Brevet FR2635309A1 — publié le 19900216

i "Dispositif pour la mise en réserve de combustible destiné à un satellite" La présente invention concerne un dispositif de mise en réserve de combustible de satellite selon lequel le combustible et l'agent oxydant sont stockés dans un réservoir à tension superficielle et sont fournis aux moteurs d'apogée et de régulation de posi- tion par un réseau de conduite et d'un gaz sous pres- sion. Pour la mise en place de satellites; on choisit de préférence certaines orbites autour de la terre. Ainsi, on a par exemple une orbite à 800 kms d'altitude comme orbite terrestre, polaire synchroni- sée sur le soleil, ou encore une trajectoire géosta- tionnaire pour des satellites météorologiques et d'informations à une altitude de 36 000 kms. En général, les satellites disposent soit d'un moteur d'apogée, soit de moteurs de régulation de trajectoire et de position qui sont alimentés en car- burant provenant d'un réservoir de combustible et d'un réservoir d'agent oxydant c'est-à-dire un système à deux composants ou système à modes doubles, ou encore un moteur d'apogée à carburant solide et des moteurs de régulation de position à un seul composant comme par exemple de l'hydrazine. Un tel carburant est géné- ralement stocké dans un réservoir à tension superfi- cielle comme celui décrit dans DE-OS 31 46 262. Le nombre croissant de satellites actifs et inactifs sur de telles trajectoires et la distance mi- nimale nécessaire pour la sécurité de fonctionnement des satellites sont à l'origine du futur manque de position orbitale favorable qui se dessine. La possi- blité utilisée jusqu'à présent de simplement laisser dériver les satellites à la fin de leur durée d'utili- sation ne semble plus acceptable, car en particulier, les orbites géostationnaires sont subdivisées en des secteurs déterminés mis à la disposition de différents pays. Il est ainsi nécessaire de transférer les satellites à la fin de leur durée d'utilisation sur- une trajectoire plus haute et pour cela il suffit en général d'une faible quantité de carburant. - Dans la construction de tels satellites, la difficulté est qu'après une durée d'utilisation d'une dizaine d'années, il se peut qu'il ne subsiste plus de reste de carburant. Si l'on veut être sûr de pouvoir écarter le satellite de son orbite, dans les construc- tions connues, après le changement de trajectoire, on dispose fréquemment d'une réserve de carburant rela- tivement importante dans les réservoirs, et qui si l'on avait connu le degré de remplissage du réservoir, pour servir à des réglages de position on aurait pu prolonger ainsi la durée d'utilisation des satellites. Partant de ces considérations, la présente invention a pour but de créer un dispositif de mise en réserve de carburant pour des satellites permettant d'utiliser de manière optimale la quantité de carbu- rant disponible et à la fin de la durée d'utilisation du satellite, d'écarter celui-ci de sa position inté- ressante sur le plan des transmissions. A cet effet, l'invention concerne un dispo- sitif du type ci-dessus, caractérisé en ce que: - le réservoir à combustible contient le combustible du moteur d'apogée, pour sa mise en oeuvre de la régulation de position et pour une troisième phase de fonctionnement à exécuter à l'aide des mo- teurs de régulation de position, au cours de laquelle le satellite, après avoir terminé sa durée utile sur son orbite terrestre est évacué à une hauteur plus im- portante ou plus faible; - le réservoir -d'agent oxydant contient l'agent oxydant du moteur d'apogée et pour le fonc- tionnement de régulation de position; - dans une conduite d'agent oxydant qui re- lie le réservoir d'agent oxydant aux moteurs, derrière le réservoir il est prévu un détecteur de bulles de gaz; - un réservoir auxiliaire d'agent oxydant contient un agent oxydant pour la troisième phase de fonctionnement; - le réservoir auxiliaire d'agent oxydant est relié à la conduite d'agent oxydant par une con- duite de dérivation; - les points d'embouchure de la conduite de dérivation sont prévus en aval derrière le détecteur de bulles de gaz et en amont des soupapes des moteurs; - entre les points d'embouchure de la con- duite de dérivation, la conduite d'agent oxydant com- porte une soupape; - dans la conduite de dérivation en amont avant le réservoir auxiliaire d'agent oxydant il est prévu un organe d'étranglement, et - la conduite d'agent oxydant dirige au ni- veau des points d'embouchure de la conduite de dériva- tion. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'organe d'étranglement se compose d'un diaphragme, d'un tamis, d'un filtre ou d'un rétrécis- sement de la conduite. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, la conduite d'agent oxydant rejoint la con- duite de dérivation en son point d'embouchure en amont, avec un angle a, et en son point d'embouchure en aval avec un angle B. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les angles a et sont compris entre 0 et '. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le détecteur de bulles de gaz est un détec- teur à ultra-sons, un détecteur de pression ou un détecteur thermique. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les angles a et 8 sont choisis pour qu'en cas de défaillance du capteur le gaz sous pression de l'a- gent oxydant de réserve, pour les moteurs, reste dans le réservoir auxiliaire. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le dispositif est également utilisable pour des systèmes moteurs à un seul composant. Suivant une.autre caractéristique de l'in- vention, le réservoir auxiliaire d'agent oxydant est un réservoir à tension superficielle ou un réservoir à membrane. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, l'organe d'étranglement est constitué par une soupape d'arrêt. Le dispositif de mise en réserve de carbu- rant selon la présente invention utilise des réser- voirs connus servant au stockage séparés du carburant et de l'agent oxydant. A l'aide de gaz comprimés pro- venant d'un résrvoir de gaz comprimé, on transfert le carburant des deux réservoirs dans un système de con- duite se terminant au niveau des moteurs d'apogée et de régulation de position. Pour assurer que l'on dispose d'une quantité de carburant suffisant pour écarter le satellite de son orbite terrestre préféren- tille, les réservoirs sont remplis pour lorsque le ré- servoir d'agent oxydant est complètement vide, à la fin de la durée d'utilisation du satellite, il subsis- te dans le réservoir de carburant une quantité suffi- sane de carburant pour une correction ultérieure de trajectoire. Un résrvoir auxiliaire d'agent oxydant associé au réservoir d'agent oxydant, en aval d'une conduite de dérivation de la conduite d'agent oxydant, contient précisément la quantité d'agent oxydant né- cessaire pour dégager le satellite de sa trajectoire. Pour déterminer que le réservoir d'agent oxydant est vide, et que la durée d'utilisation du satellite se termine, il est prévu de préférence, di- rectement derrière le réservoir d'agent oxydant, un détecteur de bulles de gaz dans la conduite d'agent oxydant. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 montre la disposition d'une conduite de dérivation et d'un réservoir auxiliaire d'agents dissidents; - la figure 2 montre une variante du dispo- sitif de la figure i: - la figure 3a-3b montre les conditions dans lesquelles se déroule un écoulement à deux phases au niveau de l'embouchure de dérivation en amont, dans la conduite de l'agent oxidant; - la figure 4 montre une conduite de dériva- tion avec des embouchures à angle aigu. Dans un but de simplification des dessins, le réservoir de carburant n'a pas été représenté, et seul le réseau des conduites de carburant 15 a été figuré; ce réseau 15 comme dans les systèmes d'en- traînement à-deux composants alimente usuellement les moteurs en carburant. A la figure 1, on a représenté un réservoir à agent oxydant 1 en forme de réservoir à tension. superficielle, recevant du gaz comprimé d'un réservoir de gaz comprimé 8. L'agent oxydant est relié à un détecteur de bulles de gaz 7 par une conduite d'agent oxydant 3; dans un mode de réalisation préfé- rentiel du dispositif, ce détecteur est aussi près que possible du réservoir 1. Ainsi d'après la détection de bulles de l'agent oxydant, ondispose de suffisamment de temps pour fermer une soupape 9 dans la conduite- d'agent oxydant 3 et de terminer ainsi la durée d'uti- lisation du satellite. Pour mettre le satellite sur une orbite au- tour de la terre, on prévoit de l'agent oxydant à par- tir du réservoir 1 sur le détecteur de bulles de gaz 7, à travers la soupape 9 ouverte jusqu'au moteur d'a- pogée 5 pour le réunir à ce niveau, au carburant et le brûler. Après mise en place sur l'orbite prévue, les soupapes 14 ferment les conduites du moteur d'apogée 5. Pendant la durée d'utilisation du satellite, le réservoir de carburant se vide du fait de la mise en oeuvre des moteurs 6 de réglage de position, et la réserve d'agent oxydant est celle qui se termine la première. Dès que le détecteur de bulles de gaz 7 si- gnale que le réservoir d'agent oxydant 1 est vide, on ferme la soupape 9 de la conduite d'agent oxydant 3. Le combustible qui reste dans le réservoir de combus- tible suffit alors, en combinaison avec l'agent oxy- dant du réservoir auxiliaire d'agent oxydant 2, de di- riger le satellite sur une orbite plus haute autour de la terre, en utilisant les moteurs de réglage de tra- jectoire ou de position 6. Pour cela, on ouvre les soupapes 11 des moteurs de régulation de position pour que la pression du gaz du réservoir à gaz comprimé 8 puisse être appliquée par le réservoir d'agent oxydant 1 à travers la conduite d'agent oxydant 3 et la con- duite de dérivation 4 dans le réservoir auxiliaire d'agent oxydant et d'expulser de celui-ci l'agent oxy- dant vers les moteurs de régulation de position 6. Des recherches ont montré qu'un organe d'é- tranglement 10, approprié, placé en amont du réservoir auxiliaire d'agent oxydant 2 dans la conduite de déri- vation 4 évite que le réservoir auxiliaire d'agent oxydant ne se vide de manière prématurée, même si en cas de défaillance du capteur 7, du gaz sous pression devait être fourni aux moteurs 6. On a constaté de plus que dans un écoulement à deux phases formées de l'agent oxydant 13 et des bulles de gaz comprimé 12, ces bulles vont avantageu- sement en direction de la soupape 9 dans la conduite 3 de l'agent oxydant, lorsque la conduite de l'agent oxydant 3 dérive à angle droit au point d'embouchure en amont de la conduite de dérivation 4 (a = 90', = 90*) et qu'il se forme une zone d'embouchure T (Fig. 1, 3a-3b). Une liaison à l'équerre représente ainsi un cas particulier. Pour renforcer de manière dynamique l'effet de blocage d'un organe d'étrangle- ment, on prévoit au niveau du point d'embouchure en amont de préférence un angle de déviation a inférieur à 90' et au point d'embouchure en aval un angle de dé- viation B supérieur à 90 (Fig. 4). Selon un autre mode de réalisation du dispo- sitif, il est possible de réunir à l'équerre, la con- duite de dérivation 4 et une conduite d'agent oxydant 3, rectiligne (Fig. 2). L'organe d'étranglement 12 peut être conçu comme un simple rétrécissement de tube; il peut éga- lement s'agir d'un diaphragme, d'un tamis, d'un filtre ou d'une soupape. Le détecteur de bulles de gaz est constitué de manière connu en soi comme détecteur de différence de pression, de différence de température ou de détec- teur à ultra-sons. REVENDICATIONS 1l) Dispositif de mise en réserve de combus- tible de satellite selon lequel le combustible et l'a- gent oxydant sont stockés dans un réservoir à tension superficielle et sont fournis aux moteurs d'apogée -et de régulation de position par un réseau de conduite et d'un gaz sous pression, dispositif caractérisé en ce que: - le réservoir à combustible contient le combustible du moteur d'apogée (5), pour sa mise en oeuvre de la régulation de position et pour une troi- sième phase de fonctionnement à exécuter à l'aide des moteurs de régulation de position (6), au cours de la- quelle le satellite, après avoir terminé-sa durée uti- le sur son orbite terrestre est évacué à une hauteur plus importante ou plus faible; - le réservoir d'agent oxydant (1) contient l'agent oxydant du moteur d'apogée (5) et pour le fonctionnement de régulation de position; - dans une conduite d'agent oxydant (3) qui relie le réservoir d'agent oxydant i aux moteurs (5, 6), derrière le réservoir (1) il est prévu un détec- teur de bulles de gaz (7); - un réservoir auxiliaire d'agent oxydant (2) contient un agent oxydant pour la troisième phase de fonctionnement; - le réservoir auxiliaire d'agent oxydant (2) est relié à la conduite d'agent oxydant (3) par une conduite de dérivation (4); - les points d'embouchure de la conduite de dérivation (4) sont prévus en aval derrière le détec- teur de bulles de gaz (7) et en amont des soupapes (11, 14) des moteurs (5, 6); - entre les points d'embouchure de la con- duite de dérivation (4), la conduite d'agent oxydant (3) comporte une soupape (9); - dans la conduite de dérivation (4) en amont avant le réservoir auxiliaire d'agent oxydant (2), il est prévu un organe d'étranglement (10), et - la conduite d'agent oxydant (3) dirige au niveau des points d'embouchure de la conduite de déri- vation (4). 2) Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que l'organe d'étranglement (10) se compose d'un diaphragme, d'un tamis, d'un filtre ou d'un rétrécissement de la conduite. 3') Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la conduite d'agent oxydant (3) rejoint la conduite de dérivation (4) en son point d'embouchure en amont, avec un angle a, et en son point d'embouchure en aval avec un angle 8. 4) Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les angles a et B sont com- pris entre 0 et 180'. 5') Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le détecteur de bulles de gaz (7) est un détecteur à ultra-sons, un détecteur de pres- sion ou un détecteur thermique. 6') Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les angles a et B sont choisis pour qu'en cas de défaillance du capteur (7) le gaz sous pression de l'agent oxydant de réserve, pour les moteurs (6) reste dans le réservoir auxiliaire (2). 7') Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispo- sitif est également utilisable pour des systèmes mo- teurs à un seul composant. 8') Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réser- voir auxiliaire d'agent oxydant.(2) est un réservoir à tension superficielle ou un réservoir à membrane. 9*) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 & 8, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (10) est constitué par une soupape d'arrêt.