Brevet FR3157357A1 — publié le 20250627

Le présent exposé concerne un nanosatellite comprenant : une structure (S1, S2) définissant un volume interne multiple d’une unité U, une unité U étant un parallélépipède ; au moins deux châssis (1, 1’) logés dans le volume interne, le châssis (1, 1’) étant parallélépipèdique et comprend six faces (10, 20, 30, 40, 50, 60) une carte électronique (4, 4’) d’interface fixée sur une face (10), un châssis (1, 1’) étant destiné à loger des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite et sont connectés à la carte électronique (4, 4’) d’interface ; une carte électronique (5) d’interconnexions ; la carte électronique (4, 4’) d’interface d’un châssis (1, 1’) se connectant à la carte électronique (5) d’interconnexions de manière à interconnecter les équipements des châssis (1, 1’) entre eux par l’intermédiaire de la carte électronique (5) d’interconnexions. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 Structure interne modulable d’un nanosatellite de type CubeSat L’invention concerne le domaine des nanosatellites conformes au standard CubeSat. Et l’invention concerne particulièrement une structure interne modulable de tels. ETAT DE LA TECHNIQUE Un nanosatellite est un satellite de petite taille dont la géométrie est définie en unité « U ». De tels satellites existent en plusieurs tailles : 3U, 12U, 24U. Il s’agit donc de plusieurs unité U agencées ensemble. Chaque unité U correspond sensiblement à un cube de taille 100 mm x 100 mm x 113,5 mm. De tels nanosatellite ont une masse comprise entre 1 et 50 kg. Compte tenu de leur petite taille, les nanosatellites nécessitent un développement particulier pour tenir compte de leur compacité. Ceci complexifie le développement dans un contexte où le nanosatellite doit pouvoir effectuer un grand nombre de missions différentes. Il existe donc un besoin d’avoir une structure de nanosatellite dont la structure interne est modulable facilement pour répondre aux besoins d’un grand nombre de missions sans avoir à réarranger l’intérieur du nanosatellite. EXPOSE GENERAL Un but du présent exposé est de répondre à ce besoin en proposant, selon un premier aspect un nanosatellite comprenant : une structure définissant un volume interne multiple d’une unité U, une unité U étant un parallélépipède ; au moins deux châssis logés dans le volume interne, le châssis étant parallélépipèdique et comprend six faces ; une carte électronique d’interface fixée sur une face, un châssis étant destiné à loger des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite et sont connectés à la carte électronique d’interface ; une carte électronique d’interconnexions ; la carte électronique d’interface d’un châssis se connectant à la carte électronique d’interconnexions de manière à interconnecter les équipements des châssis entre eux par l’intermédiaire de la carte électronique d’interconnexions. Le nanosatellite selon le premier aspect est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - la carte électronique d’interface est constituée d’un circuit imprimé comprenant une face munie de contacts à ressort et la carte électronique d’interconnexions comprend des empreintes conductrices destinés à venir en contact avec les contacts à ressort de la carte électronique d’interface ; - le châssis est monolithique et comprend plusieurs montants formant des côtés du châssis, chaque face du châssis étant creuse ; - le châssis est constitué d’un métal par exemple un alliage d’aluminium ; - la structure présente un volume interne correspondant à deux ou trois unités U disposées les unes au-dessus des autres, la carte électronique d’interconnexions étant disposée sur une face du volume interne ; - la structure présente un volume interne correspondant à six unités disposées selon deux colonnes de trois unités U disposées les uns au-dessus des autres, la carte électronique d’interconnexions étant disposées entre deux colonnes ; - la carte d’interconnexions est destinée à être connectée à une charge utile au moyen d’un harnais ; - une unité U est un parallélépipède de taille 100 mm x 100 mm x 113,5 mm de préférence conforme à la spécification CP-CDS-R14.1 ; Un second aspect du présent exposé est un procédé d’assemblage d’un nanosatellite selon le premier aspect, comprenant les étapes de : - fourniture d’une structure ayant un volume interne multiple d’une unité U, - disposition d’au moins deux châssis dans le volume interne, chaque châssis étant parallélépipèdique et comprend six faces, une carte électronique d’interface étant fixée sur une face, un châssis comprenant des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite connectés à la carte électronique d’interface ; - disposition d’une carte électronique d’interconnexions dans le volume interne à une position par rapport aux châssis de manière telle que chaque carte électronique d’interface puisse être connectée à la carte électronique d’interconnexions ; - connexion de chaque carte électronique d’interface à la carte électronique d’interconnexions. Le procédé selon le deuxième comprend avantageusement une étape de disposition d’une charge utile dans le volume interne et une connexion de la charge utile à la carte d’interconnexion au moyen d’un harnais. Un troisième aspect du présent exposé est un châssis d’un nanosatellite destiné à être logé dans un volume interne d’un nanosatellite ayant un volume interne multiple d’une unité U, le châssis comprenant six faces formant ensemble un parallélépipède, chaque face du châssis étant creuse, une face étant configurée pour supporter une carte électronique d’interface à laquelle des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite peuvent être connectés, les équipements étant destinés à être logés à l’intérieur du châssis. Avantageusement, le châssis selon le troisième aspect est tel que les faces forment un parallélépipède monolithique. Avantageusement, le châssis selon le troisième aspect est un multiple d’une unité U conforme à la spécification CP-CDS-R14.1. Grâce à l’utilisation des châssis et des cartes électroniques d’interfaces et d’interconnexions l’assemblage du nanosatellite est facilité et offre une grande modularité au nanosatellite. Le nanosatellite de l’invention présente des couts de fabrication réduits compte tenu de l’utilisation de châssis et des cartes qui sont simples à connecter. L’intégration de la plateforme est simplifiée par l’utilisation des châssis. Également, chaque châssis et les équipements formant un ensemble indépendant permettant de faciliter les tests sur les équipements. Le châssis présente une structure simple à produire à la chaîne. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La FIG. 1 illustre une vue de dessus schématique d’un nanosatellite selon un premier mode de réalisation de l’invention. La FIG. 2 illustre une vue de dessus schématique d’un nanosatellite selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. La FIG. 3 illustre des dimensions standards de nanosatellites conformes au standard CubeSat. La FIG. 4 illustre un châssis utilisé dans un nanosatellite selon l’invention ; La FIG. 5 illustre une vue d’une face d’une carte d’interfaces d’un nanosatellite selon l’invention. La FIG. 6 illustre une vue d’une face d’une carte d’interconnexions d’un nanosatellite selon l’invention. La FIG. 7 illustre des arrangements possibles de châssis d’un nanosatellite selon l’invention. La FIG. 8 illustre des étapes d’un procédé d’assemblage d’un nanosatellite selon l’invention. Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE Nanosatellite La FIG. 1 illustre une vue de dessus d’un nanosatellite N1 comprenant une structure S1 CubeSat de taille 12U et la FIG. 2 illustre une vue de dessus d’un nanosatellite N2 comprenant une structure S2 de taille 6U. Une unité U est conforme à la spécification CP-CDS-R14.1. Chaque unité U correspond à une unité sensiblement en forme de cube de taille 100 mm x 100 mm x 113,5 mm. La taille de la structure est exprimée en unité U et indique le volume de la structure disponible. Les unités U peuvent être agencées de plusieurs manières. La FIG. 3 illustre plusieurs structures CubeSat de taille 1U, 2U, 3U, 6U et 12U représentées en unité U assemblées. Le nanosatellite selon l’invention est destiné à contenir une charge utile et une plateforme. Par charge utile, on désigne tous les équipements qui permettent au nanosatellite de remplir la mission de relais de signaux (transpondeurs, antennes …), d’observation (caméras, imageurs, télescopes, etc.) ou scientifiques (instrumentation scientifique, etc.). Par plateforme, on désigne tous les équipements qui permettent au nanosatellite de faire fonctionner la charge utile dans les conditions opérationnelles spécifiées. A titre d’exemple, si la charge utile n’est pas une antenne, la plateforme aura l’antenne permettant faire redescendre les données vers une station sol ou autre. Structure En revenant à la FIG. 1 , la structure S1 du nanosatellite est délimitée par des parois externes 2 qui définissent un volume interne de la structure S1. Le volume interne de la structure S1 est subdivisé en plusieurs compartiments C1, C2, C3 au moyen d’une ou plusieurs pièces d’interface 3 qui permet le maintien des faces 2 externes de la structure S1. Sur l’exemple de la FIG. 1 , la structure S1 de taille 12U est subdivisé en trois compartiments C1, C2, C3. Bien entendu, d’autres subdivisons sont possibles et le nombre de pièce d’interface 3 peut être différent. Une pièce d’interface 3 contribue à la rigidité de la structure. Chaque compartiment C1, C2, C3 est adapté pour contenir un ou plusieurs châssis 1, 1’ destinés à contenir des équipements électroniques pour la plateforme. Selon le mode de réalisation de la FIG. 1 , trois compartiments C1, C2, C3 comportent des châssis 1, 1’ contenant des équipements électroniques pour la plateforme. Ces équipements constituent la plateforme du nanosatellite et comprennent par exemple : des batteries, des systèmes de communication, système de régulation thermique, système de contrôle d'attitude tels que viseur stellaire, roues à réaction, Magneto-coupleurs, ordinateur de bord, cartes électroniques de distribution de puissance, carte émetteur/récepteur. Chaque châssis 1, 1’ est compatible de la dimension de la structure et a un volume multiple proche d’une unité U soit 100 mm x 100 mm x 113,5 mm. On parle de châssis 1U, 2U etc. La charge utile se place dans l’espace libre de la structure qui n’est pas occupé par les châssis. Dans l’exemple de la FIG. 1 , le premier compartiment comprend un châssis 1U 1, un deuxième compartiment C2 comprend lui un châssis 1U 1 et un troisième compartiment C3 comprend un châssis 2U 1’. D’autres arrangements sont bien sûr possibles. Entre chaque châssis est prévu un espace pour laisser passer des harnais si nécessaire. Châssis La FIG. 4 illustre un châssis 1, 1’ qui est ici unitaire. De manière plus générale, chaque châssis est parallélépipèdique et comprend six faces 10, 20, 30, 40, 50, 60 délimitées par des montants 6. Les faces sont avantageusement creuses pour faciliter l’accès à l’intérieur du châssis et pour diminuer la masse du châssis. Un châssis 1, 1’ est donc une pièce creuse dont l’espace interne est accessible par chaque face ainsi fenêtrée. Le fenêtre de chaque face 10, 20, 30, 40, 50, 60 permet en utilisation un remplacement facile d’un composant/module sans avoir à démonter le reste du nanosatellite : les châssis permettant un accès facilité aux équipements qu’ils contiennent même lorsqu’ils sont assemblés dans le nanosatellite. Un tel accès peut donc se faire à tout moment de la préparation de la mission, même au dernier moment. Le châssis 1, 1’ comporte des trous 7 aux quatre coins d’au moins deux faces opposées pour permettre la fixation du châssis à la structure interne au moyen de vis par exemple s’insérant dans les trous 7. La fixation du châssis à la structure est telle qu’il est possible de dévisser les châssis facilement depuis l’extérieur. A partir de la taille 12U, les châssis 1, 1’ sont fixés à la pièce mécanique d’interface 2 qui sépare le volume interne en deux. Le châssis 1, 1’ est de préférence constitué d’un métal, par exemple, un alliage d’aluminium. Chaque châssis 1, 1’ prévu pour le nanosatellite est rapide et simple à fabriquer. En outre, il peut être réutilisé d’une mission à une autre. Par ailleurs, fait que le nanosatellite contient plusieurs châssis semblables améliore la rigidité globale de la structure du nanosatellite, les châssis y contribuant. Cartes Le nanosatellite selon l’invention est avantageux en ce que chaque châssis 1, 1’ intégré au volume de la structure S1, S2 comprend sur une de ses faces une carte électronique 4, 4’ d’interface et en ce que le nanosatellite comprend une carte électronique 5 d’interconnexions qui comprend des empreintes 51 conductrices destinées à venir en contact avec des contacts 41 à ressorts de la carte électronique 4, 4’ d’interface (voir les figures 5 et 6). La connexion des contacts 41 à ressort à la carte électronique 5 d’interconnexions est assurée par la fixation mécanique du châssis 1, 1’ à la structure du nanosatellite, le châssis 1, 1’ étant fixé mécaniquement du côté de la carte électronique 5 d’interconnexions. Celle-ci produit la pression nécessaire sur chaque contact à ressort afin de maintenir un contact permanent sur la carte d’interconnexions. L’utilisation d’un contact à ressort, autorise des déplacements autour de sa position qui peuvent être une conséquence de vibrations du nanosatellite notamment au cours de son lancement. Le contact est ainsi libre de se déplacer sans pour autant mettre en péril le contact en tant que tel. De manière avantageuse, le contact à ressort est de type commercial ce qui facilite sont approvisionnement. La carte électronique 5 d’interconnexions assure ainsi la connexion de tous les éléments internes du nanosatellite. Une face de la carte électronique d’interface 4, 4’ possède un unique connecteur permettant d’assurer la connectique de tous les éléments internes avec l’extérieur pour des tests avant vols et de communiquer avec la carte électronique 5 d’interconnexions. L’autre face est bien entendu connectée aux équipements logés dans le châssis 1, 1’. Le fait d’avoir un seul et unique connecteur facilite la connexion des équipements à la carte électronique d’interface 4, 4’. La carte électronique d’interconnexions 5 est soit disposée contre une face du volume interne ou bien est supportée par une pièce d’interface 2 lorsqu’elle au milieu (voir la FIG. 1 ). Le positionnement des empreintes et la géométrie de la carte électronique 5 d’interconnexions dépendent de la configuration du nanosatellite (placement des cubes) et des charges utiles. La carte électronique d’interconnexions 5 peut s’adapter à tous types de mission. L’utilisation de la carte électronique 4’, 4’ d’interface et de la carte électronique 5 d’interconnexion permet de limiter très fortement l’utilisation de harnais. Ce dernier n’est finalement utilisé que pour connecter la charge utile aux équipements de la plateforme. En outre, l’utilisation de cartes électroniques 4, 4’ d’interface et de la carte électronique 5 d’interconnexion permet de réduire voire d’éliminer des problèmes d’alignement des connecteurs compte tenu de l’alignement entre les empreintes et les connecteurs. L’intégration est donc simplifiée. Sur la FIG. 1 la carte d’interconnexions est placée au milieu du nanosatellite et sur la FIG. 2 , la carte d’interconnexions est placée contre une face du nanosatellite. De manière complémentaire, la pièce d’interface 3 permet de fixer les différents châssis et peut permettre de fixer la carte électronique 4, 4’ d’interface qui va relier tous les compartiments et les équipements. De manière alternative, il est possible de fixer la carte électronique 4, 4’ d’interface sur un côté de la structure au lieu du milieu. Modularité Prévoir des châssis de différentes tailles (voisines d’un multiple d’un U) permet un aménagement modulaire de la structure interne. Le nanosatellite peut ainsi s’adapter à une grande quantité de missions et applications. La FIG. 7 illustre plusieurs aménagements possibles de la structure interne avec à chaque fois trois châssis 1, 1’, 1’’ et la charge utile CU disposée dans l’espace laissé libre. L’homme du métier comprendra que l’utilisation de châssis de plusieurs tailles permet d’aménager l’intérieur du nanosatellite de plusieurs manières en fonction du type de mission. Procédé Le nanosatellite ci-dessus décrit est avantageux en ce qu’il est simple à assembler au cours d’un procédé d’assemblage tel que décrit ci-dessous en relation avec la FIG. 8 . La structure S1, S2 ayant un volume interne multiple d’une unité U est fournie (étape E1). Dans le volume interne, aux moins deux châssis 1, 1’ sont disposés (étape E2). Chaque châssis comprend des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite et une carte électronique 4, 4) d’interface fixée sur une de ses faces 10. La carte électronique 5 d’interconnexions est disposée (étape E3) dans le volume interne à une position par rapport aux châssis de manière telle que chaque carte électronique (4, 4’) d’interface puisse être connectée à la carte électronique (5) d’interconnexions. De la sorte les équipements sont connectés à la carte 5) d’interconnexions (étape E4). Une fois que les châssis avec les équipements qu’ils contiennent sont disposés dans le volume interne de la structure, la charge utile est disposée dans le volume restant et est connectée à la carte d’interconnexions au moyen d’un harnais (étape E5). Nanosatellite comprenant : une structure (S1, S2) définissant un volume interne multiple d’une unité U, une unité U étant un parallélépipède ; au moins deux châssis (1, 1’) logés dans le volume interne, le châssis (1, 1’) étant parallélépipèdique et comprend six faces (10, 20, 30, 40, 50, 60) une carte électronique (4, 4’) d’interface fixée sur une face (10), un châssis (1, 1’) étant destiné à loger des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite et sont connectés à la carte électronique (4, 4’) d’interface ; une carte électronique (5) d’interconnexions ; la carte électronique (4, 4’) d’interface d’un châssis (1, 1’) se connectant à la carte électronique (5) d’interconnexions de manière à interconnecter les équipements des châssis (1, 1’) entre eux par l’intermédiaire de la carte électronique (5) d’interconnexions. Nanosatellite selon la revendication 1, dans lequel la carte électronique (4, 4’) d’interface est constituée d’un circuit imprimé comprenant une face munie de contacts à ressort et la carte électronique (4, 4 ‘) d’interconnexions comprend des empreintes (41) conductrices destinés à venir en contact avec les contacts (51) à ressort de la carte électronique d’interface. Nanosatellite selon la revendication 2, dans lequel le châssis (1, 1’) est monolithique et comprend plusieurs montants (6) formant des côtés du châssis, chaque face du châssis étant creuse. Nanosatellite selon la revendication 3, dans lequel le châssis (1, 1’) est constitué d’un métal par exemple un alliage d’aluminium. Nanosatellite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la structure (S1, S2) présente un volume interne correspondant à deux ou trois unités U disposées les unes au-dessus des autres, la carte électronique d’interconnexions étant disposée sur une face du volume interne. Nanosatellite selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la structure (S1, S2) présente un volume interne correspondant à six unités disposées selon deux colonnes de trois unités U disposées les uns au-dessus des autres, la carte électronique d’interconnexions étant disposées entre deux colonnes. Nanosatellite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la carte d’interconnexions est destinée à être connectée à une charge utile au moyen d’un harnais. Nanosatellite selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une unité U est un parallélépipède de taille 100 mm x 100 mm x 113,5 mm de préférence conforme à la spécification CP-CDS-R14.1. Procédé d’assemblage d’un nanosatellite selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes de : - fourniture (E1) d’une structure (S1, S2) ayant un volume interne multiple d’une unité U, - disposition (E2) d’au moins deux châssis (1, 1’) dans le volume interne, chaque châssis (1, 1’) étant parallélépipèdique et comprend six faces (10, 20, 30, 40, 50, 60), une carte électronique (4, 4’) d’interface étant fixée sur une face (10), un châssis comprenant des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite connectés à la carte électronique (4, 4’) d’interface ; - disposition (E3) d’une carte électronique (5) d’interconnexions dans le volume interne à une position par rapport aux châssis de manière telle que chaque carte électronique (4, 4’) d’interface puisse être connectée à la carte électronique (5) d’interconnexions ; - connexion (E4) de chaque carte électronique (4, 4’) d’interface à la carte électronique (5) d’interconnexions. Procédé d’assemblage d’un nanosatellite selon la revendication 9, comprenant une étape de disposition d’une charge utile (CU) dans le volume interne et une connexion de la charge utile à la carte d’interconnexion au moyen d’un harnais. Châssis (1, 1’) d’un nanosatellite destiné à être logé dans un volume interne d’un nanosatellite ayant un volume interne multiple d’une unité U, le châssis (1, 1’) comprenant six faces (10, 20, 30, 40, 50, 60) formant ensemble un parallélépipède, chaque face du châssis étant creuse, une face étant configurée pour supporter une carte électronique (4, 4’) d’interface à laquelle des équipements destinés au fonctionnement du nanosatellite peuvent être connectés, les équipements étant destiné à être logés à l’intérieur du châssis (1, 1’). Châssis selon la revendication 11, dans lequel les faces forment un parallélépipède monolithique. Châssis selon l’une des revendications 11 et 12, dans lequel le châssis est un multiple d’une unité U conforme à la spécification CP-CDS-R14.1.