Brevet FR3035076A1 — publié le 20161021

PROCEDE D'AMENAGEMENT D'UNE PLURALITE DE VAISSEAUX SPATIAUX SOUS LA COIFFE D'UN LANCEUR, ASSEMBLAGE RESULTANT D'UN TEL PROCEDE ET DISPENSER ADAPTE A UN TEL ASSEMBLAGE L'invention relève du domaine de l'astronautique, et plus particulièrement du lancement de vaisseaux spatiaux tels que des satellites artificiels. Plus particulièrement elle porte sur un procédé d'aménagement d'une pluralité de vaisseaux spatiaux sous la coiffe d'un lanceur, sur un assemblage pouvant résulter d'un tel procédé et sur un dispenser de vaisseaux spatiaux adapté à la réalisation d'un tel assemblage. L'invention s'applique notamment au lancement simultané d'une pluralité de satellites artificiels destinés à former une constellation. Afin de réaliser des constellations comprenant un grand nombre de satellites artificiels identiques de petites dimensions (masse typiquement inférieure à 500 kg, voire à 200 kg), il est connu de procéder à des lancements groupés. Plusieurs satellites, voire plusieurs dizaines dans certains cas, doivent alors être agencés sous la coiffe d'un même lanceur pour être mis en orbite simultanément. Ces satellites sont fixés à un « dispenser », qui est un élément tubulaire placé le long de l'axe de la coiffe du lanceur, équipé d'interfaces mécaniques pour l'arrimage des satellites ; on obtient ainsi un assemblage rigide qui peut être considéré comme constituant la charge utile du lanceur. Dans l'espace, après libération de cet assemblage, des charges pyrotechniques désolidarisent les satellites du dispenser. En outre des « doigts d'éjection » à ressort, intégrés dans les interfaces mécaniques, impartissent aux satellites une poussée dans une direction radiale, de manière à dispersé la grappe de satellites qui vient d'être libérée. La figure 1 montre un assemblage de satellites SAT sous la coiffe CL d'un lanceur selon l'art antérieur. Le dispenser D présente une forme cylindrique, avec un axe z coïncidant avec l'axe longitudinal de la coiffe. Les satellites sont agencés sur la surface du dispenser, où ils forment une pluralité d'étages E1, E2, E3, E4 alignés dans la direction axiale, ou longitudinale. Chaque étage est constitué par un anneau de satellites - 18 dans l'exemple 3035076 2 considéré - entourant le dispenser. Les satellites des différents étages sont alignés dans la direction longitudinale, bien que cela ne soit pas essentiel. Dans l'exemple de la figure 1, des cloisons radiales sont prévues pour séparer les satellites de chaque étage, mais cela est optionnel. 5 L'agencement de la figure 1 permet le lancement groupé de 72 satellites, à condition que leur volume soit suffisamment réduit pour respecter les contraintes d'encombrement de la coiffe. Dans le cas d'un lanceur Falcon 9, cela présuppose que les dimensions de chaque satellite n'excèdent pas 1000x500x500mm. Si les satellites sont de taille plus 10 importante, il est nécessaire d'en réduire le nombre et donc, pour une constellation donnée, à augmenter le nombre de lancements, ce qui entraîne un surcout très important. L'invention vise à permettre une utilisation plus efficiente du volume disponible sous coiffe, et donc à augmenter le nombre de satellites 15 pouvant être lancés simultanément ou - de manière équivalente - à relâcher les contraintes sur leurs dimensions. Conformément à l'invention ce but est atteint en agençant les satellites en deux couches autour du dispenser, et en utilisant un dispenser modifié présentant des interfaces mécaniques d'au moins deux types 20 différents, se distinguant par leur extension radiale. Ainsi, un objet de l'invention est un procédé d'aménagement d'une pluralité de vaisseaux spatiaux sous la coiffe d'un lanceur, comprenant les étapes suivantes : - agencer une première couche de vaisseaux spatiaux 25 autour d'un dispenser ayant un axe longitudinal ; fixer les vaisseaux spatiaux de ladite première couche audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques s'étendant dans une direction radiale ; - agencer une deuxième couche de vaisseaux spatiaux 30 autour de ladite première couche et dudit dispenser, les vaisseaux spatiaux de ladite deuxième couche étant agencés de manière à dépasser, dans une 3035076 3 direction longitudinale de ladite coiffe, des vaisseaux spatiaux de la première couche qui s'interposent entre eux et le dispenser ; - fixer les vaisseaux spatiaux de ladite deuxième couche audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques s'étendant dans une 5 direction radiale sur une distance supérieure à celle des interfaces mécaniques de la première couche ; et - agencer l'assemblage ainsi obtenu, comprenant le dispenser et les vaisseaux spatiaux, sous la coiffe d'un lanceur avec l'axe longitudinal du dispenser aligné avec celui de la coiffe. 10 Selon des modes de réalisation particuliers d'un tel procédé : - Tant ladite première couche que ladite deuxième couche peuvent comprendre une pluralité d'étages espacés dans une direction longitudinale du dispenser, chaque dit étage étant constitué d'une pluralité de vaisseaux spatiaux agencés en anneau autour dudit dispenser, chaque étage 15 de ladite deuxième couche entourant un étage correspondant de ladite première couche. - Lesdits vaisseaux spatiaux peuvent être sensiblement identiques entre eux, les vaisseaux spatiaux de la deuxième couche étant tournés par rapport à ceux de la première couche autour d'axes respectifs 20 orientés radialement. Plus particulièrement, lesdits vaisseaux spatiaux peuvent présenter une forme allongée selon un axe dit principal et les vaisseaux spatiaux de la première couche peuvent être agencés avec leur axe principal orienté dans une direction longitudinale du dispenser et ceux de la deuxième couche être agencés avec leur axe principal orienté 25 perpendiculairement à la direction longitudinale du dispenser. Un autre objet de l'invention est un assemblage de vaisseaux spatiaux comprenant un premier ensemble de vaisseaux spatiaux agencés autour d'un dispenser présentant un axe dit longitudinal pour former une première couche de vaisseaux spatiaux, lesdits vaisseaux spatiaux étant fixés 30 audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques s'étendant dans une direction radiale à partir dudit dispenser ; caractérisé en ce qu'il comprend également un deuxième ensemble de vaisseaux spatiaux agencés autour de 3035076 4 ladite première couche et dudit dispenser pour former une première couche de vaisseaux spatiaux, les vaisseaux spatiaux de ladite deuxième couche étant agencés de manière à dépasser, dans la direction dudit axe longitudinal, des vaisseaux spatiaux de la première couche qui s'interposent entre eux et le 5 dispenser et étant fixés audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques s'étendant dans ladite direction radiale sur une distance supérieure à celle des interfaces mécaniques de la première couche. Selon des modes de réalisation particuliers d'un tel assemblage : 10 - Tant ladite première couche que ladite deuxième couche de vaisseaux spatiaux peuvent comprendre une pluralité d'étages espacés dans la direction dudit axe longitudinal du dispenser, chaque dit étage étant constitué d'une pluralité de vaisseaux spatiaux agencés en anneau autour dudit dispenser, chaque étage de ladite deuxième couche entourant un étage 15 correspondant de ladite première couche. - Lesdits vaisseaux spatiaux peuvent être sensiblement identiques entre eux, les vaisseaux spatiaux de la deuxième couche étant tournés par rapport à ceux de la première couche autour d'axes respectifs orientés radialement. Plus particulièrement, lesdits vaisseaux spatiaux 20 peuvent présenter une forme allongée selon un axe dit principal et les vaisseaux spatiaux de la première couche peuvent être agencés avec leur axe principal orienté dans une direction longitudinale du dispenser et ceux de la deuxième couche être agencés avec leur axe principal orienté perpendiculairement à la direction longitudinale du dispenser. 25 Encore un autre objet de l'invention est un dispenser de vaisseaux spatiaux comprenant un corps central de forme allongée selon un axe dit longitudinal et une pluralité d'interfaces mécaniques pour l'arrimage de vaisseaux spatiaux s'étendant radialement à partir dudit corps central, lesdites interfaces mécaniques étant agencées en étages espacés longitudinalement, 30 caractérisé en ce qu'il présente une alternance d'ensembles d'étages d'interfaces mécaniques s'étendant radialement sur une première distance et 3035076 d'ensembles d'étages d'interfaces mécaniques s'étendant radialement sur au moins une deuxième distance, supérieure à ladite première distance. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins 5 annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : - La figure 1, décrite plus haut, un assemblage de vaisseaux spatiaux sous coiffe selon l'art antérieur ; - Les figures 2A et 2B, un étage d'un assemblage de vaisseaux spatiaux selon un mode de réalisation de l'invention ; 10 - Les figures 3A et 3B, un dispenser de vaisseaux spatiaux selon un mode de réalisation de l'invention ; et - Les figures 4A et 4B, deux assemblages de vaisseaux spatiaux selon des modes de réalisation respectifs de l'invention. Dans la suite, on entendra par « direction longitudinale » (ou 15 « axe longitudinal ») une direction (respectivement, un axe) parallèle à l'axe du dispenser (et de la coiffe), et donc à la direction d'avancement du lanceur. On entend par « direction radiale » la direction d'une ligne partant de l'axe du dispenser et s'étendant perpendiculairement à la direction longitudinale. Le terme « vaisseau spatial » peut désigner un satellite 20 artificiel ou tout autre engin destiné à évoluer dans l'espace, tel qu'une sonde interplanétaire. Dans la suite, les termes « satellite » et « vaisseau spatial » seront utilisés de manière interchangeable. Les figures 2A et 2B sont, respectivement, une vue en plan et en élévation d'un étage composant un assemblage de vaisseaux spatiaux 25 selon un mode de réalisation de l'invention. Cet étage comprend 12 vaisseaux spatiaux - typiquement des satellites - identiques, désignés par les références SAT1 à SAT12. Ces satellites présentent une forme allongée, approximativement en pavé droit. Le dispenser n'est pas représenté pour ne pas surcharges les figures. On peut voir que les satellites sont agencés de 30 manière à former deux anneaux concentriques : un anneau interne, formé par les satellites SAT1 à SAT4, qui sont agencés avec leur dimension principale (c'est-à-dire leur côté le plus long) orientée dans une direction dite 3035076 6 tangentielle, qui est perpendiculaire tant à l'axe z de la coiffe qu'à une direction radiale du plan x,y ; et un anneau externe, formé par les satellites SAT5 à SAT12, qui sont agencés avec leur dimension principale orientée dans une direction longitudinale, c'est-à-dire parallèle à l'axe z. En d'autres 5 termes, les satellites de l'anneau extérieur sont tournés de 90° autour d'un axe orienté radialement par rapport à ceux de l'anneau intérieur. Cette rotation permet aux satellites de l'anneau externe d'être fixés au dispenser par des interfaces mécaniques IM - représentées seulement partiellement sur les figures 2A, 2B et de manière plus complète sur les figures 3A, 3B. En effet, 10 comme leur dimension principale s'étend dans une direction longitudinale, leurs interfaces mécaniques peuvent passer « au-dessus » et « au-dessous » des satellites de l'anneau interne dont la direction longitudinale s'étend dans un plan x-y perpendiculaire à cette direction longitudinale. Comme dans le cas de la figure 1, un agencement de 15 vaisseaux spatiaux selon l'invention peut comprendre une pluralité d'étages - généralement, mais pas nécessairement, identiques - espacés suivant la direction longitudinale (axe z) ; dans certains cas, cependant, l'agencement peut comprendre un seul étage. Ainsi, une couche de satellites est généralement formée par une pluralité d'anneaux de même rang espacés 20 suivant l'axe z, mais peut parfois être constituée d'un seul anneau d'un étage unique. Les figures 3A et 3B sont des vues, respectivement en élévation et de face, d'un dispenser D convenant à la mise en oeuvre de l'invention. Ce dispenser comprend un corps tubulaire CT, dont l'axe z est 25 destiné à être aligné avec celui de la coiffe du lanceur, sur la surface duquel sont fixées des interfaces mécaniques s'étendant dans une direction radiale. Ces interfaces sont de trois types : les interfaces IM1 s'étendent dans la direction radiale sur une distance relativement faible - typiquement de quelques centimètres : elles sont en effet destinées à la fixation des satellites 30 de la première couche (SAT1 à SAT4 dans le mode de réalisation des figures 2A, 2B) ; les interfaces IM2 s'étendent dans la direction radiale sur une distance plus importante, typiquement de plusieurs décimètres : elles sont en 3035076 7 effet destinées à la fixation des satellites de la deuxième couche (SAT5 à SAT12 dans le mode de réalisation des figures 2A, 2B). On comprend, au vu des figures 3A et 2B, que l'extension radiale des interfaces IM2 est au moins égale à celle des interfaces IM1 à laquelle s'ajoute la longueur du côté des 5 satellites s'étendant dans la direction radiale (le plus petit côté dans le mode de réalisation des figures 2A et 2B). Ainsi, les interfaces IM2 présentent une forme de tige. A part cela, elles peuvent être tout à fait conventionnelles et comprendre, notamment, un dispositif pyrotechnique de libération des satellites et un doigt d'éjection. Il importe de noter que les interfaces IM2 ne 10 doivent pas nécessairement avoir toutes la même longueur, même si cela simplifie la fabrication du dispenser. Par exemple, dans le mode de réalisation des figures 2A et 2B, les interfaces mécaniques IM2 associées aux satellites SAT5, SAT7, SAT9 et SAT 11 peuvent être légèrement plus longues que celles associées aux satellites SATE, SATE, SAT10 et SAT 12. Les interfaces 15 IM3, qui peuvent être semblables ou identiques aux interfaces IM1, servent à la réalisation des étages les plus élevés de l'assemblage, qui seront décrits en référence aux figures 4A et 4B. La structure en étages de l'assemblage se répercute sur l'agencement des interfaces mécaniques IM1 et IM2. Ainsi on peut identifier 20 sur le dispenser des figures 3A et 3B une alternance d'ensembles d'étages d'interfaces mécaniques IM1 et IM2. Plus particulièrement, dans le mode de réalisation considéré (voir les figures 2A et 2B), chaque satellite est fixé à l'aide de quatre interfaces mécaniques en correspondance des coins de sa face rectangulaire orientée vers le dispenser. Ainsi, le dispenser D présente, 25 sauf aux extrémités, une alternance de deux étages d'interfaces IM1 - deux fois plus nombreuses que les satellites de chaque étage de la couche interne - et de deux étages d'interface IM2 - deux fois plus nombreuses que les satellites de chaque étage de la couche internes. La figure 4A illustre un assemblage selon un premier mode de 30 réalisation de l'invention, pouvant être logé sous la coiffe d'un lanceur Falcon 9. Cet assemblage comprend 6 étages (référence E) de 12 satellites ayant la structure illustrée sur les figures 2A et 2B, plus un étage de type 3035076 8 conventionnel, à une seule couche, comprenant 4 satellites fixés par les interfaces IM3 et logé dans la partie supérieure, plus étroite, de la coiffe. On peut donc lancer simultanément jusqu'à 76 satellites dont les dimensions peuvent atteindre 1300x980x545mm - c'est-à-dire un volume plus que double 5 par rapport aux satellites de l'assemblage de la figure 1. La figure 4B illustre un assemblage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, pouvant aussi être logé sous la coiffe d'un lanceur Falcon 9. Cet assemblage comprend 4 étages (référence E) de 12 satellites ayant la structure illustrée sur les figures 2A et 2B, plus un étage à 10 une couche de 6 satellites, fixés par les interfaces IM3, logé dans la partie supérieure, plus étroite, de la coiffe. On peut donc lancer simultanément jusqu'à 54 satellites, et leurs dimensions peuvent atteindre 1700x780x600mm - c'est-à-dire un volume plus que triple par rapport aux satellites de l'assemblage de la figure 1. 15 La libération des satellites peut se faire comme dans l'art antérieur ; il faudra juste veiller à ce que les dispositifs pyrotechniques brisant les interfaces mécaniques IM2 de la couche externe soient déclenchés avant ceux des interfaces mécaniques IM1 de la couche interne. L'invention a été décrite en référence à des modes de 2 0 réalisation particuliers, mais sa portée est plus générale. Notamment : - L'invention convient de manière générale à l'agencement sous coiffe, en vue de leur lancement simultané, d'une pluralité de vaisseaux spatiaux - typiquement mais pas nécessairement des satellites. Il n'est pas essentiel que ces vaisseaux spatiaux soient identiques entre eux, ni qu'ils 25 soient destinés à former une constellation. Ils peuvent présenter des formes différentes de celles des modes de réalisation décrits, et il n'est pas toujours nécessaire que les vaisseaux spatiaux de la deuxième couche soient tournés de 90° par rapport à ceux de la première couche : cela dépend de la forme desdits vaisseaux spatiaux. Par exemple, si les vaisseaux spatiaux présentent 30 une forme de pavé droit à base carrée avec une face carrée orientée vers le dispenser, une rotation de 90° serait inutile tandis qu'une rotation de 45° serait appropriée. Cette notion de rotation perd son intérêt si les vaisseaux spatiaux 3035076 9 de la deuxième couche présentent une forme ou des dimensions différentes de ceux de la première couche. Par ailleurs, les différents étages peuvent présenter un décalage angulaires ; en d'autres termes chaque étage, ou seulement certains d'entre eux, peut être tourné d'un angle non nul autour de 5 l'axe z par rapport aux étages adjacents. - Les couches coaxiales de vaisseaux spatiaux peuvent présenter des structures différentes de celles décrites. En particulier, le nombre de vaisseaux spatiaux dans chaque étage et dans l'assemblage tout entier peut être différent de celui des exemples décrits en référence aux 10 figures 2A/2B et 4A/4B. - Le dispenser peut présenter une structure différente de celle décrite en référence aux figures 3A et 3B. - Dans les modes de réalisation décrits, les vaisseaux spatiaux sont agencés sur exactement deux couches ; l'invention a toutefois 15 une portée plus générale et comprends tous les agencements comprenant au moins deux couches. En effet, dans certains cas il peut être possible et opportun d'utiliser un agencement sur trois couches coaxiales, voire plus. Dans ce cas, les vaisseaux spatiaux des différentes couches seront fixés au dispenser avec des interfaces mécaniques s'étendant sur des distances 20 radiales croissantes avec l'ordre de la couche. REVENDICATIONS1. Procédé d'aménagement d'une pluralité de vaisseaux spatiaux (SAT) sous la coiffe d'un lanceur (CL), comprenant les étapes 5 suivantes : - agencer une première couche de vaisseaux spatiaux (SAT1 - SAT4) autour d'un dispenser (D) ayant un axe longitudinal (z) ; - fixer les vaisseaux spatiaux de ladite première couche audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques (IM1) s'étendant dans une 10 direction radiale ; - agencer une deuxième couche de vaisseaux spatiaux (SAT5 - SAT12) autour de ladite première couche et dudit dispenser, les vaisseaux spatiaux de ladite deuxième couche étant agencés de manière à dépasser, dans une direction longitudinale de ladite coiffe, des vaisseaux 15 spatiaux de la première couche qui s'interposent entre eux et le dispenser ; - fixer les vaisseaux spatiaux de ladite deuxième couche audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques (IM2) s'étendant dans une direction radiale sur une distance supérieure à celle des interfaces mécaniques de la première couche ; et 20 - agencer l'assemblage ainsi obtenu, comprenant le dispenser et les vaisseaux spatiaux, sous la coiffe d'un lanceur avec l'axe longitudinal du dispenser aligné avec celui de la coiffe. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel tant ladite 25 première couche que ladite deuxième couche comprennent une pluralité d'étages (E) espacés dans une direction longitudinale du dispenser, chaque dit étage étant constitué d'une pluralité de vaisseaux spatiaux agencés en anneau autour dudit dispenser, chaque étage de ladite deuxième couche entourant un étage correspondant de ladite première couche. 30 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel lesdits vaisseaux spatiaux sont sensiblement identiques entre eux, les 3035076 11 vaisseaux spatiaux de la deuxième couche étant tournés par rapport à ceux de la première couche autour d'axes respectifs orientés radialement. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel lesdits vaisseaux spatiaux présentent une forme allongée selon un axe dit principal et dans lequel les vaisseaux spatiaux de la première couche sont agencés avec leur axe principal orienté dans une direction longitudinale du dispenser et ceux de la deuxième couche sont agencés avec leur axe principal orienté perpendiculairement à la direction longitudinale du dispenser. 5. Assemblage de vaisseaux spatiaux comprenant un premier ensemble de vaisseaux spatiaux (SAT1 - SAT4) agencés autour d'un dispenser (D) présentant un axe dit longitudinal (z) pour former une première couche de vaisseaux spatiaux, lesdits vaisseaux spatiaux étant fixés audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques (IM1) s'étendant dans une direction radiale à partir dudit dispenser ; caractérisé en ce qu'il comprend également un deuxième ensemble de vaisseaux spatiaux (SAT5 - SAT12) agencés autour de ladite première couche et dudit dispenser pour former une première couche de vaisseaux spatiaux, les vaisseaux spatiaux de ladite deuxième couche étant agencés de manière à dépasser, dans la direction dudit axe longitudinal, des vaisseaux spatiaux de la première couche qui s'interposent entre eux et le dispenser et étant fixés audit dispenser au moyen d'interfaces mécaniques (IM2) s'étendant dans ladite direction radiale sur une distance supérieure à celle des interfaces mécaniques de la première couche. 6. Assemblage de vaisseaux spatiaux selon la revendication 5 dans lequel tant ladite première couche que ladite deuxième couche de vaisseaux spatiaux comprennent une pluralité d'étages (E) espacés dans la direction dudit axe longitudinal du dispenser, chaque dit étage étant constitué 30 d'une pluralité de vaisseaux spatiaux agencés en anneau autour dudit dispenser, chaque étage de ladite deuxième couche entourant un étage correspondant de ladite première couche. 3035076 12 7. Assemblage de vaisseaux spatiaux selon l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel lesdits vaisseaux spatiaux sont sensiblement identiques entre eux, les vaisseaux spatiaux de la deuxième 5 couche étant tournés par rapport à ceux de la première couche autour d'axes respectifs orientés radialement. 8. Assemblage de vaisseaux spatiaux selon la revendication 7 dans lequel lesdits vaisseaux spatiaux présentent une forme allongée selon 10 un axe dit principal et dans lequel les vaisseaux spatiaux de la première couche sont agencés avec leur axe principal orienté dans une direction longitudinale du dispenser et ceux de la deuxième couche sont agencés avec leur axe principal orienté perpendiculairement à la direction longitudinale du dispenser. 15 9. Dispenser (D) de vaisseaux spatiaux comprenant un corps central (CT) de forme allongée selon un axe (z) dit longitudinal et une pluralité d'interfaces mécaniques (1M, IM1, IM2) pour l'arrimage de vaisseaux spatiaux s'étendant radialement à partir dudit corps central, lesdites interfaces 20 mécaniques étant agencées en étages espacés longitudinalement, caractérisé en ce qu'il présente une alternance d'ensembles d'étages d'interfaces mécaniques (IM1) s'étendant radialement sur une première distance et d'ensembles d'étages d'interfaces mécaniques (IM2) s'étendant radialement sur au moins une deuxième distance, supérieure à ladite 25 première distance.