Brevet FR3081841A1 — publié le 20191206

DISPOSITIF PORTEUR DEPLOYABLE POUR EQUIPEMENT DE SATELLITE Domaine de l'invention La présente invention concerne une structure télescopique pour satellite, sous forme d'un dispositif porteur pour un équipement d'un satellite déployable au moyen d'un tube gonflable, notamment pour réaliser un mât tel qu'un mât d'antenne de satellite qui est monté replié lors du lancement de la fusée portant le satellite et qui sera déployé une fois le satellite à poste. Arrière plan technologique Pour déployer des organes sur un satellite on connait les mâts gonflables et notamment des mâts gonflables solidifiables par polymérisation de dispositifs 10 d'armature ou solidification de l'enveloppe du tube gonflable réalisant le mât. Ces dispositifs nécessitent toutefois un générateur de gaz adapté à maintenir la pression dans le mât au moins le temps de la polymérisation de l'armature ou du tube. Ces dispositifs nécessitent en outre de concevoir des tubes gonflables 15 résistants à l'ambiance spatiale et utilisent pour ce faire des multicouches complexes alliant forte étanchéité grande légèreté et grande résistance aux UV notamment. Brève description de l'invention Au vu de cet art antérieur la présente invention vise à réduire la capacité du 20 générateur de gaz et simplifier la réalisation du tube gonflable en réalisant un mât télescopique sous forme de segments gigognes dans lequel se trouve un tube gonflable simple devant être maintenu gonflé uniquement le temps de déploiement du mât. Par ailleurs l'invention concerne des moyens d'encliquetage mutuel et de 25 retenue des segments. 2 Pour ce faire la présente invention propose un dispositif porteur pour un équipement d'un satellite sous forme d'un mât télescopique, constitué de segments cylindriques gigognes qui renferment un tube gonflable de déploiement du mât et sont pourvus de moyens d'accrochage d'un équipement porté par le 5 mât. Préférablement, un générateur de gaz et le tube gonflable replié se logent à l'intérieur des segments gigognes imbriqués. Avantageusement le dispositif comporte un couvercle support d'un équipement et dont la face inférieure constitue une face d'appui lors du 10 déploiement du tube gonflable. Selon un mode de réalisation particulier, des verrous à tige rétractable sont adaptés à verrouiller ensemble les segments imbriqués en position mât replié. Les moyens d'accrochage sont des oreilles ou des collerettes. Les segments en position mât replié, la collerette ou les oreilles d'un 15 segment de rang n peut éventuellement reposer sur le bord du segment de rang n-1 qui l' entoure. Les oreilles peuvent notamment comporter des trous de passage de câbles antenne se déployant avec le mât. Le dispositif comporte préférablement une base support du segment le plus 20 externe et du générateur de gaz. Les câbles antenne peuvent notamment être disposés sur le mât de manière hélicoïdale. Selon un premier mode de réalisation, les segments sont pourvus de moyens d'encliquetage mutuels mât en position dépliée et de nervures s'opposant à une rotation des segments les uns par rapport aux autres. 25 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent: En figure 1: une vue en perspective d'une structure selon l'invention 30 déployée; Aux figures 2A à 2C: des vues schématiques des éléments de la structure de la figure 1 repliée et des détails de ces éléments; 3 En figure 3A: des vues en coupe de dispositifs de retenue de la structure en position repliée; En figure 3B: une vue schématique en coupe de la structure repliée au niveau des dispositifs de la figure 2; 5 Aux figures 4A à 4C: des vues de détail de moyens de retenue en rotation et de verrouillage des segments; Aux figures 5A et 5B: des vues de détail en perspective coupe de moyens alternatifs de retenue en rotation et de guidage des segments; Aux figures 6A à 6C: des vues de détail de moyens de verrouillage des 10 segments; Aux figures 7 A à 7C: des vues en perspective et transparence des moyens des figures 5A à 6C; Aux figures 8A à 8F: la représentation de la disposition de brins d'une antenne en fonction du déploiement du mât; 15 En figure 9: la représentation du positionnement angulaire des segments de mât pour l'enroulement des brins d'antenne. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention concerne une structure télescopique déployable au moyen d'un tube gonflable. 20 La structure télescopique 1 telle que représentée déployée en figure 1 est réalisée à partir de segments gigognes 2, ici 6 segments 2a à 2f qui peuvent être réalisés dans divers matériaux tels qu'un composite à base de fibre de verre ou un thermoplastique (par exemple PEEK) chargé verre ou non dans le cas où ils portent une antenne notamment ou éventuellement des matériaux métalliques ou 25 carbone pour d'autres applications. Selon l'exemple, les segments 2 du mât portent des spires 5 d'une antenne qui va se déployer avec le mât. Le mât peut aussi porter un ou plusieurs capteurs devant être disposés à distance du satellite ou bien encore porter des panneaux solaires. 30 Comme représenté dans la vue schématique de la figure 2A, les segments 2a à 2f de forme cylindrique s'emboîtent les uns dans les autres pour permettre de replier la structure et de la déplier. 4 Les segments 2 sont des segments annulaires emboîtés les uns dans les autres lorsque le mat est replié. Ils comportent une partie supérieure pourvue d'un rebord ou de pattes 4 telles que représentées en figure 2B qui portent des brins d'antenne ou des fils ou câbles de liaison à un appareil porté par le mât. 5 Le mât est déployable sous l'action d'un tube gonflable 3 d'encombrement schématisé en figure 20 qui se loge à l'intérieur des segments. Les segments de l'invention sont constitués de telle sorte que la pression dans le tube gonflable 3 disposé à l'intérieur du segment le plus petit, ne doive pas être maintenue après le déploiement du mât, ce dernier conservant sa forme 10 déployée sans maintien de pression dans le tube. Pour ce faire, les segments 2a à 2f du plus petit au plus grand sont verrouillés les uns aux autres en position déployée par des moyens de verrouillage qui seront décrits ci-après ce qui réduit la quantité de gaz que doit générer un générateur de gaz initié pour le déploiement du mât et gonflant le tube 15 gonflable. Ceci permet de réduire le volume et la masse du générateur et du tube, le générateur pouvant notamment dans cette application être un générateur simple et peu onéreux. De retour à la figure 2A, en position repliée, les segments sont emboîtés avec le rebord ou les pattes d'un segment plus interne au dessus du ou en contact 20 avec le bord d'un segment plus externe. Le mât comporte un couvercle 6 fixé au segment le plus interne 2a qui deviendra le segment distal du mât. Sur ce couvercle peut se fixer l'extrémité de l'antenne, un capteur ou tout autre équipement destiné à être utilisé à distance du satellite. 25 De retour à la figure 1, les pattes ou le rebord sont pourvus d'encoches ou de trous traversés par les brins 5 de l'antenne ou de guidage d'un ou plusieurs câbles électriques d'alimentation d'un ou plusieurs capteurs ou autre équipement en bout de mât. En figure 3A est représenté un dispositif 7 de verrouillage temporaire des 30 segments en position repliée dit "pinpullers" en anglais pour verrou à tige rétractable. Ce dispositif comporte un actionneur et une tige rétractable 7a montrée déployée sur la vue du haut et rétractée sur la vue du bas. 5 Selon la figure 3B, deux desdits verrous 7 sont disposés dos à dos ou l'un au dessus de l'autre tête bêche à l'intérieur du segment interne. Les tiges 7a des verrous à tiges rétractables traversent les segments qui sont munis de trous adaptés en sorte de verrouiller ces segments en position repliée pendant le vol de 5 la fusée portant le satellite jusqu'au moment du déploiement du mât. Une fois le satellite correctement positionné, les tiges 7a sont rétractées puis le tube gonflable 3 est gonflé au moyen de son générateur de gaz 8 ce qui déploie le mât. Selon les figures 4A à 4C, les segments sont pourvus de moyens 10 d'encliquetage mutuels, mât en position déployée. Selon la figure 4A et sur l'agrandissement de la figure 4B, l'intérieur d'un segment externe 21 comporte des nervures 10 selon des génératrices du segment et un logement 11 alors qu'un segment interne 22 comporte une languette ressort 12 pourvue d'un ergot 12a comme représenté en figure 4C. L'ergot 12a est 15 dimensionné pour être retenu latéralement entre les nervures 10 lors du déploiement du mât et du coulissement du segment interne hors du segment externe jusqu'à se positionner sous l'action de la languette ressort dans le logement 11 pour verrouiller les segments en position déployée. Selon l'exemple représenté l'ergot 12a est disposé sur la face externe du segment interne et les 20 nervures et le logement sur la face interne du segment externe. Les figures 5A à 7C représentent un dispositif perfectionné réalisant une butée inférieure entre les segments en position repliée, une butée supérieure en position dépliée ainsi qu'un verrouillage des segments entre eux et autorisant en outre un assemblage et un démontage aisé des segments pour les tests avant 25 lancement. Pour ce faire le dispositif comporte en premier lieu une combinaison pion/chemin de came avec, comme représenté sur la figure 5A: - sur la face interne d'un segment 21' une rainure d'entrée de type baïonnette 17 débouchant dans une rainure allongée 18 qui ne débouche ni en 30 face supérieure du segment ni en face inférieur mais qui définit deux points d'arrêt extrêmes 18a, 18b et, - sur la face externe d'un segment 22', un pion 19 comme représenté à la figure 5B adapté à coulisser dans la rainure d'entrée puis dans la rainure allongée. 6 Le déplacement du pion dans la rainure 18 entre les points d'arrêt est schématisé aux figures 6A à 6C. La position de la figure 6A est une position mât replié où les segments sont emboîtés et le pion 19 est en butée sur un point d'arrêt bas 18b. La position de la figure 6B est une position intermédiaire pour 5 laquelle le pion 19 est à mi chemin entre les butées. La position de la figure 6C est une position mât déployé où les segments sont en extension avec le pion 19 en butée contre la butée d'arrêt haute 18a. La rainure allongée bloque en outre les segments en rotation les uns par rapport aux autres. Cette configuration qui peut être inversée entre les segments interne et externe permet d'assembler et de désassembler les segments par insertion poussée puis rotation du segment interne dans le segment externe pour que les pions entrent dans la rainure 17, coulissent jusqu'au bas de cette rainure puis rejoignent la rainure 18 et puissent y coulisser également. Pour le désassemblage du mât et donc pour ressortir le segment interne du segment externe, on agit à l'inverse par rotation et extraction des pions par la rainure d'entrée 17. Pour le verrouillage des segments en position déployée, le dispositif comporte des languettes ressort 13 tournées vers l'intérieur sur un segment externe 21' selon l'exemple de la figure 7A. Lorsque les segments sont en position mât replié, ces languettes 13 sont mises en contrainte contre la paroi externe du segment interne 22' comme représenté en figure 6A. Pendant le déploiement les languettes sont reçues dans des rainures de guidage 16 du segment interne 22' tel que représenté en figure 6B. Lorsque le mât est en position déployée comme représentée en figures 6C, ces languettes sont libérée et leur extrémité libre vient s'encliqueter contre le bord inférieur 22'a du segment interne. Les rainures/languettes 13, 16 participent à l'indexage des segments lorsque les languettes coulissent dans ces rainures. Ainsi les pions 19 et les rainures 18 retiennent les segment internes en position haute et en position basse dans les segments externes et les languettes 30 ressort 13 réalisent le verrouillage des segments du mât en position déployée. Il est à noter que pour assembler les segments selon la figure 7C il est nécessaire de repousser les languettes ressort 13 vers l'extérieur par exemple à l'aide d'un outil annulaire. 7 Pour limiter les efforts de déploiement du mât la rainure de guidage 16 telle que représentée notamment aux figure 6A et 6C et recevant la languette ressort 13 comporte une partie terminale en forme de rampe 16a contre laquelle glisse la languette ressort 13 avant de verrouiller les segments. 5 Pour démonter les segments, la languette 13 est susceptible de s'effacer par introduction de l'outil annulaire s'introduisant dans un segment externe pour permettre aux languettes 13 de s'effacer et ainsi permettre au segment interne de sortir en coulissant hors du segment externe. Pour ce qui concerne le cas d'un mât porteur d'une antenne, comme vu 10 plus haut, les brins d'antenne sont disposés entre les segments selon une configuration représentée aux figures 8A à 8F. Selon cet exemple les segments sont munis de collerettes 41, 41' au lieu d'oreilles mais une réalisation où les collerettes sont remplacées par des oreilles percées réparties autour du bord supérieur des segments est possible. 15 La figure 8A représente deux segments 2p, 2q enfoncés l'un dans l'autre, mât en position repliée. Les brins d'antenne 51, 52 visibles traversant les collerettes 41, 41' sont repliés en forme de demi-boucle. Le déploiement progressif du mât est représenté aux figures 8B à 8E. Les demi-boucles se déplient progressivement lors de la 20 sortie du segment interne 2q du segment externe 2p jusqu'à la position de la figure 8F pour laquelle les brins d'antenne sont tendus et les segments en position mât déployé. Il est à noter que les passages des brins sont décalés angulairement pour donner une forme hélicoïdale aux brins autour des segments notamment dans le 25 cas d'une antenne RF. Les figures 8C à 8F permettent de voir deux brins 51, 52 entier, la partie supérieure d'un troisième brin 53 et la partie inférieure d'un quatrième brin 54 lors de leur mise en tension. La figure 9 schématise pour un mât à six tronçons 2a à 2f deux variantes de pliage de deux brins 501 et 501'. Le brin 501 comporte des demi boucles toutes orientées du même côté ce qui donne des petits rayons de pliage au brin au niveau des traversées entre segments alors que le brin 501' comporte une alternance de demi boucles droites et gauches de sorte que le pliage du brin aux 8 traversées entre les segments ne soient pas pliés. La seconde variante pour laquelle les brins d'antenne 501' sont repliés en demi-boucles alternativement droite et gauche mât déduit le pliage des brins au niveau des trous 4a de passage des brins entre les segments pour réduire les déformations des brins aux points 5 de passage des brins entre les segments et donne une meilleure répartition des demi-boucles entre les brins. Comme vu précédemment, lorsque le mât porte une antenne, les segments portent des brins 51, 52, 53, 54 de l'antenne traversant les segments par des trous 4a de passage dans les oreilles 4 ou les collerettes 41 des segments. 10 Les segments comme représenté, sont angulairement décalés entre eux pour donner une forme hélicoïdale aux brins de l'antenne. Le décalage angulaire des segments successifs se cumulent pour obtenir un angle total 0 préférablement de 360°. L'invention définie par les revendications n'est REVENDICATIONS1 - Dispositif porteur pour un équipement d'un satellite sous forme d'un mât télescopique caractérisé en ce qu'il est constitué de segments cylindriques gigognes (2, 2a, 21, 22) qui renferment un tube gonflable (3) de déploiement du 5 mât et sont pourvus de moyens (4, 6) d'accrochage d'un équipement porté par le mât. 2 - Dispositif porteur selon la revendication 1 pour lequel un générateur de gaz (8) et le tube gonflable (3) replié se logent à l'intérieur des segments gigognes imbriqués. 10 3- Dispositif porteur selon la revendication 1 ou 2 comportant un couvercle (6) support d'un équipement et dont la face inférieure constitue une face d'appui lors du déploiement du tube gonflable (3). 4 - Dispositif porteur selon la revendication 1, 2 ou 3 comportant des verrous (7) à tige rétractable (7a) adaptés à verrouiller ensemble les segments 15 imbriqués en position mât replié. - Dispositif porteur selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les moyens d'accrochage sont des oreilles (4) ou des collerettes. 6 - Dispositif porteur selon la revendication 5 pour lequel et pour lequel, 20 segments en position mât replié, la collerette ou les oreilles d'un segment de rang n reposent sur le bord du segment de rang n-1 qui l'entoure. 7 - Dispositif porteur selon la revendication 5 ou 6 pour lequel les oreilles comportent des trous de passage de câbles antenne (5) se déployant avec le mât. 25 8 - Dispositif porteur selon la revendication 7 pour lequel les câbles antenne sont disposés sur le mât de manière hélicoïdale. 9 - Dispositif porteur selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une base (100) support du segment le plus externe (2b) et du générateur de gaz (8). 30 10- Dispositif porteur selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les segments sont pourvus de moyens d'encliquetage mutuels (11, 12) mât en position dépliée et de nervures (10) s'opposant à une rotation des segments les uns par rapport aux autres.