Brevet FR3115769A1 — publié le 20220506

L'invention concerne un vaisseau spatial de croisière comportant au moins un système de propulsion à antimatière permettant d'exercer sur l'engin une force d'intensité et d'orientation variables. Vaisseau spatial équipé de propulseur à antimatière. L'invention concerne un vaisseau spatial de croisière comportant au moins un système de propulsion à antimatière permettant d'exercer sur l'engin une force d'intensité et d'orientation variables. Ce système de propulsion permet de mouvoir le vaisseau spatial dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière et d’atteindre ainsi une cible déterminée pour un coût optimisé. Avantageusement, le système de propulsion comporte au moins un propulseur à antimatière. Avantageusement, le système de propulsion comporte au moins un propulseur électrique. Avantageusement, le système de propulsion comporte au moins un support orientable sur lequel est disposé au moins un propulseur. L'orientation peut dépendre des coordonnées du vaisseau dans le repère de la cible. Avantageusement, le système de commande est agencé pour commander le système de propulsion en intensité et en orientation de manière à ce que le vaisseau spatial décrive une trajectoire optimum entre son point de départ et la cible considérée. Avantageusement, le vaisseau spatial comporte au moins un système de guidage et de mesure agencé pour déterminer la distance le séparant de la cible. Avantageusement, le vaisseau spatial permet d’optimiser le temps de vol et de réduire la consommation de carburant embarqué, donc le coût de la mission. Etat de l’art : Les véhicules spatiaux sont habituellement équipés de propulseurs permettant leur manœuvre dans l'espace. Ces derniers sont fréquemment des propulseurs chimiques à ergols liquides ou solides : ces propulseurs chimiques sont capables d'offrir des accélérations importantes de l'ordre de plusieurs dizaines de g mais souffrent d'une impulsion spécifique assez faible. L'impulsion spécifique traduit d'une certaine manière l'efficacité du propulseur. Les propulseurs électriques présentent quand à eux une impulsion spécifique bien meilleure, environ 5 à 10 fois plus grande que celle des propulseurs chimiques. Mais, ils fournissent des accélérations assez faibles. Les propulseurs chimiques s'utilisent lorsque les manœuvres doivent être rapidement exécutées. Par exemple, lorsqu’il s’agit d'une manœuvre de capture planétaire, ou d'une manœuvre de sortie d'un environnement néfaste ou d'une manœuvre d'urgence. Dans cette catégorie, les propulseurs solides sont moins complexes et donc moins coûteux que leurs homologues liquides. Le stockage, notamment, d'un propergol solide est simplifié : en particulier, celui-ci ne nécessite pas de réservoirs pressurisés, de conduites d'amenée, ou de préchauffeur. Il n'impose pas non plus un stockage séparé de deux ergols, ni un dispositif permettant leur mélange avant la combustion. Outre une simplicité accrue, ces propulseurs réduisent la masse des équipements emportés augmentant d'autant la masse utile disponible du vaisseau, ce qui est un autre avantage important. Les propulseurs électriques quant à eux se substituent avantageusement aux propulseurs chimiques pour des manœuvres peu contraintes en durée dans lesquelles le vaisseau spatial verra son vecteur vitesse altéré au bout d'une durée plus longue. Le propulseur électrique peut être par exemple un propulseur ionique à grille, un propulseur à plasma étagé de type coaxial, ou de tout autre propulseur dans lequel des particules chargées sont accélérées puis éjectées. Un vaisseau spatial qui combine les avantages des propulseurs chimiques et des propulseurs électriques tout en réduisant l'impact de leurs défauts respectifs tirera profit des spécificités des différentes manœuvres à exécuter. Cependant, le coût peut rester élevé. Le but de l’invention est donc de proposer un vaisseau spatial de croisière comportant au moins un système de propulsion à antimatière permettant d'exercer sur l'engin une force d'intensité et d'orientation variables et au moins un propulseur électrique pour faciliter les manœuvres. Ce système de propulsion permet de mouvoir le vaisseau spatial dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière et d’atteindre ainsi une cible déterminée pour un coût optimisé. Description de l’invention : Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comprend au moins un propulseur principal à antimatière et une pluralité de petits propulseurs électriques de plus faible puissance. La puissance de ces petits propulseurs peut être de l'ordre de 1% de la puissance du propulseur principal. Ils peuvent être répartis en différents points du vaisseau spatial afin d'assurer un contrôle d'altitude trois axes du vaisseau. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comprend au moins un propulseur principal à antimatière disposé sensiblement selon l’axe d'inertie principal du vaisseau, une pluralité de propulseurs électriques principaux disposés autour du propulseur principal, et au moins quatre petits propulseurs électriques orientés selon des directions non coplanaires. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comprend un système mutualisé d'alimentation et de commande configuré pour alimenter en électricité et commander le propulseur à antimatière d'une part et le propulseur électrique d'autre part. Cette mutualisation permet une simplification des systèmes d'alimentation et de commande du système global. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le système mutualisé d'alimentation et de commande comprend un dispositif de distribution de puissance configuré pour fournir une alimentation électrique régulée à l’ensemble du vaisseau spatial. Dans certains modes de réalisation de l’invention, la source d'énergie électrique comprend des batteries et/ou une pile à combustible et/ou un réacteur à fission et/ou un réacteur à fusion. Dans certains modes de réalisation de l’invention, la télémétrie, la télécommande et la logique de pilotage sont mutualisées dans le dispositif d'alimentation et de contrôle. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le dispositif d'alimentation et de contrôle fournit au moins une alimentation principale et au moins une alimentation auxiliaire. Dans certains modes de réalisation de l’invention, l'alimentation principale fournit une tension variable qui peut être redressée avec une puissance maximale fonction de la puissance du réacteur (par exemple 100 MW). Dans certains modes de réalisation de l’invention, le redémarrage du système auxiliaire peut se faire en utilisant des panneaux solaires ou une pile à combustible. Dans certains modes de réalisation de l’invention, la propulsion du vaisseau spatial est exclusivement réalisée à l'aide de propulseurs à antimatière. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte au moins un dispositif d'orientation de poussée permettant de contrôler l'orientation du vecteur poussée d'un propulseur à antimatière. Ce dispositif d'orientation comprend des vérins électriques. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte au moins un dispositif d’inversion de poussée permettant de contrôler la diminution de vitesse du vaisseau. Dans de tels modes de réalisation de l’invention, la commande et l'alimentation du dispositif d'orientation de poussée sont assurés par le système mutualisé d'alimentation et de commande électrique. Plus particulièrement, le dispositif d'alimentation et de contrôle fournit au moins une alimentation adaptée au fonctionnement du dispositif d'orientation de poussée. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte au moins un dispositif de décollage et d’atterrissage. Des patins activés par des vérins électriques permettent ainsi au vaisseau spatial de stationner lorsque sa vitesse est nulle. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte des lasers de puissance pour détruire tout objet se présentant sur sa trajectoire. Dans certains modes de réalisation de l’invention, le vaisseau spatial comporte des canons à protons dirigés vers l’avant vaisseau ou à antiprotons dirigés vers l’arrière du vaisseau afin de contrer toute attaque pendant sa mission. Les dessins sont schématiques et visent à illustrer les principes de la présente invention. La est une vue schématique de dessus d'un mode de réalisation du vaisseau spatial. La est une vue schématique de côté d'un mode de réalisation du vaisseau spatial. La est une vue schématique 3D d'un mode de réalisation du vaisseau spatial. La représente un mode de réalisation du vaisseau spatial (1000) vu de dessus. Dans cet exemple de réalisation, le vaisseau spatial (1000) est un engin de forme sensiblement longiforme. Le vaisseau spatial est piloté à partir du poste de pilotage (1010). Le vaisseau spatial possède un système mutualisé d'alimentation et de commande (1020). L'alimentation électrique est assurée par des batteries ou des piles à combustible ou un réacteur nucléaire (1030). Le vaisseau spatial comprend un propulseur principal à antimatière (1040) et des propulseurs électriques (1050). Le vaisseau spatial comprend également de petits propulseurs électrique (non référencé). Le vaisseau spatial peut être équipé de lasers de puissance (1060). Le propulseur principal du vaisseau spatial est orienté selon l'axe d'inertie avant-arrière du vaisseau. Les propulseurs électriques principaux (1050) sont disposés de manière symétrique de part et d'autre du propulseur principal (1040). Les petits propulseurs sont orientés de telle sorte que leurs directions ne soient pas toutes inclues dans un unique plan afin de permettre le contrôle d'attitude du vaisseau autour de son centre de gravité dans les trois directions de l'espace. Le dispositif de distribution de puissance et de commande reçoit la puissance électrique provenant des systèmes de production et fournit une alimentation électrique régulée, sous la forme d'un bus de puissance, destinée aux autres modules. L'ordinateur de bord (non référencé) échange des données avec le dispositif d'alimentation et de contrôle. Il transmet des consignes de poussée destinées aux propulseurs. A partir de ces consignes, le dispositif d'alimentation et de contrôle intègre la logique de commande des propulseurs, leur télémétrie et leur télécommande, puis module la puissance des alimentations concernées et transmets certains ordres ou réglages destinés aux propulseurs (1040, 1050). Les modes de réalisation décrits sont donnés à titre illustratif et non limitatif, l’homme de l’art pouvant facilement modifier ces modes de réalisation, en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention. Par ailleurs, les différentes caractéristiques de ces modes de réalisation peuvent être utilisées seuls ou être combinés. En particulier, sauf précision contraire, une caractéristique décrite en relation avec un mode ou exemple de réalisation peut être appliquée de manière analogue à un autre mode ou exemple de réalisation. , Vaisseau spatial comprenant au moins un propulseur principal à antimatière (1040), et au moins un propulseur électrique (1050), et caractérisé en ce qu'il comprend un système mutualisé d'alimentation (1020) configuré pour alimenter en électricité et commander au moins propulseur principal (1040) d'une part et au moins un propulseur électrique (1050). , Vaisseau spatial selon la revendication 1, comprenant au moins un propulseur principal à antimatière (1040) et une pluralité de petits propulseurs électriques (1050) de faible puissance. , Vaisseau spatial selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le système mutualisé d'alimentation (1020) comprend un dispositif de distribution de puissance configuré pour fournir une alimentation électrique régulée à partir d'une source d'énergie électrique (1030). , Vaisseau spatial selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la télémétrie, la télécommande et la logique de pilotage sont mutualisées dans le dispositif d'alimentation. , Vaisseau spatial selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation fournit au moins une alimentation principale et au moins une alimentation auxiliaire. , Vaisseau spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’alimentation principale fournit une tension variable qui peut être redressée avec une puissance maximale fonction de la puissance du réacteur. , Vaisseau spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le redémarrage du système auxiliaire peut se faire en utilisant des panneaux solaires ou une pile à combustible. , Vaisseau spatial selon l'une quelconques des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un propulseur principal (1040) et une pluralité de petits propulseurs de faible puissance (1050). , Vaisseau spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de distribution de puissance reçoit la puissance électrique provenant des systèmes de production et fournit une alimentation électrique régulée, sous la forme d’un bus de puissance, destinée aux autres modules. , Vaisseau spatial selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'orientation de poussée permettant de contrôler l'orientation du vecteur poussée d'un propulseur principal et en ce que le dispositif d'alimentation fournit au moins une alimentation adaptée au fonctionnement dudit au moins un dispositif d'orientation de poussée.