE POSITIONNEMENT DU MIROIR AUXILIAIRE D'UN TELESCOPE L'invention concerne un dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope. On sait que pour observer une étoile dans le domaine infrarouge, le signal d'entrée doit être débarrassé du bruit de fond: le rapport signal/perturbation est relativement bas dans ce type d'observation, ce qui provoque à des défauts importants. Afin d'éviter cet inconvénient, le miroir auxiliaire du télescope est soumis selon une technique éprouvée à un déplace- ment oscillant autour de l'axe azimutal. De cette manière, l'étoile d'o part le signal infra- rouge superposé au bruit de fond du ciel environnant, est visée pendant un. certain temps. Pendant une étape suivante; l'axe optique du télescope est orienté par une rotation appropriée autour de l'axe azimu- tal sur la zone du ciel entourant l'étoile concernée, pour enregistrer le bruit de fond seul. Les deux signaux sont soustraits et le résultat repré- sente le signal infra-rouge en provenance de l'étoile et débarrassé du bruit de fond. Ce procédé qui a fait ses preuves depuis longtemps dans le domaine de l'observation astronomique infra-rouge exige que l'on effectue en un temps extrêmement court la transition de l'axe optique du télescope d'une position à l'autre, afin que les déplacements angulaires nécessaires soient représentés en fonction du temps par une onde rectangulaire. 2 2 - 2980 La réalisation d'une onde rectangulaire exige des accélé- rations extrêmement élevées; c'est pourquoi le déplacement angulaire nécessaire est en général limité au miroir auxiliai- re, afin que les masses en jeu et avec elles la force d'iner- tie provoquée par ce déplacement alternatif soient réduites. Le déplacement angulaire du miroir auxiliaire à effec- tuer pour réaliser le procédé d'observation par infra-rouge décrit cidessus est en général dénommé en anglais "chopping" c'est à dire "hachage". Bien que le déplacement angulaire décrit ci-dessus soit limité au miroir auxiliaire, la force d'inertie entrainée par le déplacement de "hachage" est toujours très élevée. Il faut noter que l'angle de déplacement du miroir auxiliaire peut atteindre jusqu'à 10 minutes d'angle et la fréquence d'oscillation plusieurs dizaines de Hz, et surtout que le temps de montée de la rampe doit être inférieur à 80 millisecondes, pour obtenir une onde rectangulaire satisfai- sante. Pour tenir compte de ces données, l'ensemble des téles- copes équipés d'instruments pour l'observation dans le domaine infrarouge et appliquant le procédé décrit ci-dessus, est pourvu d'un miroir auxiliaire de taille plus limitée. Ce miroir nécessite naturellement des opérations de montage et de démontage abaissant le temps d'utilisation du télescope. Le but de la présente invention consiste à réaliser un dispositif de positionnement qui soit en mesure de transmettre le déplacement de "hachage" au miroir auxiliaire normalement monté sur un télescope, permettant ainsi de l'utiliser égale- ment pendant l'observation dans le domaine infra-rouge. Ceci est naturellement lié à l'utilisation d'éléments de positionnement forcé, plus appropriés que les dispositifs utilisés antérieurement, mais devant toutefois présenter des caractéristiques de fonctionnement aussi bonnes. En considérant les masses importantes en jeu, il était immédiatement évident que l'oscillation d'un miroir auxiliaire de grandes dimensions extérieures ne pouvait pas être réalisée avec les systèmes connus prévoyant l'utilisation d'électro- aimants associés à des moyens élastiques de retour en position centrale. En plus de cela, il faut noter que le miroir auxi- liaire d'un télescope ne doit pas être uniquement soumis au déplacement que l'on appelle de "hachage", uniquement néces- saire pour les observations dans la zone infra-rouge, mais également à des déplacements d'adaptation angulaires très rapides, pour résister à l'effet perturbateur-du vent. Par l'effet du vent sur le soubassement du télescope, il se produit une déviation de l'axe d'observation, qui doit être corrigée par un déplacement angulaire du miroir auxiliaire. Ce déplacement angulaire de correction doit également s'effectuer dans un temps très court et aussi en appliquent des forces importantes en mesure de surmonter les forces d'inertie mises en jeu, ainsi que les forces produites par le vent. Il faut de plus considérer que le déplacement angulaire de "hachage" présente un déroulement régulier en fonction du temps, tandis qu'un deuxième déplacement angulaire, connu sous le nom anglais de "tilting", c'est à dire de "basculement", doit s'opposer de manière complètement irrégulière aux forces produites par le vent. Actuellement, on utilise des télescopes qui ne comporte plus de coupole traditionnelle de protection, et ces télesco- pes sont souvent installés dans des zones montagneuses éle- vées, o les vents dominants atteignent des vitesses très élevées, allant jusqu'à 50-60 Noeuds et plus. C'est pourquoi les forces en jeu peuvent être très importantes. Actuellement, l'observation dans le domaine infra-rouge s'accompagne de temps morts importants dés à l'échange du miroir. Ainsi qu'il a été dit, l'observation dans le domaine des longueurs d'ondes visibles est en plus de cela perturbée par l'effet du vent, lorsque ce dernier dépasse des intensités moyennes et des valeurs déterminées de variation; de ce fait, les durées d'utilisation du télescope sont réduites. Ce problème est résolu selon l'invention, en ce que les 4 2622980 déplacements de "hachage" et de "basculement" sont commandés à l'aide d'un système oléodynamique, par exemple du type de celui prévu pour la commande des valves d'une turbine, pour lesquelles on cherche à obtenir de la même façon des forces d'actionnement élevées et des durées de mise en oeuvre très courtes. Un autre problème que la présente invention cherche à résoudre consiste à conserver de la forme de la surface de réflexion du miroir auxiliaire, lorsque la variation de son orientation fait varier la distribution des forces de gravité agissant sur lui par rapport aux conditions statiques. La forme de la surface du miroir doit en outre être conservée, si une force d'inertie provoquée par les déplace- ments de hachage et de basculement agit sur ce miroir. Selon l'invention, il est également prévu un système oléodynamique pour le contrôle et la conservation de la forme de la surface de réflexion du miroir auxiliaire, ce système étant de préférence asservi en circuit fermé par un ordinateur, en coopération avec des capteurs appropriés pour les efforts et/ou les déplacements. D'autres buts, avantages et caractéristiques apparaî- tront à la lecture de la description de divers modes de réali- sation de l'invention, faite à titre non limitatif et en regard du dessin annexé, o: La Figure 1 représente une coupe selon la ligne de coupe I-I de la figure 2, d'un miroir auxi- liaire équipé selon l'invention, représenté dans une première forme de réalisation dans laquelle le miroir auxiliaire présente une épaisseur importante; La Figure 2 représente une coupe selon le plan II-II de la figure 1 précédente; la figure 2 correspond également au deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté à la figure 3; La Figure 3 est analogue à la figure 1, mais se réfère toutefois à une variante de réalisation; 2622980 La Figure 4 représente un schéma de base du circuit oléodynamique, utilisé selon l'invention. En se référant particulièrement aux figures 1 et 2, on désigne par 10 une plaque de base reliée rigidement aux dispo- sitifs d'orientation du miroir auxiliaire 20. Cette plaque de base 10 est ainsi reliée rigidement au cadre du miroir auxiliaire et se déplace ensemble avec celui- -ci, avec des déplacements lents, lorsque le télescope est orienté. Le miroir 20, qui présente une épaisseur importante, est alors autoporteur. La plaque de base 10 est de son côté maintenue rigidement par les tiges 31 disposées parallèlement entre elles et à l'axe (z) du miroir 20. Les tiges 31 sont de leur côtés maintenues par des paliers de guidage 32 permettant leur déplacement de coulis- sement avec le miroir auxiliaire 20 le long de l'axe (z) au moyen de dispositifs de déplacement appropriés, connus en soi, et désignés dans leur totalité par la référence 33. Ainsi qu'on le voit à la figure 2, on a prévu quatre tiges 31 et les plans radiaux passant par ces axes forment entre eux des angles respectifs de 60 et 120 . Les paliers de guidage 32 sont rigidement reliés ensemble par un bâti 34-34'. Les déplacements de hachage et de basculement sont transmis au miroir auxiliaire 20 à partir de la plaque de base 10. Un nombre approprié de paires de vérins hydrauliques 40 opposés et à double effet, est monté sur la plaque de base 10. Les deux tiges 41 et 42 de chacun des vérins 40, qui sortent sur des côtés opposés sont montées articulées, d'une part sur une face de la partie dorsale 21 de la lentille 20 et d'autre part, sur une plaque d'équilibrage 44.se déplaçant symétri- quement par rapport au miroir 20. Le miroir 20 et la plaque d'équilibrage 44 présentent la même masse et le même moment d'inertie, afin que les déplace- ments en sens opposé du miroir et de la plaque d'équilibrage ne transmettent pas de force de réaction à la plaque de base 10 et sur le soubassement de l'ensemble du miroir auxi- liaire. 6 2622980 Les déplacements de basculement et de hachage sont réalisés au moyen de la commande des déplacements des pistons des vérins 40. Afin que les déplacements de hachage et de basculement s'effectuent autour du centre de gravité 22 du miroir 20, la plaque d'équilibrage 44 tout comme le miroir autoporteur 20 sont reliés à la plaque de base 10 par des vérins de contrôle de position 46 et 47, dont les axes passent respectivement par le centre de gravité 22 du miroir 20, et par un point 23, symétrique par rapport à la plaque de base 20. Ces vérins 46 et 47 contrôlent que le déplacement du miroir 20 constitue bien un déplacement de rotation autour de son centre de gravi- té. A cet effet la courses des tiges des vérins 46 et 47 doivent être contrôlées en correspondance aux déplacements des vérins 40, de préférence au moyen d'un ordinateur ou en variante au moyen de dispositifs cinématiques appropriés. En outre, le miroir 20 et la plaque d'équilibrage 44 sont reliés à la plaque de base 10 par des dispositifs de blocage en rotation par rapport à l'axe (z), et qui sont constitués par des paires de bras articulés 48 et 49. Comme on l'a déjà mentionné auparavant, le miroir 20 est relié à la plaque de base 10 par les extrémités des tiges inférieures 41 des paires de vérin opposées 40. Il est absolument nécessaire que la surface de réfle- xion 24 du miroir auxiliaire 20 conserve constamment sa forme de calotte sphérique; ceci n'est possible que si l'on prend des mesures à ce sujet. Par suite de la variation d'orienta- tion du télescope, la répartition du poids du miroir varie, ce qui fait varier sa déformation élastique. La même chose se produit en cas de déplacements rapides du miroir auxiliaire 20, provoqués par les mouvements de hachage et le basculement; pendant ces déplacements, ce n'est pas seulement la répartition des efforts de gravité qui varie du fait de l'orientation changeante, mais des forces d'inertie du même ordre de grandeur entrent également en jeu. Pour cette raison, le côté plan arrière 21 du miroir 20 7 262298O0 n'est pas seulement relié à la plaque de base 10 par les vérins 40, mais également par deux rangées de vérins à double - effet 60 et 61, disposées respectivement selon un axe horizon- tal et selon un axe vertical. Selon l'orientation statique du miroir auxiliaire 20, les vérins 60 et 61, dénommés ici supports statiques, compensent les déplacements de la surface de miroir. Cette compensation s'effectue également si les forces d'inertie produits par les déplacements de hachage et de basculement agissent sur le miroir 20. La position de référence qui sert à contrôler la longueur des supports astatiques se composant des vérins 60 et 61, est obtenue à l'aide de supports isostatiques 62. Le fonctionnement des vérins 40 d'une part et des vé- rins 46 et 47 d'autre part est commandé par un ordinateur, au moyen d'un système de servo-valves à action rapide, schéma- tiquement représenté à la figure 4. On voit sur cette figure que la position de la tige 41 du vérin 40 est constamment déterminée par un système de mesure de position 70, d'un type approprié quelconque. La valeur de la mesure de la position de la tige 41 est retransmise par le système 70 à un circuit de contrôle 71 com- parant la position souhaitée selon un programme de déplacement déterminé à l'avance avec la position effective et un solé- noide 72 réagit dans l'une ou l'autre direction selon la différence constatée. Le solénoide 72 agit sur le noyau 73 d'un électroaimant rigidement relié au système mobile 74 d'un distributeur à tiroir 75. De cette manière, il est possible de raccorder les chambres 76, 77 et 74 du distributeur 75 à la source de pression 80 ou à l'échappement 81 d'une pompe à huile appropriée, non représentée sur la figure. Les conduites 82 et 83 permettent de raccorder les deux chambres 84 et 85 du vérin 40 à la source de pression ou à l'échappement et ainsi de commander dans la direction souhai- tée le déplacement de la tige 41, contrôlée en circuit fermé d'une manière connue en soi par le capteur de position 70 et le circuit de contrôle 71 qui peut se composer d'un micropro- cesseur programmé de manière appropriée. 8 2622980 Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 se distingue de celui des figures 1 et 2 par le fait que dans ce cas le miroir 120 est relativement mince. Les déplacements de hachage et de basculement sont en conséquence réalisés par des vérins 140 montés entre la plaque de base 10 et une plaque intermédiaire 90. Cette plaque intermédiaire 90 a pour fonction d'encaisser les réactions appliquées par les vérins 140. De son côté, la plaque intermédiaire 90 est reliée au miroir 120 au moyen de supports astatiques 160, 161, ainsi qu'au moyen de supports isostatiques 162. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope, du type comportant des dispositifs dynamiques de déplacement, en mesure d'exécuter les déplacements dénommés "hachage" et "basculement", pourlesquels ledit miroir (20, ) est monté mobile, symétriquement par rapport à une plaque. de base (10) et à une plaque d'équilibrage (44), afin d'exercer une résultante nulle sur ladite plaque de base lorsque le miroir est déplacé avec la plaque d'équilibrage, caractérisé en ce que lesdits dispositifs de déplacement du miroir auxi- liaire et de la plaque d'équilibrage symétrique sont consti- tués par des vérins hydrauliques principaux (40) et des vérins hydrauliques de contrôle de position (46, 47). 2.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tiges (41, 42) desdits vérins hydrauliques sont reliées à des capteurs de position émettant des signaux qui sont transmis à des appareils de contrôle comparant la position effective des tiges donnée par le signal de position à un signal de commande approprié et commandant dans l'une ou l'autre direc- tion le fonctionnement desdits vérins en fonction de la diffé- rence entre le signal de commande et le signal de position. 3.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon la revendication 2, caractérisé en ce que les appareils de contrôle sont constitués par un organe calcula- teur (71) tel qu'un ordinateur. 4.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits appareils de contrôle déplacent dans l'une ou l'autre direction lesdits vérins 40, au moyen de distributeurs à tiroir (75) commandées par des électrovalves. 5.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en plus des vérins à double effet 40, aptes à commander à partir de la plaque de base (10) le déplacement en opposition de phase du miroir auxi- liaire (20, 120) et de la plaque d'équilibrage (44), il com- porte des vérins de contrôle (60, 61, 160, 161) veillant à ce 2622980 que le déplacement du miroir auxiliaire soit un déplacement de rotation autour d'un axe passant par le centre de gravité dudit miroir auxiliaire. 6.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les vérins (46, 47) de contrôle de position sont montés selon les génératrices de deux cônes symétriques opposés, le sommet de l'un des cônes étant placé au centre de gravité (22) du miroir auxiliaire. 7.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite plaque de base (10) est reliée au miroir auxiliaire (20, 120) et, symétriquement, à la plaque d'équilibrage (44), également par des liaisons antirotation en mesure d'empêcher les rotations relatives par rapport à un axe perpendiculaire à ladite plaque de base. 8.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon les revendications précédentes, caracté- risé en ce que le miroir (20, 120) est relié à la plaque de base (10) par une pluralité de supports astatiques (60, 61, , 161), aptes à permettre des déplacements relatifs du miroir (20, 120) par rapport à la plaque de base (10), sans que la forme du miroir soit modifiée. 9.- Dispositif de positionnement du miroir auxiliaire d'un télescope selon la revendication 8, caractérisé en ce que lorsque le miroir auxiliaire (120) se compose d'une lentille mince reliée à la plaque de base par une plaque intermé- diaire (90), les supports astatiques (160, 161) sont disposés entre ladite lentille mince et ladite plaque intermédiaire (90), tandis que les vérins (140) de déplacement du miroir (120) sont disposés entre ladite plaque intermédiaire (90) et la plaque de base.