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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
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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