PROJETS SPATIAUX
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PROJETS SPATIAUX
ASPECTS MECANIQUES
IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001
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Plan de l’exposé
• Général• Les éléments physiques d’une mission• Spécificités liées au cycle de vie• Les matériaux• Les charges d’exploitation• Les analyses et les tests• Les mécanismes• Les mesures physiques• Validation• Exemple de S/C : Planck• Conclusion
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Le Spatial
• Hors atmosphère• Hors gravité terrestre• Une mission spatiale : UN OBJECTIF- Un lanceur qui constitue la charge la plus
importante- Une plate-forme (P/F) (un bus,…), le
satellite (S/C) qui est le véhicule porteur- Une charge utile (payload P/L) qui fera
l’objet de l’exploitation de la mission
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Les éléments physiques de la mission
• Le lanceur : agences, états, consortium industriel
• S/C : industrie spatiale, P/F adaptée à la mission (P/L) . Gamme de produits. Récurrence.- Emport- Attitude (pointage, …)- Liaisons sol : télémétrie
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Les éléments physiques de la mission
• Charge utile (P/L)- Ensemble d’instruments, répondant à un objectif
commun et éventuellement à des objectifs opportunistes particuliers.
- L’architecture générale est un compromis entre le « meilleur » et le faisable dans le coût annoncé. Elle est en générale gérée par l’industrie (prime contractor du S/C) ou une agence
• Le spatial scientifique c’est construire un instrument d’une P/L sur une P/F et un lanceur.
• Nous parlerons donc des aspects mécaniques d’un instrument spatial
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Spécificités du spatialCycle de vie
• Environnementà poste :
- vide : p < 10-8
- thermique : fond de cielsoleilplanète
- radiation : UVcosmiques
Mécanique : choix des matériaux
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Radiation
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Spécificités du spatialCycle de vie
• Lancement- accélération charges, vibrations, bruit, chocs
Ce sont les charges d’exploitation
- masse la plus faible possible
Mécanique : dimensionnement
Mécanique : les matériauxles structuresles solutions technologiques
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Spécificités du spatialCycle de vie
• A poste, en exploitation- cycle de fonctionnement
• Au sol- AIT, AIV : assembly, integration,
test,verification. La conception doit intégrer ces phases en termes généraux (coûts, délais)
Mécanique : actuations, rotations, durée de vie. Qualité et fiabilité (mécanismes)
Mécanique : simplifier ces phases, housing,…
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Les matériaux
• Vide : dégazage• Tenue au rayonnement• Tenue aux excursions de température : la
thermique spatiale est régie par le rayonnement et la conduction. Les gammes de T sont plus étendues qu’au sol.
• Il existe des normes et donc il existe des listes de matériaux autorisés
(AP). Idem pour les procédés, les assemblages.
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Les charges d’exploitation
• Dues essentiellement au lancement : lanceur puis S/C lui-même
- vibrations sinus et aléatoire- bruit acoustique- chocs dus aux séparations et mise à feu
• La tenue à ces charges est une exigence dont découle un jeu de spécificationsLes spécifications sont données au niveau interface lanceur/S/C, elles sont ensuite traduites aux niveaux suivants
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Les charges d’exploitation
I1• Lanceur S/C P/L I2
P/L I3• S/C (selon l’architecture)
SVM (service module)• Instrument S/S ou équipements
On ouvre ici une des grandes méthodes de travail du spatial : la gestion des interfaces, tenue à jour et concrétisée dans un document agréé par toutes les parties, l’ICD (mécanique).
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Les charges d’exploitation
• Mission définie : objectifs
lanceur, S/C
Specs instruments connues
C’est le responsable AMT (architecture mécanique et thermique) qui émet les specs pour l’ensemble de l’instrument au niveau S/S.
Modélisation et normes
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Charges statiques, fréquences propres
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Vibrations aléatoires
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Vibrations sinus
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Acoustique
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Chocs
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Analyses mécaniques
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Analyses mécaniques
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Analyses mécaniques
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Mécanismes
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Mécanismes
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Mécanismes
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Mécanismes
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Mesures physiques
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Validation de la mécanique
Conception Analyses Tests S/S Tests InstrumentDesign Modèles (recalage des modèles)InterfacesMatériaux
Modèles (physiques) de l’instrument- Qualification QM- Modèle de vol FM- Rechange SM
Exemple
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Planck S/C CAD view
SVM
PPLM
Grooves
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Planck designFrom Alcatel catia models •S1-PLA-001•S1-PLA-002•Plateau-IAS
Location on the S/C (Alcatel study 1999)
SVM
PPLM
Exploded view
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SVM level components
From Alcatel catia models :•S1-PLA-001•S1-PLA-002•Plateau-IAS
Sorption Cooler Compressors
LFI
Cooler Compressor Unit
4K Cooler Ancillary Unit
Data Processing Unit
LFI
Dilution Cooler Tank
Data Processing Unit
4K Cooler Electronic Unit
Dilution Cooler Control Unit
D CAU-CCU 2.7 mEstimation A. Arondel
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Planck Alcatel study 3D view
From Alcatel catia models :•S1-PLA-001•S1-PLA-002•Plateau-IAS
REU
JFET Box
D JFET_Box-REU 2.5 mEstimation A. Arondel
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Exemple : Planck FPU
HFI PFU 18 kg LFI + HFI FPU 40 kg
500
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Conclusion
• La mécanique spatiale a de forts « drivers »• Elle nécessite des analyses importantes• Elle a besoin d’être validée physiquement- Les tests et moyens de tests sont à prévoir- Le plan de développement de l’instrument doit prévoir
cette validation- C’est une mécanique de « l’utile et de l’impossible »- Les mécanismes restent un point dur- Qualité et fiabilité sont à l’ordre du jour- C’est une discipline enthousiasmante