Brevet FR2643871A1 — publié le 19900907

GENERATEUR SOLAIRE COMPRENANT DES A-ILES CONSTITUEES DE PANNEAUX PARTIELLEMENT ET COMPLETEMENT DEPLOYABLES L'invention se rapporte à une installation d'ailes de générateur solaire pliables, constituées de panneaux raccordés les uns aux autres de façon articulée, sur des engins spatiaux, en particulier des satellites, comprenant deux ailes disposées sur des côtés opposés de l'engin spatial et dans lesquelles au moins le dernier panneau est partiellement et complètement déployable, tandis que les autres panneaux sont complètement déployables, les ailes, à l'état complètement déployé, présentant un axe longitudinal médian commun et tous les panneaux se situant dans un seul plan. Une telle installation est connue par exemple par la Demande de Brevet Allemand 36 15 264. La répartition de la surface, munie des cellules solaires, sur deux ailes, disposées symétriquement, du générateur solaire, -a donné d'excellents résultats dans la pratique et est utilisée assez souvent. Si l'on considère l'état complètement plié des ailes du générateur solaire, d'une part, et l'état complètement déployé, d'autre part, on voit que la position du centre de gravité du générateur solaire et par conséquent de l'engin spatial, par exemple du satellite, reste en général presque inchangée dans les deux états. La cinématique des ailes utilisée à cet effet avec commande forcée (CCL etc..), est connue. Dans certaines phases de vol, il peut être suffisant de fournir à l'engin spatial une puissance solaire réduite, auquel cas seulement.un ou quelques uns des panneaux extérieurs des deux ailes du générateur solaire sont partiellement déployés d'environ 90 par rapport aux panneaux encore complètement pliés. Cet état est représenté par exemple à la figure 1 de la Demande de Brevet Allemand 36 15 264. Il est manifeste que la position unilatérale des panneaux partiellement déployés provoque un déplacement sensible du centre de gravité du générateur solaire et par conséquent du satellite.. Les satellites comportent en général un moteur fusée (moteur d'apogée) qui sert à atteindre l'orbite prévu après séparation du dernier étage de la fusée. L'axe du moteur passe normalement par le centre de gravité du satellite, ce centre de gravité étant prédéterminé par l'état complètement plié ou complètement déployé des ailes du générateur solaire. En raison du déplacement précité du centre de gravité, une mise en route du moteur (accélération) à l'état partiellement déployé, engendre un couple (par exemple un moment de tangage autour de l'axe du générateur solaire), qui est détecté, par le système de contrôle d'orientation et doit être compensé. Cette compensation peut s'effectuer, par exemple, par pivotement du moteur, par la mise en route de moteurs auxiliaires, par des déplacements des masses ou par d'autres moments résistants (par exemple gyroscopes). Toutes ces mesures augmentent, cependant, les exigences imposées au système de contrôle d'orientation et en font un système plus compliqué, plus onéreux et plus lourd, ce qui a également pour effet d'augmenter la probabilité des pannes. Compte-tenu des inconvénients des solutions proposées par l'état de la technique, l'invention a pour objet d'indiquer pour l'installation d'ailes de générateur solaire partiellement et complètement déployable sur des engins spatiaux, plusieurs possibilités qui évitent largement les déplacements du centre de gravité provoqués par le déploiement partiel des panneaux et qui, de ce fait, permettent une simplification du système de contrôle d'orientation. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les deux ailes du générateur solaire sont pliées en sens contraire de manière que les panneaux, prévus pour une production réduite d'énergie, de la première et de la seconde ailes, à l'état partiellement déployé, se situent dans des plans parallèles distants d'à peu près une longueur de panneau, les surfaces, munies des cellules solaires, partiellement déployées étant orientées dans la même direction ou dans des directions opposées. Par conséquent, les ailes du générateur solaire sont pliées en sens contraire, de sorte que les panneaux partiellement déployés d'une aile se trouvent décalés parallèlement à ceux de l'autre aile, les plans des panneaux étant écartés l'un de-l'autre à peu près d'une longueur de panneau. De cette façon, le centre de gravité commun des ailes du générateur solaire reste inchangé par rapport à l'état plié (arrimé) ou à l'état complètement déployé. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le panneau partiellement déployable ou les panneaux partiellement déployables de chaque aile du générateur solaire sont accouplés par l'intermédiaire d'une suspension comportant deux axes de pivotement parallèles au dernier panneau des panneaux seulement complètement déployables, le premier axe de pivotement se situant sur le bord du premier panneau partiellement déployable et le second axe de pivotement au milieu du dernier panneau seulement complètement déployable, la distancé des axes de pivotement correspondant sensiblement à la mi- longueur des panneaux. Par conséquent, les panneaux partiellement déployables ne s'articulent pas directement "sur le dernier des panneaux seulement complètement déployables, mais par l'intermédiaire d'une suspension comportant deux axes de pivotement parallèles. Cette suspension agit sur le bord du premier panneau partiellement déployable ainsi qu'au milieu du dernier panneau seulement complètement déployable. De cette façon, les panneaux partiellement déployables sont maintenus dans l'axe longitudinal médian des ailes du générateur solaire. La masse de la suspension est faible par rapport à la masse des panneaux, si bien qu'elle ne provoque pratiquement aucun déplacement du centre de gravité même à l'état asymétrique complètement plié. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, à l'état partiellement déployé de chaque aile du générateur solaire, le panneau, qui porte le premier panneau des panneaux partiellement déployables, est arrêté dans une position oblique par rapport aux panneaux non encore déployés, de manière que le centre de gravité commun du système massique, constitué par le panneau en position oblique et le panneau partiellement déployé ou les panneaux partiellement déployés, se situe sur l'axe longitudinal médian - défini par l'état complètement déployé - des deux ailes du générateur solaire. Il en résulte que le panneau, portant les panneaux partiellement déployés, est placé obliquement, de manière que le centre de gravité commun du système massique, qui est constitué par le panneau en position oblique et le ou les panneaux partiellement déployés, se situe sur l'axe longitudinal médian des ailes du générateur solaire. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé qui représente schématiquement: figure 1 une vue d'un engin spatial avec ailes de générateur solaire partiellement déployées dans le sens des axes de pivotement raccordant les panneaux; figures 2 et 3 une vue en perspective d'une aile de générateur solaire sur un engin spatial à l'état partiellement déployé et complètement déployé; figure 4 une vue d'une aile de générateur solaire partiellement déployée dans le sens des axes de pivotement. - L'installation 1 suivant la figure i comprend deux ailes 6 et 7 de générateur solaire, qui sont placées sur des côtés opposés de l'engin spatial 4 et qui servent à son alimentation en courant. A l'état partiellement déployé représenté, les panneaux actifs 10 et 12 se situent sensiblement à angle droit par rapport aux derniers panneaux 11 et 13 encore non déployés ainsi que par rapport à tous les autres panneaux encore empilés. Les suspensions 24 et 25, reproduites en sombre, ne portent aucune cellule solaire, et constituent les éléments de raccordement entre le premier panneau et l'engïn spatial 4. Les axes de pivotement mutuellement parallèles des panneaux et des suspensions 24 et 25 sont représentés sous la forme de petits cercles, les axes de pivotement Alo,zi et AM2,13 constituant les articulations entre les panneaux partiellement déployés 10 et 12 et les panneaux 11 et 13 seulement complètement déployables. - L'axe représenté Y est l'axe longitudinal médian des deux ailes 6 et 7 du générateur solaire à l'état entièrement déployé - non représenté - lorsque tous les panneaux forment au moins approximativement un seul plan. Lorsque l'engin spatial 4 est par exemple un satellite géostationnaire, il est préférable que les ailes 6 et 7 du générateur solaire soient mobiles en rotation autour de l'axe longitudinal médian Y pour pouvoir suivre le soleil et par conséquent augmenter la production d'énergie diurne. A l'instar des installations suivant l'état de la technique, le centre de gravité commun S des deux ailes 6 et 7 du générateur solaire à l'état étire, complètement déployé et à l'état complètement replié se situe à peu près au même endroit sur l'axe Y. Grâce à l'invention, on arrive à ce que la position du centre de gravité des ailes 6 et 7 du générateur solaire, et par conséquent aussi celle de l'engin spatial 4, ne soit pas ou qu'imperceptiblement modifiée par le déploiement partiel ce qui - comme déjà mentionné - simplifie considérablement le contrôle de l'orientation lors des processus d'accélération ou de décélération. Dans l'installation 1 selon la figure 1, cela est obtenu en pliant les ailes 6 et 7 du générateur solaire en sens contraire. Cela revient à dire que les panneaux 10 et 12 partiellement déployés, tous les axes -de pivotement correspondants, par exemple Aio, li et Aiz, iz ainsi que les suspensions 24 et 25 à l'état partiellement déployé se situent respectivement en diagonale les uns en face des autres, les lignes de raccordement des centres de gravité des éléments individuels correspondants passant constamment par le centre de gravité commun S des ailes 6 et 7 du générateur solaire ou coincidant avec l'axe Y. Les plans des panneaux partiellement déployés 10 et 12 sont parallèles et distants d'à peu près la longueur lii d'un panneau. Les longueurs de tods les panneaux représentés sont par ailleurs égales. Les surfaces portant cellules solaires des panneaux 10 et 12 partiellement déployés sont disposées en général de manière qu'elles soient orientées dans le même sens, ce qui est schématisé par les lignes en tirets munies des références 20 et 21. Une disposition opposée est toutefois également possible, ce qui est indiqué par la ligne en traits mixtes munie de la référence 22 sur le panneau 12. En fonction de la grandeur des panneaux et du besoin en énergie, il peut être absolument nécessaire de déployer partiellement plus d'un seul panneau de chaque aile du générateur solaire, ce qui ne change cependant rien au principe de l'invention. Les figures 2 et 3 représentent une solution en variante pour ne pas déplacer le centre de gravité commun des ailes du générateur solaire en cas de déploiement partiel. Par souci de clarté, on n'a représenté qu'une seule aile 8 du générateur solaire sur les deux ailes que comporte nécessairement l'engin spatial 5. La particularité de l'installation 2 réside dans le fait que le panneau 14 partiellement déployable ne s'articule pas directement sur le premier panneau voisin 15, mais par l'intermédiaire d'une suspension 26. La suspension 26 comporte deux axes de pivotement parallèles V et W dont la distance a correspond sensiblement à la mi-longueur d'un panneau. La longueur du panneau est ici portée en dessous du panneau 14 et est par conséquent désignée par 114. Comme dans tous les modes de réalisation effectifs préférés, elle doit si possible être égale pour tous les panneaux. L'axe de pivotement V se situe sur le bord du panneau 14 partiellement déployable, tandis que l'axe de pivotement W se situe au milieu du panneau 15 seulement complètement déployable. Les panneaux 15 et 16 ainsi que tous les autres s'articulent ici aussi de façon usuelle dans la zone marginale par l'intermédiaire d'un axe de pivotement.Le raccordement des panneaux à l'engin spatial 5 est assuré par la suspension 27 qui, dans le cas présent, peut être rabattue. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, le panneau 14 à l'état partiellement et complètement déployé se situe sur l'axe longitudinal médian Y-. Sous réserve que le centre de gravité de la pile de panneaux, y compris la suspension repliée, se situe également sur l'axe Y, on obtient sur les figures 2 et 3 la même position du centre de gravité commun des ailes du générateur solaire. A l'état complètement replié de l'aile 8 du générateur solaire, on obtient une certaine asymétrie due à la position unilatérale de la suspension 26. Comme sa masse est cependant petite par rapport à la masse des panneaux, cette asymétrie n'a qu'une influence négligeable sur la position du centre de gravité. Par ailleurs, il existe la possibilité de rabattre les suspensions des panneaux partiellement déployables des deux ailes du générateur solaire à l'état replié sur des côtés opposés de l'axe longitudinal médian Y, conformément au principe de la disposition en diagonale de la figure 1. Une troisième possibilité pour atteindre le résultat visé par l'invention est illustrée à la figure 4. L'installation 3 comprend - comme les installations 1 et 2 - deux ailes de générateur solaire fixées à un engin spatial et dont seulement une est ici aussi représentée et ce, par la référence 9. L'aile 9 du générateur solaire est constituée entre autre par un panneau partiellement déployable 17 ainsi que par des panneaux seulement complètement déployables, dont le dernier porte la référence 19. Entre les panneaux 17 et 19 est inséré un panneau 18 qui peut être arrêté dans une position oblique définie et qui est complètement déployable. La position oblique par rapport au panneau 19 est désignée en tant que angle a. Le panneau 17 partiellement déployé est parallèle à l'axe longitudinal médian Y et est disposé parpendiculairement au panneau 19 et aux autres panneaux empilés. Ainsi, pour l'angle 8 entre les panneaux 17 et 18, on a: 8 = 90' + a. Partant de l'hypothèse que le centre de gravité des panneaux empilés est situé sur l'axe Y, on choisit l'angle a de manière que le centre de gravité commun Ss7, sle du système massique constitué par les panneaux 17 et 18 se situe sur l'axe Y. Pour les calculs ci-après, on se base sur les hypothèses suivantes: - les centres de gravité S17 et Sa8 des panneaux 17 et 18 se situent respectivement au milieu de la longueur des panneaux; les axes de pivotement Aa7, ls et Ais, ig se situent dans le plan longitudinal médian des panneaux; - l'épaisseur des panneaux 17 et 18 est négligeable par rapport aux longueurs 1l7 et lis. Les symboles suivants représentent: ma7: la masse du panneau 17, y compris les articulations etc.; mas: la masse du panneau 18, y compris les articulations etc.; X7: la distance entre le centre de gravité S17 et l'axe Y; xi8 la distance entre le centre de gravité Sis et l'axe Y. - L'axe X, représenté à la figure 4, est - comme d'habitude perpendiculaire à l'axe Y. Le centre de gravité commun S17, 8 se situe exactement sur l'axe Y, lorsque l'on a: ml7 " X17 = mIR " Xl8 Les panneaux empilés, y compris le panneau 19, doivent également avoir tous la longueur las qui, par simplification, est abrégé en 1 ci-après. On a Xl7 = 1/2 " (2 cos a - 1) xi8 = 1/2 " (1 -cos a) En introduisant ces équations dans l'équilibre ci- dessus des moments et transformation correspondante, on obtient: mi.? 1 + mis Cos a = 1 + 2" m" 7 mia Pour une masse égale des panneaux, c'est-àdire m17 = mas, on obtient: ces a = 2 $ a = 48,19'; 8 = 138,19'. Si l'on déploie partiellement par exemple deux panneaux, ceux-ci, pour le calcul, peuvent être réunis en une masse m17, m17 étant alors deux fois plus grand que mi s On obtient (m17 = 2 " misa): cos a = 3 a a = 53,13'; = 143,13'. En cas de réalisation effective de ce mode de construction, il convient de tenir compte que les panneaux ont une certaine épaisseur et doivent pouvoir être empilés à plat. Cela signifie que les axes de pivotement ne peuvent plus en général être disposés dans le plan longitudinal médian, mais doivent être décalés vers le côté supérieur ou inférieur des panneaux. Il en résulte obligatoirement par rapport aux angles préalablement calculés, certains écarts qui peuventse situer dans la zone de quelques degrés angulaires. REVENDICATIONS 1. Installation d'ailes de générateur solaire pliables, constituées de panneaux raccordés les uns aux autres de façon articulée, sur des engins spatiaux, en particulier des satellites, comprenant deux ailes disposées sur des côtés opposés de l'engin spatial et dans lesquelles au moins le dernier panneau est partiellement et complètement déployable, tandis que les autres panneaux sont complètement déployables, les ailes, à l'état complètement déployé, présentant un axe longitudinal médian commun et tous les panneaux se situant dans un seul plan, caractérisée par le fait que les deux ailes (6, 7) du générateur solaire dont pliées en sens contraire de manière que les panneaux (10, 12) prévus pour une production réduite d'énergie, de la première et de la seconde ailes (6, 7), à l'état partiellement déployé, se situent dans des plans parallèles distants d'à peu près une longueur de panneau (hi.), les surfaces (20, 21, 22), munies des cellules solaires, partiellement déployées étant orientées dans la même direction ou dans des directions opposées (figure 1). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le panneau partiellement déployable (14) ou les panneaux partiellement déployables de chaque aile (8) du générateur solaire sont accouplés par l'intermédiaire d'une suspension (26) comportant deux axes de pivotement parallèles (V, W), au dernier panneau (15) des panneaux seulement complètement déployables, que le premier axe de pivotement (V) se situe sur le bord du premier panneau partiellement déployable (14), que le second axe de- pivotement (W) se situe au milieu du dernier panneau (15) seulement complètement déployable et que la distance (a) des axes de pivotement (V, W) correspond sensiblement à la mi-longueur (li4) des panneaux (figures 2, 3). 3. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'à l'état partiellement déployé de chaque aile (9) du générateur solaire, le panneau (18), qui porte le premier panneau (17) des panneaux partiellement déployables, est arrêté dans une position oblique (angle a) par rapport aux panneaux (19) non encore déployés, de manière que le centre de gravité commun (SI7, as) du système massique, constitué par le panneau (18) en position oblique et le panneau (17) partiellement déployé ou les panneaux partiellement déployés, se situe sur l'axe longitudinal médian (Y) - défini par l'état complètement déployé - des deux ailes (9) du générateur solaire (figure 4).