Brevet FR2744244A1 — publié le 19970801

TELESCOPE. Demande 3 française. 3/1/96 (TE96119) DOMAINE DE L'INVENTION. Le domaine de I 'invention est celui des miroirs membraneux et des télescopes satellisables. ETAT DE L'ART ANTERIEUR Les demandes françaises 94/11458 et 95/7947 décrivent un télescope muni d ' un miroir membraneux associé à une membrane de contrôle. Dans une de ses réalisations, ce télescope est composé de trois éléments : un élément haut. cylindrique ouvert comprenant 1 'étage foyer et l'étage contrôle du miroir, un élément bas, cylindrique borgne comportant I 'étage miroir, et un élément miroir constitué par le miroir et sa membrane de contrôle. La mise en forme précise du miroir et son positionnement sont assurés par des champs électromagnétiques. Pour leur pliage. le miroir parabolique (ou d'une autre forme), et la membrane de contrôle associée sont mis en contact et rendus quasi-plan par une succession de déformations concentriques alternées, et le quasi plan obtenu est enroulé sur lui-même une ou plusieurs fois pour former un cylindre. Les éléments de contrôle électromagnétiques sont des électrodes ou des fils disposés sous forme de spires ou d ' enroulements circulaires. Inconvénients. L'inconvénient du pliage du miroir et de la membrane de contrôle tel que décrit est la difficulté de maintenir sans artifice la quasi planéité du pliage et son enroulement sur lui-même, au cours de la satellisation. L ' inconvénient d'électrodes circulaires est une mauvaise optimisation des possibilités de manoeuvre de la membrane. RESUME DE L'INVENTION Membrane auxiliaire de pliage. Pour faciliter le pliage du miroir 1 et de sa membrane de contrôle 2, il existe, selon l'invention, une membrane auxiliaire préformée 3 comportant des ondulations concentriques sur lesquelles viendront s'appliquer la membrane de contrôle et le miroir et que nous appellerons auxiliaire de pliage; nous appellerons bloc optique l'ensemble constitué par le miroir, la membrane de contrôle et l'auxiliaire de pliage. Ces ondulations sont constituées d ' une succession concentrique d'éléments circulaires dont la longueur développée de la génératrice est égale à la longueur développée de la génératrice 4 du miroir I, et le diamètre extérieur égal au diamètre du miroir. Dans une réalisation préférée, chaque ondulation de la génératrice est à courbure minimale. Cet auxiliaire de pliage préformé, après dépliage, pourra etre fixée par sa périphérie, avec des moyens élastiques amortis, au haut de la partie basse du télescope. Cette fixation assurera la propre planéité de I 'auxiliaire de pliage et la circularité du haut de cet élément bas du télescope. Des circuits électriques intégrés à cet auxiliaire de pliage participent au positionnement de la membrane de contrôle. Sectorialisation des circuits électriques de contrôle. Pour accroître l'efficacité des circuits électriques de positionnement de la membrane de contrôle ou de l'auxiliaire de pliage, ceux-ci sont sectorialisés. BREVES DESCRIPTIONS DES FIGURES Figure 1 : coupes du miroir 1 et de l'auxiliaire de pliage 2. Figure 2 : principe du pliage. Figure 3 : élément de génératrice de l'auxiliaire de pliage 2. Figure 4 : élément de génératrice à courbure minimale. Figure 5 : coupe d'ensemble du bloc optique. Figure 6 : détail des anneaux de liaison sur une rotule. Figure 7 : enroulement bi-cylindrique. Figure 8: enroulement mono-cylindrique. Figure 9 : réunion du bloc optique plié et de l'étage miroir. Figure 1: bobinages de contrôle magnétique. Figure 11: bobinages sectorisés. Figure 12: sectorisation de la membrane de contrôle. DESCRIPTION DETAILLEE Forme de principe de la génératrice de I' auxiliaire de pliage. La figure 1 montre la génératrice 4 d ' un miroir 1 et la génératrice 5 à raccordement angulaire d ' un auxiliaire de pliage 3. La génératrice 5 de l'auxiliaire de pliage 3 est constituée de la succession des projections orthogonales d 'éléments 4a directs et 4b inversés de la génératrice 4 du miroir I découpé par des plans 6. équidistants et parallèles entre eux, perpendiculaires à l'axe optique 7 du miroir, et séparés par une distance 8. En pratique, le raccordement angulaire implique des déformations inacceptables du miroir ou de la membrane de contrôle au niveau de cette déformation angulaire, mais il permet de mieux comprendre le principe du pliage de la membrane. Suivant I 'invention. figure 3, les éléments de raccordement 9 sont des arcs de cercles de rayon R, centrés sur les droites 1 projetant les éléments de génératrices 4a et 4b. Le rayon de courbure R et la position des centres de courbure des arcs de cercle constituant les éléments de raccordement 9 doivent etre tels que la somme des longueurs des différents éléments de la génératrice élémentaire constitué par l'arc de cercle haut AB. l'arc de cercle bas CD, et l'élément quasi parabolique BC à raccordement tangentiel avec les deux arcs de cercle. soit égale ou légèrement supérieur à la longueur de l'élément 4a ou 4b correspondant de la génératrice 4 du miroir. Sur un élément 5a ou 5b de génératrice de l'auxiliaire de pliage 3 légèrement plus long que l'élément de génératrice 4a ou 4b correspondant du miroir, le miroir pourra etre appliqué avec une légère tension favorable à un positionnement correct, sans que cela engendre une déformation radiale à grande échelle. Ondulations à pas constant. Dans une autre réalisation de I 'invention, la génératrice 3 est découpée par des droites équidistantes parallèles à l'axe optique 6, engendrant des éléments de génératrice 3a et 3b de hauteur décroissante de la périphérie vers le centre. Pliages simultanés ou successifs du miroir et de la membrane de controle. Le pliage de la membrane de contrôle se fait nécessairement avant le pliage de la membrane miroir, ou simultanément. La génératrice 4 de la figure I peut représenter la membrane de contrôle, la membrane miroir, ou les deux simultanément. Principe du pliage d'une membrane. (Figure 2) La membrane à plier est posée sur l'auxiliaire de pliage 3 par-un déplacement vertical parallèle à l'axe optique 7. Suivant 1 'invention, la pression au dessus de la membrane à plier est supérieure à celle existant au dessous, de manière à provoquer une tension de la membrane à plier dans le sens de sa concavité. Ceci est obtenu, dans une première réalisation suivant I' invention, en fermant par un couvercle étanche le volume constituée par la concavité de la membrane à plier, et en créant une surpression à I 'intérieur de cette enceinte, la périphérie de la membrane à plier et du couvercle étant maintenue par un anneau rigide pouvant se déplacer verticalement. Dans une seconde réalisation selon I 'invention, le volume de la concavité du miroir est rempli d'un liquide qui assure la surpression. Dans un premier temps, le premier élément de génératrice 4a est mis en contact avec l'élément de génératrice Sa correspondant de l'auxiliaire de pliage 3 dont il possède la forme. Ceci se fait sans déformation de la membrane à plier. Le mouvement de rapprochement se poursuivant. la membrane légèrement tendue par la surpression s 'applique sur l'auxiliaire de pliage suivant la courbure du premier élément de raccordement 9. Puis la membrane à plier se déforme progressivement pour s ' appliquer sur I 'élément inverse de génératrice 5b, jusqu'à ce qu 'il atteigne le second élément de raccordement 9. Au cours de la descente de la membrane à plier, en dehors d'une zone circulaire de pliage Il qui se déroule sur l'élément de génératrice inversé 5b. le reste libre de la membrane à plier conserve pratiquement sa génératrice originelle et l'élément de génératrice 4a suivant est pratiquement parallèle à l'élément correspondant Sa de l'auxiliaire de pliage 3 sur lequel il vient s'appliquer. Le cycle de pliage se reproduit ensuite jusqu'à ce que toute la membrane à plier soit appliquée sur l'auxiliaire de pliage 3. Auxiliaire de pliage à courbure minimale. Pour minimiser les contraintes de pliage, chaque génératrice élémentaire de I 'auxiliaire de pliage est constituée de deux arcs de cercles de même rayon R, raccordés par un point d'inflexion BC. Ces arcs de cercles sont les extensions des éléments de raccordement 9 de la figure 3, qui se raccordent I 'un à l'autre en éliminant la partie quasi linéaire. On voit, figure 4 à échelle verticale très aggrandie, un élément originel de génératrice inversée 5b, et en trait plein deux arcs de cercles de même rayon R constituant la génératrice optimale à courbure minimale dont la longueur est le même que celle de la génératrice inversée 5b. Les arcs en traits hachés montrent qu 'il existe toujours au moins un tel arc de cercle, entre I 'arc trop petit et l'arc trop grand. Ces arcs de cercle sont centrés sur les droites 10 de projections des extrémités de l'élément de génératrice 4b du miroir; ils peuvent donc se raccorder aux arcs des génératrices adjacentes. centrés sur ces mêmes droites de projection, mais de rayons différents. Facilité de fabrication. Pour des raisons de facilité de fabrication de l'auxiliaire de pliage. les éléments de génératrice, directs ou inversés, peuvent être remplacés, tout en conservant la même longueur développée, ou une longueur légèrement supérieure, par une courbe particulière dont la courbure maximale n'entraîne pas de déformation permanente du miroir. Ordres de grandeur. Un allongement élastique relatif de 1/1000 autorise, pour un film de 10 microns d'épaisseur, un rayon de courbure de 5 mm. La pente de la périphérie d'un miroir ouvert à F 1 est 1/4; des plans distants de 1 mm découpent à cette périphérie des éléments de génératrice de 4 mm de largeur, dont les arcs de cercle de courbure minimale ont environ 5 mm de rayon. L'auxiliaire de pliage de 1 mm d'épaisseur devra avoir, avec cette même limite d'élasticité, un rayon minimal d 'enroulement de 500 mm. Maintien par dépression. Suivant l'invention, l'air est extrait entre la membrane à plier et l'auxiliaire de pliage 3, de manière à maintenir la membrane pliée contre cet auxiliaire de pliage, et permettre l'enroulement cylindrique de l'ensemble sans séparation de la membrane pliée. Maintien par attraction électrostatique. Dans une autre réalisation de I 'invention, la membrane pliée est solidarisée à l'auxiliaire de pliage par attraction électrostatique. Séparation de la membrane pliée et de l'auxiliaire de pliage. Après déroulement de I 'enroulement cylindrique, l'auxiliaire de pliage retrouve sa pseudo planéité. Séparation électrostatique. L'auxiliaire de pliage possède. suivant l'invention, des conducteurs circulaires centrés que I ' on peut porter individuellement à un potentiel choisi. En mettant la membrane pliée à un certain potentiel, et en mettant au même potentiel le premier conducteur circulaire périphérique de l'auxiliaire de pliage, la force résultante écartera de l'auxiliaire de pliage la périphérie de la membrane pliée. En chargeant successivement les différents conducteurs circulaires de l'auxiliaire de pliage 3. on en écartera progressivement la membrane. Sous 1 'effet de ses charges électriques la membrane reprendra sa forme paraboloïdale au fur et à mesure qu ' elle sera libérée de l'auxiliaire de pliage. Séparation par insuflation de gaz. Dans une réalisation particulière l'auxiliaire de pliage est poreux ou micro perforé. II est doublé sur sa surface dorsale par un film étanche. En introduisant un gaz entre le film et l'auxiliaire de pliage, on fait apparaitre une couche de gaz entre cet auxiliaire de pliage et la membrane, provoquant leur séparation. Séparation par accélération. En accélérant l'auxiliaire de pliage perpendiculairement à sa surface, on aide la membrane à reprendre sa forme initiale sous l'effet des charges électriques. Anneaux de liaison. (Figures 5 et 6) Les différentes membranes du bloc optique. miroir 1, membrane de contrôle 2 et auxiliaire de pliage 3. possèdent une ouverture centrale, et sont munis, au niveau de cette ouverture, d'anneaux rigides de liaison 13, 14, 15 permettant la solidarisation de ces membranes à l'enceinte de l'étage miroir du télescope. Eléments rigides de manoeuvre. (Figures 7 et 8) Pour permettre la manoeuvre de l'auxiliaire de pliage et des membranes qui y sont solidarisées, il existe, suivant l'invention, un renforcement linéaire diamétral 16 de l'auxiliaire de pliage assurant sa rigidité suivant le diamètre parallèle à l'axe de l'enroulement cylindrique et divisant cet auxiliaire de pliage en deux demi-cercles. Dans une autre réalisation, il existe, suivant I 'invention, un élément rigide linéaire diamétral 17 solidaire en son milieu de l'anneau rigide central de l'auxiliaire de pliage, légèrement plus long que le diamètre de cet auxiliaire, et autour duquel celui-ci est enroulé. Dans une autre réalisation, il existe un second élément linéaire rigide qui peut être disposé croisé par rapport au premier, après déroulement de l'auxiliaire de pliage. Dans une autre réalisation, il existe, pour faciliter l'enroulement et le déroulement de l'auxiliaire de pliage, des renforts dorsaux linéaires multiples parallèles au diamètre renforcé. Rigidité et planéité de l'auxiliaire de pliage. (Figure 5) Pour redonner à l'auxiliaire de pliage 3 sa pseudo-planéité et assurer sa rigidité, il existe, selon I 'invention, à sa périphérie un tube circulaire 12 gonflable et rigidifiable, et sur sa face dorsale des tubes radiaux disposés symétriquement, gonflables et rigidifiables. Dans une autre réalisation, il existe des tubes gonflables et rigidifiables perpendiculaires au renforcement diamétral, et qui permettent par leur gonflement de dérouler l'auxiliaire de pliage Enroulements cylindriques. (Figures 8 et 9) Dans une première réalisation, les deux demi-membranes sont enroulées séparément pour donner deux cylindres 18 et 19 parallèles à l'élément rigide linéaire. Dans une seconde réalisation, le pliage cylindrique est effectué en deux temps. Dans un premier temps, une des demi-membranes est enroulée au dessus de I 'élément rigide linéaire 17 pour former un enroulement cylindrique parallèle à cet élément rigide linéaire et extérieur à lui, et dans un second temps, I 'autre demi-membrane est enroulée autour du premier enroulement cylindrique et de l'élément rigide linéaire. Anisotropie de l'auxiliaire de pliage. Dans le but de donner une solidité maximale à l'auxiliaire de pliage dans le sens des contraintes de satellisation, et une flexibilité optimale dans le sens de l'enroulement cylindrique, il existe, suivant l'invention, une disposition anisotrope des fibres du matériau composite le constituant. Auxiliaire de pliage carré. Dans le but de faciliter le maintien de l'auxiliaire de pliage au cours de sa satellisation, il a la forme d'un carré. De cette manière l'auxiliaire de pliage peut etre simplement suspendu, ce qui élimine d'éventuels problèmes de flambage. Un ensemble circulaire de perforations facilite le découpage de la partie centrale circulaire lorsque l'auxiliaire de pliage est déroulé; ce découpage est obtenu à l'aide d'un outil fixé sur l'élément rigide linéaire solidaire des anneaux de liaison, et devant lequel tourne l'auxiliaire de pliage. Solidarisation originelle de I 'élément bas du télescope et de l'auxiliaire de pliage. Dans le but de ne pas avoir à réunir dans l'espace le bloc optique et l'étage miroir. ce bloc optique est solidarisé définitivement à l'étage miroir avant sa satellisation. La figure 9 montre la réunion d ' un bloc optique enroulé bi-cylindriquement et d ' un élément bas 20 plié par invagination télescopique et enroulement tangentiel. Champs magnétiques de controle. Figure 10. La surface conductrice du miroir constitue un écran pour les champs magnétiques engendrés par des bobinages 21 ou 22 situés à l'étage foyer, ou les bobinages 23 situés à peu de distance au dessus du dit miroir. Des conducteurs 24 localisés à la périphérie de la surface conductrice du miroir interagiront avec ces bobinages 21, 22 et 23, et permettront un contrôle de la forme et de la position du miroir. Ces bobinages 21, 22, et 23 interagiront également avec les conducteurs de la partie périphérique de la membrane éventuellement extérieure à la surface réfléchissante du miroir Un bobinage 25 de l'enceinte de l'étage miroir, ou un bobinage circulaire centré 26 de I 'enveloppe du télescope, situés sous le miroir, auront une action sur les conducteurs 27 liés à la membrane de contrôle 2. ou les conducteurs 28 liés à l'auxiliaire de pliage 3. Sectorialisation des circuits électriques. Figure 11. Dans le but de localiser les champs magnétiques contrôlant la forme et la position de la membrane de contrôle, les circuits électriques sont en partie rayonnants et en partie blindés. Chaque spire des bobinages circulaires centrés de l'enveloppe du télescope est découpée symétriquement en plusieurs éléments isolés les uns des autres et pouvant être alimentés individuellement. La figure 11 montre en plan et en élévation une telle spire. Les petits cercles 29 représentent symboliquement les blindages 30 éliminant 1 'influence des conducteurs alimentant les éléments 31 des spires. La figure 12 montre les spires circulaires 32 sectorialisées de la membrane de contrôle ou de l'auxiliaire de pliage, et le blindage 33 de leurs alimentations radiales. II existe, selon l'invention, des conducteurs radiaux pouvant etre alimentés individuellement, et dont I 'alimentation est faite par des conducteurs blindés. Dans une réalisation particulière de I 'invention, le nombre des conducteurs radiaux de la membrane de contrôle diffère au moins d'une unité de celui de l'auxiliaire de pliage. Ceci permet d'engendrer un couple de rotation entre la membrane et 1 'auxiliaire, quelque soit leur position relative. Dans une réalisation particulière de l'invention, il y a des conducteurs radiaux sur la face dorsale du miroir, permettant d ' engendrer un couple de rotation entre ce miroir et la membrane de contrôle ou l'auxiliaire de pliage. Couche d ' empreinte. Suivant l'invention, la membrane miroir est composée de plusieurs couches de matériaux différents. Dans le but de prendre la meilleure empreinte possible du liquide en rotation, la première couche déposée sur ce liquide est constituée de molécules de petite taille. Une fois cette couche solidifiée, une couche composite comportant des fibres longues est déposée. Une couche finale, de même composition que la première couche, sera déposée pour égaliser la surface, et pour éviter une dissymétrie induisant des déformations par dilatation différentielle. Retournement de la membrane miroir. Dans le but de disposer de la meilleure surface comme surface réfléchissante, la membrane miroir est retournée, la surface convexe devenant la surface concave. Télescope. Demande 3 France. 31/1/96. (TE9613) REVENDICATIONS 1- Disque plat dont une surface au moins comporte des ondulations circulaires concentriques, et appelé auxiliaire de pliage, caractérisé en ce que la génératrice de ces ondulations est constituée de la succession d 'éléments de génératrice, projections orthogonales des éléments directs ou inversés de la génératrice d ' une membrane concave de révolution axée sur 1 'axe des ondulations circulaires et découpée par des plans perpendiculaires à cet axe. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de génératrice directs ou inversés sont remplacés par deux arcs de cercle centrés sur les droites de projection orthogonale, de rayons égaux ou voisins, raccordés tangentiellement en un point d ' inflexion, et dont la longueur développée est égale ou légèrement supérieure à la longueur développée de I 'élément de génératrice qu 'ils remplacent. 3- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de génératrice directs ou inversés sont remplacés par des éléments de courbe dont le rayon de courbure minimal est tel que la déformation d'une membrane qui en épouse la forme restera dans la limite élastique, et dont la longueur développée est égale ou légèrement supérieure à la longueur développée des éléments de génératrice qu 'ils remplacent. 4- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression dans la concavité de la membrane est supérieure à la pression entre la dite membrane et l'auxiliaire de pliage, et que la membrane est rapprochée et mise en contact du dit auxiliaire de pliage jusqu'à ce qu'elle soit appliquée entièrement sur cet auxiliaire de pliage. 5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air est éliminé entre la membrane et l'auxiliaire de pliage, et en ce que la membrane est maintenue contre l'auxiliaire de pliage par une pression extérieure, et/ou une attraction électrostatique. 6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que il existe un renforcement linéaire diamétral, intégré ou associé, divisant l'auxiliaire de pliage en deux demi-cercles. 7- Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce que il existe des renforcements linéaires multiples parallèles au renforcement linéaire diamétral, ces renforcements pouvant résulter de la distribution anisotrope des fibres du matériau composite constituant tout ou partie de l'auxiliaire de pliage. 8- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'auxiliaire de pliage est enroulé parallèlement à un de ses diamètres, chacun des demi-cercles déterminés par le renforcement linéaire diamétral étant enroulé indépendamment pour former deux enroulements cylindriques contigus. 9- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'auxiliaire de pliage est enroulé parallèlement à un de ses diamètres, un demi-cercle étant d'abord enroulé dans un enroulement intérieur, et l'autre demi-cercle étant ensuite enroulé dans un enroulement extérieur incorporant le premier enroulement. 1- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que I 'auxiliaire de pliage possède des tubes gonflables et rigidifiables, périphériques. rayonnants ou perpendiculaires au renforcement linéaire diamétral, dont le gonflement assure le déroulement et la planification du dit auxiliaire de pliage. 11- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'auxiliaire de pliage est poreux ou micro perforé et possède un film étanche dorsal, et que du gaz est insufflé entre ce film et l'auxiliaire de pliage. 12- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits électriques de I 'enveloppe du télescope, du miroir, de la membrane de contrôle et de l'auxiliaire de pliage sont sectorialisés. 13- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir est retourné avant sa fixatlon sur l'auxiliaire de pliage, sa surface concave devenant sa surface convexe.