FR2502404A1 - Dispositif de montage articule, notamment d'un sous-ensemble de satellite artificiel - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF DE MONTAGE ARTICULE, UTILISABLE NOTAMMENT POUR MONTER UNE ANTENNE SUR UN SATELLITE, COMPORTE DEUX MOYENS DE LIAISON 16 CAPABLES DE TOURNER CHACUN AUTOUR D'UN AXE 18 SUR UN SUPPORT FIXE 12 ET AUTOUR D'UN AXE LIE AU SOUS-ENSEMBLE. TOUS LES AXES SONT PARALLELES ET LES MOYENS SONT SUSCEPTIBLES DE FAIBLES DEBATTEMENTS ANGULAIRES AUTOUR D'UNE POSITION DE REPOS. L'INTERSECTION AU REPOS DES PROLONGEMENTS DES SEGMENTS RELIANT CHACUN UN AXE SUR UN SUPPORT FIXE ET UN AXE LIE AU SOUS-ENSEMBLE DEFINIT UN AXE VIRTUEL 14 ELOIGNE DU SUPPORT.

Description

Dispositif de montage articulé, notamment d'un sousensemble de satellite artificiel
La présente invention concerne les dispositifs de montage articulé d'un sous-ensemble, permettant de faire tourner le sous-ensemble de petits angles, tyninment ne dépassant par 100 elle trouve une aDplication particuliè- rement importante dans le domaine des satellites où il est fréquemment nécessaire d'orienter des sous-ensembles pour corriger leur position ou assurer une absorption d'énergie.

Parmi les fonctions qui exigent de telles rotations, on peut notamment citer les suivantes
- sur un satellite à commande d'attitude, du type stabilisé suivant trois axes ou à rotation relative permanente (type couramment dénommé "Dual Spin"), la réorientation indépendante d'un réflecteur d'antenne pour maintenir l'orientation d'un faisceau de micro-ondes fourni par l'antenne vers une cible, quels que soient les mouvements du support du réflecteur et du cornet solidaire du corps principal du satellite dans un petit domaine angulaire,ou même la réorientation globale d'une antenne, comportant le réflecteur primaire et éventuellement un réflecteur secondaire et un cornet
- dans le cas d'un satellite dont le corps est en rotation permanente, dit "spinné", ou d'un satellite du genre précédent, la mise en mouvement sinusoidal d'un pendule de fréquence accordé sur un mouvement cyclique de la structure pour dissiper l'énergie associée à ce mouvement cyclique, tel que la nutation dans le cas d'un satellite spinné ou pourvu d'un moment cinétique interne, la vibration dans le cas de structures souples.

On connait déjà de tels dispositifs. En particulier, certains ont été utilisés pour orienter les antennes ou réflecteurs d'antenne de satellites de télécommunications et pour absorber l'énergie de nutation ou de vibration d'un satellite. On peut notamment citer les mécanismes à double cardan et les mécanismes à rotule rigide ou élastique destinés aux dispositifs de réorientation d'antenne. On peut également citer les pendules mécaniques à pivot, du type fléau de balance sur couteau, ainsi que les pendules montés sur pivot constitués par des lames souples croisées, pendules destinés aux dispositifs amortisseurs.

Tous ces mécanismes ont une caractéristique commune : les axes d'articulation autour desquels tournent les sous-ensembles sont des axes réels, contenus dans l'enveloppe du mécanisme lui-meme. Il en résulte des contraintes, différentes suivant l'application envisagée, mais toujours gênantes.

Par exemple, dans le cas de réorientation d'un sous-ensemble de satellite1 cette propriété conduit à donner au dispositif un encombrement important et elle a un effet défavorable sur le dimensionnement des actionneurs de déplacement du sous-ensemble. Dans le cas d'une fonction d'amortissement, on retrouve les problèmes liés à un encombrement élevé et il s'y ajoute la nécessité d'une masse de pendule élevée pour obtenir la résonance recherchée et des contraintes sur l'emplacement géométrique du pendule dans le satellite.

La présente invention vise à fournir un dispositif répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet de réaliser un axe de rotation virtuel éloigné du dispositif lui-même.

Dans ce but, un dispositif suivant un premier aspect de l'invention comprend deux moyens de liaison articulés chacun autour d'un axe fixe et d'un axe lié au sous-ensemble, tous les axes étant parallèles, moyens susceptibles de faibles débattements angulaires autour d'une position de repos1 les prolongements des segments reliant chacun un axe fixe et un axe lié définissant l'axe virtuel par leur intersection au repos.

Un dispositif de montage articulé d'un sousensemble autour d'au moins un axe virtuel, suivant un second aspect de l'invention, comprend deux moyens de liaison articulés chacun autour d'un axe fixe et d'un axe lié au sous-ensemble, lesdits moyens comportant chacun plusieurs éléments successifs susceptibles de prendre un faible débattement angulaire relatif autour d'axes intermédiaires, tous les axes étant parallèles.

Les moyens de liaison articulés peuvent tourner autour d'axes de nature très diverse. En particulier, ces axes d'articulation réelle peuvent être matérialisés par des pivots souples, des pivots à lames croisées déformables,des paliers à graisse ou lisses. Les moyens de liaison peuvent également être réalisés par des systèmes utilisant la flexion de câbles tendus entre un support fixe et un plateau appartenant au sous-ensemble. En donnant aux câbles une légère élasticité longitudinale, on peut maintenir la tension des cables pour toutes les positions du sous-ensemble dans le domaine angulaire nominal de fonctionnement.

Le dispositif sera fréquemment "actif" : il comprendra alors un générateur de couple ou de force agissant soit autour de l'axe ou des axes virtuels, soit autour d'au moins un des axes réels pour assurer l'orientation désirée. Des moyens de mesure d'orientation angulaire relative autour d'au moins un axe réel ou virtuel (ou même du centre virtuel de rotation si le sous-ensemble est lié à son support par l'intermédiaire de deux dispositifs autorisant des débattements angulaires en croix) seront alors généralement prévus.

Cette mesure d'orientation angulaire peut être remplacée par une mesure d'accélération linéaire ou angulaire absolue et/ou de vitesse ou d'écart angulaire absolu. On peut notamment, dans le cas de satellites, utiliser des accéléromètres ou gyromètres intégrateurs et/ou des moyens de mesure d'orientation par rapport à une référence externe au satellite, telle qu'une source à fréquence radioélectrique, l'horizon terrestre, l'émission lumineuse d'un astre.

Quelle que soit la mesure effectuée, elle se traduira généralement par un signal électrique, sous forme analogique ou numérique, qui sera ensuite traité dans une électronique commandant les actionneurs pour remplir une fonction déterminée, telle que dissipation d'énergie de mouvement ou orientation précise du sousensemble dans une direction désirée.

Pour certaines applications, le dispositif sera passif et démuni d'actionneur. Ce cas sera notamment celui où le sous-ensemble est constitué par une masse morte et où le dispositif est muni de moyens de rappel élastiques qui donnent au sous-ensemble une position d'équilibre naturel. Parmi les a plications d'un tel dispositif passif, on peut citer l'amortissement de la nutation ou de la vibration d'une structure. On donnera alors au dispositif une fréquence propre d'oscillation proche des fréquences propres de nutation ou de vibration à amortir et on munira le dispositif d'un système dissipateur d'énergie.

Les dispositifs actifs suivant l'invention sont susceptibles de nombreuses applications, parmi lesquelles on peut notamment citer les suivantes, à titre de simples exemples.

Le sous-ensemble à pointer dans un domaine angulaire limité peut etre un réfleceur d'antenne hyperfréquence, auquel cas le dispositif sera généralement réalisé pour que l'axe ou le centre virtuel de rotation soit proche du cornet émetteur associé au réflecteur.

Le sous-ensemble à pointer peut également etre constitué par une grande antenne de structure souple : dans ce cas, l'axe ou le centre virtuel de rotation du dispositif sera avantageusement proche du centre de masse du satellite portant l'antenne.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de dispositifs qui en constituent des modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- les figures 1 et 2 sont des schémas de principe de dispositifs permettant la rotation autour d'un axe,
- les figures 3 et 4 montre des réalisations possibles des moyens de liaison du dispositif,
- les figures 5 et 6 sont des vues de détail de la figure 3,
- les figures 7 et 8 montrent des exemples de réalisation d'actuateurs de motorisation du dispositif,
- les figures 8a et 8b sont des vues de détail montrant deux variantes de l'actuateur de la figure 8,
- la figure 9 montre le montage que l'on peut considérer comme inverse de celui de la figure 8,
- les figures 10 et 11 montrent schématiquement deux montages d'actuateurs constitués par des vérins,
- les figures 12 à 14 montrent trois modes de réalisation de dispositifs à deux axes de rotation,
- la figure 15 montre schématiquement un actuateur utilisable dans les dispositifs des figures 12 à 14,
- la figure 16 montre un exemple de dispositif à trois axes de rotation,
- la figure 17 montre une autre réalisation possible d'un dispositif à trois axes,
- la figure 18 est une vue de détail d'un actuateur utilisable dans le dispositif de la figure 17,
- les figures 19 à 21 montrent schématiquement l'utilisation du dispositif sur un satellite pour entrainer une antenne,
- les figures 22 à 24 montrent respectivement un système de verrouillage temporaire du dispositif et des détails de oe système.

- les figures 25 et 26 montrent un dispositif et l'électro- nique associée constituant une autre variante.

Le principe mis en oeuvre par l'invention est schématisé sur la figure 1 qui montre un sous-ensemble 10 destiné à être monté sur un support 12 qui est constitué par exemple par la plate-forme d'un satellite. Le dispositif de montage représenté est destiné à autoriser les déplacements angulaires du sous-ensemble 10 autour d'un axe d'oscillation 14 placé à distance du support 12 et des pivots réels du système.

Dans ce but, le dispositif comporte deux moyens de liaison articulée 16 de constitution similaire. Chacun de ces moyens relie le support 12 à un point 17 du sous-ensemble 10 et il est construit de façon à permettre au point 17 de se déplacer suivant un cercle dont le centre se place sur un axe 18 d'articulation du moyen correspondant sur le support 12. Les axes d'articulation 18 sont évidemment parallèles. On constate alors que, pour de faibles angles de rotation autour de la position de repos, le mouvement donné au sous-ensemble 10 est assimilable à une rotation virtuelle autour d'un axe 14.L'assimilation du déplacement à une rotation autour de l'axe 14 est d'autant meilleure que l'angle de débattement a est plus petit et que les bras de levier 18-17 sont plus grands lorsque la direction 18-17 est de sens opposé à la direction 14-17. il n'est pas nécessaire toutefois que les axes 18 soient à l'opposé de l'axe 14 par rapport au sous-ensemble : on peut également utiliser des axes d'articulation situés du même côté, par exemple en 19 (figure 1).

En général, on aura intérêt à donner aux moyens de liaison articulée 16 une disposition et une constitution symétriques, comme indiqué sur la figure 2 où on a indiqué en 10a la position réelle du sous-ensemble 10 après un changement d'orientation déterminée, en îOaa la position qui résulterait d'une rotation autour de l'axe 14a.

Comme indiqué plus haut, les axes d'articulation 17 et 18 peuvent être réalisés de façons très diverses, étant donné le fait que les angles de débattement < x restent toujours faibles.

Le mode de réalisation illustré en figure 3 (où les organes correspondant à ceux de la figure 1 sont désignés par le même numéro de référence affecté de l'indice b) se différencie essentiellement du précédent en ce que les moyens de liaison articulée 16b comportent chacun plusieurs axes de rotation vraie disposés en cascade.

On peut dans ce cas améliorer l'approximation recherchée, et ce d'autant plus que les caractéristiques des moyens permettent de se rapprocher, pour chacun d'eux, de la condition (dans le cas de deux axes intermédiaires)

Dans la formule ci-dessus, 1 désigne la distance entre le centre virtuel 14b et les points 17b de fixation des moyens de liaison articulée sur le sous ensemble 10b, d est la longueur au repos des moyens de liaison, 6î et 62 sont les rotations autour des axes successifs. Comme dans le cas précédent, les axes de rotation peuvent être matérialisés de façons très diverses.

On peut notamment utiliser des solutions connues, telles que paliers à billes, paliers à graisse, paliers lisses sans lubrifiant (ou autolubrifiants), paliers élastiques à lames croisées dont l'élasticité est limitée à un petit domaine autour de chacun des axes d'articulations et lames souples. On peut également utiliser des lames souples encastrées dans le support et fixées au sous-ensemble de façon à pouvoir tourner sur lui autour d'axes parallèles.

L'élasticité des lames tend à ramener le sous-ensemble vers une position de repos.

Une autre solution encore, illustrée en figure 4, consiste à utiliser, pour former les moyens de liaison, des câbles souples 22, maintenus en tension entre les points 18c et 17c par des moyens élastiques tels que des ressorts 23. Cette dernière solution autorise non seulement des débattements autour de deux axes parallèles, définis chacun par deux points 18c, mais aussi des débattements autour de deux axes perpendiculaires aux précédents, ce qui se traduit globalement par une possibilité de déplacement du sous-ensemble 10c autour de deux axes virtuels perpendiculaires, qui peuvent être définis de façon à se couper et donc à définir un centre de rotation virtuelle.

On peut utiliser, au lieu de ressorts 23 associés chacun à un câble 22, des moyens élastiques de nature quelconque, qui doivent simplement être montés de façon à maintenir en tension permanente les câbles 22.

Il peut notamment s'agir d'un ressort comprimé entre le support et la table.

Enfin, les fonctions de liaison et de rappel élastique peuvent être remplies par les mêmes organes, par exemple constitués par des tiges élastiques se substituant aux câbles 22 de la figure 4.

Dans la pratique, on peut réaliser les moyens à axes intermédiaires du genre schématisé en figure 3 à l'aide de lames encastrées, découpées pour constituer des bandes élémentaires. La figure 5 montre, à titre d'exemple, une constitution possible de ces moyens qui comportent, pour chaque axe 18d, deux lames 23 et 24 identiques. Ces lames comportent chacune deux parties latérales 25 de largeur d1, délimitées par des fentes et se raccordant, à leur extrémité éloignée de l'encastrement dans le support 12d, à une bande intermédiaire 26 de liaison avec une bande centrale 27. Si on désigne par dl, d2 et d3 la largeur des bandes 25, 26 et 27, on réalise la condition (1) mentionnée plus haut en respectant les conditions
2d1 = d3
d1 = Û d2/2
Cette relation suppose évidemment que la lame est homogène et d'épaisseur constante.Il est par ailleurs évident que la condition (1) pourrait être respectée avec des lames d'autre nature, non symétriques. Par ailleurs, on peut associer à chaque axe non pas deux lames 23 et 24, mais une lame unique découpée 28, comme illustré en figure 6.

Les dispositifs qui viennent d'être décrits peuvent être réalisés sous forme passive ou sous forme active.

S'ils sont passifs, ils peuvent présenter soit une position d'équilibre déterminée (cas des figures 4, 5 et 6) ou un équilibre indifférent(cas de la figure 1). Pour qu'ils soient actifs, ils doivent être munis d'actuateurs dont on décrira maintenant quelques types, à titre d'exemples non limitatifs.

Les figures 7 et 8 montrent des dispositifs comportant un actuateur agissant autour d'un axe de rotation réel 18e. Dans le cas de la figure 7, cet actuateur est constitué par un moteur électrique, qui peut notamment être un moteur pas à pas ou un moteur couple, interposé entre des équerres portées par le support 12e et l'un des moyens de liaison 16e, représenté sous forme d'un bras capable de tourner dans des paliers 30 fixés au sousensemble 10e, représenté sous forme d'un plateau. Etant donné que les débattements angulaires nécessaires autour des axes réels sont très faibles, on peut adopter, pour l'actuateur, une constitution très simple, par exemple celle schématisée en figure 8 où l'actuateur se réduit à un doigt 30 porté par le bras 16 et coopérant avec une bobine 31.Un tel actuateur, dont le débattement est limité à un faible angle, peut avoir la constitution de détail montrée en figure 8a ou en figure 8b. Sur la figure 8a, le doigt 30 se termine par une fourche équipée d'aimants permanents donnant deux flux opposés d'intensité
B encadrant une bobine 31 portée par le support 12e. Un tel actuateur est du type différentiel et exerce une force égale à 2 Bilai étant le courant qui traverse la bobine 31 et 1 étant la largeur de l'aimant.

Dans le cas illustré en figure 8b, l'actuateur comporte un noyau 32 porté par le doigt 30 et coopérant avec une bobine 33 fixée au support.

Dans le mode de réalisation montré en figure 9, l'actuateur 34 est monté de façon à exercer un couple tendant à faire tourner le sous-ensemble 10f autour de l'axe virtuel 14f. L'actuateur 34 proprement dit peut avoir une constitution similaire à celle montrée en figure 8a, le doigt 30f étant simplement fixé sur la structure au lieu d'être fixé sur le bras 16f. La fourche à aimants terminant le doigt peut évidemment avoir une forme s'adaptant à la rotation autour de l'axe 14f plutôt qu'une forme droite. La bobine 31f peut évidemment être fixée au support 12f dans une orientation perpendiculaire à celle indiquée en figure 9. La bobine peut alors avoir une forme extérieure en portions de cylindre centrées sur l'axe virtuel de rotation du dispositif.

Les actuateurs électromagnétiques montrés en figures 7 à 9 peuvent être remplacés par des actuateurs d'autre nature, par exemple par des vérins à fluide, rotatifs ou linéaires. A titre d'exemples, les figures 10 et 11 montrent deux dispositions possibles de vérins à pression fluidique.

Lorsque la sécurité exige une redondance des actuateurs, celle-ci peut être réalisée par des moyens divers. Lorsqu'il s'agit d'un moteur électrique susceptible de dériver lorsqu'il n'est pas alimenté, la redondance peut être assurée par doublement du moteur lui-même ou simplement de ses bobinages. Lorsque les actuateurs sont au contraire constitués par des moteurs irréversibles ou autobloquants, cette même redondance peut être assurée par adjonction d'un dispositif de débrayage du moteur ou un dispositif d'action différentielle profitant du fait que les débattements sont toujours très faibles. Un tel dispositif permet, lorsque le moteur en panne n'est pas très éloigné de la position médiane, de réaliser les actions avec un second moteur, identique au premier.Dans le cas de vérins linéaires du genre illustré en figure 11, cette redondance peut être assurée en substituant, au vérin unique 35, deux vérins 36 associés par un balancier 37, comme indiqué en tirets.

Comme indiqué plus haut, l'invention trouve une application importante dans le domaine de la dissipation de l'énergie de vibration ou de nutation d'un satellite.

On pourra dans ce cas utiliser un dispositif actif ou un dispositif passif. Dans le premier cas, le dispositif sera complété par des moyens détecteurs et une électronique de commande (non représentés). Les moyens détecteurs peuvent être un détecteur inertiel, tel qu'un accéléromètre ou un gyromètre, ou un résolveur de mesure des rotations autour d'un axe réel ou de l'axe virtuel de rotation.

Certains montages de détecteur (comme d'ailleurs l'actuateur) sont d'ailleurs tels qu'on ne peut véritablement déterminer s'il s'agit de la rotation autour d'un axe réel ou de l'axe virtuel. L'électronique de commande utilisera les signaux de sortie des détecteurs pour commander des actuateurs qui peuvent notamment avoir l'une des constitutions définies plus haut. Le sous-ensemble sera constitué par une masse. Selon que le centre de gravité de cette masse sera centré sur le pied de la perpen diculaire abaissée de l'axe virtuel sur le plan des axes réels d'articulation ou sera au contraire décentré, le dispositif ne sera pas ou sera sensible à toute sollicitation dans le plan perpendiculaire aux axes de rotation.

Si le dispositif de dissipation est passif, il doit évidemment comporter un organe dissipateur d'énergie fonctionnant sans alimentation extérieure. I1 peut notamment s'agir d'un dissipateur à courant de Foucaud dont le montage pourra être similaire à l'un de ceux définis plus haut pour les moteurs.

Tous les modes de réalisation montrés jusqu'à présent, exception faite de celui de la figure 4, permettent de réaliser un axe virtuel de rotation. Dans de nombreux cas, il est nécessaire de réaliser deux axes de rotation virtuels perpendiculaires ou même trois, concou- rants ou non.

De nombreuses dispositions relatives des jeux successifs de moyens de liaison peuvent être adoptées. La figure 12 montre une disposition particulièrement simple, comportant un premier jeu de moyens de liaison 16g interposés entre le support 12g et un plateau intermédiaire 18 qui supporte à son tour un plateau 39 par un jeu de moyens de liaison 40, dont les axes sont croisés avec ceux des moyens 16g.

Cette disposition relative ayant l'inconvénient d'etre volumineuse, on peut lui substituer des montages plus compacts, tels que ceux montrés en figures 13 et 14, où les organes correspondant à ceux de la figure 12 portent le même numéro de référence.

Pour constituer un dispositif actif à partir du montage des figures 12 à 14, on peut soit affecter un actuateur à chaque jeu d'axes réels, soit prévoir un actuateur unique susceptible de réaliser des mouvements dans deux directions.

La figure 15 montre un actuateur dérivant de celui montré en figure 9 et est capable de réaliser des déplacements dans deux directions. Cet actuateur 41 comporte deux bobines 42 et 43 placées sur un support ayant une forme de calotte sphérique centrée sur le centre virtuel de rotation, représenté par l'intersection des deux axes virtuels. Le dispositif peut être complété pour fournir un troisième axe virtuel : la figure 16 montre un tel dispositif, qui dérive de celui de la figure 14 par adjonction d'un jeu de moyens de liaison 44 et d'un cadre intermédiaire 45. Des lames supplémentaires peuvent etre prévues en 46 pour rigidifier l'articulation perpendiculaire au plateau 47 qui constitue le sous-ensemble suspendu.

On peut réaliser encore un dispositif de montage articulé suivant trois axes de façon plus simple que par superposition de jeux de moyens de liaison, notamment en utilisant 1 'anisotropie de déformation de cables. La figure 17 montre un dispositif de ce genre. On voit que le plateau 39h est relié au support par deux jeux de câbles 48 et 49. Deux actuateurs 34g peuvent être prévus pour assurer la redondance.

Le montage de la figure 17 a évidemment un caractère hyperstatique. Mais, d'une part, cet hyperstatisme n'a que peu d'importance étant donné les faibles débattements envisagés et, d'autre part, il est dans une large mesure corrigé par l'élasticité des câbles ou le montage de l'extrémité des cables par l'intermédiaire de ressorts 50. Des ressorts de rappel 51 peuvent etre prévus pour imposer au dispositif une position de repos déterminée.

En ce qui concerne la redondance, il faut noter qu'il est nécessaire d'avoir trois moteurs ou bobines si les aimants permanents sont considérés comme assurant la fiabilité nécessaire dans le cas d'un système à deux degrés de liberté, et quatre moteurs dans le cas d'un système à trois degrés.

On décrira maintenant, à titre d'applications particulières, des montages d'antennes sur satellites de télécommunication.

I1 faut tout d'abord rappeler que les dispositifs actuellement connus de pointage de réflecteurs d'antenne dont le cornet est lié au corps du satellite présentent un grave inconvénient : le cornet ne reste pas sur l'axe du réflecteur lors d'un mouvement du satellite ou d'un changement de direction de la zone à couvrir par l'antenne, compensé par réorientation du réflecteur. I1 s'ensuit une déformation du lobe d'antenne, même si l'axe du lobe est pointé de façon correcte. On a constaté sur les satellites existants que la déformation est déjà sensible pour des basculements du réflecteur de l'ordre de 0,50 et cette déformation conduit à surdimensionner le lobe nominal, donc la puissance consomnce par l'antenne.En montant le réflecteur sur un dispositif suivant l'invention, pour permettre une orientation suivant deux axes perpendiculaires, passant par le centre du cornet (dont le rayonnement peut être considéré comme isotrope), il est possible d'écarter cette difficulté.

Dans le cas où on doit réorienter par rapport à un satellite une antenne de grande dimension, on utilisait jusqu'ici un dispositif du genre montré en figures 19 et 20.

La figure 19 montre la disposition relative de l'antenne 55 par rapport au corps 56 du satellite muni de panneaux solaires 57. La figure 20 montre que, lors des rotations parasites du corps du satellite 56 autour de son centre de masse G, les dispositifs de pointage d'antenne actuellement connus, qui agissent par l'intermédiaire d'un bras 58, donnent à l'antenne un mouvement important de translation lorsqu'il est nécessaire de réorienter l'axe de l'antenne d'un angle 6 (passage de la position en traits pleins à la position en tirets). Or, les grandes antennes, généralement déployables lorsque le satellite est en orbite, ont une structure relativement souple qui, à la suite des mouvements de translation imposés par le dispositif de pointage, se traduit par une modification de la forme du réflecteur luimeme.Le réflecteur entre alors en oscillation, d'où des modifications de gain suivant une loi approximativement sinusoïdale.

Cet inconvénient peut être écarté lorsqu'on utilise la disposition suivant l'invention, schématisée en figure 21. Le dispositif suivant l'invention 10j et, en particulier, les moyens de liaison 16j, sont alors dimensionnés pour que le centre de rotation virtuel soit approximativement situé au centre de masse du satellite 56. Lors des oscillations angulaires du corps du satellite, l'antenne peut etre orientée sans translation propre.

On pourrait évidemment rejeter à l'infini un ou des axes de rotation virtuels, en disposant les moyens de liaison correspondants de façon qu'ils soient parallèles au repos : on peut ainsi réaliser des systèmes à n degrés de liberté, n étant supérieur à 3, permettant plusieurs découplages simultanés autour d'axes parallèles mais non confondus.

En cas d'utilisation du dispositif sur satellite, il peut être utile ou même nécessaire de bloquer le dispositif lors du lancement, étant donné les contraintes qu'il est susceptible de subir au cours des phases initiales. On peut utiliser l'une quelconque des nombreuses dispositions connues de blocage. I1 est toutefois avantageux d'utiliser un mécanisme du genre montré schématiquement en figures 22 à 24. Ce mécanisme utilise un câble 49 tendu entre des leviers 60 qui, par l'intermédiaire d'articulations, verrouillent des pattes rigides 61 solidarisées du sousensemble, schématisé sous forme d'un plateau 10k. On voit que les efforts au cours du lancement passent dans la structure sans solliciter le mécanisme de verrouillage à l'ouverture.

Le déverrouillage est éliminé par coupe du cable après lancement :cette coupe peut notamment être effectuée par des moyens pyrotechniques schématisés en 62 sur la figure 24. Lorsqu'on souhaite pouvoir éliminer et réintroduire à volonté le verrouillage, on peut utiliser un moteur plutôt que des moyens pyrotechniques.

On décrira maintenant de façon extrêmement succincte, et à titre de simple exemple, la constitution de principe de l'électronique que doit incorporer un dispositif de pointage de réflecteur d'antenne pour satellite. Sur la figure 25, on a représenté le corps d'un satellite 56k stabilisé suivant trois axes de roulis X, de tangage Y et de lacet Z. Le cornet 63 est solidarisé du satellite par une structure en treillis. Le réflecteur 55k doit être maintenu dirigé vers une balise 64 à radiofréquence, par orientation autour d'un centre virtuel confondu avec le cornet 63. Dans ce but, le réflecteur est monté sur le corps du satellite par un dispositif de pointage d'antenne 65, que l'on désignera par la suite par le terme DPA pour simplifier.

La partie mécanique du DPA est du genre montré en figure 14 et les organes correspondants portent le meme numéro de référence affecté de l'indice k. Le plateau 39k est solidaire du réflecteur 55k et porte l'aimant permanent d'un actuateur visible sur la figure 26. Cet actuateur, capable de provoquer des déplacements dans deux directions orthogonales, comporte deux bobines croisées 42k et 43k. Chacune de ces bobines est associée à l'un des axes de rotation fournis par le dispositif de pointage d'antenne, axes qui seront habituellement à 450 des axes de roulis et de tangage.

Le circuit électronique destiné à fournir aux bobines 42k et 43k les courants de réglage nécessaires peut avoir diverses constitution. Celui illustré schéma tiquement en figure 26 utilise une détection d'erreur de pointage d'antenne par un détecteur radiofréquence multimode incorporé dans l'antenne à orienter, de type en luimême bien connu.

On peut considérer que le circuit électronique de commande est constitué des éléments représentés sous forme de blocs fonctionnels sur la figure 26. Ces blocs seront successivement décrits.

Le bloc 67 est destiné au traitement du signal hyperfréquence qu'il reçoit du cornet 63 et qui comporte la charge utile et le signal provenant de la balise radiofréquence 64. Le circuit 67 fournit les signaux d'utilisation sur une sortie de charge utile 68. I1 comporte également un circuit hyperfréquence d'extraction des signaux de dépointage qui apparaissent sur une seconde sortie 69.

Ces signaux de dépointage sont appliqués à une électronique 70, de type analogique-numérique, de traitement des signaux de dépointage permettant de générer, sur deux sorties 71 et 72, des signaux représentatifs des écarts autour des axes utiles de pilotage (écart en roulis fm et écart en tangage em).

En règle générale, les circuits 67 et 70 seront définis par le fabricant de la charge utile, de sorte que la conception du dispositif de pointage d'antenne n'exigera que la réalisation de la partie de l'électronique située en aval.

Cette partie aval, qui est l'électronique de pilotage proprement dite, peut être regardée comme comportant une électronique 73 de détermination des couples de commande et une électronique 74 de détermination des courants i1 et i2 à faire passer dans les bobines. Les couples de commande à appliquer sont calculés à partir des écarts à compenser et des caractéristiques mécaniques du dispositif de montage.

Ces couples auront une expression du genre

dans lesquelles K1 et K2 sont des coefficients de gain assurant la correction géométrique de fain, définie par le rapport entre rotation du réflecteur et variation des écarts de pointage correspondants. K'1 et K'2 sont des coefficients de gain d'asservissement pour assurer la stabilité du pointage et la performance requise en bande passante. Le facteur sous forme de rapport, où a, T et p désignent respectivement un coefficient d'avance de phase, le temps et la transformée de Laplace, est fourni par un réseau correcteur proportionnelle-dérivée incorporé au circuit 73.

A partir des signaux représentatifs des couples Css et Ce, le circuit 74 effectue le calcul des courants il et i2 à appliquer par les formules

C <SEP> i, <SEP> + <SEP> M <SEP> C
<tb> <SEP> l <SEP> L <SEP> C <SEP> - <SEP> M <SEP> Ce
<tb> <SEP> i2= <SEP> e
<tb> dans lesquelles L et M sont des constantes.

Les signaux ainsi élaborés sont appliqués aux générateurs de courant 75 et 76 respectivement associés aux bobines 43k et 42k.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été représentés et décrits à titre d'exemples mais s'étend à toutes les variantes restant dans le cadre du présent brevet.

Claims (11)

Revendications

1. Dispositif de montage articulé d'un sousensemble autour d'au moins un axe virtuel, permettant au sous-ensemble de tourner dans un domaine angulaire faible, typiquement ne dépassant pas 100, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un jeu de deux moyens de liaison (16, 16b), capables de tourner chacun autour d'un axe (18, 18b) sur un support fixe (12, 12b) et d'un axe lié au sous-ensemble (10, 10b), tous les axes étant parallèles et lesdits moyens étant susceptibles de faibles débattements angulaires autour d'une position de repos, l'intersection au repos des prolongements des segments reliant chacun un axe sur un support fixe et un axe lié au sous-ensemble définissant un axe virtuel éloigné du supnort.

2. Dispositif de montage articulé d'un sousensemble autour d'au moins un axe virtuel, permettant au sous-ensemble de tourner dans un domaine angulaire faible, typiquement ne dépassant pas 100, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un jeu de deux moyens de liaison (16, 16b), capables de tourner chacun autour d'un axe (18a, 18b) sur un support fixe (12, 12b) et d'un axe lié au sous-ensemble (10,10b), et en ce que lesdits moyens comportent chacun plusieurs éléments successifs permettant de prendre un faible débattement angulaire relatif autour d'axes intermédiaires, tous les axes étant parallèles et

l'intersection au repos des prolongements des segments reliant chacun un axe sur le support fixe et un axe lié au sous-ensemble définissant un axe virtuel de rotation du sous-ensemble.

3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que certain au moins des axes sont matérialisés par des pivots souples, des pivots à lames croisées déformables, des paliers à graisse ou des paliers lisses.

4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de liaison articulée d'un jeu comportent deux lames souples découpées pour générer plusieurs axes réels d'articulation parallèles montés en cascade.

5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux jeux de moyens de liaison, les axes de rotation des moyens d'un jeu étant orthononaux à ceux des moyens de l'autre jeu et les deux jeux étant avantageusement prévus de façon que les axes virtuels de rotation associés aux deux jeux soient concourrents.

6. Dispositif actif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de couple ou de force agissant autour d'au moins un axe virtuel ou réel pour assurer l'orientation du sous-ensemble.

7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens de mesure d'orientation angulaire relative autour d'au moins un axe réel ou virtuel ou des moyens de mesure d'accélération, de vitesse ou d'écart absolu.

8. Dispositif suivant la revendication 7 destiné à un sous-ensemble de satellite, caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent au moins un accéléromètre, gyromètre intégrateur ou moyens de mesure d'orientation par rapport à une référence externe au satellite, telle qu'une source à fréquence radioélectrique, l'horizon terrestre et l'émission lumineuse d'un astre.

9. Dispositif passif d'amortissement de la nutation ou de la vibration d'une structure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, le sous-ensemble étant constitué par une masse morte, le dispositif est muni de moyens de rappel élastique qui donnent au sous-ensemble une position d'équilibre naturel et une fréquence propre d'oscillation proche des fréquences propres de nutation ou de vibration à amortir.

10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le sous-ensemble à pointer dans un domaine angulaire limité étant un réflecteur d'antenne hyperfréquence, ledit dispositif est réalisé pour que l'axe ou centre virtuel de rotation soit proche du cornet émetteur associé au réflecteur.

11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le sous-ensemble à pointer étant constitué par une grande antenne de structure souple, l'axe ou le centre virtuel de rotation du dispositif sera avantageusement proche du centre de masse du support, typiquement un satellite, portant l'antenne.