Brevet FR2815934A1 — publié le 20020503

Générateur solaire déployable à structure de support déployable. L'invention se rapporte à un générateur solaire déploya- ble utilisable par exemple sur des véhicules spatiaux, mais également dans des domaines autres que la technique spatiale. Une structure de support déployable est connue par exemple par le document EP 0 858 946 qui décrit un mât composé de branches individuelles reliées entre elles en forme de ciseaux. Par le document DE 2 110 626, on connaît des générateurs solaires déployables qui sont déployés à l'aide de tiges télescopiques ou de branches formées d'éléments individuels reliés entre eux de façon flexible à leurs extrémités. Ce document décrit en outre des générateurs solaires avec des branches qui sont formées par déroulement d'une bande avec tension mécanique interne (effet de ruban de mesure). Le document DE 32 23 839 décrit un générateur solaire pliable qui est maintenu par un mât déployable formé de tronçons de mât élémentaires. Dans ces dispositifs, une structure déployable de cellules solaires est déployée par le mouvement de déploiement de la structure de support. L'état de la technique tel que défini ci-dessus présente cependant l'inconvénient de ne pas permettre un déploiement suffisamment défini et contrôlé du générateur solaire et en particulier de la structure de cellules solaires, le risque existant par ailleurs d'un endommagement ou même d'un blocage de l'agencement du fait de l'influence réciproque du mouvement de déploiement de la structure de support et de la structure de cellules solaires lors du déploiement simultané des deux structures. Le but de la présente invention est de fournir un générateur solaire déployable à structure de support déployable, qui assure un déploiement fiable et défini. L'objet de la présente invention est un générateur solaire déployable comprenant une structure de cellules solaires déployable et une structure de support déployable qui présente une première poutre transversale, la structure de support étant reliée à une enceinte de rangement pour la structure de cellules solaires. De telles structures de cellules solaires déployables peuvent par exemple être enroulées ou pliées pour occuper un espace de rangement le plus faible possible. Les structures de cellules solaires sont généralement disposées dans des espaces de rangement en vue de leur protection contre une destruction ou des influences nuisibles avant leur mise en service. Selon l'invention, la structure de support est déployable indépendamment de la structure de cellules solaires et présente des dispositifs de guidage pour le déploiement de la structure de cellules solaires après que le déploiement de la structure de support soit achevé. Ainsi, chacun des deux mouvements peut être optimisé indépendamment de l'autre et peut, en fonctionnement, être effectué séparément de l'autre mouvement de déploiement, ce qui évite une influence nuisible réciproque des mouvements de déploiement et des composants participant à ces mouvements. La structure de support constitue, après que son déploiement ait eu lieu, un moyen stable de support et de guidage pour le mouvement de déploiement subséquent de la structure de cellules solaires. Ainsi, le déploiement de la structure de support peut avoir lieu en premier, la première poutre transversale pouvant d'abord rester encore reliée à l'enceinte de rangement. Ce n'est qu'après le déploiement de la structure de support que la première poutre transver- sale est déplacée le long de la structure de support, en entraînant avec elle la structure de cellule solaire qui s'y trouve reliée. Il peut être prévu en particulier à ce sujet que les dispositifs de guidage comprennent une deuxième poutre transversale qui est reliée à la structure de cellules solaires et est déplaçable longitudinalement par rapport à la structure de support, et des premiers câbles de guidage, la première poutre transversale et la deuxième poutre transversale étant reliées à leurs extrémités par les premiers câbles de guidage. La deuxième poutre transversale procure ainsi une stabilisation avantageuse de l'extrémité mobile libre de la structure de cellules solaires et les forces ponctuellement importantes, transmises par les câbles de guidage, n'agissent pas directement sur la structure de cellules solaires, mais au contraire sur la poutre transver- sale plus stable, ce qui réduit le risque d'un endommagement de la structure de cellules solaires sous l'effet du mouve- ment de déploiement. Afin d'assurer à l'agencement dans son ensemble une structure aussi compacte et légère que possible, la première poutre transversale peut faire partie d'un élément de couvercle et la deuxième poutre transversale constituer un fond intermédiaire de l'enceinte de rangement pour la structure de cellules solaires. De préférence, l'enceinte de rangement est réalisée de manière que les éléments partiels de la structure de support déployée, à l'état fermé de l'enceinte de rangement, soient serrés sous précontrainte entre la première poutre transversale et la deuxième poutre transversale. Ce résultat peut être obtenu par exemple par une conformation appropriée de l'espace intérieur de l'enceinte de rangement, par exemple uniquement par la taille de cet espace. Cela permet d'une part de faire en sorte que le mouvement de déploiement de la structure de support, lors de l'ouverture de l'enceinte de rangement, soit assisté par la précontrainte ainsi libérée et d'autre part il est par exemple également possible de prévoir des éléments partiels déformables de façon réversible pour la structure de support, ces éléments partiels pouvant alors être déformés en hauteur, ce qui permet de réduire la hauteur nécessaire de l'enceinte de rangement. Afin de garantir une fixation optimale de la structure de cellules solaires, en particulier à l'état déplié ou déroulé, il peut être prévu que la structure de cellules solaires flexible soit reliée à des câbles de guidage susceptibles d'être tendus entre la deuxième poutre transversale et l'enceinte de rangement. Comme déjà décrit, la structure flexible de cellules solaires peut, avant le déploiement, être enroulée ou pliée ou d'une manière générale être disposée en plusieurs couches superposées. Pour protéger la surface de la structure de cellules solaires et pour compenser d'éventuelles tolérances entre les différentes couches, des feuilles de séparation élastiques peuvent être disposées entre les différentes couches. La structure de support déployable peut être composée de plusieurs éléments partiels reliés entre eux, déformables de façon réversible de telle manière que les éléments partiels peuvent subir une modification de leur section perpendicu- lairement à leur longueur. Par conséquent, les éléments partiels peuvent, par l'intervention d'une force ou par précontrainte, être comprimés perpendiculairement à leur longueur, ce qui réduit le volume nécessaire pour le rangement des éléments partiels. Si l'intervention de la force ou la précontrainte est de nouveau supprimée, les éléments partiels reprennent de façon réversible leur forme initiale. D'autre part, la réalisation des éléments individuels en tant qu'éléments partiels assure aux différents éléments une rigidité élevée dès que l'inter- vention de la force ou la précontrainte est supprimée. Les éléments partiels sont reliés entre eux à leurs extrémités par des éléments élastiques. Ainsi, les éléments partiels peuvent être rangés en accordéon, sous la forme d'un empilage d'éléments partiels individuels qui se superposent perpendiculairement à la longueur de la struc- ture de support déployée. On obtient ainsi une possibilité de rangement très compacte pour les différents éléments partiels, le volume de rangement pouvant être réduit encore davantage par application d'une force ou précontrainte comme décrit ci-dessus, moyennant une déformation des éléments partiels. D'autre part, par un réglage approprié de la précontrainte mécanique interne des éléments élastiques, il est possible de faire en sorte qu'une suppression de la force ou de la précontrainte conduise à un dépliage automatique de la structure de support sous l'effet de cette précontrainte des éléments mécaniques, et donc à un déploiement de la structure. La précontrainte interne des éléments élastiques assure également la rigidité de la structure à l'état déployé. Afin d'assurer une déformabilité réversible des éléments partiels, il est nécessaire que les éléments partiels présentent une élasticité. A cet effet, les éléments partiels eux-mêmes peuvent être constitués d'un matériau élastique. Il est cependant possible également de faire en sorte que les éléments partiels soient constitués de segments partiels qui s'étendent dans la direction longitudinale des éléments partiels et qui sont reliés entre eux, le long de génératrices des éléments partiels, par des éléments élastiques supplémentaires ou des articulations. Ainsi, les éléments partiels peuvent être réalisés sous forme d'éléments tubulaires ou par exemple de parties demi- cylindriques de tubes. Lorsque des éléments élastiques sont prévus, les différents segments partiels peuvent présenter une élasticité supplémentaire qui peut cependant en règle générale être choisie plus faible que l'élasticité des éléments élastiques supplémentaires. Les éléments élastiques peuvent par exemple être réalisés sous forme de ressorts tels que des lames de ressort. En principe, les éléments partiels peuvent être disposés en une rangée individuelle d'éléments tubulaires reliés entre eux, ce qui conduit, à l'état déployé, à une poutre individuelle, donc par exemple une branche ou un mât individuel. Il est cependant possible également de prévoir qu'au moins un premier élément partiel soit relié par une première extrémité à une première extrémité d'un deuxième élément partiel, et par une deuxième extrémité à une deuxième extrémité d'un troisième, quatrième et cinquième éléments partiels. Cela permet de former deux rangées parallèles d'éléments partiels, les rangées étant reliées entre elles et formant, à l'état déployé, une structure de support double, donc par exemple une branche double ou un mât double. Une telle structure de support double appelée ciaprès structure double permet d'accroître encore la rigidité de la structure de support. En principe, on peut utiliser tout matériau approprié, en particulier des matériaux élastiques, pour les éléments tubulaires. Ainsi, par exemple, les éléments tubulaires peuvent être constitués d'un matériau à base de fibres de carbone. Un tel matériau présente en plus l'avantage d'un poids réduit tout en étant d'une rigidité relativement importante. Un exemple de réalisation particulier de la présente invention sera décrit ci-après plus en détail avec référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une coupe transversale d'éléments partiels superposés déformés, sous la forme d'éléments tubulaires, à l'état rangé; la figure 2 est une représentation schématique d'un élément élastique au niveau de l'extrémité des éléments tubulaires; la figure 3 représente schématiquement un élément élastique le long d'une génératrice d'un élément tubulaire; les figures 4a, 4b et 4c illustrent le déploiement d'une structure double en tant que structure de support d'un générateur solaire; la figure 5 représente un générateur solaire déplié, après déploiement de la structure de support et de la structure de cellules solaires; la figure 6 représente une enceinte de rangement pour un générateur solaire suivant la figure 5; la figure 7 représente différentes couches de la structure de cellules solaires avec des feuilles de séparation entre lesdites couches. La figure 1 montre deux éléments tubulaires 1, 11 superposés, déformés, en tant qu'éléments partiels de la structure de support déployable d'un générateur solaire déployable, à l'état rangé, l'élément tubulaire inférieur 11 étant par exemple soutenu par un élément tubulaire supplémentaire non représenté ou une surface de support. Sur l'élément tubulaire supérieur 1 s'exerce une force verticale ou précontrainte F qui conduit à une déformation des éléments tubulaires 1, 11 entraînant une modification de la section représentée perpendiculairement à la longueur des éléments tubulaires 1, 11. Les éléments tubulaires 1, 11 selon la figure 1 se composent respectivement de deux segments partiels la, lb, lia, llb demicylindriques creux, ayant chacun une certaine élasticité. Ces segments partiels sont constitués par exemple d'un matériau à base de fibres de carbone. A l'endroit des lignes de coupe 2, 12 le long de génératrices des éléments tubulaires 1, 11, les segments partiels la, lb, l1a, llb sont reliés entre eux par des éléments élastiques 6 tels que des lames de ressort ou en variante par des articulations, comme représenté sur la figure 3. A leurs extrémités 4, 14, les éléments tubulaires 1, 11 sont reliés entre eux par des éléments élastiques 5 tels que des agencements de lames de ressort, comme représenté schématiquement sur la figure 2. La figure 2 illustre une branche individuelle ou un mât individuel, c'est-à-dire que le mât ou la branche ne serait ici constitué que par une unique rangée d'éléments tubulaires 1, 11. Il est cependant possible également de prévoir une structure double, de sorte que la structure de support forme, à l'état déployé, une branche double ou un mât double. La réalisation particulière des éléments élastiques peut être adaptée selon les impératifs spécifiques en ce qui concerne l'élasticité et la rigidité. Les figures 4a à 4c illustrent le déploiement d'une structure double à partir d'un état de rangement, à savoir d'un état de rangement selon la figure 4a jusqu'à un état partiellement déployé selon la figure 4c. A l'état de rangement selon la figure 4a, les éléments tubulaires sont superposés en deux piles perpendiculairement à la direction de déploiement et sont maintenus entre une poutre transversale supérieure 13 et une poutre transversale inférieure 15 sous une précontrainte qui produit une déformation des éléments tubulaires, afin d'obtenir un volume de rangement aussi faible que possible. Les éléments tubulaires 1, 11, 21, 31 sont reliés entre eux à leurs extrémités 7, 17, 27, 37 par des éléments élastiques 5, comme le montre la figure 4. Cette liaison forme une articulation de charnière en X, ce qui permet de faire pivoter les éléments tubulaires 1, 11, 21, 31 les uns par rapport aux autres. A l'état déployé de la structure, les éléments tubulaires 1 et 11 ainsi que 21 et 31 se trouvent cependant en contact réciproque à l'endroit d'une génératrice. Si la précontrainte est ensuite supprimée, les éléments flexibles 5 aux extrémités des éléments tubulaires provo- quent le dépliage et donc le déploiement de la structure. Cela passe d'abord par un état selon la figure 4b dans lequel les premiers éléments tubulaires 1, 11, 41, 51 sont déployés, les éléments tubulaires 1 et 41 étant reliés entre eux aux premières extrémités 4, 44 et les éléments tubulaires 11 et 51 aux premières extrémités 14 et 54. Les éléments tubulaires 31 et 51 sont en outre reliés de façon articulée à la poutre transversale supérieure 13. Etant donné que les éléments tubulaires 1 et 11, comme le montre la figure 4c, sont reliés entre eux par leurs deuxièmes extrémités 7, 17 et aux deuxièmes extrémités 27 et 37 des éléments tubulaires contigus 21, 31, la structure continue d'être maintenue pliée à l'état selon la figure 4b, et les éléments tubulaires 41 et 51 ainsi que 1 et 11 s'orientent automatiquement parallèlement les uns par rapport aux autres, comme représenté sur la figure 4c. L'opération de déploiement continue ensuite avec le dépliage des éléments tubulaires suivants 21 et 31 ainsi que des autres éléments tubulaires contigus à leurs premières extrémités 24 et 34, jusqu'au déploiement complet de la structure double. La poutre transversale supérieure 13 fait partie de l'unité de couvercle 26 d'une enceinte de rangement 22 pour l'agencement composé d'une structure de support déployable formée d'éléments tubulaires 1, 11, 21, 31, 41, 51 et d'une structure de cellules solaires 16, la deuxième poutre transversale 15 forme un fond intermédiaire et est reliée de façon amovible à une unité de fond 25 de l'enceinte de rangement 22. Les éléments tubulaires 1, 11, 21, 31, 41, 56 pliés peuvent, comme représenté sur la figure 6, être serrés sous précontrainte dans cette enceinte de rangement 22, entre la première poutre transversale 13 et la deuxième poutre transversale 15, les éléments tubulaires 1, 21, 41 disposés les uns sur les autres étant déformés sous un volume réduit. La structure de cellules solaires 16 est rangée dans l'enceinte de rangement 22 en dessous de la deuxième poutre transversale 15, selon la figure 7, sous une forme spécialement pliée, des feuilles élastiques de séparation 22 étant disposées entre les différentes couches de la structure de cellules solaires 16. Le déploiement de la structure de support et de la première poutre transversale 13 reliée à cette dernière s'effectue selon la description correspondant aux figures 4a à 4c, mais il convient de remarquer que la deuxième poutre transversale 15 reste, pendant le déploiement des éléments tubulaires 11, 21, 31, 41, 51, encore reliée à l'unité de fond 25. La structure de cellules solaires 16 reste également encore dans son espace de rangement dans l'unité de fond 25. La structure de support est ainsi complètement déployée, un déploiement défini pouvant être garanti par les câbles de guidage 18 aux extrémités des poutres transversales. Après que le déploiement de la structure de support soit achevé, la deuxième poutre transversale 15 peut être détachée de l'unité de fond 25 et être déplacée le long de la structure de support en direction de la première poutre transversale 13. Cela peut également avoir lieu par les câbles de guidage 18 dans le cas o, dans la première poutre transversale 13, les câbles de guidage 18 passent par exemple sur des poulies de renvoi et que les câbles de guidage 18 sont reliés à la deuxième poutre transversale 15, d'une part, et à un moteur d'autre part. Etant donné que la deuxième poutre transversale 15 est reliée à la structure de cellules solaires 16, lors du déplacement de la deuxième poutre transversale 15, la structure de cellules solaires 16 est également déplacée en direction de la première poutre 13, et est donc dépliée et déployée. Cette situation est illustrée par la figure 5. En vue d'une meilleure fixation de la structure de cellules solaires 16, des câbles de guidage 19 sont tendus entre la deuxième poutre transversale et l'unité de fond 25 et reliés à la structure de cellules solaires 16. Comme le montre la figure 5, la structure de cellules solaires est formée par des bandes 16 de cellules solaires, chaque fois deux bandes étant dans l'exemple de la figure 5, disposées sur un côté de la structure de support d'éléments tubulaires. Le nombre et la longueur des bandes peuvent être choisis selon les besoins. Un agencement sur la figure 5 présente en outre l'avantage que les différentes bandes 16 sont situées dans un plan avec la structure de support, ce qui évite la formation de moments mécaniques entre la structure de support et les bandes 16. Au contraire, par exemple dans un agencement relevant de l'état de la technique selon le document DE 32 23 839, la structure de support est disposée derrière le plan de la structure de cellules solaires, ce qui fait que des moments mécaniques peuvent alors se produire. Pour permettre un rangement encore plus compact de l'agencement, il peut être prévu que l'enceinte de rangement 22 soit reliée à un élément de base 29, par exemple une plaque de base, de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe 23. Ainsi, il est possible de réduire encore davantage la hauteur de l'enceinte de rangement 22 pendant un transport de l'agencement dans son ensemble. REVENDICATIONS 1. Générateur solaire déployable comprenant une structure de cellules solaires (16) déployable et une structure de support (1, 11, 21, 31, 41, 51) déployable, présentant une première poutre transversale (13), ainsi qu'une enceinte de rangement (22) pour la structure de cellule solaire (16), caractérisé par le fait que la structure de support (1, 11, 21, 31, 41, 51) est déployable indépendamment de la structure de cellules solaires (16) et présente des dispositifs de guidage (15, 18) pour le déploiement de la structure de cellules solaires (16) après que le déploiement de la structure de support (1, 11, 21, 31, 41, 51) soit achevé. 2. Générateur solaire suivant la revendication 1, caracté- risé par le fait que les dispositifs de guidage (15, 18) comprennent une deuxième poutre transversale (15) qui est reliée à la structure de cellules solaires (16) et est déplaçable longitudinalement par rapport à la structure de support (1, 11, 21, 31, 41, 51), et des premiers câbles de guidage (18), la première poutre transversale (13) et la deuxième poutre (15) étant reliées à leurs extrémités par les premiers câbles de guidage (18). 3. Générateur solaire suivant la revendication 2, caracté- risé par le fait que la première poutre transversale (13) fait partie d'une unité de couvercle (26) et la deuxième poutre transversale (15) constitue le fond intermédiaire de l'enceinte de rangement (22) pour la structure de cellules solaires (16). 4. Générateur solaire suivant la revendication 3, caracté- risé par le fait que l'enceinte de rangement (22) est réalisée de manière que des éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) de la structure de support déployable se trouvent, à l'état fermé de l'enceinte de rangement (22), serrés sous précontrainte entre la première poutre trans- versale (13) et la deuxième poutre transversale (15). 5. Générateur solaire suivant l'une quelconque des reven- dications 2 à 4, caractérisé par le fait que la structure de cellules solaires (16) est reliée à des deuxièmes câbles de guidage (19) qui sont tendus entre la première poutre transversale (15) et l'enceinte de rangement (22). 6. Générateur solaire suivant l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé par le fait que la structure de cellules solaires (16) est disposée, avant le déploiement, en plusieurs couches superposées, des feuilles de séparation élastiques (28) étant disposées entre les différentes couches. 7. Générateur solaire suivant l'une quelconque des reven- dications 4 à 6, caractérisé par le fait que la structure de support se compose de plusieurs éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) reliés entre eux, les éléments partiels étant constitués par des éléments tubulaires (1, 11, 21, 31, 41, 51) qui sont déformables de façon réversible de manière à permettre une modification de la section des éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) perpendiculairement à la longueur de ces éléments, et les éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) étant reliés entre eux à leurs extrémités (4, 14, 24, 34, 44, 54, 7, 17, 27, 37) par des éléments élastiques (5). 8. Générateur solaire suivant la revendication 7, caracté- risé par le fait qu'au moins un premier élément partiel (1) est relié par une première extrémité (4) à une première extrémité (44) d'un deuxième élément partiel (41) et par une deuxième extrémité (7) à une deuxième extrémité (17, 27, 37) d'un troisième, quatrième et cinquième éléments partiels (11, 21, 31). 9. Générateur solaire suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait que les éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) sont constitués par un matériau élastique. 10. Générateur solaire suivant l'une quelconque des reven- dications 7 à 9, caractérisé par le fait que les éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) sont constitués par un matériau à base de fibres de carbone. 11. Générateur solaire suivant l'une quelconque des reven- dications 7 à 10, caractérisé par le fait que les éléments partiels (1, 11, 21, 31, 41, 51) sont réalisés sous forme d'éléments tubulaires.