FR2681041A1 - Agencements de regulation thermique pour un engin spatial geosynchrone. - Google Patents

Abstract

Un engin spatial destiné à fonctionner dans une orbite terrestre à angle d'inclinaison réduit comprend des panneaux nord, sud, est et ouest définissant le volume intérieur de l'engin spatial. Les panneaux nord et sud sont disposés l'un en face de l'autre, et les panneaux est et ouest sont disposés l'un en face de l'autre. Le volume intérieur de l'engin spatial est, généralement et de préférence, dépourvu d'éléments structurels qui entravent sensiblement le rayonnement thermique entre les panneaux. Les panneaux nord et sud, sur lesquels les équipements de l'engin spatial sont habituellement montés, comprennent chacun des tubes thermiques conducteurs pour réduire les différences de température sur chaque panneau. Les surfaces extérieures des panneaux nord, sud, est et ouest comportent un habillage, de préférence constitué par des réflecteurs solaires optiques (OSR) pour renvoyer l'énergie thermique, les réflecteurs solaires optiques possédant une absorptivité solaire sensiblement inférieure à leur émissivité thermique. Les surfaces intérieures des panneaux nord, sud, est et ouest comportent un habillage pour dégager efficacement l'énergie thermique dans et entre les panneaux à travers le volume intérieur.

Description

AGENCEMENTS DE REGULATION THERMIOUE

POUR UN ENGIN SPATIAL GEOSYNCHRONE

La présente invention concerne des agencements de

régulation thermique pour un engin spatial et, en particu-

lier, pour un engin spatial destiné à certaines orbites

généralement équatoriales.

Un engin spatial évoluant dans l'espace serait

soumis à une large plage de conditions thermiques si di-

vers agencements de dispositifs de régulation thermique coopérant les uns avec les autres n'étaient pas prévus pour réguler le flux de chaleur en provenance de sources à l'intérieur de l'engin spatial, ainsi que les divers gains et pertes thermiques Dans un engin spatial, la chaleur est dissipée en étant dégagée dans l'espace, et est gagnée

en étant absorbée en provenance du soleil L'énergie so-

laire provoque une élévation de température de deux ma-

nières Principalement, l'énergie solaire qui frappe l'engin spatial est absorbée dans une certaine mesure et produit un échauffement direct Secondairement, l'énergie électrique produite par les rideaux de piles solaires sous l'action de l'énergie solaire qui les frappe est utilisée par les divers équipements à bord de l'engin spatial et est ainsi généralement convertie en énergie thermique Il est à noter que l'équipement de l'engin spatial produirait de la même manière de l'énergie thermique à dissiper si l'énergie électrique était produite par une autre source,

telle qu'une batterie, une pile à combustible ou une géné-

ratrice à entraînement nucléaire.

Divers agencements ont été mis au point dans l'art

antérieur pour répondre au besoin évoqué ci-dessus de pré-

voir un dispositif de gestion et de régulation thermique pour un engin spatial L'un de ces agencements utilise tous les côtés de l'engin spatial comme radiateur ther-

mique et comporte un agencement de trajets à haute conduc-

tion thermique pour transférer la chaleur de l'endroit o elle est générée vers le côté frais de l'engin spatial, ainsi que des parties chaudes du corps vers ses parties fraîches Un tel agencement est divulgué dans le brevet américain N O 4,880,050 (Nakamura et al) qui décrit un dispositif de gestion thermique dans lequel une pluralité de palettes en T possèdent chacune un panneau radiateur et un panneau de montage reliés thermiquement par des tubes thermiques extérieurs en L Chaque panneau de montage est relié, par l'intermédiaire de tubes thermiques intérieurs en L, à un tube thermique à circuit fermé par lequel les

panneaux de montage sont reliés thermiquement entre eux.

La chaleur est alors transférée vers les panneaux radia-

teurs opposés au soleil, par l'intermédiaire du tube ther-

mique à circuit fermé, des tubes thermiques intérieurs,

des panneaux de montage et des tubes thermiques exté-

rieurs L'agencement de Nakamura et al est considéré comme extrêmement complexe et coûteux, et exige un réseau

compliqué de tubes thermiques qui ont une masse impor-

tante, ce qui a pour effet de réduire la masse disponible dans l'engin spatial pour une charge marchande utile En outre, on considère que cet agencement convient peut-être

mieux à un engin spatial qui tourne à une vitesse suffi-

samment élevée pour que l'effet de l'énergie thermique re-

çue du soleil tende à adopter une valeur moyenne sur toute

la surface de l'engin spatial en raison de cette rotation.

Un agencement différent est divulgué dans l'art

antérieur en liaison avec des engins spatiaux qui ne tour-

nent pas On considérera, par exemple, un engin spatial à orbite terrestre généralement en forme de parallélépipède rectangle possédant six surfaces habituellement appelées " panneaux " Généralement, l'engin spatial est orienté par rapport à la terre de façon que l'une de ses surfaces soit tournée vers la terre, cette surface étant générale- ment appelée " panneau tourné vers la terre " ou " panneau nadiral " La surface opposée au panneau tourné vers la terre est généralement appelée " panneau anti-terre " ou " panneau antinadiral " car il est toujours opposé à la

terre Dans une orbite globalement équatoriale, c'est-à-

dire de relativement faible inclinaison par rapport au plan équatorial, les panneaux nadiral et antinadiral sont perpendiculaires au plan orbital et à un rayon de l'orbite Deux autres surfaces de l'engin spatial sont orientées perpendiculairement au plan orbital et se font face à bord de l'engin spatial; l'une est tournée dans le

sens de déplacement de l'engin spatial et l'autre est op-

posée à cette direction, et elles sont généralement appe-

lées " panneau est " et " panneau ouest ", respectivement.

Ces panneaux sont globalement orientés perpendiculairement au plan orbital ainsi qu'au vecteur de vitesse de l'engin spatial, qui est généralement tangentiel à l'orbite Les deux surfaces restantes de l'engin spatial sont orientées

parallèlement au plan orbital et sont généralement appe-

lées " panneau nord " et " panneau sud " conformément aux pôles du corps autour duquel l'engin spatial gravite, en

l'occurrence la terre.

Chaque fois que l'engin spatial effectue une or-

bite autour de la terre, le soleil éclaire le panneau est,

puis le panneau antinadiral, puis le panneau ouest et en-

fin le panneau tourné vers la terre Chaque panneau est ainsi éclairé pendant environ un tiers de l'orbite, deux

panneaux étant éclairés à tout moment donné Par consé-

quent, chacun de ces panneaux est une source de chauffage solaire pour l'engin spatial Il est à noter que, si l'engin spatial se trouve sur une orbite relativement basse, par exemple entre 160 et 1 600 km ( 100 et 1 000 miles) au-dessus de la surface terrestre, il existe, à chaque orbite, une période d'éclipse importante au cours de laquelle il n'y a pas d'éclairage solaire de l'engin spatial Par conséquent, le panneau tourné vers la terre reçoit beaucoup moins d'énergie solaire que les autres panneaux D'autre part, le panneau tourné vers la terre peut dégager une quantité relativement moins grande

d'énergie thermique hors de l'engin spatial car la tempé-

rature de la terre est relativement élevée comparée à

celle de l'espace Lorsqu'ils ne sont pas exposés au so-

leil, les panneaux est, ouest et antinadiral peuvent déga-

ger des quantités importantes d'énergie thermique dans l'abîme froid de l'espace Cependant, les panneaux nord et

sud sont tournés vers l'espace pendant toute l'orbite, re-

çoivent généralement peu d'énergie solaire et sont ainsi avantageusement utilisés comme les principales surfaces de

rayonnement thermique de l'engin spatial.

Traditionnellement, les panneaux nord et sud sont conçus pour être des sources de rayonnement efficaces vers l'espace, tandis que les autres panneaux sont isolés, pour qu'ils n'absorbent pas d'énergie thermique en provenance du soleil; par conséquent, ils ne peuvent pas dégager

d'énergie à d'autres moments Un tel agencement est pré-

senté dans le brevet américain N O 3,749,156 (Fletcher et al.) qui divulgue un dispositif de régulation thermique pour un habitacle modulaire d'engin spatial, dans lequel des parois orientées au nord et au sud sont conçues pour faciliter un transfert régulé de chaleur de l'intérieur du module vers l'espace Les trois côtés qui sont soumis à

une exposition directe aux rayons solaires lors du vol or-

bital sont réalisés avec un matériau superisolant pour em-

pêcher le transfert de chaleur à travers ces côtés Le transfert thermique important s'effectue en totalité à travers les parois nord- sud Le revêtement préféré pour les parois nord et sud est un réflecteur solaire optique; des films minces enduits multicouches (films Mylar<R) ou Kapton(R)) sont des matériaux superisolants préférés pour les autres parois Un système de tubes thermiques à

l'intérieur du module constitue un moyen rapide et effi-

cace pour transférer la chaleur vers les parois nord-sud

ainsi que uniformément dans ces parois.

Un agencement de conception identique fait l'objet

du brevet français N O 2 463 058 (système Dornier) qui dé-

crit une installation d'évacuation de chaleur et de stabi-

lisation en température, dans laquelle la chaleur PV 1 (o

P Vn est apparemment utilisé pour désigner la chaleur) dé-

gagée par un composant sur le panneau nadiral est transportée par un ou plusieurs tubes thermiques vers le

radiateur nord ou vers le radiateur sud ou vers les deux.

Les radiateurs nord et sud comportent plusieurs tubes

thermiques et sont " soumis à l'action variable du so-

leil " " Si les surfaces des radiateurs nord et sud d'un engin spatial ne suffisent pas à évacuer PV 1 PV 3, il faut

utiliser, pour cette évacuation, un ou plusieurs radia-

teurs supplémentaires Ce résultat peut être obtenu sur le panneau terre proprement dit ou par des radiateurs situés

sur le côté ouest ou est " (Page 4, dernier paragraphe).

Ces agencements classiques présentent tous deux les mêmes inconvénients que le dispositif de Nakamura et

al mentionné précédemment, à savoir qu'un réseau com-

plexe, coûteux et lourd de tubes internes de conduction thermique est nécessaire pour transférer la chaleur d'un

panneau à un autre.

Résumé de l'invention Dans un engin spatial conçu pour graviter autour d'un corps éclairé par le soleil, l'engin spatial comprend

une pluralité de panneaux extérieurs dont au moins le pre-

mier et le deuxième sont disposés face à face sur ledit engin spatial, en des points non soumis à un éclairage substantiel par ledit soleil, et au moins le troisième et le quatrième de ces panneaux sont disposés face à face sur ledit engin spatial et reçoivent un éclairage dudit soleil dans différentes parties de la gravitation dudit engin spatial autour dudit corps Par conséquent, l'agencement de régulation thermique comprend les premier et deuxième

panneaux comportant chacun des surfaces extérieures possé-

dant une absorptivité solaire sensiblement inférieure à

leur émissivité thermique, et lesdits troisième et qua-

trième panneaux comportant aussi chacun des surfaces exté-

rieures possédant une absorptivité solaire sensiblement inférieure à leur émissivité thermique Les premier, deuxième, troisième et quatrième panneaux possèdent chacun des surfaces intérieures audit engin spatial conçues pour émettre de l'énergie thermique dans les panneaux et entre eux.

Description des dessins

la figure 1 est un schéma d'un engin spatial connu, les figures 2 et 4 sont des schémas d'un engin spatial conforme à la présente invention,

la figure 3 est un graphique montrant les rende-

ments relatifs de deux types de systèmes thermiques, et les figures 5 et 6 sont des schémas représentant

des parties de l'engin spatial de la figure 4.

L'engin spatial connu 10 de la figure 1 est vu du côté antinadiral avec le panneau antinadiral déposé Cet

engin spatial supprime le problème de l'autre engin spa-

tial connu décrit ci-dessus et assure une régulation et

une gestion thermiques satisfaisantes pour les engins spa-

tiaux de télécommunication de faible et moyenne puissance fonctionnant en orbite terrestre géosynchrone L'engin spatial 10 comporte un panneau nord 12, un panneau sud 14, un panneau est 16 et un panneau ouest 18 L'intérieur de

l'engin spatial est constitué d'une colonne porteuse cen-

trale cylindrique 20 et de panneaux porteurs montés radia-

lement 22, 24, 26, 28, 30 et 32 sur lesquels des équipe-

ments peuvent être montés Comme les panneaux nord et sud 12 et 14 font face à l'espace et peuvent donc être utili- sés efficacement comme surfaces de rayonnement thermique, il est avantageux d'y monter directement des équipements qui dissipent une énergie importante (produisant ainsi une chaleur importante) qui peut être dissipée dans l'espace de manière appropriée et efficace Les panneaux nord et sud 12 et 14 comportent des tubes thermiques 34 et 36 et, respectivement, 38 et 40 pour répartir la chaleur générée par les éléments d'équipement montés sur ces panneaux sur des parties importantes correspondantes de la surface de

ces derniers Il est à noter que, bien que les tubes ther-

miques 34, 36, 38 et 40 soient représentés, sur le schéma, espacés des panneaux 12 et 14 pour les besoins de l'illustration, ils sont en fait noyés à l'intérieur des

panneaux et en contact thermique intime avec les équipe-

ments et les radiateurs qui y sont montés Les panneaux nord et sud 12 et 14 sont recouverts, sur leurs surfaces extérieures, de réflecteurs solaires optiques (OSR), connus également sous le nom de " radiateurs optiques de surface " ou de " seconds miroirs de surface ", qui sont des revêtements de régulation thermique (décrits en détail

ci-après) qui servent de radiateurs thermiques efficaces.

Les panneaux est et ouest 16 et 18 sont recouverts de re-

vêtements isolants multicouches (MLI) 42 et, respective-

ment, 44 qui réduisent l'énergie thermique absorbée par

ces panneaux en provenance du soleil jusqu'à un niveau in-

signifiant et qui réduisent également la quantité

d'énergie thermique dégagée par les panneaux est et ouest.

Comme l'agencement de la figure 1 n'utilise qu'une partie des surfaces disponibles des panneaux nord et sud, et d'eux seuls, pour dissiper la chaleur excédentaire dans l'espace, et comme les éléments structurels internes comprenant le cylindre porteur central et les panneaux d'équipement radiaux sont généralement inefficaces pour transférer la chaleur par conduction dans les panneaux 12, 14, 16 et 18 et seraient inefficaces pour transférer la chaleur dans ces panneaux par une liaison radiante même si

d'autres surfaces radiantes étaient disponibles, cet agen-

cement convient moins bien à un engin spatial utilisant un

équipement dissipant beaucoup de chaleur.

En conséquence, il est nécessaire de concevoir un agencement de régulation thermique pour un engin spatial,

qui puisse fournir la plus grande superficie de rayonne-

ment thermique exigée par des charges utiles de forte puissance tout en évitant la complexité indésirable,

l'excès de poids et le coût élevé des agencements divul-

gués dans les brevets connus.

Sur la figure 2, l'engin spatial 50, vu de manière identique à celui de la figure 1, comporte des panneaux de charge utile nord et sud 52 et 54 dont chacun comporte un réseau de tubes thermiques noyés 62 et, respectivement, 64

qui répartissent la charge thermique générée par les équi-

pements (non représentés), montés sur un tel panneau, sen-

siblement sur toute la surface du panneau Dans un satel-

lite de télécommunication du type convenant à une exploi-

tation en orbite terrestre géosynchrone, l'équipement dis-

sipant le plus d'énergie est constitué par les charges

utiles de télécommunication, en particulier par les équi-

pements de transmission Ces équipements sont montés, de préférence, sur les panneaux nord et sud Les panneaux nord et sud 52 et 54 possèdent des surfaces extérieures de régulation thermique comportant des réflecteurs solaires optiques Les panneaux est et ouest 56 et 58 possèdent également des surfaces extérieures de régulation thermique comportant des réflecteurs solaires optiques Ces panneaux délimitent un volume intérieur 60 de l'engin spatial 50, qui est sensiblement dépourvu d'éléments structurels ou autres gênant le rayonnement de l'énergie thermique dans les panneaux nord, sud, est et ouest 52, 54, 56 et 58 et entre eux Cet agencement conforme à l'invention bénéficie du fait que, sur une orbite complète, il y a plus d'énergie thermique perdue par rayonnement par chacun des

panneaux est et ouest munis de réflecteurs solaires op-

tiques que d'énergie gagnée par ces panneaux par absorp-

tion d'énergie en provenance du soleil En conséquence, la température moyenne de l'engin spatial sera plus basse avec cet agencement conforme à l'invention qu'avec l'agencement connu de la figure 1, pour un engin spatial

de dimensions et de dissipation de puissance interne équi-

valentes (génération de chaleur).

La figure 3 est un graphique comparant le rende-

ment thermique de l'engin spatial connu de la figure 1 à

celui de l'engin spatial de la figure 2 conforme à la pré-

sente invention Cette augmentation globale de rejet ther-

mique s'explique par le fait que l'un des panneaux est et ouest 56 et 58 est toujours en mesure de dégager de

l'énergie thermique vers l'espace froid pendant sensible-

ment plus d'une moitié de chaque orbite, tandis que l'énergie solaire absorbée par l'autre de ces panneaux est réduite au minimum grâce aux caractéristiques avantageuses du réflecteur solaire optique (décrit ci-dessous) ainsi que par le fait que l'énergie solaire frappe cet autre panneau pendant sensiblement moins de la moitié de chaque orbite Les tubes thermiques 62 et 64 contribuent à cette

augmentation en réduisant les gradients thermiques est-

ouest sur les panneaux nord et sud 52 et 54 L'analyse

utilisée pour obtenir ces courbes paramétriques compara-

tives s'appuyait sur deux engins spatiaux conformes res-

pectivement aux figures 1 et 2, possédant une dissipation

de puissance électrique identique sur chacun de leurs pan-

neaux et des caractéristiques équivalentes pour les ré-

flecteurs solaires optiques qui y sont montés Le gra-

phique de la figure 3 montre la nette supériorité de la présente invention Cette supériorité peut être réalisée dans un engin spatial soit sous la forme d'une réduction de la température des panneaux pour une superficie prédé- terminée des panneaux nord et sud, soit sous la forme d'une réduction de hauteur (et donc de superficie) des panneaux radiateurs nécessaires pour la charge utile, ou

bien permet de réduire légèrement moins à la fois la sur-

face et la température de chacun d'eux lorsqu'on emploie

l'agencement de régulation thermique de la présente inven-

tion Dans chaque configuration, la température légèrement

supérieure sur le panneau sud par rapport à celle du pan-

neau nord reflète la variation saisonnière de l'intensité solaire L'analyse s'applique à la saison hivernale

lorsque la terre est la plus proche du soleil, ce qui per-

met d'obtenir ainsi l'environnement le plus chaud pour

l'engin spatial En raison de l'inclinaison du plan orbi-

tal équatorial de l'orbite géosynchrone par rapport au plan solaire, le soleil éclaire le panneau sud selon un grand angle d'incidence qui amène l'équipement de la charge utile monté sur le panneau sud à fonctionner à une température légèrement supérieure à celle montée du côté nord, en dépit de la dissipation de puissance égale des

équipements de charge utile sur chacun de ces deux pan-

neaux. Bien qu'il soit préférable que l'intérieur de l'engin spatial 50 soit dépourvu de structure et d'autres

éléments qui entravent le rayonnement thermique, la pré-

sente invention est appropriée lorsque de tels éléments

sont employés, même si l'avantage sur le plan du rayonne-

ment interne est quelque peu réduit.

Par conséquent, on constate que la présente inven-

tion possède des caractéristiques de régulation thermique préférables pour un engin spatial possédant des charges il utiles importantes à celles des agencements connus En outre, un engin spatial conforme à la présente invention

bénéficie d'une réduction pondérale spectaculaire en rai-

son de la suppression des réseaux de transfert internes à tubes thermiques complexes et lourds nécessités par les

brevets antérieurs, de l'élimination des éléments structu-

rels internes de l'engin spatial de faible puissance connu ainsi que de l'avantage dû à la réduction de hauteur (et donc de superficie) des panneaux de la charge utile, comme

le montre la figure 3.

La figure 4 représente un schéma d'un engin spa-

tial complet 400 destiné à un service de télécommunica-

tion, dans les gammes C et Ku, à partir d'une orbite ter-

restre géosynchrone L'engin spatial 400 comprend un corps 410 qui est orienté dans l'espace de façon que le panneau

420 soit tourné vers la terre tout au long de chaque or-

bite Le corps 410 contient la charge utile et le module de service Du panneau nord 422 et du panneau sud 424 (non visible) du corps 410 s'étendent, vers l'extérieur, des rideaux de piles solaires 402 et 404 dont chacun comprend quatre panneaux rectangulaires sur l'un des côtés desquels sont montées des piles solaires Ces rideaux 402 et 404 tournent autour d'un axe défini par un mât 406 par rapport au corps d'engin spatial 410 à raison d'une révolution par orbite, de sorte que les côtés piles solaires des rideaux

402 et 404 sont tournés vers le soleil alors que le pan-

neau nadiral 420 du corps 410 reste orienté vers la terre.

L'équipement de maintenance à bord, contenant des systèmes de commande et de poursuite télémétrique, des alimentations, des dispositifs de contrôle d'altitude et

analogues, est contenu dans le module de service générale-

ment parallélépipédique 412 dont l'intérieur comporte un cylindre central et six panneaux structurels radiaux disposés selon le même agencement que celui présenté pour

l'engin spatial connu de la figure 1 Les brevets améri-

cains N O 4,009,851, intitulé " Structure d'engin spa-

tial ", et N O 4,682,744, intitulé " Structure d'engin spa-

tial ", décrivant des structures utilisant des cylindres porteurs centraux et des panneaux radiaux, sont cités ici à titre de référence La charge utile, tels que récepteurs

de télécommunications, transmetteurs de télécommunica-

tions, antennes de télécommunications et analogues, est disposée à l'intérieur d'un module de communication de forme généralement parallélépipédique 414 Le panneau nord

422 de celui-ci est recouvert d'un réflecteur solaire op-

tique, de même que des parties importantes 440, 442 et 444 de son panneau ouest 428 et des parties correspondantes de son panneau est 426 (non visible) Les panneaux de charge utile nord et sud 422 et 424 contiennent tous deux un

agencement de tubes thermiques, décrits ci-après, pour ré-

partir sur une grande partie des panneaux la chaleur géné-

rée par les équipements montés dessus, afin de la dissiper dans l'espace Il est à noter que, alors que le panneau ouest 428 de charge utile ainsi que le panneau est 426 de charge utile peuvent être généralement plans, il peut être avantageux de prévoir une partie inclinée de façon que les réseaux 462 formant le faisceau dans la gamme Ku puissent avoir une vue claire et dégagée du réflecteur d'antenne

460 de la gamme Ku pour recevoir et transmettre des si-

gnaux Dans la partie inclinée, le sous-panneau central 444 est recouvert d'un réflecteur solaire optique (OSR) de même que les sous- panneaux droit et gauche 440 et 442, et le sous-panneau central 446 et le panneau triangulaire 448 sont recouverts d'isolant multicouches (MLI) De même un agencement similaire peut être utilisé sur le panneau est de façon que les ensembles 472 formant cornet d'alimentation pour la gamme C puissent avoir une vue claire et dégagée du réflecteur d'antenne 470 de la gamme C Selon une variante, les panneaux est et ouest de la charge utile, 426 et 428, peuvent être inclinés dans leur intégralité, comme le sont leurs parties centrales 444 et 446 sur la figure 4 Une antenne omnidirectionnelle déployable 408 assure la réception et la transmission de

signaux pour les fonctions de commande, de visée, de pour-

suite et de télémétrie.

L'agencement ci-dessus coopère avec d'autres ca-

ractéristiques de régulation thermique de l'engin spatial 400 relatives à la régulation thermique Le panneau 420 tourné vers la terre et le panneau antinadiral 430 sont tous deux recouverts d'isolant multicouches, comme le sont des parties importantes des surfaces du module de service

412 Le réflecteur d'antenne 460 de la gamme Ku et le ré-

flecteur d'antenne 470 de la gamme C sont tous deux recou-

verts, sur leurs faces avant, de membranes réfléchissantes

et, sur leurs surfaces arrière, d'un isolant multicouches.

Le réseau 462 formant le faisceau de la gamme Ku possède des réflecteurs solaires optiques sur ses surfaces nord et

sud, et est recouvert ailleurs d'un isolant multicouches.

L'ensemble 472 formant cornet d'alimentation pour la

gamme C est recouvert d'une housse réalisée dans un maté-

riau isolant multicouches.

La figure 5 est un schéma d'un corps d'engin spa-

tial 410 dont chaque surface est divisée en sous-sections

montrant d'autres détails des surfaces de régulation ther-

mique qui s'y trouvent Le panneau 420 tourné vers la

terre et le panneau antinadiral 430 (non visible) sont re-

couverts d'un matériau isolant multicouches, de même que le panneau est 436 et le panneau ouest 438 (non visible) du module de service 412 Le panneau nord 422 de la charge

utile et le panneau sud 424 de la charge utile (non vi-

sible) du module de communication 414 sont des panneaux contenant des tubes thermiques noyés (décrits ci-après) et

sont recouverts, sur leur surface extérieure, de réflec-

teurs solaires optiques.

Un réflecteur solaire optique est un revêtement

mince et transparent qui est enduit de matériau très ré-

fléchissant Les réflecteurs solaires optiques en verre de silice, disponibles auprès de la société Optical Coating Laboratory, Inc (OCLI) de Santa Rosa, Californie, ont une épaisseur d'environ 0,152 mm ( 6 millièmes de pouce) et sont recouverts d'une couche d'argent déposée sur le côté

en contact avec l'engin spatial, et d'une couche conduc-

trice d'oxyde d'indium et d'étain sur la surface exposée.

Les réflecteurs solaires optiques en verre CMX, dispo-

nibles auprès de la société Pilkington Space Technology de Bodelwyddan, Rhyl, Clwyd, Royaume-Uni, ont une épaisseur d'environ 0,076 mm ( 3 millièmes de pouce) et possèdent une couche d'argent déposée sur le côté en contact avec l'engin spatial, et une couche conductrice d'oxyde

d'indium et d'étain sur la surface exposée à l'espace.

Tous deux sont disponibles en carrés de 41,91 mm par

41,91 mm ( 1,65 pouce par 1,65 pouce) et ont une absorpti-

vité solaire a d'environ 0,08 à 0,10 et une émissivité thermique e d'environ 0,80 à 0,81 Le faible rapport entre l'absorptivité et l'émissivité a/e montre que le réflecteur solaire optique est un radiateur très efficace d'énergie thermique dans la gamme infrarouge o l'énergie thermique

est principalement dégagée et qu'il a une faible absorpti-

vité thermique dans la gamme o se trouve l'énergie conte-

nue dans l'éclairage solaire La protection contre la dé-

charge électrostatique de charge électrostatique induite

par plasma sur l'engin spatial est assurée par la résis- tance des surfaces avant-arrière d'environ 200 Kg du ré-

flecteur solaire optique combiné avec les couches conduc-

trices d'oxyde d'indium ou d'oxyde d'indium et d'étain ap-

pliquées sur l'une des faces, avec la couche d'argent ap-

pliquée sur l'autre surface et avec leur assemblage et leur liaison avec un adhésif qui n'est pas un isolant

électrique, tel que l'adhésif Solithane(R) 113 (avec ma-

* tière de charge au noir de carbone) disponible auprès de la société Morton-Thiokol, Inc, Morton Chemical Division

de Chicago, Illinois, ou l'adhésif RTV 566 disponible au-

près de la société General Electric Company de Waterford, New York, ou un mélange des adhésifs RTV 566 et RTV 567 (avec matière de charge aux fibres graphites). Bien qu'il soit souhaitable que le matériau d'enduction extérieure possède une valeur a aussi proche que possible de O et une valeur e aussi proche que possible de 1, l'invention peut être mise en oeuvre avantageusement avec des valeurs sensiblement différentes, par exemple a; 0,4 et e 0,6, telles qu'elles peuvent être obtenues avec une peinture de régulation thermique qui a subi une dégradation par exposition à des rayonnement ultraviolets

(UV) et ionisants.

Le panneau est 426 de la charge utile et le pan-

neau ouest 428 de la charge utile (non visible sur la f i-

gure 5 mais représenté sur la figure 4) utilisent des sur-

faces de régulation thermique similaires Les sous-pan-

neaux est gauche et droit 450 et 452 de la charge utile (parfois également appelés " sous-panneaux sud-est et nord-est ") (et leurs parties correspondantes 400 et 442

sur le panneau ouest) sont recouverts de réflecteurs so-

laires optiques du type décrit précédemment Le sous-pan-

neau 454 de la surface centrale inclinée est également re-

couvert d'un tel réflecteur solaire optique, tandis que le sous-panneau 456 de cette même surface est recouvert

d'isolant multicouches pour réduire au maximum les ré-

flexions d'énergie thermique dans l'ensemble 472 formant

cornet d'alimentation pour la gamme C La section triangu-

laire 458 et ses trois parties correspondantes (non vi-

sibles) sur les panneaux est et ouest de la charge utile,

426 et 428, sont également recouvertes d'isolant multi-

couches. Les surfaces intérieures des panneaux 420, 422, 424, 426 et 428 sont recouvertes de peinture de régulation thermique, telle que de la peinture noire Chemglaze Z 306 ou la peinture noire MH 2 l S/LO, disponibles respectivement

auprès de la société Lord Corporation d'Erie, Pennsylva-

nie, et de l'Illinois Institute of Technologie Research de Chicago, Illinois, sauf aux endroits o sont montés des

équipements Un composé améliorant la conductivité ther-

mique entre les différents éléments d'équipement montés

sur le panneau et la tôle intérieure du panneau est em-

ployé pour améliorer la conductivité thermique entre ces

parties Le RTV 566 disponible auprès de la société Gene-

ral Electric Company de Waterford, New York, peut être

utilisé à cet effet.

Le module de service 412 comporte des réflecteurs solaires optiques sur son panneau nord 432 et son panneau sud 434 (non visible) et un isolant multicouches sur son panneau est 436 et son panneau ouest 438 (non visible), selon une manière similaire à celle décrite pour l'engin spatial connu représenté à la figure 1 Les équipements placés à l'intérieur du module de service qui dissipent la

puissance la plus élevée, tels que les éléments du sous-

système de puissance comme les batteries, sont montés de

préférence sur les panneaux nord et sud 432 et 434 du mo-

dule de service.

La figure 6 est un schéma représentant des détails du panneau sud 424 supportant la charge utile qui contient un réseau de tubes thermiques qui y sont noyés, de sorte que la chaleur dissipée par les équipements montés sur le panneau est dispersée de manière relativement uniforme sur pratiquement toute la surface du panneau 424 Le panneau 424 comprend un panneau en nid d'abeilles dans lequel est noyé, entre deux tôles, dans des zones ne comportant pas

de nids d'abeilles en aluminium, un agencement de plu-

sieurs tubes thermiques de formes différentes Sur le pan-

neau 424, l'équipement de charge utile dissipant la puis-

sance la plus élevée et générant donc la chaleur la plus forte est généralement situé dans la moitié supérieure du panneau (c'est-à-dire dans la moitié la plus proche du bord 502 qui est adjacent au panneau 420 tourné vers la terre) Le bord droit 504 est adjacent au panneau ouest 428 de la charge utile tandis que le bord gauche 506 est adjacent au panneau est 426 de la charge utile Le bord de fond 508 est adjacent au bord supérieur du panneau sud 434

du module de service 412.

Sur la figure 6, le panneau 424 est représenté sous forme schématique, l'une des tôles d'aluminium ayant été déposée et l'écartement entre les tubes thermiques étant exagéré pour pouvoir visualiser la forme spécifique de chaque tube thermique particulier et la disposition des

tubes thermiques Les panneaux 424 et 422 ont une épais-

seur d'environ 24,13 mm ( 0,95 pouce) et utilisent des

tôles d'alliage d'aluminium d'épaisseur 0,203 mm ( 8 mil-

lièmes de pouce) à la fois pour la surface intérieure de l'engin spatial et pour sa surface extérieure Une feuille d'alliage d'aluminium en nid d'abeilles, disponible auprès

de la société Hexcel Corporation située à Dublin, Califor-

nie, fait office d'âme du panneau et c'est sur elle que les tôles sont assemblées D'autres panneaux du corps d'engin spatial 410 peuvent être plus épais ou plus minces ou utiliser des tôles de gabarit plus fort ou plus faible, selon que les équipements qui y sont montés ont une masse plus élevée ou plus faible ou une dissipation de puissance plus élevée ou plus faible Les panneaux 450 et 452 ont une épaisseur d'environ 12,70 mm ( 1/2 pouce) et utilisent des tôles de 0,127 mm ( 5 millièmes de pouce) d'épaisseur sur une âme en nid d'abeilles, et les panneaux 454 et 456

ont une épaisseur d'environ 25,40 mm ( 1 pouce) et utili-

sent des tôles de 0,177 mm ( 7 millièmes de pouce) sur une

âme en nid d'abeilles.

Une pluralité de tubes thermiques de formes diffé-

rentes conduisent la chaleur le long du panneau 424 entre le panneau tourné vers la terre et le module de service

(c'est-à-dire verticalement sur la figure 6) pour at-

teindre les tubes thermiques répartiteurs transversaux

512, 514, 516 et 518 décrits ci-dessous Ces tubes ther-

niques verticaux comportent dix tubes thermiques 522 en

forme de S, dont l'un, 522 ', est tronqué pour ne pas bou-

cher le trou 540 dans lequel passe le mât 406 des rideaux solaires 402 et 404 Les tubes thermiques 522 en forme de

S se trouvent en dessous d'une pluralité de tubes amplifi-

cateurs à onde progressive de la gamme Ku montés dans le quart supérieur droit du panneau 424 Plus près du bord est 506 du panneau 424, sept tubes thermiques 524 en forme de C et sept tubes thermiques 486 en forme de J conduisent la chaleur entre les bords 502 et 508 pour atteindre les tubes thermiques répartiteurs transversaux 512, 514, 516 et 518 Les tubes thermiques 524 en forme de C et

l'extrémité supérieure de la partie longue des tubes ther-

miques 526 en forme de J se trouvent en dessous d'une plu-

ralité d'amplificateurs de puissance à semi-conducteurs pour la gamme C montés dans le quart supérieur gauche du panneau 424 Ces 24 tubes thermiques verticaux sont montés

plus près de la tôle intérieure du panneau 424, sur la-

quelle est monté l'équipement, que de sa tôle extérieure

qui est recouverte de réflecteurs solaires optiques.

Une pluralité de tubes thermiques orientés trans-

versalement s'étendent latéralement entre les bords est et

ouest 506 et 504 et perpendiculairement aux tubes ther-

miques 524, 526, 522 en forme de C, de J et de S décrits ci-dessus Ces tubes thermiques transversaux comprennent un groupe de deux tubes thermiques collecteurs 512 en forme de Z relativement écrasé, un groupe de deux tubes thermiques collecteurs 514 en forme de Z relativement

étiré, et quatre tubes thermiques collecteurs droits dis-

posés par groupes de deux, 516 et 518, relativement près du bord de fond 508 Ces huit tubes thermiques servent à conduire la chaleur transversalement d'est en ouest, non

seulement en répartissant la chaleur générée sur le pan-

neau 424 de charge utile, mais en tendant à conduire la chaleur vers celui des panneaux est et ouest qui est le plus frais Ces huit tubes thermiques sont montés plus

près de la tôle extérieure du panneau 424 recouvert de ré-

flecteurs solaires optiques que de sa tôle intérieure sur

laquelle sont montés des équipements.

Les tubes thermiques du réseau décrit ci-dessus couvrent sensiblement toute la dimension du panneau entre les bords est et ouest 506 et 504 et entre les bords " terre " et " maintenance à bord " 502 et 508 du panneau

424 de charge utile, pour répartir ainsi la chaleur géné-

rée par les équipements de la charge utile, principalement par les tubes amplificateurs à onde progressive de la

gamme Ku et par les amplificateurs de puissance à semi-

conducteurs de la gamme C, de manière sensiblement uni-

forme sur l'ensemble du panneau, c'est-à-dire pour réduire

au maximum les gradients thermiques.

Chacun des tubes thermiques décrits dans les para-

graphes précédents est un tube thermique en aluminium à conductance constante et à rainurage axial mettant en

oeuvre un liquide de travail ammoniacal, du type préala-

blement homologué et employé sur de nombreux engins spa-

tiaux tels que l'ATS-II Ces tubes thermiques sont dispo-

nibles commercialement auprès de la société OAO Corpora-

tion située à Greenbelt, Maryland, et auprès de la société Dynatherm Corporation située à Cockeysville, Maryland Le

perçage à rainurage intérieur du tube thermique en alumi-

nium est généralement de section transversale circulaire, tandis que les parois extérieures de ce tube comportent au moins une partie aplatie pour réaliser un meilleur contact thermique avec les tôles des panneaux 422 et 424 ainsi qu'avec les autres tubes thermiques qui sont placés à l'intérieur de ces panneaux, qu'ils croisent et auxquels

ils doivent transférer de la chaleur.

Bien que la description ci-dessus porte sur le

mode de réalisation préféré de la présente invention, des modifications et des variantes peuvent être imaginées par

l'homme de l'art sur la base des descriptions et des in-

formations qu'elle contient La description qui précède

n'a donc été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif, et des variantes ou des modifications peuvent y

être apportées dans le cadre de la présente invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 Agencement de régulation thermique pour un en-

gin spatial ( 50; 400) conçu pour graviter autour d'un

corps éclairé par le soleil, ledit engin spatial compre-

nant une pluralité de panneaux extérieurs ( 52, 54, 56, 58; 420, 422, 424, 426) dont au moins le premier et le

deuxième sont disposés face à face sur ledit engin spa-

tial, en des points non soumis à un éclairage substantiel par ledit soleil, et au moins le troisième et le quatrième de ces panneaux sont disposés face à face sur ledit engin

spatial et reçoivent un éclairage dudit soleil dans diffé-

rentes parties de la gravitation dudit engin spatial au-

tour dudit corps, lesdits premier et deuxième panneaux comportant chacun des surfaces extérieures possédant une

absorptivité solaire sensiblement inférieure à leur émis-

sivité thermique, lesdits troisième et quatrième panneaux comportant chacun des surfaces extérieures possédant une

absorptivité solaire sensiblement inférieure à leur émis-

sivité thermique, caractérisé en ce que lesdits premier, deuxième, troisième et quatrième panneaux possèdent des surfaces intérieures audit engin spatial conçues pour

émettre de l'énergie thermique entre eux et l'engin spa-

tial.

2 Agencement conforme à la revendication 1, ca-

ractérisé en ce que au moins un desdits premier et deuxième panneaux extérieurs comprend un moyen pour

conduire la chaleur à travers ledit panneau de façon à ré-

duire les différences de température sur ledit panneau.

3 Agencement conforme à la revendication 2, ca-

ractérisé en ce que ledit moyen de conduction thermique comprend, à l'intérieur dudit panneau, une pluralité de dispositifs de conduction thermique conçus pour conduire la chaleur sur sensiblement toute la surface dudit panneau de manière à réduire les différences de température sur

ledit panneau.

4 Agencement conforme à la revendication 3, ca-

ractérisé en ce qu'un premier groupe desdits dispositifs de conduction thermique est conçu pour conduire la chaleur dans une première direction, et un deuxième groupe desdits dispositifs de conduction thermique est conçu pour

conduire la chaleur dans une deuxième direction transver-

sale à ladite première direction.

5 Agencement conforme à la revendication 1, ca-

ractérisé en ce que les surfaces extérieures desdits pre-

mier, deuxième, troisième et quatrième panneaux compren-

nent des réflecteurs solaires optiques.