Brevet FR2700888A1 — publié le 19940729

i DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE TUBE A ONDES PROGRESSIVES MONTE DANS UN SATELLITE ET SATELLITE GEOSTATIONNAIRE EN COMPORTANT APPLICATION La présente invention concerne un dispositif de refroidissement destiné à évacuer la chaleur dissipée par un tube à ondes progressives (TOP) de puissance élevée (en général plus de 100 W en radiofréquence)du genre monté sur les satellites de télécommunication. Le maintien du tube à ondes progressives à une température compatible avec une durée de vie élevée est compliqué par les conditions particulières rencontrées dans des applications spatiales, o le refroidissement ne peut guère s'effectuer que par radiation vers l'espace noir et o les contraintes d'aménagement et de poids sont très sévères. A l'heure actuelle, on utilise notamment un disposi- tif de refroidissement comportant des moyens de liaison thermique du collecteur (qui dissipe 90 % environ de la puissance totale du tube à onde progressive) à des moyens de dissipation par rayonnement vers l'espace qui sont consti- tués par le radiateur général du satellite Mais dans ce cas le radiateur doit être dimensionné de façon à maintenir l'ensemble des pièces auxquelles il est relié à la tempéra- ture la plus basse parmi celles à respecter pour les pièces, généralement inférieure à 750 C Cela oblige à donner au radiateur une surface de rayonnement importante. Une autre solution, qui tient compte de ce qu'il est possible de tolérer une température élevée, supérieure à 200 'C, pour le collecteur consiste à isoler thermiquement ce dernier du reste du tube et à le munir d'un capotage ou d'une structure à ailettes radiales, le capotage ou les ailettes permettant le rayonnement direct vers l'espace noir Le capotage ou la structure rayonnante devant être externe alors que le tube est interne, le tube doit être monté en bordure du panneau porte équipement (c'est-à-dire Nord ou Sud pour une plate-forme stabilisée trois axes). Cette solution, limitant la surface de montage des TOP à la bordure du panneau, implique des dimensions de satellite plus grandes que nécessaire alors que la partie centrale n'est pas utilisée De plus, cela implique en général des connexions radiofréquence et électriques longues, du fait notamment que l'emplacement des antennes est imposé. L'invention vise notamment à fournir un dipositif de refroidissement répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, en particulier en ce qu'il permet tout à la fois de n'avoir que des contraintes d'aménagement réduites, d'autoriser des liaisons radiofré- quence et électriques courtes et d'évacuer la chaleur avec une surface de radiateur réduite. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de refroidissement caractérisé en ce que le collecteur du tube est isolé thermiquement du reste du tube et en ce que les moyens de dissipation sont constitués par un radiateur externe qui est propre au tube et qui est relié thermique- ment au collecteur par des moyens isolés thermiquement de la structure du satellite. Cette disposition permet de placer le tube n'importe o sur une portion de la structure du satellite orienté vers le Nord ou le Sud En particulier, sur un satellite dont la structure comporte une plate- forme et des panneaux orientés vers le Nord et le Sud, c'est-à-dire orthogonalement à l'axe de tanguage du satellite, les tubes à ondes progressives peuvent être mis à l'emplacement le plus approprié du point de vue des connexions électriques ou radiofréquence. Le radiateur externe peut être fixé au collecteur du tube à ondes progressives par des moyens démontables traversant la structure, ce qui facilite l'aménagement et l'assemblage. L'invention propose également un satellite géosta- tionnaire de télécommunication dont la structure présente des panneaux Nord et Sud, portant sur la face interne des tubes à ondes progressives de fourniture de l'énergie radiofréquence et, sur leur face externe, des radiateurs plats, isolés thermiquement des panneaux et reliés aux collecteurs respectifs par des pièces d'interface isolées thermiquement des panneaux. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple non-limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lequels: la figure 1 est un schéma de principe montrant l'aménagement général d'un satellite géostationnaire de télécommunication; la figure 2 montre une disposition possible des moyens de dissipation de la chaleur générée aux collecteurs de tubes à ondes progressives, sur un panneau Nord ou Sud d'un satellite du genre montré en figure 1; et les figures 3 et 4 sont des vues de détail, en coupe suivant deux plans mutuellement orthogonaux, montrant la liaison du collecteur d'un tube à ondes progressives avec son radiateur. Le satellite dont la constitution générale est montrée en figure 1 est destiné à être placé sur une orbite équatoriale géostationnaire 10 autour de la terre 12 Dans le cas d'un satellite stabilisé suivant les trois axes (et non pas par rotation) il comporte en général une structure 14 sur laquelle des panneaux solaires 16 peuvent tourner autour de l'axe de tangage Y (parallèle à l'axe de la terre) de façon à rester orienté vers le soleil 18 La structure 14 peut comporter une plate-forme sur laquelle sont fixés des antennes 20 et des panneaux, généralement en nid d'abeille. Les panneaux Nord et Sud 22 sont traversés par les arbres portant les panneaux solaires 16 Des tuyères (non représen- tées) permettent de maintenir le satellite à poste, dans une orientation o les axes X de roulis et Z de lacet sont orthogonaux aux faces. L'énergie à radiofréquence nécessaire au maintien des communications est fournie généralement par des tubes à ondes progressives Le fonctionnement de ces tubes à ondes progressives génère de l'énergie qui doit être dissipée 90 % environ de cette puissance à dissiper apparaît au collecteur du tube, dont la température ne doit pas dépasser 2200 C environ. L'invention permet d'arriver à ce résultat à l'aide d'un radiateur évacuant la chaleur par rayonnement vers l'espace noir, vers le Nord ou le Sud du satellite, sans pour autant imposer des contraintes pénalisantes sur l'emplacement du tube. Pour cela, le radiateur 24 destiné à refroidir le collecteur d'un TOP 26 peut, comme indiqué sur la figure 2, être placé à l'extérieur d'un panneau Nord ou Sud 22, parallèlement à ce panneau et isolé de ce panneau, et être alors relié au collecteur du tube 26, isolé thermiquement du reste du tube, par des moyens conducteurs de la chaleur isolés de la structure du satellite. Toujours dans le cas montré en figure 2, ce radia- teur est constitué par une plaque, ayant une surface et une découpe adaptées à la puissance du tube à ondes progressives et aux autres éléments portés par la face externe de la structure, séparée de cette dernière Les radiateurs 24 peuvent notamment être constitués par des plaques rectangu- laires affectées chacune à un collecteur, disposées côte à côte Cependant il est également possible de relier thermi- quement une même plaque à plusieurs collecteurs. Les figures 3 et 4 montrent une constitution particulière possible des moyens de dissipation par rayonne ment Dans le mode de réalisation montré en figures 3 et 4, le collecteur 28 du tube à ondes progressives est relié à la plaque 24 constituant le radiateur externe par des moyens isolés de la structure, formés par une pièce conductrice de liaison 30 traversant le panneau en nid d'abeille 22 La pièce de liaison 30 est séparée de la paroi du trou de traversée par une garniture d iolerterit 32 La pièce de liaison 30 peut être constituée de deux semelles 34 consti- tuées d'une seule pièce avec des croisillons 36 Le radia- teur 24 peut être fixé à la pièce de liaison 30 par des moyens démontables, tels que des vis 38 Etant donné que le radiateur 24 est, lors du fonctionnement, à une température nettement supérieure à celle du panneau 22, il doit en être séparé thermiquement Pour cela il peut être suffisant de laisser un intervalle d de quelques millimètres entre le radiateur et le panneau 22. Dans des variantes de réalisation, un super isolant en couche mince est placé entre le réflecteur 24 et le panneau 22 Le réflecteur 24 est fixé directement au panneau par des moyens démontables et isolants. Le coefficient de rayonnement du radiateur 24 vers l'espace doit être aussi élevé que possible Pour cela sa face externe peut être traitée Dans le cas d'un radiateur constitué par une plaque d'aluminium, le traitement peut consister en une oxydation anodique. La portion du TOP autre que le collecteur 28 devant être maintenue à une température plus basse que celui-ci (typiquement 750 C) peut être refroidie en créant un trajet de fuite vers le panneau 22 On peut notamment utiliser dans ce but des caloducs 40. Le refroidissement local de l'enrobage de connec- tions électriques peut être effectié par une tresse métalli- que 42 reliant la face interne du panneau 22 à l'enrobage 44. La pièce de liaison 36 peut constituer un habillage ayant un bon contact thermique avec le collecteur 28, réalisée en même temps que ce dernier Elle doit être en matériau pouvant supporter, comme le collecteur 28 et le radiateur 24, une température relativement élevée, générale- ment entre 1200 C et 2200 C Lors du fonctionnement, la température élevée du radiateur permet de rayonner la chaleur générée dans le collecteur avec une surface d'émis- sion réduite Dans la pratique, la chaleur générée au collecteur d'un TOP de puissance élevée (environ 100 W en radiofréquence) peut sans difficulté être évacuée à l'aide d'un radiateur ayant une surface d'environ 6 dm 2 La pièce de liaison peut être constituée d'un croisillon ayant des parois de 3 mm d'épaisseur et ayant un encombrement rectan- gulaire d'environ 32 cm 2. Comme on l'a indiqué plus haut, la forme de chaque radiateur 24 peut être adaptée au cas particulier rencontré. Il faut au surplus noter que l'invention n'est pas O seulement applicable à un satellite stabilisé suivant trois axes: il serait possible d'équiper de la même façon un satellite stabilisé par rotation lente suivant un axe de spin et ayant une plate-forme séparée portant les antennes. REVENDICATIONS 1 Dispositif de refroidissement de tube à ondes progressives monté dans un satellite de télécommunication, comportant des moyens de liaison thermique du collecteur ( 28) du tube avec des moyens de dissipation par rayonnement vers l'espace, caractérisé en ce que le collecteur ( 28) est isolé thermiquement du reste du tube ( 26) et en ce que lesdits moyens de dissipation sont constitués par un radiateur externe ( 24) relié thermiquement au collecteur par des moyens conducteurs ( 36) isolés de la structure ( 22) du satellite. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le radiateur externe ( 24) est fixé au collecteur par des moyens démontables traversant un panneau ( 22) appartenant à la structure du satellite. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le radiateur externe est constitué par une plaque plane, parallèle à la face externe de la structu- re, et dont les dimensions sont adaptées à la puissance du tube et à la géométrie du satellite. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la plaque est séparée de la structure du satellite par un jeu (d). 5 Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le radiateur est séparé de la struc- ture du satellite par une couche de super isolation. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les moyens conduc- teurs isolés ( 36) sont constitués par une pièce de liaison traversant un panneau Nord ou Sud de la structure du satellite, séparée du panneau par un joint isolant ( 32). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le reste du tube est relié à la structure du satellite par des caloducs ( 40). 8 Satellite de télécommunication destiné à être placé sur une orbite géostationnaire et stabilisé suivant trois axes, dont la structure présente des panneaux Nord et Sud, portant sur la face interne des tubes à ondes progres- sives de fourniture de l'énergie radiofréquence et, sur leur face externe, des radiateurs plats, isolés thermiquement des panneaux et reliés aux collecteurs respectifs par des pièces d'interface isolées thermiquement des panneaux.