Brevet FR3041165A1 — publié le 20170317

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'un engin spatial. Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus particulièrement à une coque faisant partie d'un réflecteur d'antenne d'un en- gin spatial tel qu'un satellite de télécommunication, en particulier d'un réflec- teur d'antenne de grande dimension. On sait que les réflecteurs d'antenne comportent, généralement, une coque comprenant une surface rigide, qui est réfléchissante (pour des ondes électromagnétiques), et des éléments de renfort (ou structure) prévus à l'arrière de la coque, qui participent au maintien de la coque et à la liaison avec le satellite. La présente invention s'applique plus particulièrement à un réflecteur d'antenne fonctionnant dans des bandes de fréquences élevées (bandes Ka, Q, V pour des fréquences supérieures à 20 GHz). Les réflecteurs d'antenne doivent répondre à des spécifications strictes concernant à la fois la réflectivité des ondes électromagnétiques sur la surface réfléchissante, et la tenue mécanique de l'ensemble du réflecteur (coque et structure) aux sollicitations mécaniques et acoustiques induites par les lanceurs spatiaux. La coque d'un réflecteur d'antenne est, généralement, constituée d'un élément de type sandwich, formé d'une structure en nid-d'abeilles sur laquelle sont apposées une peau avant et une peau arrière, chacune de ces peaux étant constituée d'un ou de plusieurs plis (ou couches) de matériau composite pourvu de fibres, notamment de carbone. Les coques de réflecteurs présentent des dimensions pouvant aller jusqu'à environ sept mètres de diamètre. Elles présentent une surface de forme généralement parabolique, et qui peut présenter des déformations locales spécifiques non développables, appelées « shaping ». Les coques des réflecteurs usuels sont généralement constituées de composite carbone qui, d'une part, garantit une bonne tenue mécanique de la coque du réflecteur aux contraintes mécaniques élevées subies par le réflec- 3041165 2 teur lors du lancement et en orbite, et d'autre part, garantit une bonne réflexion des ondes électromagnétiques dans les bandes de fréquences C et Ku. Mais avec l'utilisation de bandes de fréquences plus élevées (Ka, Q, 5 V), la réflectivité du composite carbone n'est pas garantie. Une des méthodes usuelles permettant d'améliorer la réflectivité dans ces bandes de fréquence élevées est d'appliquer une couche de métal sur la coque du réflecteur, du côté de la surface réfléchissante du composite. Ainsi, la surface métallisée présente une très bonne conductivité, ce qui génère de 10 bonnes performances en réflectivité, et le composite carbone assure, entre autres, les performances mécaniques de la coque. Les méthodes de métallisation usuelles prévoient d'appliquer une couche métallique pendant le drapage des plis composites ou après la polymérisation du composite. Par exemple, il est possible d'appliquer la couche 15 métallique sur le moule, puis de draper les plis composites par-dessus, sur le même moule, et enfin de polymériser l'assemblage. Une autre méthode consiste à réaliser le drapage et la polymérisation de la coque composite, puis d'appliquer la couche métallisée sur la coque entièrement drapée. Ces métallisations usuelles présentent des inconvénients. En particu- 20 lier : - l'ajout d'une couche métallisée augmente la masse de la coque, ce qui est très désavantageux, car pour les engins spatiaux, les critères de masses sont d'une importance majeure ; - la tenue de la couche métallisée sur le substrat composite peut également 25 être défaillante, et l'ajout d'une couche métallisée induit une forte dissymétrie de l'empilement de la coque, ce qui a un impact négatif sur les déformations thermo-élastiques du réflecteur ; et - la métallisation nécessite de modifier le procédé de fabrication des réflecteurs, soit en ajoutant une ou plusieurs couches lors du drapage des plis com- 30 posites, soit en réalisant la métallisation après fabrication, ce qui nécessite des étapes de fabrication supplémentaires, des moyens industriels spécifiques 3041165 3 et augmente les délais de fabrication. La présente invention a pour objet de remédier à au moins certains de ces inconvénients. Elle concerne un procédé de fabrication d'une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, ladite 5 coque étant réalisée en un matériau composite comprenant au moins un em- pilement pourvu de plis composites, ledit procédé comprenant un ensemble d'étapes successives comportant des étapes de drapage et d'imprégnation de résine desdits plis composites et une étape de polymérisation. Selon l'invention, ledit procédé comprend une étape de métallisation, 10 cette étape de métallisation étant réalisée antérieurement audit ensemble d'étapes et consistant à appliquer une métallisation sur au moins un pli composite sec destiné à l'empilement, avant imprégnation et drapage. Avantageusement, l'étape de métallisation consiste à appliquer la métallisation sur au moins le pli composite de l'empilement qui est situé le plus 15 en avant par rapport à une face d'illumination de la coque. Ainsi, grâce à l'invention, on réalise une métallisation sur au moins un pli composite sec (c'est-à-dire non imprégné), ce qui permet de remédier à au moins certains des inconvénients précités, comme précisé ci-dessous. Dans le cadre de la présente invention, on entend par pli composite 20 un pli (ou couche) de fibres (par exemple de fibres de carbone) destiné à constituer un élément composite après imprégnation de résine et polymérisation. Dans un mode de réalisation préféré, pour fabriquer une coque comprenant une structure de type sandwich, pourvue d'un élément central et de 25 deux peaux agencées de part et d'autre de l'élément central, dont une pre- mière peau dite avant qui est réfléchissante pour des rayonnements électromagnétiques et qui comprend au moins un empilement pourvu de plis composites, l'étape de métallisation consiste à appliquer la métallisation sur au moins le pli composite de l'empilement de ladite peau avant, qui est situé le 30 plus en avant. De plus, avantageusement, la seconde peau dite arrière comprend 3041165 4 également au moins un empilement pourvu de plis composites, et l'étape de métallisation consiste à appliquer la métallisation également sur au moins le pli composite de l'empilement de ladite peau arrière, qui est situé le plus en arrière. 5 Dans un mode de réalisation préféré, l'étape de métallisation est réa- lisée à l'aide de l'une des méthodes suivantes : - un dépôt en phase vapeur, de type PVD (pour « Physical Vapor Deposition », en anglais) ; - un flammage ; et 10 - une méthode usuelle de dépôt d'une couche de métal sur un substrat. Le procédé présente également au moins certaines des caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en combinaison : - l'étape de métallisation consiste à déposer au moins une couche de métal sur au moins une face du pli composite ; 15 - l'étape de métallisation consiste à déposer une pluralité de couches de métal sur le pli composite ; - l'étape de métallisation consiste à appliquer (déposer) au moins l'un des métaux suivants : de l'or, de l'aluminium, du chrome, du cuivre ; - lesdits plis composites sont de l'un des types suivants : unidirectionnels, tis- 20 sés - les fibres des plis composites sont en carbone. Par ailleurs, dans un premier mode de réalisation, l'ensemble d'étapes comprend successivement : l'étape d'imprégnation de résine, l'étape de drapage et l'étape de polymérisation. 25 En outre, dans un second mode de réalisation l'ensemble d'étapes comprend successivement : l'étape de drapage, l'étape d'imprégnation de résine et l'étape de polymérisation. La présente invention concerne également une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'engin spatial, obtenue par la mise en 30 oeuvre du procédé de fabrication précité, c'est-à-dire une coque comprenant au moins un pli composite métallisé. 3041165 5 La présente invention concerne, en outre : - un réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, comportant une coque telle que précitée ; et - un engin spatial, en particulier un satellite, comporte au moins un tel réflec- 5 teur d'antenne. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique partielle, en coupe, d'une coque 10 de réflecteur d'antenne. La figure 2 est une vue schématique, en perspective, d'une structure sandwich d'une coque. La figure 3 est une vue schématique, en perspective, montrant un empilement de plis composites comprenant un pli composite métallisé. 15 La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une coque 1 d'un réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, comme représenté schématiquement sur la figure 1. Plus particulièrement, bien que non exclusivement, cette coque peut faire partie d'un réflecteur d'antenne d'un engin spatial tel qu'un satellite de 20 télécommunication, en particulier d'un réflecteur d'antenne de grande dimen- sion. Un tel réflecteur d'antenne comprend, généralement : - une coque 1 représentant une structure (ou panneau) rigide pourvue d'une surface réfléchissante sur une face 2 dite face avant ; et 25 - des éléments de renfort (non représentés) qui sont agencés à une face ar- rière 3 de la coque 1, opposée à la face avant 2. Ces éléments de renfort participent au maintien de la coque 1 et à la liaison avec le satellite. Ces éléments de renfort sont connus et pas décrits davantage dans la présente description. Dans un mode de réalisation préféré, la coque 1 comprend une struc- 30 ture 4 de type sandwich. Comme représenté sur la figure 2, cette structure 4 est pourvue d'un élément central (ou âme) 5, précisé ci-après, et de deux 3041165 6 peaux 6 et 7 agencées de part et d'autre dudit élément central 5, à savoir : - une peau dite avant 6 qui est agencée au niveau de la face avant 2 de la coque 1 et qui est apte à recevoir et renvoyer les rayonnements électromagnétiques 11 reçus par le réflecteur d'antenne ; et 5 - une peau dite arrière 7 qui est agencée au niveau de la face arrière 3 de la coque 1 et qui est destinée notamment à recevoir les éléments de renfort. La peau avant 6 est configurée pour être réfléchissante pour des rayonnements électromagnétiques 11 présentant des fréquences adaptées à la ou aux bandes de fréquence prévues d'être réfléchies par le réflecteur, et 10 elle est réalisée en un matériau composite. Dans un mode de réalisation préféré, la peau arrière 7 est également réalisée en un matériau composite. Chacune de ces peaux 6 et 7 est constituée d'un ou de plusieurs plis (ou couches) de matériau composite pourvu de fibres, notamment (mais non 15 exclusivement) de carbone. Chaque pli peut être un pli unidirectionnel ou un pli tissé. De préférence, la structure 4 de type sandwich comprend un élément central (ou âme) 5 de type NIDA (structurel et transparent aux ondes électro- magnétiques) renforcé par les deux peaux 6 et 7. La structure NIDA (c'est-à- 20 dire en nid-d'abeilles) est pourvue, de façon usuelle, d'une pluralité d'alvéoles de forme hexagonale, ce qui permet de renforcer la résistance de la coque 1 tout en garantissant une légèreté maximale. Pour des raisons de simplification du dessin, la structure 4 est repré- sentée sous forme générale rectangulaire sur la figure 2. Bien entendu, dans 25 le cas d'une coque de réflecteur d'antenne, cette structure 4 présente une forme générale circulaire, par exemple avec un diamètre de plusieurs mètres, et elle est incurvée en section transversale (comme montré sur la figure 1). Les étapes générales du procédé de fabrication de la coque 1 (excepté une étape de métallisation précisée ci-dessous), sont des étapes usuelles 30 connues de l'homme du métier et adaptées au matériau constituant la struc- ture 4 de la coque 1. Ces étapes usuelles ne sont pas décrites davantage 3041165 7 dans la présente description. Comme représenté sur la figure 3, la peau avant 6 comprend un empilement 8 comprenant une pluralité de plis (ou couches) P1, P2, P3 et P4 pourvus de fibres 10. Chaque pli P1, P2, P3, P4 peut être un pli unidirection- 5 nel ou un pli tissé. Selon l'invention, le procédé de fabrication de la coque 1 comprend une étape de métallisation. Cette étape de métallisation est réalisée antérieurement à un ensemble d'étapes usuelles (comprenant des étapes de drapage, d'imprégnation et de polymérisation) et elle consiste à appliquer une métalli- 10 sation sur au moins un pli composite sec (c'est-à-dire non imprégné de résine) destiné à l'empilement 8, avant imprégnation et drapage. L'étape de métallisation consiste à appliquer la métallisation sur au moins le pli composite P1, qui est destiné à être situé le plus en avant sur l'empilement 8, c'est-à-dire vers la face avant 2 d'illumination de la coque 1 15 par le rayonnement électromagnétique 11. La métallisation du pli composite P1 est illustrée schématiquement par des traits plus épais sur la figure 3 pour ce pli composite P1. Ainsi, grâce à l'invention, on réalise une métallisation sur un ou des plis composites secs (c'est-à-dire non imprégnés de résine), avant de mettre 20 en oeuvre les autres étapes du procédé de fabrication. Cette métallisation a pour but d'améliorer les propriétés réfléchissantes de la peau avant 6. De plus, dans un mode de réalisation particulier, l'étape de métallisation consiste également à appliquer la métallisation sur au moins le pli composite de l'empilement de ladite peau arrière 7, qui est situé le plus en arrière 25 (vers la face 3). Ceci permet d'obtenir une structure de coque relativement symétrique avec une métallisation sur l'avant et une métallisation sur l'arrière, permettant de limiter l'impact sur les déformations thermo-élastiques du réflecteur. Dans un mode de réalisation préféré, l'étape de métallisation est réa- 30 lisée à l'aide de l'une des méthodes usuelles suivantes : 3041165 8 - un dépôt en phase vapeur, de type PVD (pour « Physical Vapor Deposition », en anglais) ; - un flammage ; et - une méthode usuelle de dépôt d'une couche de métal sur un substrat. 5 L'étape de métallisation consiste à déposer au moins une couche de métal sur au moins une face 9 (avant) du pli composite P1 (figure 3). De préférence, l'étape de métallisation consiste à déposer une couche d'au moins l'un des métaux suivants : de l'or, de l'aluminium, du chrome, du cuivre. Les épaisseurs de dépôts par métallisation de type PVD peuvent être 10 entre 0,1pm et 20pm. La précision de l'épaisseur déposée est de plus ou moins 0,005pm. Le choix de l'épaisseur optimale de métal dépend du matériau, et les principaux paramètres qui contribuent au choix de l'épaisseur sont la conductivité du matériau, sur un même pli composite, afin d'avoir une épaisseur de 15 métal supérieure à l'épaisseur de peau, et l'adhérence du matériau. Dans un mode de réalisation particulier, l'étape de métallisation consiste à déposer plusieurs couches successives de plusieurs matériaux différents ou identiques, pour améliorer l'adhérence du métal déposé sur le pli composite sec. 20 Après métallisation, le procédé de fabrication soumet les pièces aux mêmes étapes qu'un procédé de fabrication usuel, c'est-à-dire : - pré-imprégnation de résine, drapage, polymérisation ; ou bien - dans le cas d'une mise en oeuvre par infusion ou procédé de moulage par injection à basse pression de résine liquide, de type RTM (pour « Resin Trans- 25 fert Molding », en anglais) : drapage, imprégnation, polymérisation. Par conséquent, dans un premier mode de réalisation, l'ensemble d'étapes (autres que l'étape de métallisation) du procédé de fabrication comprend successivement : une étape d'imprégnation (pré-imprégnation) de résine, une étape de drapage et une étape de polymérisation. 30 En outre, dans un second mode de réalisation, l'ensemble d'étapes (autres que l'étape de métallisation) du procédé de fabrication comprend suc- 3041165 9 cessivement : l'étape de drapage, l'étape d'imprégnation de résine et l'étape de polymérisation. Par conséquent, pour la mise en oeuvre de la présente invention, seul l'approvisionnement des plis composites est modifié, ce qui limite fortement 5 les impacts sur le processus industriel de fabrication. De plus, la métallisation de plis composites secs avant drapage (c'est-à-dire des plis de dimensions standards et plats) est plus facile à réaliser que la métallisation a posteriori d'un réflecteur complet (de grande dimension, présentant une surface non plane et non développable). 10 La métallisation telle que décrite ci-dessus, permet de déposer une couche très fine et calibrée (c'est-à-dire d'épaisseur définie précisément) de métal, ce qui minimise l'augmentation de masse du pli composite (et donc de la coque 1), et minimise également l'impact sur les distorsions thermoélastiques. L'épaisseur de dépôt est choisie pour garantir que le métal ne se 15 fissurera pas pendant les manipulations, et qu'il sera suffisamment déformable pour permettre l'utilisation correcte du tissu carbone. En outre, comme le pli composite est imprégné de résine après avoir été métallisé, le métal est protégé de la corrosion par la résine. De plus, l'adhésion de la résine autour des fibres (notamment de carbone) garantit 20 l'adhésion du métal sur les plis composites. Un choix approprié du métal ou des métaux déposés permet d'éviter une corrosion galvanique entre le ou les métaux et les fibres du pli composite. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, ladite coque (1) étant réalisée en un matériau composite comprenant au moins un empilement (8) pourvu de plis composites (P1, P2, P3, P4), ledit procédé comprenant un ensemble d'étapes successives comportant des étapes de drapage et d'imprégnation de résine desdits plis composites et une étape de polymérisation, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de métallisation, cette étape de métallisation étant réalisée antérieurement audit ensemble d'étapes et consis- tant à appliquer une métallisation sur au moins un pli composite (P1) sec destiné à l'empilement (8), avant imprégnation et drapage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de métallisation consiste à appliquer la métalli- sation sur au moins le pli composite (P1) de l'empilement (8) qui est situé le plus en avant par rapport à une face d'illumination (2) de la coque (1). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, pour fabriquer une coque (1) comprenant une structure (4) de type sandwich, pourvue d'un élément central (5) et de deux peaux (6, 7) agencées de part et d'autre de l'élément central (5), dont une première peau dite avant (6) qui est réfléchis- sante pour des rayonnements électromagnétiques et qui comprend au moins un empilement (8) pourvu de plis composites (P1, P2, P3, P4), caractérisé en ce que l'étape de métallisation consiste à appliquer la métallisation sur au moins le pli composite (P1) de l'empilement (8) de ladite peau avant (6), qui est situé le plus en avant. 4. Procédé selon la revendication 3, pour fabriquer une coque (1) comprenant une structure (4) de type sandwich, dont la seconde peau dite arrière (7) comprend également au moins un empilement pourvu de plis composites, caractérisé en ce que l'étape de métallisation consiste à appliquer la métalli- 3041165 11 sation également sur au moins le pli composite de l'empilement de ladite peau arrière (7), qui est situé le plus en arrière. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de métallisation consiste à déposer au moins 5 une couche de métal sur au moins une face (9) du pli composite (P1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de métallisation consiste à déposer une pluralité de couches de métal sur le pli composite (P1). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 10 caractérisé en ce que l'étape de métallisation est réalisée à l'aide de l'une des méthodes suivantes : - un dépôt en phase vapeur ; - un flammage ; et - une méthode de dépôt d'une couche de métal sur un substrat. 15 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de métallisation consiste à appliquer au moins l'un des métaux suivants : de l'or, de l'aluminium, du chrome, du cuivre. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits plis composites (P1, P2, P3, P4) sont de l'un des 20 types suivants : unidirectionnels, tissés. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres des plis composites (P1, P2, P3, P4) sont en carbone. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, 25 caractérisé en ce que l'ensemble d'étapes comprend successivement : l'étape d'imprégnation de résine, l'étape de drapage et l'étape de polymérisation. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'ensemble d'étapes comprend successivement : l'étape de drapage, l'étape d'imprégnation de résine et l'étape de polymérisation. 30 13. Coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'engin spatial, 3041165 12 caractérisée en ce qu'elle est obtenue par la mise en oeuvre du procédé spécifié sous l'une des revendications 1 à 12. 14. Réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'engin spatial, caractérisé en ce qu'il comporte une coque (1) selon la revendication 13. 5 15. Engin spatial, en particulier un satellite, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réflecteur d'antenne selon la revendication 14.