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PROJETS SPATIAUX

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

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  1. IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 PROJETS SPATIAUX ASPECTS MECANIQUES Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  2. 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 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  3. 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 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  4. 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 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  5. 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 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  6. Spécificités du spatialCycle de vie • Environnement à poste : - vide : p < 10-8 • thermique : fond de ciel soleil planète • radiation : UV cosmiques • Mécanique : choix des matériaux Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  7. Radiation Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  8. 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 matériaux • les structures • les solutions technologiques Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  9. 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,… Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  10. 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. Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  11. 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 spécifications Les spécifications sont données au niveau interface lanceur/S/C, elles sont ensuite traduites aux niveaux suivants Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  12. 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). Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  13. 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 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  14. Charges statiques, fréquences propres Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  15. Vibrations aléatoires Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  16. Vibrations sinus Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  17. Acoustique Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  18. Chocs Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  19. Analyses mécaniques Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  20. Analyses mécaniques Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  21. Analyses mécaniques Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  22. Mécanismes Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  23. Mécanismes Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  24. Mécanismes Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  25. Mécanismes Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  26. Mesures physiques Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  27. Validation de la mécanique Conception Analyses Tests S/S Tests Instrument Design Modèles (recalage des modèles) Interfaces Matériaux • Modèles (physiques) de l’instrument • Qualification QM • Modèle de vol FM • Rechange SM Exemple Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  28. PPLM Grooves SVM Planck S/C CAD view Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  29. Planck design • From Alcatel catia models • S1-PLA-001 • S1-PLA-002 • Plateau-IAS Location on the S/C (Alcatel study 1999) PPLM SVM Exploded view Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  30. Dilution Cooler Control Unit SVM level components 4K Cooler Electronic Unit Data Processing Unit LFI 4K Cooler Ancillary Unit Data Processing Unit Sorption Cooler Compressors LFI Cooler Compressor Unit Dilution Cooler Tank • From Alcatel catia models : • S1-PLA-001 • S1-PLA-002 • Plateau-IAS D CAU-CCU 2.7 m Estimation A. Arondel Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  31. Planck Alcatel study 3D view JFET Box D JFET_Box-REU  2.5 m Estimation A. Arondel REU • From Alcatel catia models : • S1-PLA-001 • S1-PLA-002 • Plateau-IAS Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  32. Exemple : Planck FPU LFI + HFI FPU 40 kg HFI PFU 18 kg 500 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

  33. 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 Guy Guyot - IAS - 11 juin 2001

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