Brevet FR2742729A1 — publié le 19970627

DISPOSITIF DE SIMULATION DU RAYONNEMENT D'UN ASTRE DESCRIPTION L'invention a trait à un dispositif de simulation du rayonnement d'un astre sur un astronef ou une maquette d'astronef. Un effet du rayonnement émis par des astres sur un astronef tel qu'un satellite artificiel est de le chauffer parfois fortement, ce qui justifie des essais préliminaires de l'engin ou de sa maquette. Dans les installations connues, on dispose un certain nombre de sources chauffantes ou lumineuses devant l'astronef ou sa maquette afin de lui fournir l'énergie totale reçue pendant le vol ; les proportions du rayonnement émises aux différentes fréquences sont respectées grâce à l'emploi de sources différentes dont les intensités sont réglées en conséquence. Cette simulation est convenable si on cherche à reproduire l'échauffement de l'astronef, mais elle ne permet pas de retrouver ce qu'on appelle sa signature, c'est-à-dire l'énergie qu'il réfléchit au lieu d'absorber : en effet, on constate que cette énergie dépend de la direction de la lumière incidente et donc de l'orientation de l'astre par rapport à l'astronef, contrairement à l'énergie absorbée, qui dépend pour l'essentiel de l'énergie globale du rayonnement émis. Le sujet de l'invention est donc un dispositif de simulation du rayonnement d'un astre qui respecte la répartition directionnelle du rayonnement reçu par l'astronef pendant le vol. La signature de l'astronef peut ainsi être mesurée une fois pour toutes avant son lancement, ce qui permettra plus tard de le distinguer facilement d'autres objets volants. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il est composé de couronnes de chauffage concentriques, portées à des températures différentes par des dispositifs de chauffage indépendants. On a représenté à la figure 1 la répartition directionnelle de la luminance terrestre pour une longueur d'onde x de 10,5 um. Ce schéma est en coordonnées polaires sur un quart de cercle : l'angle ss de 0 correspond à l'énergie émise par une parcelle de la Terre vers un objet qui la surplombe, et l'angle de 90" à l'énergie émise à hauteur de l'horizon, conformément aux notations de la figure 2, qui représente l'astre A et l'astronef S ; toutefois, on ne considère pas la surface de la Terre (de rayon R=6400 km) mais l'enveloppe de l'atmosphère (d'épaisseur r=80 km environ). Les rayons tracés à partir de l'origine du diagramme de la figure 1 correspondent à des intensités de luminance en W/m2.sr.um.La courbe montre que la luminance reste à peu près uniforme de 10 à 50 mais s'accroît un peu au-dessous de 10 et de plus en plus fortement jusque vers 80 , après quoi elle tombe tout aussi rapidement vers zéro. Une source de chauffage composée de couronnes concentriques, disposées sur un plan et dont le centre correspond à la projection orthogonale de l'astronef ou de sa maquette, permet de reproduire ce genre de courbe en chauffant les couronnes à des températures différentes. Ces couronnes peuvent être constituées par des plaques conductrices chauffées par des courants électriques ; la température de chauffage est réglée à la température de corps noir qui donne une valeur égale à la luminance terrestre pour l'orientation considérée (vers 285 K). Les couronnes ont des rayons p interne et externe choisis à partir des variations de la luminance sur la figure 1 : ainsi, on peut penser qu'une couronne suffit pour représenter la surface terrestre d'émission entre ss=10 et P=500. Les angles a (cf. Figure 2) correspondant à ces valeurs de ss sont alors calculés en fonction de R,r et de l'altitude h de l'astronef S par la formule sin or sin a80 -ss) Dans les conditions de l'essai, R+r R+h où l'astronef ou sa maquette est suspendu à une altitude h' du plan des couronnes, les rayons p de celles-ci sont calculés par la formule p=h'.tg . Mais cette installation ne reproduit pas la répartition en fréquence du rayonnement d'un astre : la courbe inférieure Cl de la figure 3 représente la distribution de la luminance terrestre (exprimée en W/m2.sr.pm en ordonnées, en fonction des longueurs d'onde données en microns en abscisses) et la courbe supérieure C2 plus régulière exprime la distribution de luminance d'une plaque noire à 300 K.On voit que certaines fréquences, correspondant notamment aux longueurs d'onde de 4 à 8 pm et de 13 à 16 um, sont émises en fort excès par la plaque par rapport au rayonnement naturel, si bien que le chauffage de la plaque à une température un peu inférieure à 300 K permet d'irradier l'astronef à l'intensité voulue pour la longueur d'onde de A=10,5 pm, mais l'énergie totale qui est émise vers lui est plus intense que l'énergie du rayonnement naturel. C'est pourquoi il est avantageux de compléter le dispositif en branchant l'astronef sur un puits thermique tel qu'un réfrigérateur ou un appareil analogue avec l'effet d'opérer un refroidissement d'ensemble.En respectant l'intensité de l'énergie fournie à l'astronef, on espère obtenir une reproduction encore meilleure de sa signature tout en simulant exactement l'échauffement qu'il subit. On peut par contre prévoir une source complémentaire de rayonnement vers l'astronef si l'énergie fournie par les couronnes est insuffisante ; il peut s'agir d'un rayonnement fourni par un laser, et il est avantageux de choisir ce rayonnement complémentaire à des fréquences que les couronnes de chauffage ne fournissent pas suffisamment, pour ici encore s'efforcer de respecter à peu près et la distribution fréquentielle et la distribution directionnelle de l'énergie. Une réalisation de l'invention va maintenant être décrite à l'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non limitatif les figures 1 et 3 déjà décrites représentent la répartition du rayonnement terrestre en direction et en fréquence, la figure 2 déjà décrite est un schéma de certaines notations employées, et la figure 4 représente une vue d'ensemble de l'installation. C'est cette dernière figure qu'on aborde à présent. L'astronef S ou sa maquette est placé dans une enceinte 2 entourée par une paroi isolante 3 parcourue par un liquide de refroidissement 4 pour isoler l'enceinte 2 de la chaleur ambiante. Un élément essentiel de l'invention est un groupe de couronnes 5, conductrices de l'électricité, concentriques entre elles mais séparées, et dont chacune contribue à la fourniture de l'énergie rayonnée vers l'objet, correspondant à des portions de plus en plus périphériques de l'astre dans l'horizon de l'astronef S. Les connexions électriques 6 relient les couronnes à des générateurs de tension électrique 7 respectifs et fonctionnant indépendamment, de sorte que chacune des couronnes 5 est soumise à une tension différente et dissipe également une énergie calorifique différente. Les couronnes 5 sont en nombre quelconque selon la surface de l'horizon embrassée par l'astre et la finesse de simulation souhaitée. Elles peuvent être de largeurs différentes. La paroi 3 est percée d'un hublot 8 par lequel on peut diriger un faisceau 9 d'un laser 10 vers l'astronef S. Comme le rayonnement des couronnes 5 est riche essentiellement en infrarouges, on choisira un laser 10 ou une autre source d'énergie complémentaire qui émettra dans la lumière visible afin de mieux simuler la répartition fréquentielle du rayonnement émis. Enfin, un réfrigérateur 11 peut être branché à l'astronef S par une jonction conductrice de la chaleur 12 afin de refroidir l'astronef S si nécessaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de simulation du rayonnement d'un astre (A) sur un astronef (S) ou une maquette d'astronef, caractérisé en ce qu'il est composé de couronnes (5) de chauffage concentriques, portées à des températures différentes par des dispositifs de chauffage (7) indépendants. 2. Dispositif de simulation de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé par un moyen de chauffage (10) supplémentaire de l'astronef (S) ou de la maquette d'astronef. 3. Dispositif de simulation de rayonnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de chauffage supplémentaire est formé par un émetteur de rayonnement à une fréquence différente du rayonnement des couronnes (9) de chauffage. 4. Dispositif de simulation de rayonnement selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'émetteur de rayonnement (10) est un émetteur de lumière visible. 5. Dispositif de rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un puits thermique (11) est branché sur l'astronef (S) ou la maquette d'astronef.