FR2973151A1

FR2973151A1 - Systeme radiatif telescopique deployable

Info

Publication number: FR2973151A1
Application number: FR1152303A
Authority: FR
Inventors: Pascal Bultel; Olivier Boisard
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-09-28
Anticipated expiration: 2031-03-21
Also published as: FR2973151B1

Abstract

L'invention concerne un système radiatif télescopique déployable, destiné à un système spatial, ayant une position stockée et une position déployée et comprenant un ensemble principal (10) dissipateur de chaleur, au moins un ensemble intermédiaire (20) dissipateur de chaleur, et un ensemble secondaire (30) dissipateur de chaleur, ces ensembles (10, 20, 30) comportant chacun au moins deux radiateurs, et étant montés pour être mobiles de manière telles que : lorsque le système est en position stockée, les ensembles (10, 20, 30) sont concentriques ; et lorsque le système est en position déployée, les ensembles (10, 20, 30) sont connectés en série.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne les radiateurs déployables pour les systèmes spatiaux (plateformes satellitaires ou véhicules propulsifs).

ETAT DE LA TECHNIQUE La puissance nécessaire au fonctionnement du système nécessite une alimentation électrique qui peut être générée soit par des panneaux solaires, soit par un générateur embarqué (notamment nucléaire). Ceci produit un fort excès de chaleur qu'il convient de dissiper. Or le io vide spatial (absence d'air) ne permet pas de réaliser cette fonction par convection. Le principe de dissipation par rayonnement est cependant applicable (et déjà appliqué sur les satellites) en utilisant des radiateurs disposés sur des zones non exposées au soleil. Ces radiateurs peuvent faire appel à un is fluide caloporteur servant de vecteur thermique pour la dissipation. Un problème est que ces radiateurs sont d'une taille limitée, du fait des dimensions de leur plateforme, mais aussi du fait du volume non extensible dans la coiffe du lanceur. Or, compte tenu de l'augmentation des besoins, une augmentation de 20 la puissance embarquée par les systèmes spatiaux est prévisible. La quantité de chaleur excédentaire à dissiper pourrait alors poser de gros problèmes, la croissance de la taille des radiateurs est en effet limitée pour les raisons citées précédemment.

25 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour objectif de proposer un radiateur télescopique déployable présentant une capacité de dissipation de la chaleur améliorée par rapport aux radiateurs connus. L'invention concerne à cet effet selon un premier aspect un système 30 radiatif télescopique déployable, destiné à un système spatial, ayant une position stockée et une position déployée et comprenant un ensemble principal dissipateur de chaleur, au moins un ensemble intermédiaire dissipateur de chaleur, et un ensemble secondaire dissipateur de chaleur, ces ensembles comportant chacun au moins deux radiateurs, et sont montés pour être mobiles de manière telle que lorsque le système est en position stockée, les ensembles sont concentriques et de manière telle que lorsque le système est en position déployée les ensembles sont connectés en série. Le système selon le premier aspect de l'invention peut en outre comporter l'un ou l'autre des aspects suivants : chaque ensemble comporte une armature constituée par un io assemblage de profilés de type tubulaire, l'armature comprenant deux structures de forme rectangulaire, les deux structures étant disposées l'une en face de l'autre de part et d'autre d'un axe de symétrie longitudinal de l'ensemble de manière à supporter un radiateur sur les arêtes des grands côtés ; is chaque radiateur comporte un circuit de distribution d'un fluide caloporteur pour distribuer le fluide sur sa surface ; Il comporte des connecteurs pour mettre en connexion fluidique les radiateurs des ensembles adjacents lorsque le système est en position déployée, le fluide se propageant dans une direction de 20 déploiement par l'intermédiaire des circuits de distribution de chaque radiateur ; chaque ensemble comporte un canal formant un axe longitudinal de symétrie de l'ensemble (que ce soit en position déployée ou en position stockée) ; 25 le canal central est en liaison fluidique et mécanique avec l'ensemble secondaire de manière à ramener le fluide caloporteur dans une direction opposée à la direction de déploiement, le fluide se propageant dans la structure selon une boucle fermée ; chaque ensemble comporte deux radiateurs diamétralement 30 opposés ; les sommets d'une structure sont connectés au canal central dans un but uniquement mécanique au moyen de bras dirigés respectivement vers les sommets de l'autre structure diamétralement opposée.

Et l'invention concerne selon un second aspect un système spatial comportant un élément dont le fonctionnement normal produit un excès de chaleur destiné à être transféré par un fluide caloporteur vers un système radiatif télescopique selon le premier aspect de l'invention. Dans le système spatial selon le second aspect de l'invention io l'ensemble principal de la structure déployable est en liaison mécanique et fluidique avec l'élément dont provient un fluide caloporteur se propageant dans la direction de déploiement par l'intermédiaire des radiateurs et retournant vers l'élément par l'intermédiaire du canal central, le fluide circulant en boucle fermée. is Le système spatial peut être un satellite ou un véhicule propulsif.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit laquelle est purement illustrative et non 20 limitative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 illustre schématiquement de manière éclatée un système radiatif selon l'invention en configuration déployée ; les figures 2a, 2b et 2c illustrent la connexion entre deux radiateurs adjacents du système radiatif selon l'invention en 25 configuration déployée ; la figure 3 illustre schématiquement un système radiatif selon l'invention en position stockée ; la figure 4 illustre schématiquement une vue de face d'un système radiatif selon l'invention en position stockée ; 30 les figures 5a à 5e illustrent un déploiement du système radiatif selon l'invention ; la figure 6 illustre une vue détaillée de la connexion entre deux radiateurs adjacents en position déployée d'un système radiatif selon l'invention en configuration déployée. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des 5 références numériques identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La description qui suit est faite en relation avec les figures 1 à 6. Un système radiatif télescopique déployable conforme à un mode de io réalisation de l'invention est destiné à un système spatial tel qu'un satellite ou un véhicule propulsif. Le système radiatif est connecté au système spatial B par deux liaisons mécaniques et fluides permettant d'assurer le maintien de la rigidité de l'ensemble et la circulation du fluide caloporteur allant vers ou revenant 15 du dispositif radiatif. On précise que l'on entend par liaison mécanique une liaison contribuant à l'agencement d'éléments les uns par rapport aux autres. On précise en outre que l'on entend par liaison fluidique une liaison qui permet une circulation de fluide d'un élément à l'autre. 20 On précise enfin que l'on entend par liaison mécanique/fluidique une liaison combinant les deux pré-citées. Un système radiatif télescopique déployable conforme à un mode de réalisation de l'invention comporte par exemple, dans sa définition générique, trois ensembles 10, 20, 30 dissipateurs de chaleur. 25 Un premier ensemble 10 dit principal, un second ensemble 20 dit intermédiaire et un troisième ensemble 30 dit secondaire. Le premier ensemble 10 est connecté au système spatial B, le second ensemble 20 est connecté d'une part au premier 20 ensemble et d'autre part au troisième ensemble 30.

Le système radiatif est en particulier capable de passer d'une position stockée (lorsque le système est sous la coiffe d'un lanceur) à une position déployée (lorsque le système est dans le vide spatial). Notamment, les ensembles 10, 20, 30 sont arrangés les uns par rapport aux autres de manière telle que le lorsque le système est en position stockée, les ensembles sont concentriques et de manière telle que lorsque le système est en position déployée, les ensembles 10, 20, 30 sont connectés en série. La dimension d'un ensemble « n » est définie par la taille de io l'ensemble « n-1 » précédent (les ensembles sont considérés dans la direction D de déploiement du système) uniquement retranchée de l'encombrement du dispositif de déploiement. Ceci permettant de maximiser la taille de l'élément « n ». Le nombre d'éléments maximum est donc atteint lorsque le volume libre à l'intérieur de l'élément « n x » ne permet plus que is l'implantation de la liaison « fluidique » décrite ci-avant. En outre, la structure est telle qu'elle se déploie linéairement selon un axe D de déploiement : la structure est par conséquent télescopique. De manière avantageuse, chaque ensemble 10, 20, 30 comporte au moins deux radiateurs 11, 12, 21, 22 31, 32. 20 Pour chaque ensemble les deux radiateurs 11, 12, 21, 22 31, 32 sont disposés l'un en face de l'autre. Ils sont en particulier diamétralement opposés. Les radiateurs 11, 12, 21, 22 31, 32 se présentent sous la forme de panneaux métalliques, céramiques ou composites sensiblement 25 rectangulaires. La dimension du plus grand panneau est telle que son implantation soit rendue possible dans la coiffe du lanceur devant réaliser la mise en orbite. En outre, pour augmenter la surface radiative les panneaux 11, 12, 21, 22 31, 32 sont sensiblement courbés vers un axe de symétrie central de 30 la structure, confondu avec l'axe D de déploiement.

Ainsi chaque ensemble présente une forme externe sensiblement cylindrique. Pour assurer le refroidissement, chaque radiateur 11, 12, 21, 22 31, 32, comporte un circuit (non représenté) de distribution d'un fluide caloporteur pour distribuer le fluide sur toute la surface du radiateur considéré. Pour maximiser la circulation du fluide et donc le refroidissement le fluide se propage de radiateur en radiateur. De cette façon, on utilise toute la surface de refroidissement disponible. io Les radiateurs adjacents 11, 21 sont par conséquent en liaison mécanique/fluidique et le fluide se propage dans la direction D de déploiement de la structure. On précise que les radiateurs sont adjacents lorsque la structure est déployée. is Une telle liaison mécanique et fluidique entre radiateur permet, lorsque la structure est en position déployée, de relier un radiateur de l'ensemble principal 10 au radiateur adjacent de l'ensemble intermédiaire 20 et de relier le radiateur de l'ensemble intermédiaire 20 au radiateur adjacent de l'ensemble secondaire 30.Pour être en liaison mécanique et fluidique, le 20 circuit de distribution du fluide de chaque radiateur 11, 12, 21, 22 31, 32 comporte une entrée E de fluide et une sortie S du fluide, de préférence deux entrées E et deux sorties S. Ces entrées E et sorties S sont agencées de manière telle qu'elles assurent également circulation du fluide dans les radiateurs 11, 12, 21, 22 25 31, 32 lorsque la structure est en position déployée. Les sorties S d'un radiateur et les entrées E du radiateur suivant sont reliées ensemble au moyen de coudes 1100, 2100, complémentaires. Ces coudes adjacents possèdent des liaisons 1101, 2101 coniques à verrouillage qui assurent également l'étanchéité et la rigidité lorsque la 30 structure est en position déployée (voir les figures 2b et 2c).

Le fluide se propage de radiateur en radiateur selon l'axe D de déploiement. Un tel fluide peut être un gaz (par exemple : dioxyde de carbone) ou un liquide (par exemple : sodium, potassium, lithium, eau). Pour ramener le fluide de l'ensemble secondaire 30 disposé à l'extrémité de la structure vers l'ensemble principal 10, chaque ensemble comporte un canal 13, 23, 33 formant un axe de symétrie longitudinal de chaque ensemble 10, 20, 30. En outre, les canaux 13, 23, 33, lorsque la structure est déployée forment un canal central de la structure formant un axe de symétrie io longitudinal de la structure lorsqu'elle est en position déployée. Les canaux 13, 23, 33 de chaque ensemble sont en liaison mécanique et fluidique lorsque la structure est en position déployée et sont concentriques lorsque la structure est en position stockée. Le canal central de la structure est donc télescopique. is Le canal central est en liaison mécanique et fluidique avec l'ensemble principal 10 et l'ensemble secondaire 30 de manière à ramener le fluide caloporteur vers l'ensemble principal 10 dans une direction opposée à la direction D de déploiement. Par conséquent le fluide se propage dans la structure selon une boucle 20 fermée. Pour assurer la tenue mécanique chaque ensemble 10, 20, 30 comporte une armature pour maintenir les radiateurs. L'armature de chaque ensemble 10, 20, 30 est constituée d'un assemblage de profilés 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 201, 202, 25 203, 204, 205, 206, 207, 208, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307, 308 typiquement tubulaires. Une armature comprend deux structures support identiques de forme rectangulaires, les deux structures étant disposées l'une en face de l'autre de part et d'autre d'un axe de symétrie longitudinal de l'ensemble de 30 manière à supporter un radiateur sur les arêtes des grands côtés des structures.

Selon que l'ensemble est principal 10, intermédiaire 20 ou secondaire 30 la structure support diffère. Pour l'ensemble principal 10, relié au système spatial B, les sommets de la structure support du côté du système spatial B, sont en liaison mécanique et fluidique avec le système spatial B au moyen de bras 109, 110, 111, 112. Il s'agit en particulier de la partie à refroidir du système spatial B. Pour l'ensemble intermédiaire 20, relié d'une part à l'ensemble principal 10 et à l'ensemble secondaire 30, chaque sommet de la structure support io est en liaison uniquement mécanique avec le canal 23 au moyen de bras 209, 210, 211, 212. Pour l'ensemble secondaire 30, les sommets de la structure support disposés immédiatement après l'ensemble intermédiaire 20 précédent, sont en liaison purement mécanique avec le canal 33 au moyen de bras 309, 15 310, 311, 312. En revanche, les autres sommets sont en liaison mécanique et fluidique avec le canal 33 au moyen de bras 312, 313, 314, 315 pour assurer le retour du fluide vers l'ensemble principal 10 dans la direction opposée à celle du déploiement D. Pour permettre un déploiement de la structure, les bras reliant les 20 sommets de la structure support ne sont présents qu'en alternance de sorte que l'ensemble principal 10 ne comporte de tels bras que pour être relié au système spatial, l'ensemble intermédiaire ne comporte de tels bras que du côté de l'ensemble principal 10. On comprend que dans le cas où la structure comporte plusieurs 25 ensembles intermédiaires 20 consécutifs n-1, n dans la direction D de déploiement, les bras reliant les sommets de la structure support au canal correspondant à un ensemble intermédiaire n ne seront présents que du côté de l'ensemble n-1 et ainsi de suite. Une telle alternance rend l'imbrication des ensembles 10, 20, 30 30 possible (position « repliée » pour le lancement).

Le déploiement d'un état initial, plié (figure 5a et figure 6) à un état final, déployé (figure 5e) s'effectue de la manière suivante. A partir de l'état initial l'ensemble secondaire se déploie (figure 5b) puis est verrouillé (figure 5c), c'est-à-dire qu'il est relié à l'ensemble 5 intermédiaire. Ensuite, le ou les ensemble(s) intermédiaire(s) se déploie(nt) (figure 5d). Dans le cas de plusieurs ensembles intermédiaires ils vont se verrouiller consécutivement. Enfin, une fois le ou les ensemble(s) intermédiaire(s) déployé(s) celui io qui est consécutif à l'ensemble principal 10 se verrouille sur ce dernier (figure 5e). Pour assurer le déploiement des différents ensembles ceux-ci sont dotés de liaisons 200 linéaires fendues coulissantes permettant la translation (voir la figure 6). is Le déploiement d'un ensemble se termine lorsque les liaisons coniques 1101, 2101 des coudes 1100, 2100 entrent et contact, ce qui entraine leur verrouillage. Dans le cas du lanceur européen de référence, ARIANE-5, le volume occupé par le dispositif radiatif déployé près au lancement est égal ou 20 supérieur à 160 m3. La surface de ce dispositif après déploiement en orbite est supérieure ou égale à 348 m2.

Claims

REVENDICATIONS1. Système radiatif télescopique déployable, destiné à un système spatial, ayant une position stockée et une position déployée et comprenant un ensemble principal (10) dissipateur de chaleur, au moins un ensemble intermédiaire (20) dissipateur de chaleur, et un ensemble secondaire (30) dissipateur de chaleur, ces ensembles (10, 20, 30) comportant chacun au moins deux radiateurs (11, 12, 21, 22, 31, 32), et étant montés pour être mobiles de manière telles que : io lorsque le système est en position stockée, les ensembles (10, 20, 30) sont concentriques ; lorsque le système est en position déployée, les ensembles (10, 20, 30) sont connectés en série. 15
2. Système radiatif télescopique déployable selon la revendication 1 dans lequel chaque ensemble (10, 20, 30) comporte une armature constituée par un assemblage de profilés (101-108, 201-208, 301-308) de type tubulaire, l'armature comprenant deux structures de forme rectangulaire, les deux structures étant disposées l'une en face de l'autre de 20 part et d'autre d'un axe de symétrie longitudinal de l'ensemble de manière à supporter un radiateur (11, 12, 21, 22, 31, 32) sur les arêtes des grands côtés.
3. Système radiatif selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel 25 chaque radiateur (11, 12, 21, 22, 31, 32) comporte un circuit de distribution d'un fluide caloporteur pour distribuer le fluide sur sa surface.
4. Système télescopique radiatif selon la revendication 3 comportant des connecteurs (1100, 2100) pour mettre en connexion fluidique les 30 radiateurs des ensembles (10, 20, 30) adjacents lorsque le système est en position déployée, le fluide se propageant dans une direction (D) dedéploiement par l'intermédiaire des circuits de distribution de chaque radiateur (11, 12, 21, 22, 31, 32).
5. Système télescopique radiatif selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque ensemble (10, 20, 30) comporte un canal (13, 23, 33) formant un axe longitudinal de symétrie de l'ensemble, que ce soit en position déployée ou en position stockée.
6. Système télescopique radiatif déployable selon l'une des io revendications précédentes dans lequel le canal central est en liaison fluidique et mécanique avec l'ensemble secondaire (30) de manière à ramener le fluide caloporteur dans une direction opposée à la direction (D) de déploiement, le fluide se propageant dans la structure selon une boucle fermée. 15
7. Système radiatif télescopique déployable selon l'une des revendications précédentes dans lequel chaque ensemble (10, 20, 30) comporte deux radiateurs (11, 12) diamétralement opposés. 20
8. Système radiatif télescopique déployable selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel les sommets d'une structure sont connectés au canal central dans un but uniquement mécanique au moyen de bras (209-212, 309, 310, 315, 316) dirigés respectivement vers les sommets de l'autre structure diamétralement opposée. 25
9. Système spatial comportant un élément (B) dont le fonctionnement normal produit un excès de chaleur destiné à être transféré par un fluide caloporteur vers un système radiatif télescopique selon l'une des revendications précédentes. 30
10. Système spatial selon la revendication 9 dans lequel l'ensemble principal (10) de la structure déployable est en liaison mécanique et fluidique avec l'élément (B) dont provient un fluide caloporteur se propageant dans la direction (D) de déploiement par l'intermédiaire des radiateurs (11, 12, 21, 22, 31, 32) et retournant vers l'élément (B) par l'intermédiaire du canal central (13, 23, 33), le fluide circulant en boucle fermée.