WO2006136675A1 - Structure legere deployable et rigidifiable apres deploiement, son procede de realisation, et son application a l’equipement d’un vehicule spatial - Google Patents

Structure legere deployable et rigidifiable apres deploiement, son procede de realisation, et son application a l’equipement d’un vehicule spatial Download PDF

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WO2006136675A1
WO2006136675A1 PCT/FR2006/001333 FR2006001333W WO2006136675A1 WO 2006136675 A1 WO2006136675 A1 WO 2006136675A1 FR 2006001333 W FR2006001333 W FR 2006001333W WO 2006136675 A1 WO2006136675 A1 WO 2006136675A1
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rope
deployment
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hardening
hardening material
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Inventor
René Jean CHEYNET DE BEAUPRE
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Airbus Defence and Space SAS
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Astrium SAS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
    • B64G1/2221—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state characterised by the manner of deployment

Definitions

  • the present invention relates to a light structure deployable and rigidifiable after deployment, which can be very simple, but also potentially complex, as well as its production method, and, in an application for which the structure according to the invention is of particular interest for the applicant, its application to the equipment of space vehicles, for example, and without limitation, for the realization of stiffening rods now panels, solar or radiator, in the deployed position relative to the body of the spacecraft, for maintain a component, for example external, in a given position and with a given distance relative to the body of the spacecraft, or to maintain in extension a surface, for example flat, such as a sunscreen, or complex, such as a reflector d 'antenna.
  • the invention proposes a technique for producing a deployable and deployable light structure which, after storage in a small volume, can be deployed manually or by means of appropriate deployment means, at the same time. following which the structure can be stiffened, any deployment means can be removed or retracted after their intervention, such as a mounting tool or a machine tool mounting which is then removed and / or moved (e).
  • the structure and the method according to the invention can be used for the realization of any structure that must be transported and / or stored in a reduced volume, then deployed and stiffened in situ.
  • space vehicles such as artificial satellites and exploration or interplanetary probes
  • have increasingly complex bodies and equipment requiring structures that are both light and of reduced volume, to minimize mass. and the launch volume of the spacecraft, and stable to maintain accurate relative positioning, particularly of on - board measuring instruments relative to the body of the spacecraft.
  • the invention proposes a structure of the type presented above and a method for producing this structure which are of a low cost, with regard to the materials and techniques that can be used, and of great ease of implementation.
  • the deployable light structures of the state of the art are of three main types.
  • assembly of the assembly is made even more complex if at least one counter-bladder is necessary to provide the final shape to the deployed structure and to trap the hardening material.
  • the problem underlying the invention is to overcome the aforementioned drawbacks of the lightweight structures of the third type presented above, and the object of the invention is to propose a light structure deployable and rigidifiable after deployment, which better meets the various practice requirements that the known embodiments presented above, in particular in that the invention allows the simple and economical realization of lightweight structures deployable as simple as a stiffening rod to structures as complex as a three-dimensional lattice for producing beams or load bearing towers.
  • the light structure deployable and rigidifiable after deployment is characterized in that it comprises a rope, constituted at least one flexible cord, impregnated with a hardening material, with controllable hardening, intended to stiffen said at least one cord after its deployment and extension, and in that it is independent of any means of deployment intended to extending at least one rope of the structure and holding it taut during curing of said hardening material.
  • any means of deployment relate both to a manual deployment and to an accessory deployment device that may or may not be included in the structure, but that the latter is independent in that at least each string of the structure is independent of the deployment means.
  • the rope is advantageously and easily achievable in all known fibrous materials, and in particular the rope consists of at least one type of fiber selected from mineral fibers, such as glass or carbon fibers, synthetic or organic, such as polyester, polyamide, and aramids, and artificial.
  • mineral fibers such as glass or carbon fibers
  • synthetic or organic such as polyester, polyamide, and aramids, and artificial.
  • Such a cladding can be easily made, and allows the use of more or less liquid resins, which could be dried either by manipulation, or by a stay in the space vacuum, or more generally in the ambient atmosphere.
  • the hardening material reacts with at least one of the curing agents selected from the group consisting of light, visible, or ultraviolet radiation, thermal radiation, temperature, humidity, ambient atmosphere, and the void.
  • the curing agents selected from the group consisting of light, visible, or ultraviolet radiation, thermal radiation, temperature, humidity, ambient atmosphere, and the void.
  • At least one rope of the rope comprises a heating element, preferably a heating filament, the heating of which controls the hardening of the impregnating hardening material of said rope.
  • At least one rope of the rope comprises a waterproof sheath, transparent to a curing agent controlling the hardening of the impregnating hardening material of said rope, in particular a watertight sheathing.
  • a synthetic material transparent to ultraviolet radiation.
  • At least one rope of the rope can be attached to an end by at least one of the following means: buckle, knot and pinch.
  • Another advantage of the structure according to the invention is that it can be optimized by an appropriate choice of the rope or strings constituting the rope.
  • the cross section of at least one rope of said rope can be adjusted in shape and / or dimension, depending on the desired properties for the stiffened structure, including its mass, its size and stiffness.
  • the structure may further include a braking device, intended to limit at least the deployment speed during deployment.
  • all the rope, before its deployment, and, if applicable, the deployment device, the protective envelope , the braking device, and possibly also at least one control device and / or production of a curing agent and at least one thermal control device can be housed in a container, wherein said rope is disposed in the wound, folded or collapsed state.
  • the container comprises at least one lid, which can be a support erected above at least one container base box, when the structure is deployed and stiffened.
  • the present invention also relates to the applications of the structure according to the invention, and as presented above, these applications being characterized in that this structure is embedded onboard a spacecraft.
  • said stiffened structure constitutes at least one connecting rod for stiffening a mobile, solar or solar panel. radiator, of spacecraft, said structure comprising at least one rope attached at one end to the body of said spacecraft and at the other end at a fixed point of said movable panel, said fixed point being selected so that the frequencies of the modes of vibration of said panel maintained deployed relative to the body of the spacecraft, when said rope is stiffened stiffening rod, are greater than a desired frequency threshold, said panel being movable relative to the body of the spacecraft between a folded position, in which the panel extends substantially along the body of said spacecraft, and wherein said rope is protected from any curing agent capable of causing hardening of said hardening impregnating material, and an extended position, in which said panel is spaced from said body of the spacecraft by at least one actuator, and that the rope, after deployment by the deployment of said panel, is stiffened by the effect of at least one curing agent, such as natural solar radiation
  • FIG. 6 is a fourth example of a structure according to the invention constituting a three-dimensional lattice tower or bracket, with an upper part inclined on the vertical, when the structure is deployed and stiffened,
  • FIG. 7 is a fifth example of structure according to the invention, which ensures the deployment and extension of a web, for example reflecting, when the structure is deployed and stiffened
  • FIGS. 8a, 8b, and 8c represent a deployment sequence of a sixth example of structure according to the invention, constituting a stiffened connecting rod bracing a deployable satellite panel, when the structure is deployed and stiffened, with a circled detail of Figure 8c showing the attachment of one end of the connecting rod.
  • FIG. 7 is a fifth example of structure according to the invention, which ensures the deployment and extension of a web, for example reflecting, when the structure is deployed and stiffened
  • FIGS. 8a, 8b, and 8c represent a deployment sequence of a sixth example of structure according to the invention, constituting a stiffened connecting rod bracing a deployable satellite panel, when the structure is deployed and stiffened, with a circled detail of Figure 8c showing the attachment of one end of the connecting rod.
  • FIG. 8a, 8b, and 8c represent a
  • the inclined crosspieces that cross and are connected to the uprights are all made of ropes 1, 2 initially flexible and impregnated with a hardening material, such as a polymerizable resin, the ropes having been stiffened by an agent hardening of the impregnating resin, after the structure has been deployed in the position shown in Figure 1 by a deployment device consisting essentially in this example of a bladder 3 flexible, sealed and inflatable by a gas, for example compressed air, the bladder 3 having, in the inflated state, the general shape of an elongated cylinder of substantially circular section, fixed by its base 3a to a base 4 supporting the structure and through which the bladder 3 can be inflated, or, in variant, arranged in a box, as shown schematically in Figure 1, and containing a gas reservoir (not shown) for swelling of the
  • the transverse strings 2 are connected to each other at their crossing points and to the upright strings 1, at the ends of the crosspieces, by links 6, which may be made in different ways, by knots or ligatures or again by pinching or nesting two adjacent portions of two ropes 1 and / or 2, with the aid of a clamp 10, as described below with reference to FIG. 3.
  • links 6, which may be made in different ways, by knots or ligatures or again by pinching or nesting two adjacent portions of two ropes 1 and / or 2, with the aid of a clamp 10, as described below with reference to FIG. 3.
  • the lower ends of strings of upright 1 as lower cross strings 2 are attached to the base box 4 and the upper ends of the upright strings 1 and top cross strings 2 are fixed to the platform 5 by other links 6, also constituted by knots, loops or pinches, in particular.
  • the set of upright strings 1 and cross strings 2 constitutes a meshed rope, all the strings of which are initially soft and impregnated, for example a curable resin, with controlled hardening, whose hardening, controlled after the deployment of the structure by the inflation of the bladder 3, causes the stiffening of the structure in the expanded state by stiffening the various ropes 1 and 2.
  • transverse ropes 2 are advantageously provided in each of the four faces of the truncated pyramid structure when it is deployed.
  • the three-dimensional lattice of this structure kept in the flexible state and folded in the container 4-5 closed, of reduced volume relative to the deployed structure, is deployed and tensioned by the bladder 3 gradually inflated, for example by a remote control, after the release, also remotely controlled, of the lid 5 vis-à-vis the chest 4, this bladder 3 constituting a deployment device or expander, following which the hardening of the ropes 1 and 2 occurs, by exposure to a curing agent of the rope impregnating resin, for example by the action of the ambient atmosphere, heat, humidity or by the control of an auxiliary device , generating the curing agent of the impregnating resin of cords 1 and 2.
  • This auxiliary device can be a lighting device in ultraviolet radiation, if the resin is sensitive to this radiation to polymerize and harden ir, or by a device generating a thermal radiation, and possibly by heating, by power supply, conductive filaments mixed with the fibers constituting the ropes 1 and 2.
  • the ropes 1 and 2 can be made from all existing fibers, the most frequently used to make pre-impregnated rovings, commonly used for the constitution of composite materials including aeronautics, are mineral fibers, such as carbon or glass fibers, organic or synthetic fibers, such as aramid fibers, of polyamide or polyester, and also artificial fibers, made from vegetable fibers, or by combination or mixture of fibers of different kinds.
  • mineral fibers such as carbon or glass fibers
  • organic or synthetic fibers such as aramid fibers, of polyamide or polyester
  • artificial fibers made from vegetable fibers, or by combination or mixture of fibers of different kinds.
  • the rope of the structure Due to its impregnation with a hardening material such as a polymerizable resin, the rope of the structure is a composite rope, kept flexible as long as the impregnating resin is not polymerized, then hardened and stiffened, after deployment of the rope and during its holding deployed and stretched, by the polymerization of the resin, triggered by exposure of the rope to an appropriate agent for curing or polymerization of the resin depending on the nature of this resin.
  • a hardening material such as a polymerizable resin
  • Three-dimensional lattice structures comprising at least one rope mesh, similar to that described above, can be made by having many different shapes, the meshed structure being initially defined on a precise template to the desired shape, by the choice of number, dimensions, section shapes and the nature of the different ropes used to monitor the tension, as well as by making the links of the strings together, possibly some strings to themselves at different points, and finally to any rigid elements of the structure, such as the container and its lid, or any other support base or platform of the structure.
  • the structure corresponds to a framework more or less complex, consisting of connecting rods or beams of composite material, and such that the deployment device can, if necessary, be removed or retracted (for example deflated) after the rigidification of the deployed structure by hardening of the impregnating resin, since this structure can be independent, totally or at least at the level of the ropes 1 and 2, of said deployment device.
  • This curing can be that of a resin that reacts to the ambient environment, in particular ultraviolet radiation of solar origin, temperature or ambient humidity ...
  • the curing can also be controlled by the addition of an ultraviolet lamp in the structure, or, as already mentioned above, by heating filaments embedded in each string to be stiffened.
  • a device for generating the resin curing agent is advantageous in cases where the structure, deployed and stiffened in its final configuration of use, must be at least partially covered with an opaque cover or impermeable to the hardening agent.
  • it is essential that the initiation of hardening is controllable, and adapted or adaptable to the ambient conditions prevailing at the deployment site of each structure considered.
  • the technique described above for the production and implementation of a deployable and deployable light structure after deployment according to the invention is also adaptable to structures used in packaging systems, which are wound, folded or folded, or collapsed on themselves, before use, and possibly after a first use and before a second use, when the phenomenon of hardening of the resin is reversible, for example when the resin is of the thermoplastic type.
  • a structure according to the invention has many advantages, resulting from the simplicity and low cost of production of the base material, namely the string or strings constituting the rope impregnated with resin.
  • the rope or ropes used may be chosen from the products currently on the market and offered by the corderies, or on the contrary be made to order, on one or more conventional stringing machines, in a particular fiber or in a particular assembly of fibers, the fibers of each string being grouped together, known manner, filaments, rovings, strands, which are arranged to form a simple braided rope, or a stranded rope, or a rope having a core surrounded by a sheath, the core may be fiber or parallel filaments, or parallel strands, or a braided core, while the sheath may itself be braided, or stranded or a sheath made of
  • the core 7 of which is braided into filaments, each made by agglomeration of fibers, of a nature chosen according to the application, that is to say the destination of the expanded and stiffened structure, the filaments of the core 7 being impregnated with a curing resin, for example, when exposed to ultraviolet radiation.
  • the core 7 is wrapped with a continuous sheath 8, made in the form of a synthetic film transparent to ultraviolet radiation, the rope consisting of the core 7 and the sheath 8 being wrapped in a sheath 9, made of a material synthetic, also transparent to ultraviolet radiation, and optionally heat-shrinkable to grip the rope 7-8 tightly, and it ensure good mechanical protection.
  • This cladding 9 can be easily made waterproof, in particular to allow the use of more or less liquid resins, which could be dried either by handling, or by contact with the ambient atmosphere, or a stay in the vacuum, in case spatial application, and this cladding 9 also facilitates the manipulation of the rope thus produced.
  • this shelf life can be reduced to a few months for a resin impregnating a rope kept in contact with the ambient environment, for example in the open air, in the absence of any sheathing such as 9 of FIG. 2.
  • this sheathing 9 can also be made of sheets of a synthetic material wrapped around the rope and then welded or glued on themselves, in place of a continuous sheathing of synthetic material.
  • this cladding 9 should be transparent to the curing agent controlling the hardening of the hardening material, such as the resin, impregnating the rope, unless the curing agent is produced by elements integrated in the rope, for example heating filaments, as mentioned above.
  • This assembly method very simple and reversible before hardening of the impregnating resin of strings 1 and 2, provides the advantage that the local deformations of strings 1 and 2 at their nestings provide a rigid connection after hardening, by example by polymerization, of the resin.
  • the fixation of the structure obtained on a base, or the attachment of an object, for example the lid 5 of the container 4, which constitutes the platform of the deployed and stiffened structure, on the rope structure can be realized by simple pinching ropes, possibly at their ends, for example between a plate and a base screwed to each other, so as to retain between them a portion of rope to form a link arranged in a clamping nut.
  • a rope portion see its end, between a plate pressed against a base, it may be appropriate to make a knot on this part or end of the rope.
  • a loop instead of a knot or a pinch, or more of these.
  • the method according to the invention for producing a light, deployable and post-deployable structure, as presented above, and which comprises, in a general manner, at least the steps of impregnating one or more strings with a cordage with a hardening material, whose hardening is controllable, such as a polymerizable resin, to produce a rope structure having the appropriate shape to obtain the desired expanded and stiffened structure, in particular using a jig with this shape desired, by choosing the number, shapes, dimensions, in particular of the cross-section, of the ropes, and of their relative positions, in particular within a mesh of rope, so as to adjust the bulk, the stiffness and the mass of the desired structure, then to extend the rope to the desired shape, before hardening, and to maintain this rope stretched during its hardening, by exposure of the rope t endue with at least one curing agent of the hardening material impregnating the cords, is a method which can be used for the realization of any structure preserved, and possibly transported, occupying
  • FIG. 4 represents, in the deployed position, a tripod consisting of three ropes of upright 1, of the same length, each fixed by its lower end at one of the three vertices of an equilateral triangle defined on a carrier base (not shown), and whose upper ends are fixed to the three vertices of a triangle on the underside of a circular disc 5 ', constituting a platform, and surmounted by a rod 11 capable of supporting a payload, for example a optical detector or device or a component of a telecommunication system.
  • the deployment of this simple structure can be ensured by the swelling of a substantially vertical cylindrical bladder 3 'which is independent of the ropes 1 and which, when inflated, rises from the support base, vertically upwards, until the strings 1 are stretched out and stretched as far as possible, and hold the strings 1 stretched in this configuration during the hardening of the impregnating resin, for example exposure to a curing agent suitable for application, for example light, ultraviolet radiation, or exposure to the ambient atmosphere, which may be space vacuum.
  • a curing agent suitable for application for example light, ultraviolet radiation, or exposure to the ambient atmosphere, which may be space vacuum.
  • FIG. 5 partially shows an elongated beam, also constituted by a three-dimensional lattice, but in this example, of constant cross section with a triangular shape defined by three longitudinal strings 1, inclined cross-pieces 2 , connecting two ropes 1, as in the example of Figure 1 and also pairs or triangular frames 12, previously cut in a rigid material, giving the whole its triangular section, and connected by links such as 6 of the 3 to the ropes 1, and possibly to ropes 2, and within which a deployment device consisting of an elongated inflatable bladder 3 independent of the ropes 1 and 2 extends, when inflated pneumatically, to control the deployment of the structure and then maintain it deployed during the hardening of the impregnating resin of cords 1 and 2.
  • a deployment device consisting of an elongated inflatable bladder 3 independent of the ropes 1 and 2 extends, when inflated pneumatically, to control the deployment of the structure and then maintain it deployed during the hardening of the impregnating resin of cords 1 and 2.
  • FIG. 6 schematically represents a tower constituted by the superposition of two stages, each of which is produced by a three-dimensional lattice, the upper stage being inclined on the longitudinal axis of the lower stage, for, for example, both to exclude a component, such as an antenna, of the body of a satellite, and secondly, position the antenna outside the field of view of an optical component also mounted on the body of the satellite.
  • a component such as an antenna
  • the structure of FIG. 6 has its first stage consisting of a structure similar to that of FIG. 1, but asymmetrical, with upright strings 1a and some inclined cross strings 2a whose lower ends are directly fixed to fixed points of a base 14, for example an outer face of a satellite body, by links ⁇ a similar to those 6 mentioned above, the upper ends of the upright strings and strings of inclined crosspieces 2a being fixed by links 6a similar to an intermediate platform 5a, when the structure of the first stage is deployed by the swelling of a first inflatable bladder 13a, similar to the bladder 3 of Figure 1, and supported by its longitudinal ends, on the one hand, against the base 14, and on the other hand, against the underside of the intermediate platform 5a, being independent of this platform 5a like ropes 1a and 2a.
  • transverse ropes 12b extending substantially in straight sections of this second structural stage, that is to say perpendicularly to its longitudinal axis, around a second inflatable bladder 13b , which constitutes the device for deploying the second stage of this structure, and bears, by its longitudinal ends, against the upper face of the intermediate platform 5a and the lower face of the upper platform 5b, being independent of these platforms 5a and 5b like strings Ib and 2b.
  • the deployment of such a two-stage structure can be performed both in sequence, one stage after another, simultaneously or overlapping, the deployment of one stage beginning while that of the other stage n ' is not yet finished, since all the ropes of the two rope meshes used for the two stages of the structure are flexible, and are stiffened only after deployment, while the two inflated bladders 13a and 13b maintain the structure deployed during the stiffening cords by hardening the impregnating resin or resins.
  • FIG. 7 represents an example of an application of the aforementioned second type, namely the stiffening of a surface, for example the maintenance in extension of a flat surface, usable as a sunscreen, or of a complex surface such as a reflector antenna.
  • the structure comprises, as a deployment device, on the one hand, an inflatable extension bladder 15 of substantially toric shape, at the end of the two branches of a second inflatable extension bladder 16, on the other hand, V-shaped, whose base 17, intended to be fixed on a support (not shown), on which this structure is intended to be deployed, corresponds to the point of convergence of several ropes 18, extending along the edges of a pyramid polygonal base, for example hexagonal, delimited by other ropes 19, between which a reflective web 20 is fixed by its edges.
  • Hangers 21, consisting of cord lengths not impregnated with a hardening material, give the web 20 its particular shape, determined by the number and the length of the lines 21, as well as by the number and the length of the ropes 18 and 19, which are impregnated with a hardening material, for example a polymerizable resin, and which constitute the rigidifiable structure of the assembly.
  • This rigidifiable structure 18-19 determines, after its stiffening, the desired shape of the polygonal base pyramid for deploying and extending the web 20, and it is understood that in the application of this web 20 to the realization of an antenna reflector, the form lines 21 also adjust the focal length of the reflector thus produced.
  • lines 21 connect each of the vertices of the polygonal base defined by the ropes 19 to a central point, connected by another line 21 to the point of convergence of the edge ropes 18, that is, that is to say at the base 17 of the V-shaped bladder 16, at which the curable structure is attached to the support structure by the ends of the ropes 18, other lines 21 which can connect the medium, for example, of each hanger 21 "radial" at the point of convergence of the strings 18.
  • the whole of the rope 18-19 of FIG. 7, before its deployment, as well as that the bladders 15 and 16 deflated, the web 20, the braking device if appropriate, and possibly also a device for producing and / or controlling a curing agent, for example an ultraviolet lamp, can be housed in a container attached to an outer face of the body of the satellite, and wherein the rope 18-19, the web 20 and the lines 21 and the bladders 15 and 16 deflated are housed in the rolled up or folded on themselves for those these elements that are flexible or deformable before deployment and stiffening.
  • Such a stiffening rod can be advantageously used on satellites, to maintain in the deployed position of pivoting panels, such as solar panels or radiator panels.
  • solar panels which these satellites are generally equipped, have large areas and are critical appendages. They are realized generally sandwich panels, to reduce their mass, and are articulated on the body of the satellite, so as to be positioned along the body of the satellite, for launch, to minimize the volume occupied under the launcher cap, during the put into orbit. Once in orbit, these panels are deployed to occupy their service position. Their lightness, which gives rise to a certain flexibility, leads to the use of connecting rods or reinforcing braces, between the body of the satellite and the end of the panels, and whose effect is to increase the natural frequency of these panels.
  • this rope 25 is fixed by its two ends, on the one hand on the body 22, on the other hand, on the panel 23 at points fixed inside a protective frame, respectively 26a on the body of the satellite 22 and 26b on the inner face of the panel 23 (face turned towards the body 22 in the folded position of the panel 23), so that these two frames 26a and 26b are closed one on the other in a box completely enveloping the impregnated rope 25, in the flexible state, to protect it from the curing agent, as long as the pivotal deployment of the panel 23 by the driving hinge 24 is not controlled.
  • the frames 26a and 26b constitute a protective baffle, prohibiting the exposure of the folded flexible cord in these frames to ultraviolet rays, in the folded position of the panel 23 against the body 22.
  • the rope 25 is stiffened, which has the effect of preventing any rotation at its ends as its central part.
  • a similar fastener may be used to attach the other end of the rope 25 to the panel 23.
  • the fixed attachment points of the ends of the rope 25 on the body 22 and especially on the deployable panel 23 are chosen so that the Frequencies of the vibration modes of the panel 23 held extended relative to the body 22, when the single rope 25 is rigidified stiffening rod, are greater than a desired frequency threshold.
  • the deployment device of the rigidifiable rope 25 is in fact the deployable panel 23 itself, whose deployment actuator is constituted by the driving hinge 24.
  • the curing agent is not limited to the ultraviolet spectrum of sunlight, but the rigidifiable rope 25 may comprise, as described in the preceding examples, heating filaments to provide the stiffening by heat input, or a generating device the curing agent can be embedded in the body 22 of the satellite and put into operation after extension of the rope 25 to cause the curing of the latter.
  • the hinge 24 may not be driving, and the deployment of the panel 23 may be controlled by one or more independent actuators of the hinge 24 as the rope 25, for example, by pyrotechnic means associated with one or more springs, for example torsion, at the hinge 24 connecting the panel 23 to the body 22 of the satellite.
  • the accuracy of the shape of the structure is imposed by the elasticity of the strings and their triangulation (mesh), independently of the deployment device, and this accuracy is verifiable using a template.
  • the structures obtained can range from a simple connecting rod, as in the example of FIGS. 8a to 8c, to extremely complex three-dimensional lattices (see for example FIGS. 1, 5 and 6).
  • the deployable structure may include mechanical elements, such as platform, frame, or nacelle, to provide equipment attachment or local positioning accuracy.
  • Any rope of the impregnated rope can receive a waterproof sheath, facilitating its handling, making it insensitive to certain external aggressions, and increasing its life before hardening.
  • the deployment device or expander can be easily doubled, so as to provide some redundancy, because of its independence from the rest of the structure, including the impregnated rope.
  • the rigidity of the stiffened structure after deployment is adjustable by the amount, the orientations and the section or sections and the nature of the fibers of the ropes of the rope, possibly meshed, as is the case in a framework mesh.
  • the mathematical modeling of the structure is simplified, once the characteristics of the beams and nodes are known, in the case of lattice structures. Finally, the deployment, as well as possibly the folding of the structure, is simplified and can be carried out independently on the structure without deployment device, on the deployment device or devices, or on both at the same time, by authorizing tests at the same time. ground.

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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Abstract

La structure comprend un cordage (1-2) constitué d'au moins une corde souple (1, 2) imprégnée d'un matériau durcissant, à durcissement contrôlable, destiné à rigidifier ladite au moins une corde après son déploiement et extension. La structure peut comprendre au moins un maillage en cordage, dont au moins une corde souple (1, 2) est imprégnée du matériau durcissant et liée à elle-même et/ou à au moins une autre corde du cordage par au moins un lien (6) . Elle est indépendante de tout moyen de déploiement, mais peut également comprendre un dispositif de déploiement (3) indépendant du cordage et mettant en extension les cordes (1, 2) de la structure et les maintenant tendues pendant le durcissement du matériau durcissant. Application notamment à des structures déployables et rigidifiables embarquées à bord d'engins spatiaux.

Description

Structure légère déployable et rigidifiable après déploiement, son procédé de réalisation, et son application à l' équipement d' un véhicule spatial.
La présente invention se rapporte à une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement, pouvant être très simple, mais également potentiellement complexe, ainsi que son procédé de réalisation, et, dans une application pour laquelle la structure selon l'invention présente un intérêt particulier pour le demandeur, son application à l'équipement de véhicules spatiaux, par exemple, et de façon non limitative, pour la réalisation de bielles de rigidification maintenant des panneaux, solaires ou de radiateurs, en position déployée par rapport au corps du véhicule spatial, pour maintenir un composant, par exemple extérieur, dans une position donnée et avec un éloignement donné par rapport au corps du véhicule spatial, ou encore pour maintenir en extension une surface, par exemple plane, comme un écran solaire, ou complexe, comme un réflecteur d'antenne.
D'une manière générale, l'invention propose une technique de réalisation d'une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement qui, après stockage sous un volume réduit, peut être déployée manuellement ou à l'aide de moyens de déploiement appropriés, à la suite de quoi la structure peut se rigidifier, les éventuels moyens de déploiement pouvant être retirés ou escamotés après leur intervention, comme un outil de montage ou une machine- outil de montage qui est ensuite démonté (e) et/ou déplacé (e).
La structure et le procédé selon l'invention peuvent être utilisés pour la réalisation de toute structure qui doit être transportée et/ou conservée dans un volume réduit, puis déployée et rigidifiée in situ. Dans le domaine spatial, les véhicules spatiaux, tels que satellites artificiels et sondes d'exploration ou interplanétaires, ont des corps et des équipements de plus en plus complexes, nécessitant des structures à la fois légères, et de volume réduit, pour minimiser la masse et le volume au lancement du véhicule spatial, et stables pour maintenir des positionnements relatifs précis, en particulier d' instruments de mesure embarqués par rapport au corps du véhicule spatial. Simultanément, l'invention propose une structure du type présenté ci-dessus et un procédé de réalisation de cette structure qui sont d'un faible coût, au regard des matériaux et techniques pouvant être utilisés, et d'une grande facilité de mise en œuvre. Les structures légères déployables de l'état de la technique sont de trois types principaux.
Celles du premier type sont des structures mécaniques, constituées de pièces rigides articulées entre elles, ces structures pouvant également comporter des haubans. En général, les structures de ce type sont déployées par l'action de ressorts, mais elles peuvent aussi être déployées, étendues ou ouvertes par le gonflement d'au moins une vessie, les ressorts et vessies pouvant conserver leur énergie élastique ou leur pression de gonflage pour que les structures déployées conservent leur forme, comme connu dans US 5 990 851.
Les structures légères déployables du second type sont des structures souples, faisant appel à des pièces élastiques, et qui sont en général repliées sous contraintes et se déploient sans aide extérieure, dès la libération des contraintes, par exemple par l'ouverture d' un conteneur dans lequel elles sont stockées sous un faible volume, par exemple à l'état replié, enroulé ou effondré. Leur constitution peut être très simple, du type ruban qui se déroule d'un dévidoir, et dont une certaine longueur dévidée se maintient tendue de par la conformation du ruban et du matériau constitutif, par exemple du type mètre à ruban. Mais leur constitution peut être également plus complexe, et comporter par exemple un assemblage de membrures élastiques, comme connu par WO 03/06 2565.
Les structures légères déployables du troisième type sont des structures généralement gonflables, faisant appel à des vessies, comme connu par WO 02/09 79 17, et éventuellement recouvertes de matériaux durcissant après extension, comme connu par US 4,755,819 et WO 2004/07 24 13, ou comportant de tels matériaux durcissant après extension, comme connu de US 5,579,609 et US 6,735,920, lorsqu'une stabilité de forme à long terme est recherchée.
Les réalisations de l'état de la technique les plus proches de l'invention, à savoir les structures gonflables comportant des matériaux durcissant après extension ou recouverts de tels matériaux, présentent des inconvénients majeurs.
Après déploiement, ces structures ont des volumes qui restent des formes simples ou sont des assemblages de formes simples, tels que tubes et volumes assimilés à des sphères ou portions de sphères. De plus, la cohésion nécessaire entre la structure gonflable et le ou les éléments durcissants rend complexe la fabrication de l'ensemble. En particulier dans US 5, 579, 609, l'enveloppe de la structure gonflable reste solidaire de gaines des éléments durcissants, de sorte que le dispositif de déploiement à structure gonflable n'est pas indépendant de la structure légère déployable rigidifiable.
En outre, l'assemblage de l'ensemble est rendu encore plus complexe si au moins une contre-vessie est nécessaire pour procurer la forme finale à la structure déployée et emprisonner le matériau durcissant.
Par ailleurs, avec de telles structures connues, une séquence d'un gonflage, suivi d'un dégonflage et d'un repliement de la structure, si ces opérations sont possibles, peut remettre en cause les positions relatives des différents éléments de la structure ainsi que la cohésion de l'ensemble, ce qui est inacceptable pour de nombreuses applications. Enfin, dans le cas d'utilisation de tissus durcissants pour procurer une stabilité de formes, la rigidité de l'ensemble de la structure après durcissement de tels tissus et dégonflage de la vessie nécessite l'emploi de renforts, en particulier pour éviter le flambage de la peau d'une telle structure, constituée des tissus durcis. En outre, avec une seule épaisseur de tissu, il n' est pas possible de réaliser des structures de grandes dimensions, lesquelles ne peuvent être réalisées qu'au moyen de structures déployables plus complexes. Le problème à la base de l'invention est de remédier aux inconvénients précités des structures légères déployables du troisième type présenté ci-dessus, et l'invention a pour objet de proposer une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement, qui satisfait mieux aux diverses exigences de la pratique que les réalisations connues présentées ci-dessus, en particulier en ce que l'invention permet la réalisation simple et économique de structures légères déployables aussi simples qu'une bielle de rigidification jusqu'aux structures aussi complexes qu'un treillis tridimensionnel pour la réalisation de poutres ou tours de support de charge.
A cet effet, la structure légère déployable et rigidifiable après déploiement selon l'invention se caractérise en ce qu'elle comprend un cordage, constitué d'au moins une corde souple, imprégnée d'un matériau durcissant, à durcissement contrôlable, destiné à rigidifier ladite au moins une corde après son déploiement et extension, et en ce qu'elle est indépendante de tout moyen de déploiement destiné à mettre en extension au moins une corde de la structure et à la maintenir tendue pendant le durcissement dudit matériau durcissant. Les termes « tout moyen de déploiement » concernent aussi bien un déploiement manuel qu'un dispositif de déploiement accessoire compris ou non dans la structure, mais dont cette dernière est indépendante en ce qu' au moins chaque corde de la structure est indépendante du ou des moyens de déploiement .
Ainsi, dans les cas les plus simples, la structure comprend un cordage qui peut être constitué d'une seule corde ou de plusieurs cordes reliées l'une à l'autre, soit directement, soit par l'intermédiaire d'au moins une pièce de liaison de ladite structure, alors que dans les cas de structures plus complexes, cette structure comprend avantageusement au moins un maillage en cordage, dont au moins une corde souple est imprégnée dudit matériau durcissant, et liée à elle-même et/ou à au moins une autre corde dudit cordage par au moins un lien.
Le maintien de la ou des cordes et/ou du ou des maillages en cordage à l'état déployé peut être assuré manuellement, pendant la rigidification, mais de préférence pour un grand nombre d'applications, dont les applications spatiales précitées, la structure comprend également et avantageusement au moins un dispositif de déploiement, indépendant du cordage et destiné à mettre en extension au moins une corde de la structure et la maintenir tendue pendant le durcissement dudit matériau durcissant.
Dans ce dernier cas, et lorsque la structure comprend au moins un maillage en cordage, le dispositif d' extension est destiné à déployer puis maintenir ledit maillage en cordage tendu pendant sa rigidification
Le cordage est avantageusement et facilement réalisable dans tous les matériaux fibreux connus, et en particulier le cordage est constitué d' au moins un type de fibres choisies parmi les fibres minérales, telles que de verre ou de carbone, synthétiques ou organiques, telles que de polyester, polyamide, et aramides, et artificielles.
De manière bien connue dans l'industrie aérospatiale, au moins une corde du cordage peut être une corde composite comprenant des stratifils de fibres pré imprégnés d'une résine rigidifiable.
De même, concernant la structure des cordes du cordage, l'une au moins des cordes peut être réalisée avec une structure bien connue, et notamment être de l'un des types suivants : corde tressée simple, corde toronnée, corde à âme entourée d'une gaine, à âme tressée, ou à fibres parallèles, ou à torons parallèles, et à gaine tressée ou toronnée. Chaque corde du cordage peut ainsi être une corde disponible chez des fournisseurs ou être réalisée sur commande, sur une machine de cordage classique avec une fibre particulière ou une association de fibres particulières. L'imprégnation en matériau durcissant, en particulier une résine, peut n'être faite qu'ensuite, surtout si le cordage est du type tressé, ce qui autorise une ouverture des mailles pour une meilleure pénétration de la résine à cœur.
Avantageusement en outre, au moins une corde du cordage, mais de préférence chacune d'elle, est entourée d'un gainage étanche de l'un au moins des types suivants : gainage continu en matière synthétique, de préférence thermodurcissable, et gainage réalisé en feuille d'une matière synthétique enroulée autour de ladite corde puis collée ou soudée sur elle-même.
Un tel gainage peut être facilement réalisé, et permet l'utilisation de résines plus ou moins liquides, qui pourraient être séchées soit par la manipulation, soit par un séjour dans le vide spatial, ou plus généralement dans l'atmosphère ambiante.
Concernant le matériau durcissant, il réagit à l'un au moins des agents de durcissement sélectionnés dans le groupe comprenant les rayonnements lumineux, en lumière visible, ou ultraviolette, les rayonnements thermiques, la température, l'humidité, l'atmosphère ambiante, et le vide.
Dans une forme particulière de réalisation, au moins une corde du cordage comprend un élément chauffant, de préférence un filament chauffant, dont le chauffage commande le durcissement du matériau durcissant d'imprégnation de ladite corde.
Dans d'autres réalisations, au moins une corde du cordage, et de préférence chacune d'elle, comporte un gainage étanche, transparent à un agent de durcissement commandant le durcissement du matériau durcissant d'imprégnation de ladite corde, notamment un gainage étanche en une matière synthétique transparente au rayonnement ultraviolet.
L'étanchéité ainsi assurée vis-à-vis du milieu ambiant permet en outre d'augmenter la durée de péremption, qui pourrait se réduire à quelques mois pour une corde imprégnée de résine, non entourée d'un gainage étanche, et stockée à l'air libre, ou en atmosphère ambiante sans précaution particulière. Concernant les attaches d' au moins une corde à elle-même ou à d'autres cordes du cordage, chaque lien peut être constitué par l'un au moins des moyens suivants : nœud, ligature, collier de serrage, pincement ou imbrication de deux portions de corde au niveau de leur liaison.
On notera que les pincements et imbrications de cordes au niveau de leurs liaisons ont pour effet avantageux de rigidifier la liaison après le durcissement de ces cordes.
De même, concernant la fixation d'une structure sur une base, ou encore la fixation d'objets sur une structure, d'une manière simple, au moins une corde du cordage, et de préférence chacune d'elles, peut être attachée à une extrémité par l'un au moins des moyens suivants : boucle, nœud et pincement .
Un autre avantage de la structure selon l'invention est qu'elle peut être optimisée par un choix approprié de la ou des cordes constituant le cordage. En effet, la section transversale d'au moins une corde dudit cordage peut être ajustée en forme et/ou dimension, en fonction des propriétés désirées pour la structure rigidifiée, notamment sa masse, son encombrement et sa raideur.
Avantageusement, la structure selon l'invention comprend de plus, une enveloppe de protection, entourant ledit cordage avant son déploiement, et déployée en même temps que ledit cordage, ladite enveloppe de protection étant indépendante du dispositif de déploiement, le cas échéant . Avantageusement de plus, l'enveloppe de protection peut assurer l'une au moins des fonctions suivantes : contrôle thermique, protection anti-météorites, anti-débris et anti-radiations.
En outre, et pour le cas où l'agent de durcissement du matériau durcissant d' imprégnation de la ou des cordes du cordage est un rayonnement lumineux, l'enveloppe de protection est avantageusement transparente au moins à la plage du spectre du rayonnement solaire agissant comme agent de durcissement. Concernant le dispositif de déploiement, il peut être de tout type approprié, et, en particulier, peut comprendre l'un au moins des moyens suivants : vessie gonflable, vérin, extenseur élastique, dispositif mécanique articulé, et hauban.
Avantageusement en outre, afin que le déploiement de la structure ne soit pas trop brutal et n' endommage donc pas cette dernière, la structure peut comprendre de plus un dispositif de freinage, destiné à limiter au moins la vitesse de déploiement pendant le déploiement.
Afin de protéger la structure avant son déploiement, à l' encontre de tout durcissement intempestif et contre toute agression mécanique éventuelle, l'ensemble du cordage, avant son déploiement, et, le cas échéant, du dispositif de déploiement, de l'enveloppe protectrice, du dispositif de freinage, et éventuellement également d'au moins un dispositif de commande et/ou production d'un agent de durcissement ainsi que d'au moins un dispositif de contrôle thermique, peut être logé dans un conteneur, dans lequel ledit cordage est disposé à l'état enroulé, plié ou effondré .
Dans ce cas, de préférence, le conteneur comporte au moins un couvercle, qui peut constituer un support érigé au dessus d'au moins un coffre de base du conteneur, lorsque la structure est déployée et rigidifiée.
La présente invention concerne également les applications de la structure selon l'invention, et telle que présentée ci-dessus, ces applications étant caractérisées en ce que cette structure est embarquée à bord d'un engin spatial.
A titre d'application pour laquelle l'invention semble présenter un intérêt particulier pour le demandeur ladite structure rigidifiée constitue au moins une bielle de rigidification d'un panneau mobile, solaire ou de radiateur, d'engin spatial, ladite structure comportant au moins une corde attachée par une extrémité au corps dudit engin spatial et par l'autre extrémité en un point fixe dudit panneau mobile, ledit point fixe étant choisi de sorte que les fréquences des modes de vibration dudit panneau maintenu déployé par rapport au corps de l'engin spatial, lorsque ladite corde est rigidifiée en bielle de rigidification, sont plus grande qu'un seuil de fréquence désiré, ledit panneau étant mobile par rapport au corps de l'engin spatial entre une position repliée, dans laquelle le panneau s'étend sensiblement le long du corps dudit engin spatial, et dans laquelle ladite corde est protégée de tout agent de durcissement susceptible de provoquer le durcissement dudit matériau durcissant d'imprégnation, et une position déployée, dans laquelle ledit panneau est écarté dudit corps de l'engin spatial par au moins un actionneur, et que la corde, après son déploiement par le déploiement dudit panneau , se rigidifie sous l'effet d'au moins un agent de durcissement, tel que le rayonnement solaire naturel, l' échauffement réalisé par un dispositif de chauffage dédié, interne ou externe à la corde ou un dispositif d'éclairage dédié, diffusant une lumière provoquant une rigidification du matériau durcissant, notamment une résine polymérisable réagissant à une lumière monochromatique.
La présente invention se rapporte aussi à un procédé de réalisation d'une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement telle que présentée ci- dessus, le procédé se caractérisant en ce qu'il comprend au moins les étapes consistant à : imprégner au moins une corde d'un cordage de structure avec un matériau durcissant, dont le durcissement est contrôlable, réaliser une structure en cordage ayant la forme appropriée à donner la structure déployée et rigidifiée désirée, de préférence à l'aide d'un gabarit à la forme désirée, par le choix du nombre, des dimensions et formes et des positions relatives des cordes dudit cordage, le cas échéant du ou des maillages en cordage, mettre en extension ledit cordage à la forme désirée, avant son durcissement, et maintenir ledit cordage tendu pendant son durcissement, par exposition dudit cordage tendu à au moins un agent de durcissement dudit matériau durcissant d'imprégnation des cordes.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention découleront de la description donnée ci- dessous, à titre non limitatif, d'exemples de réalisation décrits en regard aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en partie de face et en partie en coupe d'un premier exemple de structure selon l'invention, qui est une structure en treillis tridimensionnel, représentée déployée et érigée ; - la figure 2 est une vue schématique, en partie en coupe et en partie en élévation latérale, d'un exemple de tronçon de corde imprégnée d'un matériau durcissant, utilisable pour constituer le cordage maillé de la structure de la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un lien entre deux cordes, par exemple selon la figure 2, et appartenant par exemple au cordage maillé de la structure de la figure 1, la figure 4 est une vue en perspective d'un deuxième exemple de structure selon l'invention, agencée en tripode lorsqu'elle est déployée,
- la figure 5 est une vue partielle en perspective d'un troisième exemple de structure selon l'invention, constituant une poutre en treillis tridimensionnel de section transversale triangulaire lorsqu' elle est déployée et rigidifiée, constituée de cordes longitudinales ou de traverses inclinées et de couples ou cadres rigides,
- la figure 6 est un quatrième exemple de structure selon l'invention, constituant une tour ou potence en treillis tridimensionnel, avec une partie supérieure inclinée sur la verticale, lorsque la structure est déployée et rigidifiée,
- la figure 7 est un cinquième exemple de structure selon l'invention, qui assure le déploiement et l'extension d'un voile, par exemple réfléchissant, lorsque la structure est déployée et rigidifiée, et les figures 8a, 8b, et 8c représentent une séquence de déploiement d'un sixième exemple de structure selon l'invention, constituant une bielle rigidifiée de contreventement d'un panneau déployable de satellite, lorsque la structure est déployée et rigidifiée, avec un détail cerclé de la figure 8c représentant la fixation d'une extrémité de la bielle. Le premier exemple de structure légère déployée et rigidifiée selon la figure 1 est une tour en forme de tronc de pyramide de section transversale en quadrilatère rectangle, dont les montants érigés selon les arêtes aux quatre sommets de la section transversale, d'une part, et, d'autre part, les traverses inclinées qui se croisent et sont reliées aux montants sont tous constitués de cordes 1, 2 initialement souples et imprégnées d'un matériau durcissant, tel qu'une résine polymérisable, les cordes ayant été rigidifiées par un agent de durcissement de la résine d' imprégnation, après que la structure a été déployée dans la position représentée sur la figure 1 par un dispositif de déploiement essentiellement constitué, dans cet exemple, d'une vessie 3 souple, étanche et gonflable par un gaz, par exemple de l'air comprimé, la vessie 3 ayant, à l'état gonflé, la forme générale d'un cylindre allongé de section sensiblement circulaire, fixée par sa base 3a à une embase 4 supportant la structure et au travers de laquelle la vessie 3 peut être gonflée, ou, en variante, agencée en coffre, comme représenté schématiquement sur la figure 1, et contenant un réservoir de gaz (non représenté) pour le gonflement de la vessie 3, dont l'extrémité supérieure 3b prend appui contre une plate-forme 5, supportée par la structure déployée et rigidifiée, et constituant, dans cet exemple, le couvercle du coffre ou caisson d'embase 4, dans lequel l'ensemble de la structure est logé à l'état replié, enroulé ou effondré du cordage maillé constitué par l'assemblage des cordes 1 des montants et des cordes 2 des traverses, avec également la vessie 3 dégonflée et repliée sur elle-même, et, le cas échéant, la bouteille de gaz de gonflage.
Les cordes de traverse 2 sont liées les unes aux autres à leurs points de croisement ainsi qu' aux cordes de montant 1, aux extrémités des traverses, par des liens 6, qui peuvent être réalisés de différentes manières, par des nœuds ou des ligatures ou encore par des pincements ou imbrications de deux portions adjacentes de deux cordes 1 et/ou 2, à l'aide d'un collier de serrage 10, comme décrit ci-dessous en référence à la figure 3. De même, les extrémités inférieures des cordes de montant 1 comme des cordes de traverse 2 inférieures sont fixées au caisson d'embase 4 et les extrémités supérieures des cordes de montant 1 et des cordes de traverse 2 supérieures sont fixées à la plateforme 5 par d' autres liens 6, également constitués par des nœuds, des boucles ou par pincements, notamment.
L'ensemble des cordes de montant 1 et des cordes de traverse 2 constitue un cordage maillé, dont toutes les cordes sont initialement souples et imprégnées par exemple d'une résine polymérisable, à durcissement contrôlé, dont le durcissement, commandé après le déploiement de la structure par le gonflage de la vessie 3, provoque la rigidification de la structure à l'état déployé par rigidification des différentes cordes 1 et 2.
Pour assurer une excellente rigidification de la structure déployée, des cordes de traverse 2 sont avantageusement prévues dans chacune des quatre faces de la structure en tronc de pyramide lorsqu'elle est déployée. Au moment et à l'endroit voulu, le treillis tridimensionnel de cette structure, conservé à l'état souple et replié dans le conteneur 4-5 fermé, de volume réduit par rapport à la structure déployée, est déployé et mis en tension par la vessie 3 progressivement gonflée, par exemple par une télécommande, après la libération, également télécommandée, du couvercle 5 vis-à-vis du coffre 4, cette vessie 3 constituant un dispositif de déploiement ou extenseur, à la suite de quoi le durcissement des cordes 1 et 2 intervient, par exposition à un agent de durcissement de la résine d'imprégnation des cordes, par exemple par l'action de l'atmosphère ambiante, de la chaleur, de l'humidité ou par la commande d'un dispositif annexe, générant l'agent de durcissement de la résine d'imprégnation des cordes 1 et 2. Ce dispositif annexe peut être un dispositif d'éclairage en rayonnement ultraviolet, si la résine est sensible à ce rayonnement pour se polymériser et durcir, ou encore par un dispositif générant un rayonnement thermique, et éventuellement par le chauffage, par alimentation électrique, de filaments conducteurs mélangés aux fibres constituant les cordes 1 et 2.
La vessie gonflable 3, qui constitue le dispositif de déploiement ou d'extension de la structure, est indépendante du maillage en cordage 1-2 de la structure, et met en extension les cordes 1 et 2 et l'ensemble du maillage en cordage, et maintient ce maillage et les cordes qui le constituent à l'état tendu pendant le durcissement de la résine d'imprégnation. La première étape de réalisation d' une telle structure est la réalisation du cordage, qui ne pose pas de problème particulier. En effet, les cordes 1 et 2 peuvent être réalisées à partir de toutes les fibres existantes, dont les plus fréquemment utilisées pour réaliser des stratifils pré imprégnés, couramment employés pour la constitution de matériaux composites notamment en aéronautique, sont des fibres minérales, telles que fibres de carbone ou de verre, des fibres organiques ou synthétiques, telles que fibres aramides, en polyamide ou en polyester, et également des fibres artificielles, réalisées à partir de fibres végétales, ou par association ou mélange de fibres de différentes natures. Du fait de son imprégnation par un matériau durcissant telle qu'une résine polymérisable, le cordage de la structure est un cordage composite, maintenu souple aussi longtemps que la résine d'imprégnation n'est pas polymérisée, puis durci et rigidifié, après déploiement du cordage et pendant son maintien déployé et tendu, par la polymérisation de la résine, déclenchée par exposition du cordage à un agent approprié de durcissement ou de polymérisation de la résine en fonction de la nature de cette résine.
Des structures en treillis tridimensionnels comprenant au moins un maillage de cordage, analogue à celui décrit ci-dessus, peuvent être réalisées en présentant de nombreuses formes différentes, la structure maillée étant initialement définie sur un gabarit précis à la forme voulue, par le choix du nombre, des dimensions, des formes de section et de la nature des différentes cordes utilisées dont on surveille la tension, ainsi que par la réalisation des liens des cordes entre elles, éventuellement de certaines cordes à elles-mêmes en différents points, et enfin à des éléments rigides éventuels de la structure, comme le conteneur et son couvercle, ou tout autre embase de support ou plate-forme de la structure.
L'intérêt d'une telle structure réside dans sa légèreté, simplicité, le faible coût des matériaux constitutifs ainsi que de la main d' œuvre pour sa réalisation.
De préférence, l'installation du dispositif de déploiement telle que la vessie gonflable 3, ou éventuellement un vérin, voire un mécanisme articulé, par exemple un parallélogramme déformable, ou encore un extenseur élastique, voire des haubans, ou une combinaison de ces différents moyens, peut être effectuée après le contrôle dimensionnel de la structure en cordage, après son assemblage sur gabarit, pour autant qu'un dispositif de déploiement soit nécessaire, car le déploiement peut éventuellement être assuré manuellement.
Une fois déployée et rigidifiée, la structure correspond à une charpente plus ou moins complexe, constituée de bielles ou poutres en matériau composite, et telle que le dispositif de déploiement peut, en cas de besoin, être retiré ou escamoté (par exemple dégonflé) après la rigidification de la structure déployée par durcissement de la résine d' imprégnation, du fait que cette structure peut être indépendante, totalement ou au moins au niveau des cordes 1 et 2, dudit dispositif de déploiement. Ce durcissement peut être celui d'une résine réagissant au milieu ambiant, notamment le rayonnement ultraviolet d'origine solaire, la température ou l'humidité ambiante... Le durcissement peut aussi être commandé par l'adjonction d'une lampe à ultraviolets dans la structure, ou, comme déjà évoqué ci-dessus, par des filaments chauffants noyés dans chaque corde devant se rigidifier. L'adjonction d'un dispositif de génération de l'agent de durcissement de la résine est intéressante dans les cas où la structure, déployée et rigidifiée dans sa configuration finale d'utilisation, doit être au moins partiellement couverte d'une couverture opaque ou imperméable à l'agent de durcissement. Mais, dans toutes les réalisations d'une telle structure, il est essentiel que le démarrage du durcissement soit contrôlable, et adapté ou adaptable aux conditions ambiantes régnant sur le site de déploiement de chaque structure considérée.
La technique décrite ci-dessus pour la réalisation et la mise en œuvre d'une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement selon l'invention est également adaptable à des structures utilisées dans des systèmes de conditionnement, qui sont enroulés, plies ou repliés, ou effondrés sur eux-mêmes, avant utilisation, et, éventuellement, après une première utilisation et avant une seconde utilisation, lorsque le phénomène de durcissement de la résine est réversible, par exemple lorsque la résine est du type thermoplastique.
En variante, la structure de la figure 1 décrite ci-dessus, comprend une enveloppe de protection 30, qui entoure le cordage durcissable 1-2 et la vessie 3 avant et après leur déploiement, cette enveloppe de protection 30 étant déployée en même temps que le cordage 1-2 et la vessie 3, et cette enveloppe 30, qui se présente comme une gaine de forme sensiblement cylindrique, mais pouvant être quelconque, est reliée par ses extrémités au caisson 4 et à la plate-forme ou couvercle 5, en étant indépendante du dispositif de déploiement constitué par la vessie gonflable 3 L'enveloppe 30 assure plusieurs fonctions, telles qu'un contrôle thermique, et/ou une protection contre des radiations, des météorites et/ou des débris se déplaçant dans l'espace. Cette enveloppe 30 est par exemple une isolation thermique multicouche du type dit MLI (Multi Layer Insulation)
Afin de ne pas gêner la rigidification du cordage 1-2 après son déploiement par la vessie 3, l'enveloppe 30 peut être réalisée de sorte qu' elle soit transparente à l'agent de durcissement auquel réagit la résine d'imprégnation des cordes 1 et 2, par exemple cette enveloppe 30 peut être transparente à la plage du spectre du rayonnement solaire qui agit comme agent de durcissement d'une résine d'imprégnation des cordes 1 et 2, notamment aux ultraviolets, de sorte que l'enveloppe 30 assure une certaine stabilité thermique du maillage 1-2 après déploiement.
Une structure selon l'invention présente de nombreux avantages, découlant de la simplicité et du faible coût de réalisation du matériau de base, à savoir la ou les cordes constitutives du cordage imprégné de résine. En fonction de l'application envisagée, et, en particulier du milieu dans lequel la structure est destinée à être déployée et rigidifiée, ainsi que des efforts que la structure déployée et rigidifiée est destinée à supporter, la ou les cordes utilisées peuvent être choisies parmi les produits actuellement sur le marché et proposés par les corderies, ou au contraire être réalisées sur commande, sur une ou plusieurs machines de cordage classiques, en une fibre particulière ou en un assemblage particulier de fibres, les fibres de chaque corde étant regroupées, de manière connue, en filaments, stratifils, torons, lesquels sont agencés pour constituer une corde tressée simple, ou une corde toronnée, ou encore une corde comportant une âme entourée d'une gaine, l'âme pouvant être à fibres ou filaments parallèles, ou à torons parallèles, ou encore une âme tressée, tandis que la gaine peut être elle-même tressée, ou toronnée ou encore une gaine constituée d'une pellicule continue d'une matière synthétique, ou d'une feuille de matière synthétique enroulée autour de l'âme et collée ou soudée sur elle-même, de sorte que la gaine retienne la résine d'imprégnation de l'âme. Lorsque la gaine est elle-même tressée ou toronnée, les fibres et filaments constitutifs de la gaine sont avantageusement elles-mêmes ou eux-mêmes imprégnés d'une résine durcissante, par exemple par polymérisation, ou éventuellement thermoplastique, l'avantage des configurations tressées ou toronnées, au niveau de l'âme comme de la gaine de la corde, étant que ces configurations favorisent la pénétration de la résine dans la gaine comme dans l'âme de la corde, ce qui assure une rigidification plus homogène de la corde, et donc une meilleure aptitude de cette dernière, et de la structure ainsi constituée, à supporter les charges. La figure 2 représente schématiquement, en partie en élévation latérale et en partie en coupe, une corde 1 ou 2 de la figure 1, dont l'âme 7 est tressée en filaments réalisés chacun par agglomération de fibres, d'une nature choisie en fonction de l'application, c'est-à-dire de la destination de la structure déployée et rigidifiée, les filaments de l'âme 7 étant imprégnés d'une résine durcissant, par exemple, lorsqu'elle est exposée à un rayonnement ultraviolet. L'âme 7 est enveloppée d'une gaine 8 continue, réalisée sous forme d'un film synthétique transparent au rayonnement ultraviolet, la corde constituée de l'âme 7 et de la gaine 8 étant enveloppée dans un gainage 9, réalisé en un matériau synthétique, également transparent au rayonnement ultraviolet, et éventuellement, thermo-rétractable pour bien enserrer la corde 7-8, et lui assurer une bonne protection mécanique.
Ce gainage 9 peut être facilement réalisé étanche, notamment pour permettre l'utilisation de résines plus ou moins liquides, qui pourraient être séchées soit par la manipulation, soit par un contact avec l'atmosphère ambiante, ou un séjour dans le vide, en cas d'application spatiale, et ce gainage 9 facilite en outre la manipulation de la corde ainsi réalisée. Il est important de noter que l'étanchéité assurée par le gainage 9 vis-à-vis du milieu ambiant permet d'augmenter la durée de péremption du cordage, c'est-à-dire la durée avant le terme de laquelle le cordage doit avoir été déployé et rigidifié, par durcissement de la résine d' imprégnation, faute de quoi le cordage n'est plus apte à se rigidifier du fait du vieillissement et de la détérioration de la résine, cette durée de péremption pouvant se réduire à quelques mois pour une résine imprégnant une corde maintenue en contact avec le milieu ambiant, par exemple à l'air libre, en l'absence de tout gainage tel que 9 de la figure 2. En variante, ce gainage 9 peut également être réalisé en feuilles d'une matière synthétique enroulées autour de la corde puis soudées ou collées sur elles-mêmes, à la place d'un gainage continu de matière synthétique.
Bien entendu, afin que le durcissement du matériau d'imprégnation puisse être commandé et contrôlé, en présence d'un tel gainage 9, il convient que ce gainage 9 soit transparent à l'agent de durcissement commandant le durcissement du matériau durcissant, tel que la résine, imprégnant la corde, sauf si l'agent de durcissement est produit par des éléments intégrés dans la corde, par exemple des filaments chauffants, comme mentionné ci- dessus.
La figure 3 représente schématiquement un lien 6 entre deux portions d'une même corde 1 ou 2, telle que représentée par exemple sur la figure 2, ou encore de deux cordes 1 ou 2 différentes, par exemple au niveau d'un lien 6 de liaison entre une corde de traverse 2 et une corde de montant 1 de la structure en treillis tridimensionnel de la figure 1.
Dans l'exemple de la figure 3, le lien 6 est réalisé à l'aide d'un collier de serrage 10, du type collier de serrage de fils électriques, qui entoure deux parties localement déformées et en contact, et imbriquées l'une dans l'autre, des deux cordes 1 et 2, sans destruction du gainage de protection 9 de chacune de ces cordes 1 et 2, autour desquelles le collier 10 réalise une ligature, au niveau d'un nœud du maillage en cordage du treillis de la figure 1. On note que le collier 10 peut être enlevé, ou déplacé en cours de réalisation de la structure. Ce procédé d'assemblage, très simple et réversible avant durcissement de la résine d'imprégnation des cordes 1 et 2, procure l'avantage que les déformations locales des cordes 1 et 2 au niveau de leurs imbrications assurent une liaison rigide après durcissement, par exemple par polymérisation, de la résine.
Si le lien 6 de la figure 3 constitue un nœud du maillage du treillis de la figure 1, on comprend que la corde 2 peut constituer, en succession, au moins deux traverses inclinées dont chacune est liée, à ses deux extrémités, à des cordes de montant 1 de la structure, sans qu' il soit nécessaire de découper des cordes à la longueur voulue pour constituer chacune des traverses de cette structure. De même, la fixation de la structure obtenue sur une base, ou la fixation d'un objet, par exemple le couvercle 5 du conteneur 4, couvercle qui constitue la plateforme de la structure déployée et rigidifiée, sur la structure en cordage peut être réalisée par de simples pincements de cordes, éventuellement à leurs extrémités, par exemple entre une plaque et une embase vissées l'une vers l'autre, de sorte à retenir entre elles une partie de corde, pour constituer un lien agencé en noix de serrage. Pour faciliter la retenue d'une partie de corde, voir son extrémité, entre une plaque serrée contre une embase, il peut être indiqué de faire un nœud sur cette partie ou extrémité de la corde. En outre, pour attacher une extrémité de corde à un support, à un organe supporté, ou encore à une autre corde, il peut être avantageux d'utiliser une boucle, à la place d'un nœud ou d'un pincement, ou en plus de ces derniers.
Le procédé de l'invention, pour réaliser une structure légère, déployable et rigidifiable après déploiement, telle que présentée ci-dessus, et qui comprend, d'une manière générale, au moins les étapes consistant à imprégner une ou plusieurs cordes d'un cordage avec un matériau durcissant, dont le durcissement est contrôlable, tel qu'une résine polymérisable, à réaliser une structure en cordage ayant la forme appropriée pour obtenir la structure déployée et rigidifiée désirée, notamment à l'aide d'un gabarit à cette forme désirée, en choisissant le nombre, les formes, dimensions, notamment de la section transversale, des cordes, et de leurs positions relatives, notamment au sein d'un maillage en cordage, de sorte à ajuster l'encombrement, la raideur et la masse de la structure désirée, puis à mettre en extension le cordage à la forme désirée, avant son durcissement, et maintenir ce cordage tendu pendant son durcissement, par exposition du cordage tendu à au moins un agent de durcissement du matériau durcissant imprégnant les cordes, est un procédé qui peut être utilisé pour la réalisation de toute structure conservée, et éventuellement transportée, en occupant un volume réduit avant son utilisation, et donc son déploiement et sa rigidification.il est donc clair que ce procédé peut être mis en œuvre pour réaliser des objets usuels, auxquels leur forme et rigidité définitives sont données au moment où ces objets doivent être utilisés pour la première fois.
Dans le domaine spatial, ce procédé de réalisation de telles structures légères, déployables et rigidifiables après déploiement peut être principalement mis en œuvre dans trois types d'applications : l' éloignement et le maintien en position d'objets par rapport à une embase de support, la rigidification d'une surface, et la rigidification de mécanismes déployables.
Concernant le premier type d'applications, trois exemples de réalisation sont schématiquement représentés sur les figures 4, 5 et β.
La figure 4 représente, en position déployée, un tripode constitué de trois cordes de montant 1, de même longueur, fixées chacune par son extrémité inférieure au niveau de l'un respectivement des trois sommets d'un triangle équilatéral défini sur une embase porteuse (non représentée) , et dont les extrémités supérieures sont fixées aux trois sommets d'un triangle sur la face inférieure d'un disque circulaire 5', constituant une plateforme, et surmontée d'une tige 11 pouvant supporter une charge utile, par exemple un détecteur ou dispositif optique ou un composant d'un système de télécommunication. Comme dans l'exemple de la figure 1, le déploiement de cette structure simple peut être assuré par le gonflement d'une vessie cylindrique sensiblement verticale 3' qui est indépendante des cordes 1 et qui, lorsqu'elle est gonflée, se dresse depuis l'embase de support, verticalement vers le haut, jusqu'à déployer et tendre les cordes 1 au maximum, et maintenir les cordes 1 tendues dans cette configuration pendant le durcissement de la résine d'imprégnation, par exposition à un agent de durcissement approprié à l'application, par .exemple un rayonnement lumineux, ultraviolet, ou l'exposition à l'atmosphère ambiante, qui peut être le vide spatial. La figure 5 représente en partie une poutre allongée, également constituée par un treillis tridimensionnel, mais, dans cet exemple, de section transversale de surface constante et de forme triangulaire, définie par trois cordes de montant 1, longitudinales, des cordes de traverse inclinées 2, raccordant deux cordes 1, comme dans l'exemple de la figure 1 et également des couples ou cadres 12 triangulaires, préalablement découpés dans un matériau rigide, donnant à l'ensemble sa section triangulaire, et raccordés par des liens tels que 6 de la figure 3 aux cordes 1, et éventuellement à des cordes 2, et à l' intérieur desquels un dispositif de déploiement constitué d'une vessie gonflable allongée 3 indépendante des cordes 1 et 2 s'étend, lorsqu'elle est gonflée pneumatiquement, pour commander le déploiement de la structure et ensuite la maintenir déployée pendant le durcissement de la résine d'imprégnation des cordes 1 et 2.
La figure 6 représente schématiquement une tour constituée par la superposition de deux étages, dont chacun est réalisé par un treillis tridimensionnel, l'étage supérieur étant incliné sur l'axe longitudinal de l'étage inférieur, pour, par exemple, à la fois écarter un composant, tel qu'une antenne, du corps d'un satellite, et d'autre part, positionner l'antenne en dehors du champ de vue d'un composant optique également monté sur le corps du satellite.
La structure de la figure 6 a son premier étage constitué d'une structure analogue à celle de la figure 1, mais dissymétrique, avec des cordes de montant la et certaines cordes de traverse inclinées 2a dont les extrémités inférieures sont directement fixées à des points fixes d'une embase 14, par exemple une face externe d'un corps de satellite, par des liens βa analogues à ceux 6 mentionnés précédemment, les extrémités supérieures des cordes de montant la et de cordes de traverse inclinées 2a étant fixées par des liens 6a analogues à une plateforme intermédiaire 5a, lorsque la structure du premier étage est déployée par le gonflement d'une première vessie gonflable 13a, analogue à la vessie 3 de la figure 1, et en appui par ses extrémités longitudinales, d'une part, contre l'embase 14, et d'autre part, contre la face inférieure de la plateforme intermédiaire 5a, en étant indépendante de cette plate-forme 5a comme des cordes la et 2a.
Le deuxième étage de cette structure est sensiblement analogue à la structure de la figure 1, et constitué de cordes de montant Ib, dont les extrémités inférieures sont fixées par des liens βb analogues aux liens 6 décrits précédemment, sur la face supérieure de la plateforme intermédiaire 5a, tandis que leurs extrémités supérieures sont fixées par des liens 6b à la face inférieure d'une plateforme supérieure 5b, les cordes de montant Ib étant entretoisées et contreventées par des cordes de traverse inclinées 2b, ainsi que par des cadres rigides prédécoupés (analogues aux cadres 12 de la figure 5) ou des cordes de traverse 12b s' étendant sensiblement dans des sections droites de ce deuxième étage de structure, c'est-à-dire perpendiculairement à son axe longitudinal, autour d'une deuxième vessie gonflable 13b, qui constitue le dispositif de déploiement du second étage de cette structure, et prend appui, par ses extrémités longitudinales, contre la face supérieure de la plateforme intermédiaire 5a et la face inférieure de la plateforme supérieure 5b, en étant indépendante de ces plates formes 5a et 5b comme des cordes Ib et 2b. Le déploiement d'une telle structure à deux étages peut s'effectuer aussi bien en séquence, un étage après l'autre, que simultanément, ou avec chevauchement, le déploiement d' un étage commençant alors que celui de l'autre étage n'est pas encore terminé, puisque toutes les cordes des deux maillages en cordage utilisés pour les deux étages de la structure sont souples, et ne sont rigidifiées qu'après déploiement, alors que les deux vessies gonflées 13a et 13b maintiennent la structure déployée pendant la rigidification des cordes par durcissement de la ou des résines d'imprégnation.
La figure 7 représente un exemple d'une application du second type précité, à savoir la rigidification d'une surface, par exemple le maintien en extension d'une surface plane, utilisable comme écran solaire, ou d'une surface complexe comme un réflecteur d'antenne.
La structure comprend, comme dispositif de déploiement, d'une part, une vessie d'extension gonflable 15 de forme sensiblement torique, à l'extrémité des deux branches d'une deuxième vessie d'extension 16 gonflable, d'autre part, en forme de V, dont la base 17, destinée à être fixée sur un support (non représenté) , sur lequel cette structure est destinée à se déployer, correspond au point de convergence de plusieurs cordes 18, s' étendant selon les arêtes d'une pyramide à base polygonale, par exemple hexagonale, délimitée par d'autres cordes 19, entre lesquelles un voile réfléchissant 20 est fixé par ses bords. Des suspentes 21, constituées de longueurs de cordons non imprégnés d'un matériau durcissant, donnent au voile 20 sa forme particulière, déterminée par le nombre et la longueur des suspentes 21, ainsi que par le nombre et la longueur des cordes 18 et 19, qui sont imprégnées d'un matériau durcissant, par exemple une résine polymérisable, et qui constituent la structure rigidifiable de l'ensemble. Cette structure rigidifiable 18-19 détermine, après sa rigidification, la forme voulue de la pyramide à base polygonale permettant de déployer et d'étendre le voile 20, et l'on comprend que, dans l'application de ce voile 20 à la réalisation d'un réflecteur d'antenne, les suspentes de forme 21 permettent également d'ajuster la longueur focale du réflecteur ainsi réalisé. A cet effet, il est avantageux que des suspentes 21 relient chacun des sommets de la base polygonale définie par les cordes 19 à un point central, relié par une autre suspente 21 au point de convergence des cordes d'arêtes 18, c'est-à-dire à la base 17 de la vessie en V 16, au niveau de laquelle la structure durcissable est attachée à la structure de support par les extrémités des cordes 18, d'autres suspentes 21 pouvant relier le milieu, par exemple, de chaque suspente 21 "radiale" au point de convergence des cordes 18.
Afin que le déploiement du cordage 18-19 et des suspentes 21 par le gonflage des vessies 15 et 16 indépendantes du cordage 18-19 ne soit pas suffisamment rapide et brutal pour risquer de déchirer le voile 20 ou de détacher une partie de son contour des cordes 19 de bordure, un dispositif de freinage peut être associé au dispositif de déploiement. Par exemple, de petits ressorts (non représentés) peuvent être montés le long de certaines cordes 18 et 19, de sorte que ces ressorts soient chargés par le déploiement et l'extension des cordes 18 et 19 sous l'action du gonflement des vessies 15 et 16, et que cette charge des ressorts assure un freinage du déploiement, limitant la vitesse de déploiement, et donc, en fin de course, les efforts appliqués sur les points de liaison entre le voile 20 et les cordes de bordure 19.
Comme dans l'exemple de la figure 1, l'ensemble du cordage 18-19 de la figure 7, avant son déploiement, ainsi que les vessies 15 et 16 dégonflées, le voile 20, le dispositif de freinage le cas échéant, et éventuellement également un dispositif de production et/ou commande d'un agent de durcissement, par exemple une lampe à ultraviolet, peuvent être logés dans un conteneur fixé sur une face externe du corps du satellite, et dans lequel le cordage 18-19, le voile 20 et les suspentes 21 ainsi que les vessies 15 et 16 dégonflées sont logés à l'état enroulé ou replié sur eux-mêmes pour ceux de ces éléments qui sont souples ou déformables avant déploiement et rigidification.
Les figures 8a à 8c représentent un exemple d'application du troisième type précité, dans lequel une unique corde imprégnée d'un matériau durcissant (résine polymérisable par exemple) limite le degré d'ouverture d'un panneau articulé sur un support, puis assure l'immobilisation du panneau par rapport au support après durcissement du matériau d'imprégnation de la corde, qui devient une simple bielle rigide de longueur fixe.
Une telle bielle de rigidification peut être avantageusement utilisée sur des satellites, pour maintenir en position déployée des panneaux pivotants, tels que panneaux solaires ou panneaux de radiateurs.
En effet, certains satellites d'observation sont amenés à changer d'attitude rapidement pour pouvoir photographier différentes régions de la surface terrestre, de part et d'autre de leurs traces lors d'une même orbite. Plus le changement d'attitude de tels satellites, dits agiles, doit être rapide, et plus les différents appendices présentés par ces satellites doivent avoir une fréquence propre élevée, pour ne pas entrer en résonance et entraîner des oscillations du satellite.
Or, les panneaux solaires, dont ces satellites sont généralement équipés, présentent de grandes surfaces et sont des appendices critiques. Ils sont réalisés généralement en panneaux sandwiches, pour réduire leur masse, et sont articulés sur le corps du satellite, de sorte à être positionnés le long du corps du satellite, pour le lancement, afin de minimiser le volume occupé sous la coiffe du lanceur, lors de la mise en orbite. Une fois en orbite, ces panneaux sont déployés pour occuper leur position de service. Leur légèreté, dont découle une certaine souplesse, conduit à utiliser des bielles ou compas de renfort, entre le corps du satellite et l'extrémité des panneaux, et dont l'effet est d'augmenter la fréquence propre de ces panneaux.
L'utilisation d'une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement selon l'invention, constituée, de manière simple, d'une unique corde rigidifiable, permet de simplifier la réalisation et le montage de telles bielles, à l'aide de moyens simples et économiques .
Sur la figure 8a, on a schématiquement représenté en 22 le corps d'un satellite, sur lequel un panneau 23, tel qu'un panneau solaire ou un radiateur, est monté pivotant par une charnière motrice 24, éventuellement freinée pour limiter la vitesse de pivotement, et s' étendant, par exemple, le long de bords parallèles et contigus du panneau 23 et du corps de satellite 22 (qui sont les bords inférieurs sur la figure 8a) , et la figure 8b représente le panneau 23 en cours de pivotement, par et autour de la charnière motrice 24, vers sa position déployée, représentée sur la figure 8c, dans laquelle le panneau déployé 23 est sensiblement perpendiculaire à la position repliée qu' il occupait sur la figure 8a et est relié au corps 22 du satellite par une unique corde rigidifiable 25, imprégnée d'une résine polymérisable non encore polymérisée, et donc souple, qui ne s'oppose pas au pivotement du panneau 23, mais limite ce pivotement lorsque la corde 25 est tendue, comme représenté sur la figure 8c. Dans cette dernière position, la corde 25 est exposée à un agent de durcissement, par exemple le spectre ultraviolet du rayonnement solaire, de sorte que la résine d' imprégnation est polymérisée et que la corde 25 est rigidifiée en une bielle de contre-ventement du panneau 23 déployé.
Pour assurer que la corde imprégnée 25 soit encore souple au moment du déploiement du panneau 23, cette corde 25 est fixée par ses deux extrémités, d'une part sur le corps 22, d'autre part, sur le panneau 23 au niveau de points fixes à l'intérieur d'un cadre de protection, respectivement 26a sur le corps du satellite 22 et 26b sur la face interne du panneau 23 (face tournée vers le corps 22 en position repliée du panneau 23) , de sorte que ces deux cadres 26a et 26b se referment l'un sur l'autre en une boîte enveloppant totalement la corde imprégnée 25, à l'état souple, pour la mettre à l'abri de l'agent de durcissement, aussi longtemps que le déploiement par pivotement du panneau 23 par la charnière motrice 24 n'est pas commandé. En d'autres termes, les cadres 26a et 26b constituent une chicane de protection, interdisant l'exposition de la corde souple 25 repliée dans ces cadres aux rayons ultraviolets, en position repliée du panneau 23 contre le corps 22. Une fois déployée et exposée au rayonnement solaire, la corde 25 se rigidifie, ce qui a pour effet d' empêcher toute rotation au niveau de ses extrémités comme de sa partie centrale.
Avant rigidification, la fixation de la corde 25 à ses deux extrémités, en conservant une souplesse nécessaire pour faire office d'articulation en rotation à ces extrémités comme dans sa partie médiane, peut être réalisée comme représentée dans le détail agrandi et cerclé de la figure 8c, à l'aide d'une noix de serrage 27, comportant une embase 27a vissée contre le corps 22 du satellite et une plaque de serrage 27b, qui est serrée vers l'embase 27a grâce aux vis de montage et serrage 28, en enserrant une extrémité de la corde 25 dans des évidements ménagés en regard dans la plaque 27b et l'embase 27a, un nœud à l'extrémité de la corde 25 pouvant éventuellement être retenu de l'autre côté de la noix de serrage 27, pour éviter toute libération intempestive de la corde 25.
Une fixation analogue peut être utilisée pour attacher l'autre extrémité de la corde 25 sur le panneau 23. Les points fixes d'attache des extrémités de la corde 25 sur le corps 22 et surtout sur le panneau déployable 23 sont choisis de sorte que les fréquences des modes de vibration du panneau 23 maintenu déployé par rapport au corps 22, lorsque la corde unique 25 est rigidifiée en bielle de rigidification, sont plus grandes qu'un seuil de fréquence désiré.
Dans cette réalisation, le dispositif de déploiement de la corde rigidifiable 25 est en fait le panneau déployable 23 lui-même, dont l'actionneur de déploiement est constitué par la charnière motrice 24.
L'agent de durcissement n'est pas limité au spectre ultraviolet de la lumière solaire, mais la corde rigidifiable 25 peut comporter, comme décrit dans les exemples précédents, des filaments chauffants pour assurer la rigidification par apport de chaleur, ou encore un dispositif générant l'agent de durcissement peut être embarqué dans le corps 22 du satellite et mis en fonctionnement après extension de la corde 25 pour provoquer le durcissement de cette dernière.
En variante, la charnière 24 peut ne pas être motrice, et le déploiement du panneau 23 peut être commandé par un ou plusieurs actionneurs indépendants de la charnière 24 comme de la corde 25, par exemple, par des moyens pyrotechniques associés à un ou plusieurs ressorts, par exemple de torsion, au niveau de la charnière 24 de liaison du panneau 23 au corps 22 du satellite.
Les exemples décrits ci-dessus montrent que la structure légère, déployable et rigidifiable après déploiement selon l'invention présente les principaux avantages suivants.
Toute forme de structure est facilement réalisable, notamment sur un gabarit, sans travail complexe du ou des matériaux utilisés, tel que découpes, coutures, etc..
La précision de la forme de la structure est imposée par l'élasticité des cordes et leur triangulation (maillage) , indépendamment du dispositif de déploiement, et cette précision est vérifiable à l'aide d'un gabarit. Les structures obtenues peuvent aller d'une simple bielle, comme dans l'exemple des figures 8a à 8c, à des treillis tridimensionnels extrêmement complexes (voir par exemple les figures 1, 5 et 6) .
L'utilisation de toute résine durcissante, sensible à la lumière, aux rayons ultraviolets et/ou à des rayonnements thermiques en particulier, et de toutes les fibres est possible.
En plus du cordage imprégné et rigidifiable, la structure déployable peut comporter des éléments mécaniques, tels que plateforme, cadre, ou nacelle, pour assurer une fixation d' équipement ou une précision locale d'un positionnement.
Toute corde du cordage imprégné peut recevoir un gainage étanche, facilitant sa manipulation, la rendant insensible à certaines agressions externes, et augmentant sa durée de vie avant durcissement.
Le dispositif de déploiement ou extenseur est indépendant du cordage imprégné, et, éventuellement, intégrable dans la structure après la fabrication du cordage imprégné.
Dans le cas d'une extension de la structure par le gonflement d'au moins une vessie, cette dernière reste de structure simple, même pour une structure déployable complexe, et peut être facilement réalisée par des techniques actuelles ne nécessitant aucun développement.
Le dispositif de déploiement ou extenseur peut être facilement doublé, de sorte à assurer une certaine redondance, du fait de son indépendance par rapport au reste de la structure, et notamment le cordage imprégné. La rigidité de la structure rigidifiée après déploiement est ajustable par la quantité, les orientations et la ou les sections ainsi que la nature des fibres des cordes du cordage, éventuellement maillé, comme cela est le cas dans un maillage de charpente.
La modélisation mathématique de la structure est simplifiée, une fois que sont connues les caractéristiques des poutres et nœuds, dans le cas de structures en treillis . Enfin, le déploiement, comme éventuellement le repliement de la structure, est simplifié et peut s'effectuer indépendamment sur la structure sans dispositif de déploiement, sur le ou les dispositifs de déploiement, ou sur les deux en même temps, en autorisant des essais au sol.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure légère déployable et rigidifiable après déploiement, caractérisée en ce qu'elle comprend un cordage (1-2, la-2a, 13-25-12b, 18-19, 25) constitué d'au moins une corde souple (1, 2, la, Ib, 2a, 2b, 18, 19, 25) imprégnée d'un matériau durcissant, à durcissement contrôlable, destiné à rigidifier ladite au moins une corde après son déploiement et extension, et en ce qu' elle est indépendante de tout moyen de déploiement (3, 3' , 13a-13b,
15-16) , destiné à mettre en extension au moins une corde
(1, 2, la, Ib, 2a, 2b, 12b, 18, 19) de la structure et à la maintenir tendue pendant le durcissement dudit matériau durcissant . 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un maillage (1-2, la-2a, 15-25-12b) en cordage, dont au moins une corde souple (1, 2, la, Ib, 2a, 2b, 12b) est imprégnée dudit matériau durcissant, et liée à elle-même et/ou à au moins une autre corde dudit cordage par au moins un lien (6, βa, 6b) .
3. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend également au moins un dispositif de déploiement (3, 3' , 13a-13b, 15-16) , indépendant du cordage, et destiné à mettre en extension au moins une corde (1, 2, la, Ib, 2a, 2b, 12b, 18, 19) de la structure et à la maintenir tendue pendant le durcissement dudit matériau durcissant.
4. Structure selon la revendication 1 telle que rattachée à la revendication 2, caractérisée en ce que ledit dispositif de déploiement (3, 3', 13a, 13b, 15-16) est destiné à déployer puis maintenir ledit au moins un maillage (1-2, la-2a, lb-2b-12b, 18-19) de cordage tendu pendant sa rigidification.
5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit cordage est constitué d'au moins un type de fibres choisies parmi les fibres minérales, telles que de verre ou de carbone, synthétiques ou organiques, telles que de polyester, polyamide, et aramides, et artificielles. β. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'au moins une corde dudit cordage est une corde composite comprenant des stratifils de fibres pré imprégnés d'une résine rigidifiable. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'une au moins des cordes (1, 2) dudit cordage est de l'un des types suivants : corde tressée simple, corde toronnée, corde à âme (7) entourée d'une gaine (9), à âme (7) tressée, ou à fibres parallèles, ou à torons parallèles, et/ou à gaine tressée ou toronnée.
8. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une corde (1, 2) dudit cordage est entourée d'un gainage étanche (9) de l'un au moins des types suivants : gainage continu en matière synthétique, de préférence thermodurcissable, et gainage réalisé en feuille d'une matière synthétique enroulée autour de ladite corde (1, 2) puis collée ou soudée sur elle-même. 9. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit matériau durcissant réagit à l'un au moins des agents de durcissement sélectionnés dans le groupe comprenant les rayonnements lumineux, en lumière visible, ou ultraviolette, les rayonnements thermiques, la température, l'humidité, l'atmosphère ambiante, et le vide.
10. Structure selon l'une quelconque des revendications l à 9, caractérisée en ce qu'au moins une corde (1, 2, 25) du cordage comprend un élément chauffant, de préférence un filament chauffant, dont le chauffage commande le durcissement du matériau durcissant d'imprégnation de ladite corde.
11. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'au moins une corde (1, 2) dudit cordage comporte un gainage étanche (9), transparent à un agent de durcissement commandant le durcissement du matériau durcissant d'imprégnation de ladite corde (1, 2), notamment un gainage étanche en une matière synthétique transparente au rayonnement ultraviolet.
12. Structure selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisée en ce que ledit lien (6), par lequel au moins une corde (1, 2) dudit cordage est liée à elle-même ou à au moins une autre corde dudit cordage est constitué par l'un au moins des moyens suivants : nœud, ligature, collier de serrage (10), pincement ou imbrication de deux portions de corde (1, 2) au niveau de leur liaison.
13. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'au moins une corde (1, 2, 25) dudit cordage est attachée à une extrémité par l'un au moins des moyens suivants : boucle, nœud et pincement (27) .
14. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la section transversale d'au moins une corde (1, 2, 18, 19, 25) dudit cordage est ajustée en forme et/ou dimension, en fonction des propriétés désirées pour la structure rigidifiée, notamment sa masse, son encombrement et sa raideur. 15. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus une enveloppe (30) de protection, entourant ledit cordage ( 1-2) avant son déploiement, et déployée en même temps que ledit cordage, ladite enveloppe ( 30) de protection étant indépendante du dispositif de déploiement ( 3), le cas échéant.
16. Structure selon la revendication 15, caractérisée en ce que ladite enveloppe ( 30) de protection assure l'une au moins des fonctions suivantes : contrôle thermique, protection anti-météorites, anti-débris et antiradiations .
17. Structure selon l'une quelconque des revendications 15 à 16, caractérisée en ce que ladite enveloppe ( 30) de protection est transparente au moins à la plage du spectre du rayonnement solaire agissant comme agent de durcissement du matériau durcissant d' imprégnation d'au moins une corde ( 1,2) dudit cordage.
18. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que le dispositif de déploiement comprend l'un au moins des moyens suivants : vessie gonflable (3, 3', 13a, 13b, 15-16), vérin, extenseur élastique, dispositif mécanique articulé, et hauban.
19. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus un dispositif de freinage, destiné à limiter au moins la vitesse de déploiement pendant le déploiement.
20. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que l'ensemble du cordage (1-2), avant son déploiement, et, le cas échéant, le dispositif de déploiement (3), l'enveloppe protectrice
(30), le dispositif de freinage, et éventuellement également au moins un dispositif de commande et/ou production d'un agent de durcissement ainsi qu'au moins un dispositif de contrôle thermique, est logé dans un conteneur (4-5) , dans lequel ledit cordage est disposé à l'état enroulé, plié ou effondré.
21. Structure selon la revendication 20, caractérisée en ce que ledit conteneur (4-5) comporte au moins un couvercle (5) , constituant un support érigé au dessus d'au moins un coffre (4) de base dudit conteneur, lorsque ladite structure est déployée et rigidifiée.
22. Application de la structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisée en ce que ladite structure (18-19-15-16-20-21, 25) est embarquée à bord d'un engin spatial (22).
23. Application selon la revendication 22, caractérisée en ce que ladite structure rigidifiée constitue au moins une bielle (25) de rigidification d'un panneau mobile (23), solaire ou de radiateur, d'engin spatial, ladite structure comportant au moins une corde
(25) attachée par une extrémité au corps (22) dudit engin spatial et par l'autre extrémité en un point fixe dudit panneau mobile (23), ledit point fixe étant choisi de sorte que les fréquences des modes de vibration dudit panneau (23) maintenu déployé par rapport au corps (22) de l'engin spatial, lorsque ladite corde est rigidifiée en bielle de rigidification, sont plus grandes qu'un seuil de fréquence désiré, ledit panneau (23) étant mobile par rapport au corps (22) de l'engin spatial entre une position repliée, dans laquelle le panneau (23) s'étend sensiblement le long du corps (22) dudit engin spatial, et dans laquelle ladite corde (25) est protégée (26a, 26b) de tout agent de durcissement susceptible de provoquer le durcissement dudit matériau durcissant d' imprégnation, et une position déployée, dans laquelle ledit panneau (23) est écarté dudit corps (22) de l'engin spatial par au moins un actionneur
(24), et que la corde (25), après son déploiement par le déploiement dudit panneau (23) , se rigidifie sous l'effet d'au moins un agent de durcissement, tel que le rayonnement solaire naturel, l' échauffement réalisé par un dispositif de chauffage dédié, interne ou externe à la corde (25) ou un dispositif d'éclairage dédié, diffusant une lumière provoquant une rigidification du matériau durcissant, notamment une résine polymérisable réagissant à une lumière monochromatique .
24. Procédé de réalisation d'une structure légère déployable et rigidifiable après déploiement selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes consistant à : imprégner au moins une corde (1, 2, la, Ib, 2a, 2b, 12b, 18, 19, 25) d'un cordage de structure avec un matériau durcissant, dont le durcissement est contrôlable, réaliser une structure en cordage ayant la forme appropriée à donner la structure déployée et rigidifiée désirée, de préférence à l'aide d'un gabarit à la forme désirée, par le choix du nombre, des dimensions et formes des positions relatives des cordes dudit cordage, le cas échéant du ou des maillages (1-2, la-2a, lb-2b-12b, 18- 19) en cordage, mettre en extension ledit cordage à la forme désirée, avant son durcissement, et - maintenir ledit cordage tendu pendant son durcissement, par exposition dudit cordage tendu à au moins un agent de durcissement dudit matériau durcissant d'imprégnation des cordes.
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