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11 - 12 juin 2 001 Guy Guyot - IAS - 11 ju in 2001 1 PROJETS SPATIAUX ASPECTS MECANIQUES IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001

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IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001. PROJETS SPATIAUX. ASPECTS MECANIQUES. 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 - PowerPoint PPT Presentation

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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