Brevet FR2932576A1 — publié le 20091218

ENSEMBLE MULTI-INSTRUMENTS EMBARQUE ULTRA-STABLE La présente invention se rapporte à un ensemble multi-instruments embarqué ultra-stable. Ces instruments peuvent être des télescopes, des radars, des lidars, etc. Les satellites d'observation embarquent généralement plusieurs télescopes ainsi que des optiques de pointage de moindre résolution (dits � star trackers �) permettant de pointer les télescopes sur une région déterminée de l'espace (ou de la Terre) observée. Ces télescopes, souvent au nombre de deux afin de couvrir un champ plus large, sont disposés chacun sur un banc-support, supporté lui-même par un autre banc-support. Un tel montage nécessite un troisième banc, ce qui en diminue la précision du fait que les � star trackers � sont fixés sur le troisième banc. En outre, l'assemblage en est plus long et complexe, les moyens de mise au point sont bien plus importants que ceux nécessités par chacun des deux premiers bancs, ce qui augmente de façon non négligeable le coût de réalisation de cette partie optique. La présente invention a pour objet un ensemble multi-télescopes embarqué ultra-stable, qui soit le moins onéreux possible et le plus simple et le plus rapide à réaliser et à mettre au point, permettant l'utilisation de moyens d'essais plus simples qu'auparavant (essais à température variable et/ou sous vide), qui assure un très bon positionnement optique des télescopes par rapport à leurs � star trackers � et qui permette de réduire le nombre de bancs optiques pour supporter la charge utile des télescopes, cette charge utile comprenant tout ce qui ne fait pas partie de la propulsion, c'est-à-dire l'instrumentation au sens large. Au sens de l'invention, � ultra-stable � signifie que la stabilité des télescopes par rapport aux � star trackers � qui leur sont associés doit être telle que leur décalage angulaire relatif soit constamment inférieur à 9 �rad. L'ensemble conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un banc-support unique supportant au moins deux télescopes et au moins deux � star trackers �. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est un ensemble de deux vues en perspective d'un ensemble conforme à l'invention, la vue de gauche étant une vue extérieure de cet ensemble, muni de ses � star trackers �, et celle de droite une vue sans les � star trackers �, certains éléments étant vus en transparence, cette vue montrant des détails de réalisation des éléments de fixation des télescopes, la figure 2 est une vue en perspective d'un ensemble conforme à la présente invention, similaire à la vue de droite de la figure 1, montrant des détails de réalisation d'un des télescopes, - la figure 3 un ensemble de deux vues en perspective montrant des détails de réalisation, conformes à l'invention, des supports des éléments moteurs relatifs à chacun des deux instruments, - la figure 4 est une vue de dessous en perspective de l'ensemble conforme à la présente invention, montrant les détails de réalisation des éléments associés aux télescopes et fixés sur le même banc-support, - la figure 5 est une vue en plan simplifiée d'un banc-support conforme à la présente invention pour la fixation de quatre télescopes à optiques différentes, - les figures 6 à 8 sont des vues de côté de détails de réalisation d'un banc-support conforme à la présente invention, et la figure 9 est une vue en perspective simplifiée de deux variantes de réalisation de renforts pour un banc-support conforme à la présente invention. La présente invention est décrite ci-dessous en référence à l'assemblage de deux ou trois télescopes d'un satellite d'observation. Ces télescopes peuvent être tous identiques ou non, et tout type de télescope peut ainsi être monté, et leur combinaison optique peut être de tout type (Korsch, TMA , Cassegrain,...). L'ensemble tel que représenté dans ses détails essentiels sur les figures 1 à 4 comporte principalement deux instruments optiques 1, 2 montés sur un banc-support unique 3, sur lequel est monté également un ensemble 4 de � star trackers �. Le banc-support 3 est composé, dans cet exemple, de deux sous-ensembles ou plaques de support 3A, 3B assemblées par des dispositifs permettant un positionnement relatif précis des sous-ensembles, tels que des inserts en titane 6 (figure 1, vue de droite, figures 2, 4 et 5) et/ou d'autres types de dispositifs de liaison, tels que des poutrelles 7 (figure 1, vue de droite, figure 2) ou encore d'autres types d'assemblage détaillés en figures 6 à 9 et décrits ci-dessous. De tels types d'assemblages permettent de réaliser un instrument optique monolithique très stable, possédant des alignements optiques inférieurs à 9 �rad par rapport au référentiel des � star trackers. � Comme représenté en détail en figure 2 pour le télescope 2, la partie optique classique de chaque télescope comprend essentiellement, sur une face du support 3, un premier miroir annulaire 8 (par exemple en �Zerodur � TM )associé à un panneau rayonnant 9 assurant son contrôle thermique, et un deuxième miroir secondaire 10 (qui peut également être en � Zerodur � TM) associé à un mécanisme 11 de focalisation et monté sur un support 12 en � étoile � (� CFRP spider �, soit Carbon fiber Reinforced Plastics en anglais). Ce télescope est protégé par un tube cylindrique 13 (par exemple en carbone-résine) prolongé par un � baffle � 14 (en aluminium anodisé, par exemple) relié au tube 1 � par des fixations isostatiques 15 assurant un découplage thermique et mécanique entre le tube 13 et le chapeau 14. Sur l'autre face du support 3 est montée la � charge utile �, et en particulier les montures isostatiques 16 (� kinematic mounts � en anglais) pour l'alignement optique des miroirs des télescopes, au nombre de trois pour chacun des télescopes. Cette charge utile est représentée sur les figures 3 et 4. Toutefois, on ne mentionnera ici que les principaux composants de cette charge utile sans les décrire plus en détail, du fait que ces composants sont bien connus en soi dans les montages de télescopes de l'art antérieur, la présente invention ne modifiant pas ces corposants, mais seulement leurs dispositions respectives par rapport au support des télescopes. Sur la figure 3, on a représenté séparément les deux plaques de support 3A, 3B vues du coté de la charge utile et montrant plus en détail cette charge utile qui comprend essentiellement les montures 16 précitées et des coffrets 17, 18 de circuits électroniques de détection associés aux télescopes 1 et 2 respectivement. On a représenté en figure 4 les deux plaques 3A, 313 de la figure 3 après leur assemblage à l'aide des inserts 6. Cet assemblage comporte trois montures 16 dont une est commune aux plaques 3A, 3B, et chacune des deux autres est fixée respectivement sur une des plaques. En outre, chacune des plaques de l'assemblage 3A+3B comporte principalement : un obturateur 19, un miroir de repliement (ou � miroir de renvoi �) 20, et un miroir tertiaire 21 monté sur une équerre de support 22 (réalisée par exemple en titane). La figure 5 se rapporte à un mode de réalisation à quatre télescopes. On n'a représenté sur cette figure que les quatre plaques de support individuelles 23 à 26 avec leurs inserts 6 d'assemblage et trois supports isostatiques 16. Bien entendu, les formes, dimensions relatives et dispositions mutuelles de ces plaques peuvent être différentes de celles représentées en figure 5. Il est également bien entendu que dans ce mode de réalisation, comme dans ceux des figures 6 à 9, l'on pourrait utiliser une seule plaque au lieu de plusieurs, mais cela rendrait plus onéreuse la réalisation de l'appareillage. Les grandes étapes de réalisation de l'ensemble conforme à l'invention sont : 1 - réalisation des bancs optiques élémentaires, 2 - assemblage /ajustage / appairage � piontage � des bancs optiques, 3 - démontage des bancs, 4 - intégration des instruments optiques sur chaque banc équipé de montures isostatiques, 5 - assemblage des deux bancs équipés en un seul banc monolithique (avec un repositionnement précis grâce au � piontage � réalisé à l'étape 2), 6 - intégration des � star trackers � sur le banc monolithique. On a représenté en figures 6 à 9 des détails de réalisation d'exemples de réalisation des dispositifs d'assemblage des plaques de support telles que les plaques 3A, 3B décrites ci-dessus. L a figure 6 illustre deux variantes d'un mode de réalisation à assemblage des plaques-supports des télescopes assuré par éclissage. Sur la vue du haut de la figure 6, les deux plaques 27, 28 sont disposées de façon coplanaire et approchées à faible distance mutuelle. Elles sont alors reliées par des éclisses ou plaques métalliques 29, 30 et par des vis ou boulons 31 fixant les éclisses sur les plaques, ainsi que par des pions de positionnement 32, traversant l'une des éclisses et pénétrant dans des trous borgnes formés dans les deux plaques 27, 28. En variante, comme représenté en bas de la figure 6, les chants en vis-à-vis des deux plaques 27', 28' sont rectifiés et appliqués l'un contre l'autre. Des éclisses 29, 30 sont vissées sur les deux faces des plaques. Des pions intérieurs 33 sont fixés sur les chants latéraux des deux plaques, à cheval sur leurs chants en vis-à-vis. En figure 7, on a représenté un mode de réalisation d'assemblage de deux plaques-supports du type tenon-mortaise. Dans ce cas, l'une des deux plaques (plaque 34) est plus épaisse que l'autre (35). Dans le chant de la plaque 34 correspondant à la zone d'assemblage des deux plaques, on pratique une rainure dont la largeur est sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque 35. Un bord de cette plaque 35 est inséré dans la rainure et y est maintenu par exemple par des vis ou boulons 36, éventuellement complétés par des pions. En figure 8, on a représenté deux exemples de réalisation d'autres types d'assemblage : en haut de la figure, l'interface d'assemblage est en forme de � L �, et en bas de la figure, cette interface est plane. Pour l'assemblage du type en � L �, on utilise une plaque (37) plus épaisse que l'autre (38), et on pratique dans la plaque 37 le long de son bord destiné à recevoir la plaque 38 un lamage dont la profondeur est sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque 38. La plaque 38 est maintenue dans ce lamage à l'aide de vis ou boulons 39, éventuellement complétés par des pions. Le mode de réalisation d'assemblage de la vue du bas de la figure 8 se rapporte à des plaques-supports de même épaisseur ou non, et consiste à superposer les bords des deux plaques 40, 41 et à les maintenir par exemple par des vis ou boulons 42, éventuellement complétés par des pions. Les deux modes de réalisation d'assemblage représentés en figure 9 ont recours à une liaison assurant la raideur de l'assemblage et garantissant des déformations inférieures à quelques �rad. Pour le mode de réalisation de la vue de gauche de la figure 9, les plaques-supports 43, 44 à assembler doivent être de même épaisseur et de même largeur. L'assemblage est réalisé à l'aide de deux poutres en � U � 45, 46 enserrant les bords latéraux des deux plaques. Le mode de réalisation de la vue de droite de la figure 9 utilise, en plus des moyens décrits ci-dessus, pour raidir l'assemblage de deux plaques-supports 47, 48, deux poutres rectilignes à section rectangulaire 49, 50 fixées sur une face de l'ensemble des deux plaques 47, 48. En conclusion, le dispositif conforme à l'invention présente les avantages suivants : - il permet des intégrations/alignements optiques des instruments en parallèle : cela permet une réduction du temps de fabrication et limite la taille des moyens optiques utilisés au sol (moyens dits OGSE, soit � Optical Ground Segment EquipmentO, - il nécessite des moyens d'essais plus simples que les dispositifs connus (en particulier des caissons d'essais moins grands), il est très précis (précision de 9 �rad ou mieux) sur l'alignement des instruments par rapport aux � star trackers �, - on peut utiliser deux bancs optiques séparés afin de réaliser les opérations d'intégration et d'alignement optique en parallèle, chacun étant mesuré dans un petit caisson d'essais, ce qui permet de raccourcir la durée de la fabrication de l'ensemble, - Il présente une très bonne stabilité relative des axes optiques des deux 20 instruments (ou plus) montés sur le même support, et par rapport aux � star trackers � (� star trackers � qui se trouvent sur le banc optique de support de l'un des instruments). 25 30 REVENDICATIONS1. Ensemble mufti-télescopes embarqué ultra-stable, caractérisé en ce qu'il comporte un banc-support unique supportant au moins deux instruments et au 5 moins deux � star trackers �. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le banc-support est composé d'au moins deux bancs individuels assemblés de façon rigide. 3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les instruments sont de l'une au moins des catégories suivantes : télescopes, radars, lidars. 10