Brevet FR2768402A1 — publié le 19990319

La présente invention a trait, d'une manière générale, au déploiement des panneaux de générateur solaire d'un véhicule spatial et, plus particulièrement, au maintien de ceux-ci en configuration de transfert. On entend ici par panneaux de générateur solaire, L'ensemble des structures planes de ce dernier présentant des surfaces actives optiques, thermiques ou photovoltaïques et notamment: - des panneaux support d'un réseau de cellules photovoltaïques identiques ou différentes, transformant l'énergie solaire en énergie électrique; - des panneaux réflecteurs qui concentrent le rayonnement solaire sur les précédents grâce à un revêtement aux propriétés adéquates; - des panneaux utilisés pour leurs caractéristiques thermo-optiques de surface (dissipateurs thermiques). Un procédé connu pour mettre sur orbite géostationnaire un véhicule spatial alimenté en énergie électrique au moyen de deux générateurs principaux du type photovoltaïque disposés symétriquement par rapport au corps du véhicule, consiste à mettre celui-ci sur une orbite intermédiaire de transfert, avant d'être placé sur son orbite géostationnaire par l'action d'un moteur d'apogée. Pendant le parcours de l'orbite de transfert et son passage de cette orbite à l'orbite géostationnaire, L'énergie nécessaire au véhicule spatial est obtenue par l'exposition au soleil de deux portions symétriques de chacun des deux générateurs photovoltaïques ou de deux générateurs photovoltaïques annexes symétriques, associés chacun à l'un des deux générateurs principaux, I'exposition de la totalité des générateurs n'étant commandée qu'après le fonctionnement du moteur d'apogée. Un tel procédé fait l'objet du document FR-A-2.505.288. En pratique, en configuration sur orbite de transfert, ou configuration de transfert, une partie des panneaux d'un générateur solaire est dépliée face au soleil et fait un angle de 90" par rapport à une partie non déployée de panneaux du générateur solaire, qui reste solidaire du corps du véhicule spatial. Jusqu'à présent, pour maintenir les panneaux dans cette position, en configuration de transfert, on a utilisé deux articulations de transfert spécifiques et complexes, comportant des mécanismes de verrouillage dans le sens antiretour (passage à un angle inférieur à 90 ) et on fait appel à d'autres mécanismes indépendants des articulations pour assurer le verrouillage dans le sens déploiement (passage à un angle supérieur à 90 ). Le verrouillage en configuration de transfert se fait par appui sur les panneaux solaires non déployés, tandis que le déverrouillage se fait par des mécanismes pyrotechniques. Outre le fait que les moyens de verrouillage mis en oeuvre sont complexes, la masse de ceuxci est également importante. La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. Elle propose, pour ce faire, un véhicule spatial comportant un générateur solaire formé d'un ensemble de panneaux, ayant une configuration de gerbage dans laquelle les panneaux sont empilés les uns sur les autres, articulés entre eux, et sont solidaires du corps du véhicule, une configuration de déploiement partiel dans laquelle une partie des panneaux seulement peut être déployée suivant un angle prédéterminé avec le restant des panneaux qui reste solidaire du corps et une configuration déployée dans laquelle l'ensemble des panneaux est disposé sensiblement dans un même plan, un premier et un second tirants reliant, respectivement, L'ensemble des panneaux au corps et ledit restant de panneaux au corps, et passant par des orifices ménagés dans les panneaux, chacun de ces tirants étant temporairement lié au corps par une extrémité proximale, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de blocage angulaire adapté à bloquer ladite partie de panneaux dans ladite configuration de déploiement partiel, I'une des extrémités de cet élément de blocage étant fixée à ladite partie de panneaux, tandis que son autre extrémité est serrée entre une tête d'extrémité distale du second tirant et une face principale du panneau d'extrémité distale dudit restant de panneaux, la rupture de la liaison entre le corps et le premier tirant permettant le passage de ladite partie de panneaux vers sa configuration de déploiement partiel et la rupture de la liaison entre le corps et le second tirant libérant l'extrémité de l'élément de blocage prise entre la tête et la face principale, permettant ainsi le passage de l'ensemble des panneaux à la configuration déployée. La présente invention met ainsi à profit la présence des tirants reliant les panneaux au corps et leur séparation séquencée de ce corps pour réaliser un dispositif particulièrement simple de maintien, de verrouillage et de libération d'un ou plusieurs panneaux de générateur solaire dans une configuration de déploiement partiel défini (configuration de transfert). II en résulte notamment une fiabilité de fonctionnement importante. Dans un mode de réalisation préféré, I'élément de blocage est un dispositif à lame élastique du type joint de Carpentier, et l'autre extrémité du joint comporte une embase ouverte. Ainsi, en configuration générateur solaire gerbé (configuration de gerbage) sur le corps du satellite, le joint de Carpentier est replié sur lui-même et logé dans l'intervalle inter-panneaux, réduisant au minimum son encombrement. Lors du déploiement de transfert, les panneaux de transfert se déplient jusqu'à ce que le joint de Carpentier ait repris sa forme d'origine (droite). La position angulaire des panneaux de transfert peut bien sûr être adaptée à un angle désiré en jouant sur la longueur du joint. Le verrouillage anti-retour (retour vers la configuration de gerbage) est obtenu simplement par la rigidité du joint en compression. La rupture de la liaison entre le corps et le second tirant libère automatiquement l'élément de blocage, grâce à l'embase ouverte qui s'échappe du tirant. Bien entendu, on pourra mettre en oeuvre plusieurs tirants similaires aux premier et second tirants et, par conséquent, plusieurs joints de Carpentier ou autres éléments de blocage angulaire, tels que par exemple des ensembles de biellettes articulées, ou autres dispositifs à lames élastiques. La présente invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - les figures la à If sont des vues en élévation latérale très schématiques représentant le déploiement d'un ensemble de panneaux d'un générateur solaire d'un véhicule spatial; - la figure 2 est une vue en perspective des panneaux des figures la à If, en configuration déployée; - la figure 3 est une vue en élévation latérale montrant la partie inférieure d'un ensemble de panneaux équipés d'un joint de Carpentier; et - la figure 3a est une vue en perspective en agrandissement d'un détail de l'encart A de la figure 3. Les figures la à If représentent, très schématiquement et très partiellement, un corps Il (zone hachurée) d'un véhicule spatial 10', tel qu'un satellite, sur un côté duquel est monté un générateur solaire 12. Le second générateur solaire du véhicule spatial 10', symétrique au générateur 12, par rapport au corps 11, , n'a pas été représenté sur les figures, par souci de clarté. Le générateur 12 comporte un ensemble de panneaux rigides déployables 13, repliables le long du corps 11. Ces panneaux ont été numérotés 1 à 10 sur les figures laà 1f et 2. Des articulations entre panneaux ont été représentées par le signe "xi"; où X et Y sont les numéros des panneaux articulés l'un à l'autre. Les articulations montrées sur les figures et auxquelles est associé le signe "X/Y" sont des articulations reliant des bords parallèles de panneaux, du type de celles décrites dans le document FR-A-2.635.077. D'autres articulations du même type, reliant des panneaux par des bords parallèles, perpendiculaires à des bords reliés par des articulations portant le signe "X/Y" sur les figures la à 1f, ont été représentées sur ces dernières et portent les repères numériques 15 à 17. Les générateurs solaires du véhicule spatial 10' sont reliés à deux faces opposées du corps 11 et sont symétriques l'un de l'autre, aussi bien en position repliée, qu'en position déployée. Plus précisément, comme le montrent les figures la à If, L'ensemble de panneaux 13 est relié d'une part, au corps 11 au moyen d'un bras d'éloignement 14 et par l'intermédiaire d'une articulation du type précité. D'autre part, un certain nombre de tirants relient temporairement des groupes prédéterminés de panneaux de l'ensemble 13 au corps 11. En l'espèce, six tirants de gerbage principaux, dont trois seuls sont visibles sur les figures la à If et portent les repères numériques 18 à 20, relient l'ensemble des panneaux à une face 21 du corps 11, de façon à les maintenir dans une configuration de gerbage dans laquelle les panneaux sont empilés les uns sur les autres, les faces principales de ces panneaux étant chacune parallèle à la face 21 du corps 11. Chacun des six tirants est temporairement lié au corps il par une extrémité proximale et constitué, à cet effet, d'une tige présentant une zone sécable de façon pyrotechnique 22, 22', 22" à cette extrémité proximale. Cette zone sécable 22, 22', 22" est enserrée par des moyens de coupure pyrotechnique 23, 23', 23", connus en soi, montés sur la face 21 du corps 11 pour casser la zone sécable de façon à rompre la liaison entre le corps 11 et le tirant de gerbage correspondant 18, 19, 20. A son extrémité distale, chacun des huit tirants 18,19, 20 comporte un flasque 24, 25, 26 formant tête et solidaire de la tige correspondante. Chacun des flasques 24, 25, 26 est en appui, en configuration de gerbage, contre la face principale du panneau d'extrémité distale de l'ensemble de panneaux 13. Il s'agit en l'espèce du panneau portant le numéro 1. Lors de la rupture de la liaison entre les tirants 18, 19, 20 et le corps 11, la coupure pyrotechnique a pour effet d'éloigner chaque tirant 18-20 du corps Il de façon suffisante à l'extraire de tous les panneaux, sauf le dernier, c'est-à-dire le panneau d'extrémité distale, sur lequel il est retenu. Cependant, à titre de sécurité, des ressorts 27, 28, 29 sont interposés entre les flasques 24, 25, 26 et le panneau d'extrémité distale. Ainsi, si l'effet de la coupure pyrotechnique n'est pas suffisant, ces ressorts prendront le relais pour extraire les tirants des panneaux, comme mentionné supra. On observera que ces ressorts 27-29 ne sont pas visibles sur les figures en configuration de gerbage. Un tirant secondaire 30 est également prévu. Celuici ne relie que sept panneaux sur les dix de l'ensemble 13 à la face 21 du corps 11. II s'agit en l'espèce des panneaux numérotés 2 à 4 et 7 à 10 de l'ensemble 13. De manière similaire aux autres tirants 18 à 20, ce tirant 30 est muni d'un flasque 31 formant tête et solidaire d'une tige, à une extrémité distale de celle-ci. Par ailleurs, I'extrémité proximale de cette tige est, elle aussi, liée par une zone sécable 32 de façon pyrotechnique au corps 11, des moyens de coupure pyrotechnique 33, identiques à ceux décrits pour les tirants 18 à 20, étant également prévus. Enfin, un ressort d'extraction 34 est lui aussi prévu et interposé entre le flasque 31 et la face principale du panneau d'extrémité distale du groupe lié au corps Il par le tirant 30, à savoir le panneau portant le numéro 2 sur les figures la à 1f. En dehors de la liaison par l'articulation 2/1, les autres panneaux, à savoir ceux portant les numéros 1, 5 et 6 sont liés au restant des panneaux par une attache de blocage angulaire 35 adaptée à bloquer cette partie de panneaux dans une configuration de déploiement partiel, comme décrit plus en détail ci-dessous. L'attache de blocage est en l'espèce un dispositif à lame élastique du type joint de Carpentier lié, comme montré sur la figure 3, de façon permanente par l'une de ses extrémités, à l'un des panneaux de la partie de panneaux susmentionnée (panneaux portant les numéros 1 à 5 et 6), à savoir le panneau numéro 1. Comme montré sur la figure 3a, ce joint de Carpentier présente, a son autre extrémité, une embase ouverte 36. Cette embase 36 présente une forme en U destinée à être serrée entre le flasque formant tête 31 du tirant 30 et la face principale du panneau d'extrémité distale du restant de panneaux portant les numéros 2 à 4 et 7 à 10, en regard de ce flasque 31 (voir figure 3), à savoir le panneau numéro 2. Le déploiement de cet ensemble de panneaux 13 se fait comme suit. En configuration de gerbage (figure la), lesdits panneaux sont empilés les uns sur les autres et maintenus ainsi par les tirants de gerbage 24 à26. Pour passer en configuration de transfert (déploiement partiel), les moyens de commande du véhicule spatial 10' activent les moyens de coupure pyrotechnique 22, 22', 22" des tirants principaux 24 à 26. Sous l'effet de la coupure pyrotechnique, les tirants 24 à 26 sont éloignés de la face 21 du corps Il et, par conséquent, extraits de l'ensemble des panneaux, sauf le panneau d'extrémité distale de l'ensemble 13 (panneau numéro 1), sur lequel ils sont retenus en fin de course. Cela permet à la partie de panneaux portant les numéros 1, 5 et 6 de basculer vers la configuration de transfert (figures lb à 1d), dans laquelle cette partie fait un angle de 90" avec le restant des panneaux encore solidaires du corps 11. Le joint de Carpentier 35 qui, jusqu'à présent, était replié et logé, au moins en partie, entre les panneaux, retrouve, dans cette configuration de transfert, sa forme d'origine (droite) en agissant à la manière d'un mètre à ruban. Dans cette position, le verrouillage anti-retour, c'est-à-dire un retour vers la configuration de gerbage, est obtenu simplement par la rigidité du joint en compression. Lorsque les panneaux portant les numéros 1, 5, 6 ont atteint cette position à 90 , les panneaux portant les numéros 5 et 6 se déploient de part et d'autre du panneau portant le numéro 1, de telle manière que les trois panneaux se retrouvent alors sensiblement dans un même plan, perpendiculaire à la face principale du panneau d'extrémité distale du restant de panneaux solidaires du corps, c'est-à-dire la face du panneau portant le numéro 2. On observera sur la figure Id, que des moyens d'escamotage qui ne seront pas décrits plus avant ici car ne faisant pas l'objet de la présente invention, ont ramené les tirants de gerbage principaux du côté de la face arrière du panneau portant le numéro 1 afin de ne pas créer d'ombre sur la face avant de ce panneau portant des cellules solaires (voir figure 3 où certaines cellules solaires ont été représentées, I'une d'elles portant le signe de référence 37). Il peut s'agir par exemple de ressorts agissant de manière similaire aux ressorts 27-29. L'ensemble de ces opérations, ainsi que celles décrites ci-dessous, sont gérées par les moyens de commande du véhicule spatial 10' via les différents mécanismes mis en oeuvre. Pour quitter la configuration de transfert et passer en configuration déployée, dans laquelle l'ensemble des panneaux est disposé sensiblement dans un même plan, les moyens de commande activent les moyens de coupure pyrotechnique 33, rompant ainsi la liaison entre le corps 11 et le tirant secondaire 30. Le tirant 30 est alors lui aussi extrait du restant des panneaux1 en étant toutefois retenu par le panneau d'extrémité distale portant le numéro 2 (voir figure le). L'embase 36 du joint de Carpentier 35 peut alors s'échapper du tirant 30 et libérer automatiquement la partie de panneaux portant les numéros 1, 5, et 6. En d'autres termes, cette partie de panneaux n'est plus bloquée, verrouillée en position, par rapport au restant de panneaux et peut donc poursuivre son basculement jusqu'à se retrouver dans le même plan que le panneau portant le numéro 2 (voir figure If) Simultanément, ce panneau portant le numéro 2 a pu basculer par rapport à un autre groupe de panneaux (les panneaux portant les numéros 3 et 7 à 10) qui, lui même, a basculé de 90C par rapport à un dernier panneau (panneau portant le numéro 4), encore lié au corps 11 du fait de la présence d'un tirant additionnel 38. Le basculement du panneau portant le numéro 2 et du groupe de panneaux portant le numéro 3 et 7 à 10 a pu se faire grâce à la rupture de la liaison entre le tirant 30 et le corps 11. La rupture de la liaison entre le tirant 38 et le corps Il permet, ensuite, de passer à la configuration déployée de l'ensemble des panneaux représenté schématiquement sur la figure 2. Comme on le voit dans cette configuration déployée, L'ensemble des panneaux est disposé sensiblement dans un même plan. A cet égard, on notera que les deux générateurs solaires du véhicule spatial 10' sont reliés à deux faces opposées du véhicule et sont symétriques l'un de l'autre, aussi bien en position repliée, qu'en position déployée. On notera encore, qu'en configuration de transfert, les panneaux portant les numéros 1, 5 et 6 peuvent être exposés normalement au flux solaire. Grâce à ces dispositions, le déploiement des panneaux d'un générateur solaire et leur verrouillage en configuration de transfert se fait de façon particulièrement simple, sans nécessiter d'articulation spécifique pour la configuration de transfert. En outre, les moyens mis en oeuvre sont simples à aménager et d'un encombrement minimal. Ils se caractérisent également par leur fiabilité de fonctionnement importante, leur faible masse, et le fait qu'ils n'opposent pas d'efforts résistants. De plus, grâce aux moyens mis en oeuvre dans la présente invention, le verrouillage en configuration de transfert, puis le déverrouillage pour passer en configuration déployée, se fait de façon automatique, sans mécanisme spécifique. Bien entendu, la présente invention ne se limite nullement au mode de réalisation choisi et représenté, mais englobe toute variante à la portée de l'homme du métier. En particulier, on pourra prévoir plusieurs tirants secondaires et plusieurs joints de Carpentier. La partie de panneaux destinée à basculer de 90" pour se retrouver en configuration de transfert, peut comporter un nombre variable de panneaux et même être limitée à un seul panneau. A cet égard, selon la séquence de déploiement, I'élément de blocage angulaire, ici le joint de Carpentier, peut être lié, de façon permanente, à un autre panneau que celui d'extrémité distale lorsque l'on considère l'ensemble de panneaux 13 en configuration de gerbage. Par ailleurs, le dispositif à lame élastique pourra comporter une ou plusieurs lames. Enfin, la tige du tirant peut être remplacée par un câble. REVENDICATIONS 1. Véhicule spatial comportant un générateur solaire (12) formé d'un ensemble de panneaux (1-10), ayant une configuration de gerbage dans laquelle les panneaux sont empilés les uns sur les autres, articulés entre eux, et sont solidaires du corps (11) du véhicule (10'), une configuration de déploiement partiel dans laquelle une partie des panneaux seulement peut être déployée suivant un angle prédéterminé avec le restant des panneaux qui reste solidaire du corps et une configuration déployée dans laquelle l'ensemble des panneaux est disposé sensiblement dans un même plan, un premier et un second tirants reliant, respectivement, L'ensemble des panneaux au corps (11) et ledit restant de panneaux au corps (Il), et passant par des orifices ménagés dans les panneaux, chacun de ces tirants (18-20, 30) étant temporairement lié au corps (11) par une extrémité proximale, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de blocage angulaire (35) adapté à bloquer ladite partie de panneaux (1, 5, 6) dans ladite configuration de déploiement partiel, I'une des extrémités de cet élément de blocage (33) étant fixée à ladite partie de panneaux (1, 5, 6), tandis que son autre extrémité est serrée entre une tête (31) d'extrémité distale du second tirant (30) et une face principale du panneau d'extrémité distale (12) dudit restant de panneaux (24, 7-10), la rupture de la liaison entre le corps (11) et le premier tirant (18-20) permettant le passage de ladite partie de panneaux (1, 5, 6) vers sa position de déploiement partiel et la rupture de la liaison entre le corps (11) et le second tirant (30) libérant l'extrémité de l'élément de blocage (35) prise entre la tête (31) et la face principale, permettant ainsi le passage de l'ensemble des panneaux (1-10) à la configuration déployée. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de blocage est un dispositif à lame élastique du type joint de Carpentier, ladite autre extrémité comportant une embase ouverte (36). 3. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de blocage angulaire est un dispositif de biellettes articulées. 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque tirant est constitué par une tige (18-20, 30) liée au corps par une zone sécable (22, 22', 22", 32) de façon pyrotechnique, des moyens de coupure (23, 23', 23", 33) pyrotechnique étant prévus. 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque tirant comporte à son extrémité distale un flasque (24-26, 31) formant tête et solidaire de la tige, un ressort (27-29, 34) destiné à extraire le tirant du groupe de panneaux correspondant étant interposé entre le flasque et la face principale de panneau en regard de ce flasque. 6. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en configuration de déploiement partiel, ladite partie de panneaux fait un angle de 90" avec ledit restant de panneaux.