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11 - 12 juin 2001 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001 1

PROJETS SPATIAUX

ASPECTS MECANIQUES

IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001



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



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



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



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



Spécificités du spatialCycle de vie

• Environnementà poste :

- vide : p < 10-8

- thermique : fond de cielsoleilplanète

- radiation : UVcosmiques

Mécanique : choix des matériaux



Radiation




• 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




• 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,…



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.



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




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).




• 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



Charges statiques, fréquences propres



Vibrations aléatoires



Vibrations sinus



Acoustique



Chocs



Analyses mécaniques



Mécanismes



Mesures physiques



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



Planck S/C CAD view

SVM

PPLM

Grooves



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



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



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



Exemple : Planck FPU

HFI PFU 18 kg LFI + HFI FPU 40 kg

500



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

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