Des tubes à ondes progressives, ou TOP, maintenant utilisés sur les satellites de télécommunication, ont un collecteur qui peut supporter une température élevée, dépassant 90°C et pouvant atteindre 240°C dans certains cas. Pour évacuer la chaleur générée au collecteur, on utilise surtout à l'heure actuelle un montage des tubes à ondes progressives tel qu'un radiateur prolongeant le collecteur soit placé à l'extérieur du corps du satellite et rayonne vers l'espace noir. Cette solution présente de nombreux inconvénients. Les TOP sont placés contre des parois du corps éloignées de celles qui portent les antennes d'émission, ce qui impose des guides d'ondes de longueur appréciable, générant une perte de puissance importante des signaux radio fréquence. Par ailleurs, l'enrobage des connections reliant le collecteur au canon du tube étant au bout du collecteur, il est soumis à des environnements thermiques extrmes et à des contraintes qui le fragilisent, en particulier lors des changements de température.

Les brevets FR 93 00 729 et US-5,494, 241 décrivent un montage plus avantageux, consistant à placer les TOP à l'intérieur du corps du satellite et à relier par un chemin thermique leur collecteur à un radiateur placé hors d'une paroi du corps du satellite. Mais cette solution laisse encore subsister la nécessité de placer le TOP à proximité d'une face nord ou sud du satellite.

On a enfin proposé de relier le TOP ou chaque TOP à un radiateur porté par une face nord ou sud d'un satellite par un caloduc. Mais un tel caloduc, constitué par un tube rigide dont la surface interne est munie de

rainures de retour capillaire du fluide condensé, est forcément de faible longueur et rigide. II impose encore de placer le TOP à proximité du radiateur.

La présente invention vise à fournir un dispositif de refroidissement pour véhicule spatial, notamment pour un satellite géostationnaire de télécommunication, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet de placer des TOP à une distance importante d'au moins un radiateur d'évacuation de chaleur, et donc de laisser une large latitude de mise en place des TOP dans le satellite.

Pour cela, l'ïnvention utilise la capacité des matériaux composant le collecteur des TOP standards (sans échangeur thermique liquide intégré) et/ou spécifiques actuels à supporter des températures dépassant 90°C en fonctionnement.

L'invention propose en conséquence, notamment, un dispositif de refroidissement d'au moins un tube à ondes progressives ayant un émetteur et un collecteur, ce dernier fonctionnant de préférence à haute température et étant isolé thermiquement du reste du tube, pour l'équipement d'une charge placée sur un véhicule spatial, tel qu'un satellite, le dispositif comportant au moins un radiateur découplé thermiquement du corps du véhicule et placé dans une orientation telle qu'il dissipe la chaleur par radiation vers l'espace et au moins une boucle fluide d'échange de chaleur entre au moins un échangeur de chaleur chaud en liaison thermique avec ledit tube et au moins un échangeur de chaleur froid appartenant au radiateur, et qui se caractérise en ce que ladite boucle fluide est monophase et constituée de façon à refroidir en série l'émetteur puis le collecteur dudit tube à ondes progressives.

La mise en oeuvre de l'invention permet de placer les TOP n'importe où dans le satellite, car chaque boucle fluide autorise des distances importantes entre un échangeur chaud (couplé thermiquement à un TOP) et un échangeur froid (appartenant à un radiateur). En particulier, il est possible de placer les TOP à proximité des antennes d'émission de façon à écarter le besoin de guide d'ondes de grande longueur.

L'invention trouve une application particulièrement intéressante sur les satellites comportant un module de charge utile, qui peut changer notablement de satellite à satellite, et un module de service susceptible d'tre fabriqué en série. C'est ce module de service qui porte en général les radiateurs, déployables après mise sur orbite, qui évacuent la chaleur.

Les TOP sont au contraire placés dans le module de charge utile.

L'invention permet d'assurer, avec des pertes thermiques réduites, l'évacuation de la chaleur générée par les TOP mme s'ils sont placés à une distance des radiateurs qui peut atteindre plusieurs mètres.

Des TOP concernés par l'invention exigeant un échangeur chaud à une température dépassant 90°C, le fluide utilisé dans la boucle doit tre choisi en conséquence. On ne pourra généralement pas employer l'ammoniac, alors qu'il est fréquemment utilisé à plus basse température. Dans une boucle monophase à pompage mécanique, on utilisera souvent l'eau, des hydrocarbures légers, des fluorocarbones ou autres liquides compatibles des hautes températures. La circulation sera alors assurée par une pompe.

Dans un mode avantageux de réalisation, utilisant une boucle monophase pour refroidir plusieurs TOP, il est proposé de refroidir en série les émetteurs, puis les collecteurs desdits TOP. Dans ce cas, la boucle fluide est constituée de sorte que le fluide provenant d'au moins un échangeur froid d'un radiateur passe successivement dans des échangeurs de chaleur chauds refroidissant les émetteurs de plusieurs tubes à ondes progressives, puis dans des échangeurs chauds refroidissant les collecteurs desdits tubes à ondes progressives. La boucle fluide, dans laquelle le fluide est mis en mouvement par une pompe, peut tre régulée de diverses façons, par exemple par commande de la pompe ou, mieux, par commande d'une liaison entre l'entrée et la sortie d'au moins un échangeur de chaleur froid.

Du fait que les boucles fluides mono-phase permettent d'accepter des distances importantes et des trajets tortueux entre échangeur (s) froid (s) et échangeur (s) chaud (s), le dispositif suivant l'invention est notamment utilisable lorsqu'au moins un échangeur froid est intégré à un radiateur pouvant pivoter

par au moins une charnière, d'une position où le radiateur est plaqué contre le corps du satellite (au cours du lancement) à une position déployée (après venue sur orbite), au moins une boucle fluide comportant au moins un tronçon souple permettant de tolérer le passage du radiateur d'une position à l'autre.

On utilisera généralement au moins un tronçon de conduite souple en hélice ou"queue de cochon", qui peut tre enroulé autour d'au moins une charnière d'articulation du radiateur.

Un intért supplémentaire du caractère déformable d'au moins un tronçon d'une boucle fluide est le fait que le fonctionnement peut tre vérifié dans des conditions simulant celles qui sont rencontrées dans l'espace, en utilisant une chambre à vide dont le volume ne permet pas d'y placer le satellite avec les radiateurs déployés ; en prévoyant une ou des charnières démontables, le satellite peut tre placé dans la chambre à vide avec le ou les radiateur (s) à distance du corps du satellite, mais encore relié (s) aux charges à refroidir, et notamment aux TOP, par la ou les boucle (s) dont le fonctionnement pourra donc tre testé.

Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels : - la figure 1 est un schéma montrant la configuration générale d'un satellite de télécommunication géostationnaire muni de radiateurs déployables.

- La figure 2 montre une constitution possible de boucle fluide mono- phase permettant de refroidir en série plusieurs TOP - La figure 3 montre schématiquement une constitution possible d'échangeurs de chaleur entre TOP et boucle fluide.

- La figure 4 montre un mode de liaison possible entre un radiateur et la paroi du module de service d'un satellite, permettant de déployer le radiateur une fois le satellite en orbite.

Le satellite S dont la constitution générale est montrée en figure 1, est destiné à tre placé sur une orbite équatoriale géostationnaire 10. II est prévu pour tre stabilisé suivant trois axes : X, Y et Z.

II comporte un module de service 14, qui porte des panneaux solaires 16 munis de moteurs permettant de les faire tourner autour de l'axe de tangage Y pour les maintenir orientés vers le soleil. Les parois conventionnellement dénommées « nord » et « sud » de la structure du module 14 (selon un axe parallèle à l'axe polaire NS de la terre 12) sont généralement prévues de façon à présenter une émissivité élevée, mais en mme temps à avoir une absorption limitée du rayonnement solaire. La majeure partie de la dissipation de chaleur est assurée par un ou, de préférence, par plusieurs radiateurs déployables 15, quatre par exemple, comme représenté sur la figure 1, qui, en fonctionnement, sont déployés et orientés vers le nord et le sud.

Le module de service 14 est fixé à un module de charge utile 17 qui contient des charges qui doivent tre refroidies, notamment des tubes à ondes progressives ou TOP reliés à des antennes 20 d'émission vers la terre 12.

Le dispositif de refroidissement montré en figure 2 comporte une boucle fluide monophase 25, qui est une boucle fermée parcourue par un liquide caloporteur, et ce dispositif est prévu pour assurer le refroidissement de plusieurs TOP 26 dont le collecteur 28 de chacun est prévu pour fonctionner à une température supérieure à 90°C et ne devant pas dépasser une valeur de l'ordre de 240°C. Le collecteur 28 de chaque TOP 26 dissipe environ 90% de la chaleur générée par ce TOP 26. La partie de chaque TOP 26 contenant le canon de l'émetteur 30 de ce TOP 26 doit tre maintenue à une température plus basse, typiquement ne dépassant pas environ 75°C.

Sur la figure 2, la boucle fluide 25 comporte un échangeur de chaleur dit « froid » 32, incorporé à un radiateur 15, et deux séries d'échangeurs de chaleur dits « chauds » 33 et 34. Une pompe 36 met en circulation le liquide qui remplit la boucle 25. Ce liquide circule ainsi successivement en série dans les premiers échangeurs de chaleur « chauds » 33 associés chacun au canon

de l'émetteur 30 de l'un respectivement des TOP 26, puis en série dans les seconds échangeurs de chaleur « chauds » 34 assurant chacun le refroidissement du collecteur 28 de l'un respectivement des TOP 26, puis dans l'échangeur froid 32.

La régulation de température peut tre assurée de diverses façons. On peut notamment utiliser une vanne à trois voies 38 qui, dans une position, permet la circulation dans la boucle fluide 25 telle qu'elle vient d'tre définie et, dans au moins une autre position, ouvre plus ou moins complètement une conduite de by-pass 40 court-circuitant au moins partiellement l'échangeur de chaleur 32.

Chacun des TOP 26 peut tre monté sur le corps du satellite S de la façon indiquée sur la figure 3. Chaque TOP 26 est porté par la peau 41 du satellite par l'intermédiaire d'une couche thermiquement isolante 42 et des échangeurs 33 et 34 d'évacuation de chaleur associés à ce TOP 26, et dont l'un 33, de la première série d'échangeurs chauds, est en relation d'échange thermique avec le canon de l'émetteur 30 correspondant, tandis que l'autre 34, de la seconde série d'échangeurs chauds, est en relation d'échange thermique avec le collecteur 28 correspondant. Le faisceau 43 de fils reliant le collecteur 28 au canon peut constituer une nappe traversant l'enrobage du connecteur terminal. La fixation du collecteur 28 et du canon de l'émetteur 30 sur l'échangeur associé 34 ou 33 peut s'effectuer à l'aide d'un joint thermique capable de supporter la température en fonctionnement, permettant de minimiser le gradient de température.

Un mme satellite S peut porter plusieurs boucles de refroidissement telles que 25, soit pour assurer une redondance, soit pour disposer de plusieurs groupes de TOP 26 munis de circuits de refroidissement indépendants. Des charges supplémentaires à refroidir 44 peuvent tre interposées sur au moins une boucle 25. Dans ce cas, comme représenté sur la figure 2, la ou les charges supplémentaires à refroidir 44 est ou sont en relation d'échange thermique avec la boucle fluide 25 en un ou des point (s)

situé (s) entre la série des premiers échangeurs chauds 33 et la série des seconds échangeurs chauds 34.

Chaque radiateur 15 contenant un échangeur froid 32 est monté sur le module de service 15 du satellite S par une ou des charnières 52 permettant de déployer le radiateur 15 d'une position de stockage, où il est plaqué contre le corps du satellite, par exemple contre une face dite « est » ou « ouest » du module 15, à la position déployée dans laquelle le radiateur 15 est montré sur la figure 1. La liaison (ou les liaisons) entre l'échangeur froid 32 et le reste de la boucle fluide 25 correspondante doit tolérer ce déplacement. Comme montré en figure 4, chaque liaison est constituée par un tronçon souple 50 en hélice de la conduite de la boucle fluide 25. L'utilisation d'une boucle fluide à pompage mécanique 36 permet d'accepter de fortes courbures des conduites de la boucle fluide 25.

La constitution et l'état de surface du radiateur 15 seront adaptés à la température de fonctionnement choisie de façon à obtenir une émissivité élevée. Les revtements utilisés permettant d'obtenir de fortes émissivités à hautes températures sont par exemple : les peintures blanches jusqu'à 160°C, l'aluminium oxydé en surface jusqu'à 240°C. A des températures plus basses, jusqu'à 120°C environ, on peut utiliser un revtement collé de réflecteur optique solaire.

Le dispositif de refroidissement à au moins une boucle fluide monophasique avec au moins un échangeur froid intégré dans au moins un radiateur déployable selon l'invention permet de refroidir un ensemble de TOP standards, c'est-à-dire sans échangeur thermique liquide intégré, ou spécifiques, qui peuvent tre placés selon les besoins dans n'importe quel emplacement dans le satellite, et plus spécifiquement dans son module de charge utile, sans contrainte de proximité vis-à-vis du ou des radiateurs déployables, pouvant tre rabattus, voire déposés grâce à des charnières démontables, mais sans rupture de la ou des boucle (s) fluide (s), pour des essais du satellite au sol.