Domaine technique de l'invention

La présente description concerne un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial et un véhicule spatial comprenant un tel dispositif. De plus, la présente description concerne un procédé de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial. Etat de la technique

De nombreux véhicules spatiaux comme les satellites, les lanceurs, les atterrisseurs, les stations spatiales, les sondes spatiales et les astromobiles (ou « rover » selon l’expression anglaise) sont destinés à évoluer dans un environnement spatial sans atmosphère, aussi appelé « environnement spatial chargeant ».

L’environnement spatial chargeant comprend des particules électriquement chargées pouvant interagir avec le véhicule. En particulier, les satellites sont généralement très sensibles aux électrons de l’environnement spatial chargeant dont l’énergie est comprise entre quelques dizaines d’électrons-volts et quelques centaines de kilo-électrons-volts.

Du fait de l’interaction avec l’environnement spatial chargeant, les véhicules acquièrent une charge électrique, notamment une charge électrique négative, qui peut entraîner des conséquences néfastes si elle n’est pas contrôlée, du fait de l’apparition de courants de fuite et d’arcs électriques pouvant détériorer le véhicule spatial et/ou entrainer des défaillances. Les véhicules spatiaux comprennent en effet généralement une structure conductrice et différents revêtements agencés sur la structure comprenant des matériaux aux propriétés électriques différentes et pouvant se charger à des niveaux différents selon leur capacité à stocker et à émettre des électrons lorsqu’ils subissent l’impact d’électrons et d’ions de l’environnement spatial chargeant. Les niveaux de charge électrique des revêtements dépendent également des positions des revêtements sur le véhicule spatial, avec notamment des différences importantes entre les revêtements exposés au soleil et les revêtements à l’ombre car les revêtements exposés au soleil réémettent une part importante de leur charge négative vers l’environnement spatial chargeant du fait de la photoémission déclenchée par les rayonnements de type ultraviolet du vide (VUV, d’après l’expression anglaise « Vacuum Ultra-Violet ).

L’équilibre entre courants électriques sur chaque revêtement et sur la structure conductrice du satellite régit l’évolution des potentiels électriques de chaque élément. Lorsque la différence de potentiel entre deux éléments atteint un seuil critique, une énergie électrique peut se libérer de façon spontanée et sporadique sous la forme d’une décharge électrostatique (ou « ESD » selon l’expression anglaise « electric static discharge »). La sévérité de la décharge et ses conséquences éventuelles sur le véhicule spatial dépendent de l’amplitude de la décharge, de sa dynamique temporelle, de sa durée et de la proximité d’éléments sensibles du véhicule spatial.

Dans certains cas, la structure du véhicule spatial et tous les éléments conducteurs qui y sont connectés peuvent être chargés négativement par rapport à l’environnement spatial tandis qu’un revêtement externe agencé sur la surface externe de la structure véhicule spatial se retrouve chargé négativement, mais moins négativement que la structure. Dans cette configuration particulière, dite de gradient inverse de potentiel, les risques d’ESD sont spécialement accrus du fait de l’apparition d’un champ électrique entre le revêtement externe et la structure du véhicule spatial qui abaisse la barrière de potentiel que les électrons doivent franchir pour s’échapper du véhicule spatial. Ainsi, dans une configuration de gradient inverse de potentiel, l’émission d’un surplus d’électrons est favorisée au niveau du point où le matériau conducteur, l’isolant et l’environnement spatial chargeant se rencontrent, appelé point triple dans le domaine de l’astronautique. Les configurations de gradient inverse de potentiel sont particulièrement communes pour les panneaux solaires des véhicules spatiaux, dans lesquels un verre de protection externe recouvrant les cellules solaires se charge en général moins négativement que la structure du véhicule spatial.

Afin de limiter les problèmes d’ESD liés à l’acquisition de charges par un véhicule spatial, il est connu d’utiliser un dispositif actif d’émission de charge électrique.

Le brevet US 6,362,574 [REF1] décrit par exemple un dispositif d’émission de charge électrique de type micro-pointes comprenant un ensemble de micro-pointes en matériau conducteur configuré pour être en contact électrique avec la structure du véhicule spatial et une grille conductrice. Dans ce dispositif, une source de tension impose une différence de potentiel entre la grille et l’ensemble de micro-pointes permettant l’émission d’un flux d’électrons depuis les micro-pointes vers l’environnement spatial chargeant. Un tel dispositif permet donc de réduire la charge électrique négative du véhicule spatial.

Cependant, un tel dispositif à micro-pointes présente l’inconvénient d’être un dispositif actif qui est complexe à contrôler et nécessite une source de tension consommant de l’énergie électrique. De plus, lors de l’utilisation d’un tel dispositif, l’émission d’électrons doit être stoppée lorsque le potentiel du véhicule spatial est réduit à zéro afin d’éviter que ledit potentiel n’atteigne des valeurs positives pouvant réattirer les électrons émis par le système. Dans certains cas, le retour des électrons peut se faire sous la forme d’un faisceau focalisé pouvant endommager des systèmes sensibles du véhicule spatial. Le brevet US 8,511,616 [REF 2] divulgue un autre type de dispositif à micro-pointes dans lequel la grille conductrice est reliée électriquement à une plaque conductrice de grande dimension exposée au Soleil et qui émet une grande quantité d’électrons du fait d’un effet de photoémission induit par les rayonnements VUV. Dans cette configuration, la grille conductrice n’a pas besoin d’être alimentée par un générateur de tension. Cependant un tel dispositif ne devient efficace que si la plaque conductrice est suffisamment étendue, ce qui est encombrant et prend une place importante sur le véhicule spatial accueillant le dispositif, au détriment d’autres installations telles que les cellules photovoltaïques.

D’autre part, le brevet US 8,014,121 [REF3] divulgue un dispositif passif de prévention des ESD comprenant un substrat conducteur connecté électriquement à la structure d’un satellite, une couche conductrice en contact électrique avec le substrat, et un matériau diélectrique disposé sur la couche conductrice. Dans un tel dispositif, lorsque l’environnement spatial chargeant vient à charger le satellite négativement, des niveaux de charge électrique différents sont acquis par la couche conductrice et par le matériau diélectrique. De la même manière que pour un gradient inverse de potentiel, un champ électrique apparaît alors entre la couche conductrice et le matériau diélectrique de sorte que l’émission d’électrons depuis la couche conductrice vers l’environnement spatial chargeant est favorisée au niveau du point triple.

Le déposant a observé que ce dispositif, bien qu’étant passif, présente des désavantages liés à une émission d’électrons qui dépend des aspérités du matériau diélectrique et de la couche conductrice et ne peut donc pas être contrôlée, ce qui peut notamment conduire à des effets d’avalanche pouvant endommager le dispositif. Le gradient inverse nécessaire au démarrage de l’émission peut en effet parfois être trop important, ce qui peut conduire à des ESD de forte intensité se produisant sur le dispositif lui -même avant même que le dispositif ne soit mis en fonctionnement, limitant ainsi l’utilité du dispositif à réduire la charge négative d’un véhicule spatial.

Dans ce contexte, la présente description décrit des dispositifs de réduction de la charge d’un véhicule spatial qui résolvent tout ou partie des problèmes des dispositifs selon l’état de la technique.

Résumé de l’invention

Dans la présente description, le terme « comprendre » signifie la même chose que « inclure » ou « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non décrits ou représentés. En outre, dans la présente description, le terme « environ » ou « sensiblement » est synonyme de (signifie la même chose que) présente une marge inférieure et/ou supérieure de 10%, par exemple 5%, de la valeur respective.

Selon un premier aspect, la présente description concerne un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial comprenant : un substrat en matériau conducteur ou semi -conducteur configuré pour être connecté électriquement à une structure conductrice du véhicule spatial ; une première couche formée d’une pluralité de nanotubes de carbone sensiblement orientés perpendiculairement à un plan du substrat, ladite première couche recouvrant au moins partiellement le substrat et étant en contact avec le substrat ; une deuxième couche recouvrant au moins partiellement la première couche et comportant un matériau diélectrique configuré pour émettre des électrons lorsque ledit matériau diélectrique est soumis à un flux extérieur (ER) comprenant des électrons, des ions et/ou des rayonnements ultraviolets du vide (VUV), de telle sorte à conférer à la deuxième couche une charge plus positive que la première couche lorsque le dispositif est soumis audit flux extérieur.

Dans la présente description, le flux extérieur (ER) peut provenir d’un environnement spatial chargeant.

Dans la présente description, on appelle rayonnements « ultraviolets du vide », ou VUV, des rayonnements électromagnétiques comprenant un spectre en longueur d’onde dont la longueur d’onde centrale est comprise entre environ 140 nm et environ 200 nm.

Le déposant a montré que dans un tel dispositif, la synergie entre la première couche et la deuxième couche permet une réduction de la charge du dispositif spatial avec une très bonne efficacité.

Notamment, la présence de nanotubes de carbone tend à accroître le champ électrique à la surface supérieure de la première couche et donc à réduire la barrière de potentiel que les électrons présents dans le substrat doivent franchir pour être évacués du substrat, notamment par effet tunnel ou par effet de champ.

De plus, la présence de la deuxième couche tend à accroître encore plus le champ électrique à la surface supérieure de la première couche, et donc, de nouveau, à réduire la barrière de potentiel que les électrons présents dans le substrat doivent franchir pour être évacués du substrat.

Par ailleurs, les nanotubes de carbones de la première couche produisent une multitude d’effets de pointes favorisant une émission d’électrons régulière et homogène et s’adaptant à chaque instant aux conditions locales les plus favorables, de sorte que les effets d’avalanche sont évités.

Ainsi, un tel dispositif permet, sous l’influence de l’environnement spatial chargeant, une évacuation d’électrons du substrat, ce qui entraîne une réduction de la charge électrique négative du substrat, et une diminution de la différence de potentiel entre la deuxième couche et le substrat. Le substrat étant connecté électriquement à la structure conductrice d’un véhicule spatial, il a la même charge électrique que la structure du véhicule spatial. Ainsi, l’émission d’électrons depuis le substrat vers l’environnement spatial chargeant tend à réduire conjointement la charge négative du substrat et la charge négative du véhicule spatial auquel le substrat est connecté.

Le déposant a montré que l’effet technique résulte d’une pluralité de mécanismes. Une première partie des électrons est émise directement depuis la première couche vers l’environnement spatial chargeant, par exemple via un effet de champ. Une deuxième partie des électrons est émise indirectement depuis la première couche vers l’environnement spatial chargeant, par l’intermédiaire de la deuxième couche. Dans le deuxième cas, un électron se propage depuis la première couche vers la deuxième couche, par exemple par effet tunnel. Ledit électron est alors accéléré par le champ électrique depuis la jonction entre la première couche et la deuxième couche vers la deuxième couche, ce qui entraîne des collisions ionisantes dudit électron avec des molécules comprises dans la deuxième couche. On obtient ainsi l’émission d’un ou plusieurs électrons, appelées électrons secondaires, depuis la deuxième couche vers l’environnement spatial chargeant.

Avantageusement, un tel dispositif fonctionne de manière passive et n’a donc pas besoin d’être alimenté par une source d’énergie comme par exemple, une source de tension ou de courant. C’est l’interaction entre l’environnement spatial chargeant et le dispositif qui produit le champ électrique favorisant l’émission d’électrons depuis le substrat.

De plus, un tel dispositif est efficace tout en étant compact et le dispositif ne nécessite pas de plaque conductrice comme cela peut être le cas dans les dispositifs passifs de type micropointes de l’état de l’art.

Les nanotubes de carbone de la pluralité de nanotubes de carbone sont produits de façon connue par différentes méthodes décrites par exemple dans [REF4], Les méthodes de fabrication comprennent par exemple l'ablation laser, la décharge à l'arc ou la croissance catalytique par dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour « chemical vapor deposition »). Selon un ou plusieurs exemples, le substrat est en métal, par exemple en acier inoxydable, aluminium ou cuivre.

Le substrat peut également être en matériau semi -conducteur, par exemple en silicium, silicium dopé par du bore (dopage de type p), germanium, arséniure de gallium ou carbure de silicium.

Selon un ou plusieurs exemples, une conductivité du substrat en matériau semi -conducteur est supérieure à 0.01 ohm ¹ . cm ¹ .

Selon un ou plusieurs exemples, le substrat est fixé sur la structure conductrice du véhicule spatial.

Dans d’autres exemples de réalisation, le substrat est fixé sur un revêtement isolant et connecté à la structure conductrice du véhicule spatial par l’intermédiaire d’une connexion électrique, par exemple par un fil électrique ou un câble conducteur d’électricité.

Selon un ou plusieurs exemples, le dispositif comprend en outre un composant résistif ayant une résistance électrique supérieure ou égale à 10 k configuré pour connecter électriquement le substrat à la stmcture conductrice du véhicule spatial.

Une telle résistance, appelée résistance de protection dans la présente description, permet d’éviter qu’un courant d’électrons trop élevé soit émis par le dispositif et vienne alors endommager le dispositif, par exemple dans le cas d’un fort flux extérieur.

Selon un ou plusieurs exemples, la résistance de protection comprend un feuillet de matériaux diélectriques.

Dans le cas où le substrat est fixé sur un revêtement isolant et connecté à la structure conductrice du véhicule spatial par l’intermédiaire d’une connexion électrique, la connexion électrique peut comprendre ledit composant résistif connecté en série.

Selon un ou plusieurs exemples, la première couche et/ou la deuxième couche est divisée en plusieurs blocs.

Selon un ou plusieurs exemples, la première couche est divisée en plusieurs blocs, c’est-à- dire en plusieurs sous-ensembles de nanotubes de carbone de même densité de nanotubes, mais séparés les uns des autres latéralement.

Le déposant a observé que la structuration en blocs des nanotubes permet de favoriser l’adhésion de la deuxième couche sur l’ensemble formé de la première couche et du substrat. De plus, une structuration de la pluralité de CNTs en plusieurs blocs permet d’augmenter le nombre de parois latérales de la première couche, et donc d’augmenter le nombre de CNTs se situant sur des parois latérales. Les déposants ont montré que l’émission d’électrons par effet de champ dans un dispositif selon la présente description résulte du champ électrique généré par les pointes individuelles des CNTs et du champ électrique généré, à plus grande échelle, par les arêtes supérieures des parois latérales de la première couche ; une telle structuration en blocs améliore de ce fait l’émission d’électrons par effet de champ.

Selon un ou plusieurs exemples, la première couche est divisée en un nombre de blocs compris entre 2 et 9.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche est divisée en plusieurs blocs, c’est-à- dire plusieurs parties séparées les unes des autres latéralement.

Le déposant a observé qu’une structuration de la deuxième couche permet de réaliser un plus grand nombre de points triples sur les parois latérales de la deuxième couche, au niveau de la jonction entre la première couche, la deuxième couche et l’environnement chargeant. Ainsi, le champ électrique est accru, ce qui augmente l’émission d’électrons par effet de champ au niveau desdites parois latérales.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche est divisée en un nombre de blocs compris entre 2 et 9.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche recouvre entièrement la première couche et vient en contact avec le substrat.

Le déposant a observé qu’un tel arrangement permet de favoriser l’adhésion de la deuxième couche sur l’ensemble formé de la première couche et du substrat. Un tel arrangement est particulièrement avantageux lorsque la deuxième couche est déposée par une technique de dépôt physique en phase vapeur.

Selon un ou plusieurs exemples, le matériau diélectrique de la deuxième couche est l’un parmi : alumine, oxyde de magnésium (MgO), silice, quartz, polydiméthylsiloxane (PDMS), polyétheréthercétone (PEEK).

Le déposant a observé que de tels matériaux diélectriques sont particulièrement avantageux pour acquérir une charge plus positive que la première couche, lorsque le dispositif est exposé à un flux extérieur.

En particulier, il a été observé que de tels matériaux diélectriques ont une bonne capacité à générer de multiples électrons suite à l’impact d’un photon ou électron provenant de l’environnement spatial chargeant et/ou suite à un impact d’un électron provenant de la première couche.

Ainsi, d’une part, ladite deuxième couche tend, sous l’effet de l’environnement spatial chargeant, à se charger positivement sur la surface exposée audit environnement spatial chargeant. Cela entraîne la création d’un champ électrique avantageusement élevé entre la deuxième couche et la première couche, qui favorise ainsi l’émission d’électrons depuis la première couche vers la deuxième couche, par exemple par effet tunnel.

D’autre part, lorsque la deuxième couche tend à générer de multiples électrons secondaires lorsque des électrons se propagent dans la deuxième couche. Chaque électron secondaire peut alors à son tour entraîner la génération d’autres électrons. Cela conduit donc à un autoentretien de l’émission d’électrons, même dans le cas où les conditions extérieures ne sont plus propices à charger positivement la deuxième couche, par exemple dans le cas où le dispositif se retrouve abrité d’une grande partie du rayonnement de l’environnement spatial chargeant.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comporte une épaisseur d’environ 4 micromètres à environ 6 micromètres.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comporte une épaisseur d’environ 5 micromètres.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comporte une épaisseur strictement supérieure à l’épaisseur de la première couche.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comprend au moins un feuillet de matériaux conducteurs.

Selon un ou plusieurs exemples, ledit au moins un feuillet de matériaux conducteurs est agencé pour séparer la deuxième couche en deux parties superposées.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comprend une pluralité de particules conductrices et/ou au moins un feuillet de matériaux conducteurs, ledit au moins un feuillet de matériaux conducteurs étant agencé pour séparer la deuxième couche en deux parties superposées.

Selon un ou plusieurs exemples, le feuillet de matériaux conducteurs comprend un ou plusieurs matériaux choisis parmi : or, argent, cuivre, aluminium.

Selon un ou plusieurs exemples, la deuxième couche comprend une pluralité de particules conductrices.

Selon un ou plusieurs exemples, les particules conductrices sont agencées dans la deuxième couche pour former un maillage bidimensionnel parallèle à la surface de la deuxième couche. Selon un ou plusieurs exemples, les particules conductrices sont agencées dans la deuxième couche pour former un maillage tridimensionnel. La densité d’un tel maillage tridimensionnel peut être uniforme ou non-uniforme dans le volume de la deuxième couche.

Selon un ou plusieurs exemples, les particules conductrices comprennent un ou plusieurs matériaux choisis parmi : or, argent, cuivre, aluminium.

Selon un ou plusieurs exemples, le dispositif comprend, en outre : une unité de mesure configurée pour mesurer un courant débité par le dispositif, c’est- à-dire un courant d’électrons émis depuis le dispositif vers l’environnement spatial chargeant. Un tel arrangement permet d’avoir connaissance du courant dû à l’émission d’électrons par le dispositif. Le déposant a observé que cela permet de vérifier que le courant reste dans des domaines de valeur assurant que les éléments du dispositif comme la première couche et la deuxième couche sont opérationnels et ne subissent pas de dommages irréversibles. Par ailleurs, ce dispositif permet d’informer et alerter sur l’apparition d’une charge électrostatique importante à la surface du satellite due, par exemple, à l’environnement spatial chargeant ou à l’activation d’un système du satellite. Le dispositif peut par exemple servir à alerter les opérateurs de satellite sur le risque encouru par les satellites à proximité dudit satellite du fait de l’environnement spatial chargeant ou à adapter l’utilisation des systèmes du satellite. Selon un ou plusieurs exemples, le dispositif comprend, en outre : un générateur de tension configuré pour porter, en fonctionnement, le substrat à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure conductrice du véhicule spatial ; une unité de mesure configurée pour déterminer le potentiel électrique du véhicule spatial ; et une unité de contrôle configurée pour activer le générateur de tension lorsque le potentiel électrique déterminé par l’unité de mesure est, en valeur absolue, supérieur ou égal à une valeur consigne.

Un tel arrangement optionnel, qui rend le dispositif actif, permet d’améliorer la réduction de la charge électrique négative du véhicule spatial en portant le substrat à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure du véhicule spatial, ce qui favorise l’émission d’électrons depuis le substrat.

Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un véhicule spatial comprenant une structure conductrice et un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon le premier aspect, dans lequel le substrat du dispositif est connecté électriquement à la structure conductrice du véhicule spatial.

Un tel véhicule spatial soumis aux rayonnements présents dans l’environnement spatial chargeant voit sa charge électrique négative réduite via l’émission d’électrons par le dispositif, ce qui évite les effets destructeurs de décharges électrostatiques.

Selon un ou plusieurs exemples, le véhicule spatial comprend en outre : une source lumineuse apte à émettre un rayonnement de type ultraviolet du vide ; dans lequel la source lumineuse est configurée pour charger positivement la deuxième couche du dispositif par rapport au substrat. Une telle source lumineuse remplace ou agit comme complément à l’environnement spatial chargeant pour que le dispositif de réduction de la charge négative du véhicule spatial continue à fonctionner lorsque l’environnement spatial chargeant n’interagit pas de façon suffisante avec le dispositif pour charger positivement la deuxième couche par rapport au substrat. Une telle éventualité peut se produire, par exemple, lorsque le dispositif est à l’ombre du véhicule spatial ou d’un objet céleste.

Selon un ou plusieurs exemples, la source lumineuse est configurée pour être activée en continu ou sur demande.

Selon un troisième aspect, la présente description concerne un procédé de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial utilisant un dispositif selon le premier aspect, le procédé comprenant : la connexion électrique du substrat du dispositif à la stmcture conductrice du véhicule spatial. l’exposition du véhicule spatial à un flux extérieur (ER) d’un environnement spatial chargeant comprenant des électrons, et/ou des ions, et/ou des rayonnements ultraviolets du vide (VUV).

Selon un ou plusieurs exemples, le procédé comprend en outre, l’émission d’un signal d’alerte par le dispositif lorsque la charge électrique du véhicule spatial atteint une valeur seuil prédéterminée.

Brève description des figures

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes :

[Fig. 1], représente un schéma d’un satellite comprenant des exemples de dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description ;

[Fig. 2A], représente un premier mode de réalisation d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description.

[Fig. 2B], représente un deuxième mode de réalisation d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description ;

[Fig. 3A], représente un troisième mode de réalisation d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description ;

[Fig. 3B], représente un quatrième mode de réalisation d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description ;

[Fig. 4], représente un cinquième mode de réalisation d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description ; [Fig. 5], représente un schéma illustrant un principe de fonctionnement d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description ;

[Fig. 6], représente plusieurs configurations d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description.

Les figures annexées sont schématiques et ne sont pas nécessairement à l'échelle, elles visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. D’une figure (fig.) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés, quand cela est possible, par les mêmes signes de référence.

Description détaillée de l’invention

La Fig. 1 représente un véhicule spatial de type satellite 100 soumis à un flux extérieur (ER) provenant d’un environnement spatial chargeant environnant le satellite 100. Le satellite 100 a un corps principal 103 et deux panneaux solaires 101, 102 et comprend une structure interne conductrice. Chacun des panneaux solaires a deux faces 110, 111. Le corps 103 et les faces des panneaux solaires 101, 102 du satellite 100 sont recouverts de divers revêtements. Lorsque le satellite 100 est soumis au flux extérieur (ER), les revêtements ont tendance à se charger positivement ou négativement par rapport à la structure conductrice interne au satellite qui n’est pas exposée au flux extérieur (ER) ; cependant les décharges électrostatiques sont évitées car le surplus d’électrons de la structure conductrice est évacué par des dispositifs 200 de réduction de la charge électrique disposés sur le satellite et conformes à la présente description.

La localisation des dispositifs 200 de réduction de la charge électrique peut être adaptée aux spécificités du véhicule spatial, et est uniquement représentée à titre d’exemple sur la Fig. 1. Par exemple, les dispositifs 200 peuvent être agencés sur des mâts déployés depuis le corps du véhicule spatial.

Bien que dans l’exemple illustré sur la Fig. 1 les dispositifs 200 de réduction de la charge électrique ne soient visibles que sur les faces visibles des panneaux solaires, un ou plusieurs dispositifs peuvent être disposés sur les faces cachées des panneaux solaires.

Bien que dans l’exemple illustré sur la Fig. 1 plusieurs dispositifs 200 de réduction de la charge électrique soient agencés sur le corps 103 et sur les panneaux solaires 101, 102, selon d’autres exemples les dispositifs peuvent être agencés différemment. En particulier, selon certains exemples, le corps 103 et/ou les panneaux solaires 101, 102 peuvent ne comprendre qu’un seul dispositif 200.

Les Fig. 2A, Fig. 2B, Fig. 3A, Fig. 3B et Fig. 4 représentent des dispositifs de réduction de la charge d’un véhicule spatial selon plusieurs modes de réalisation. Dans tous ces modes de réalisation, le dispositif comprend un substrat 201, une première couche 202 agencée sur le substrat et une deuxième couche 203 agencée sur la première couche 202. La deuxième couche 203 peut être au moins partiellement en contact avec le substrat 201 (voir en particulier la Fig. 4 décrite plus loin).

Le substrat 201 comprend un matériau conducteur ou semi -conducteur et est configuré pour être relié électriquement à une structure conductrice d’un véhicule spatial. En particulier, le substrat peut comprendre une plaque de métal, par exemple une plaque d’acier inoxydable, d’aluminium ou de cuivre, ou une plaque semi-conductrice, par exemple une plaque de silicium, de silicium dopé par du bore (dopage de type p), de germanium, d’arséniure de gallium ou de carbure de silicium.

Dans des exemples de réalisation, le substrat, par exemple une plaque en un matériau tel que décrit ci-dessus, est fixé sur la structure conductrice du véhicule spatial.

Dans d’autres exemples de réalisation, le substrat est fixé sur un revêtement isolant et connecté à la structure conductrice du véhicule spatial par l’intermédiaire d’une connexion électrique, par exemple par un fil électrique ou un câble conducteur d’électricité.

Une telle connexion électrique peut comprendre un composant résistif ayant une résistance électrique supérieure ou égale à 10 kQ et connecté en série pour limiter le courant débité par le dispositif. Une connexion par câble électrique permet aussi de connecter une unité de mesure du courant débité par le dispositif

La première couche 202 comprend un ensemble de nanotubes de carbones (CNT), ledit ensemble occupant préférentiellement une surface sensiblement centrée par rapport au substrat.

L’ensemble des CNTs, également appelé forêt de CNTs dans la présente description, comprend des nanotubes de carbones sensiblement orientés perpendiculairement à un plan du substrat 201.

Dans des exemples de réalisation, les CNTs sont produits de façon connue par l'ablation laser, la décharge à l'arc ou la croissance catalytique par dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD pour « chemical vapor deposition »).

[REF5] décrit par exemple un mode opératoire de croissance catalytique sur un substrat en silicium dopé n. La couche précurseur comprend une couche d’aluminium d’épaisseur 10 nm, déposée par pulvérisation sur le substrat et sur laquelle est déposée par une couche en fer d’épaisseur 3 nm. Le substrat avec les couches catalytiques ainsi déposées est ensuite introduit dans un réacteur HFCVD (acronyme de « Hot Filament Chemical Vapor Deposition », c’est-à-dire un dépôt chimique en phase vapeur assisté par filament chaud), dans lequel un mélange d’argon et d’hydrogène à une pression de 3 Torr est introduit. Un traitement plasma est ensuite effectué pendant 2 minutes à 400 °C, afin de former les particules catalytiques à partir desquelles les CNTs vont croître. Pour la croissance des CNTs, un mélange de méthane et d’hydrogène à une pression de 28 Torr est utilisé. La température du filament est par exemple de 2050 °C (degrés Celsius), et celle du substrat de 750 °C (degrés Celsius).

La forêt de CNTs comprend préférentiellement plusieurs feuillets de CNTs formant une couche possédant une hauteur sensiblement uniforme comprise entre environ 5 micromètres et environ 150 micromètres. Le caractère sensiblement uniforme de la hauteur signifie que la distribution des hauteurs des CNTs de la forêt de CNTs a une dispersion inférieure ou égale à environ 10%.

Dans certains exemples, la forêt de CNTs peut être divisée latéralement en plusieurs blocs ou sous-ensembles de nanotubes de carbone, séparés les uns des autres latéralement, afin de favoriser l’adhésion de la deuxième couche 203 sur l’ensemble formé de la première couche 202 et du substrat 201. Par exemple, la forêt de CNTs peut être divisée en 9 blocs disposés selon 3 rangées de 3 blocs.

Les blocs occupent, sur le substrat 201, des surfaces comprises dans des zones carrées ou circulaires ayant des côtés ou diamètres compris entre environ 1 mm et environ 2 mm, par exemple des zones carrées ou circulaires de côtés ou diamètres égaux à environ 1,5 mm. Lorsque la forêt de CNTs est divisée en blocs, lesdits blocs sont séparés préférentiellement par des distances comprises entre environ 1 mm et environ 10 mm, par exemple des distances égales à 5 mm.

La deuxième couche 203 est une couche isolante recouvrant au moins partiellement la première couche 202. La deuxième couche 203 peut comprendre un dépôt d’alumine effectué par exemple par dépôt physique en phase vapeur ou « PVD » selon l’expression anglaise « Physical Vapor Deposition ».

Dans certains exemples, la deuxième couche 203 peut également être divisée en plusieurs blocs.

Ainsi, dans les exemples illustrés sur la Fig. 2A et sur la Fig. 2B, la forêt de CNTs de la première couche 202 ne comprend qu’un seul bloc, c’est-à-dire que la première couche 202 est « monobloc ».

Dans l’exemple illustré sur la Fig. 2A, la deuxième couche 203 recouvre totalement la surface supérieure de la première couche 202 (c’est-à-dire la surface opposée au substrat 201) alors que dans l’exemple illustré sur la Fig. 2B, la deuxième couche 203 comprend deux blocs 203a, 203b recouvrant chacun une partie distincte de la première couche 202.

La configuration de la Fig. 2A permet de recouvrir totalement la première couche par la deuxième couche et ainsi de protéger la première couche de l’environnement extérieur, y compris l’environnement spatial chargeant. De plus, la première couche recouvre la totalité ou la quasi-totalité du substrat, ce qui augmente la densité moyenne de nanotubes de carbone par unité de surface et donc, le champ électrique est augmenté par la présence des nanotubes de carbone sur une plus grande surface.

La configuration de la Fig. 2B permet de réaliser des points triples situés à la jonction entre la première couche, la deuxième couche et l’environnement extérieur, ce qui augmente localement le champ électrique.

Dans les exemples illustrés sur la Fig. 3A et sur la Fig. 3B, la forêt de CNTs de la première couche 202 comprend deux blocs 202a, 202b séparés par une distance prédéterminée. Ladite distance prédéterminée est comprise entre environ 1 millimètre et environ 10 millimètres, par exemple des distances égales à 5 mm.

Dans l’exemple illustré sur la Fig. 3A, les deux blocs 202a, 202b de la première couche 202 sont recouverts par une seule deuxième couche 203 qui comprend un seul bloc.

La configuration de la Fig. 3A a l’avantage de protéger la première couche vis-à-vis de l’environnement extérieur et d’augmenter localement le champ électrique à la périphérie des blocs de la première couche.

Dans l’exemple illustré sur la Fig. 3B, les deux blocs 202a, 202b de la première couche 202 sont chacun recouvert par un des deux blocs 203a, 203b de la deuxième couche 203, respectivement.

La configuration de la Fig. 3B a l’avantage d’augmenter le champ électrique à la périphérie des bocs de la première couche et aux points triples situés à la jonction entre la première couche, la deuxième couche et l’environnement extérieur, ce qui augmente localement le champ électrique.

Dans l’exemple illustré sur la Fig. 4, la forêt de CNTs de la première couche 202 comprend deux blocs 202a, 202b. De plus, la deuxième couche 203 est agencée pour recouvrir à la fois la surface supérieure des deux blocs 202a, 202b et les parois latérales des deux blocs 202a, 202b, de sorte à venir en contact avec le substrat 201. Dans cet exemple, la deuxième couche 203 peut aussi être imbriquée dans la première couche 202 de sorte que les CNTs sont séparés les uns des autres par le matériau diélectrique de la deuxième couche 203. Dans l’exemple illustré sur la Fig. 4, la deuxième couche est préférentiellement une couche d’alumine déposée, par exemple, par déposition physique en phase vapeur. La couche d’alumine a préférentiellement une épaisseur d’environ 5 micromètres. Le déposant a observé qu’une telle épaisseur permet d’obtenir de bonnes performances en termes d’émission électronique.

Dans l’exemple illustré sur la Fig. 4, la deuxième couche 203 peut aussi être une couche de PDMS déposée, par exemple au moyen d’une seringue, sur le substrat 201 et la première couche 202.

Le déposant a observé qu’une couche d’alumine d’une épaisseur d’environ 5 micromètres est également avantageuse dans les exemples de dispositifs illustrées dans les Figs. 2A-2B et Figs. 3A-3B.

La configuration de la Fig. 4 permet, en particulier, de faciliter l’adhésion de la deuxième couche sur l’agencement formé par le substrat et la deuxième couche et d’augmenter le champ électrique à la périphérie des blocs de la première couche, c’est-à-dire au niveau des parois latérales de la première couche.

De plus, dans des exemples non illustrés, il est possible d’avoir un dispositif de réduction de la charge d’un véhicule spatial comprenant une première couche monobloc et une deuxième couche qui est agencée pour recouvrir à la fois la surface supérieure de la première couche et les parois latérales de la première couche monobloc, de sorte à venir en contact avec le substrat afin d’augmenter la surface du substrat qui est recouverte par la première couche, ce qui augmente la densité moyenne de CNTs par unité de surface du substrat.

Dans ces exemples, de façon similaire au dispositif illustré dans la Fig. 4, la deuxième couche peut aussi être imbriquée dans la première couche de sorte que les CNTs sont séparés les uns des autres par le matériau diélectrique de la deuxième couche.

La Fig. 5 représente, selon un exemple, le principe de fonctionnement d’un dispositif de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial dans le cadre de l’exemple de dispositif illustré sur la Fig. 2B, c’est-à-dire un dispositif comprenant une première couche 202 avec un seul bloc et une deuxième couche avec deux blocs 203a, 203b. Le principe de fonctionnement décrit s’applique néanmoins aux autres exemples de dispositifs décrits dans la présente description.

Dans l’exemple illustré dans la Fig. 5, des flux extérieurs (ER) provenant d’un environnement spatial chargeant interagissent avec la première couche 202 et la deuxième couche 203 du dispositif pour provoquer, par impact d’électrons ou de photons, l’émission d’électrons d’impact (I-E) et, par effet de champ, l’émission d’électrons d’effet de champ (F- E).

Comme illustré sur la Fig. 5, sous l’influence du flux extérieur (ER), la deuxième couche 203a, 203b peut émettre un ou plusieurs électrons d’impact (I-E), représentés par des flèches pleines. La deuxième couche comprend à cet effet un matériau diélectrique ayant des propriétés électriques lui conférant une forte capacité à émettre des électrons après impact d’électrons ou d’ions ou de photons provenant d’un environnement spatial chargeant. Ainsi, le flux extérieur (ER) tend à produire une grande quantité de charges positives sur la ou les parties de la deuxième couche les plus exposées au flux extérieur (ER), en particulier la surface supérieure de la deuxième couche 203a, 203b, ce qui amène ladite ou lesdites parties à se charger plus positivement que les autres parties de la deuxième couche et que la première couche.

La différence de charge entre les différentes parties de la deuxième couche et la première couche entraîne alors la formation d’un champ électrique (E) dirigé depuis la surface supérieure de la deuxième couche 203a, 203b vers la première couche 202 et qui favorise l’émission d’électrons par effet de champ (F-E), représentée par des flèches en pointillés. Comme illustré sur la Fig. 5, la deuxième couche du dispositif selon l’invention comprend des matériaux capables de générer des électrons d’impact (I-E) dans son propre volume. En particulier, lorsqu’un électron d’effet de champ (F-E) émis dû au champ électrique (E) se propage dans la deuxième couche 203a, 203b, il est accéléré par le champ électrique (E) et génère, par collisions ionisantes, des porteurs de charges libres positifs (trous) et négatifs (électrons d’impact I-E). Les électrons ainsi formés se déplacent alors à leur tour dans la deuxième couche 203a, 203b sous l’effet du champ électrique en effectuant de nouvelles collisions ionisantes ou en se recombinant avec les trous. Lorsque les collisions ionisantes ne sont pas compensées par la recombinaison des charges, la densité des porteurs de charge électrique augmente.

La deuxième couche 203 du dispositif selon l’invention comprend des matériaux choisis pour avoir un taux de génération de porteur de charges libres supérieur au taux de recombinaison de telle sorte qu’une grande partie des électrons générés suite aux collisions ionisantes peut atteindre la surface supérieure de la deuxième couche 203 et être évacuée vers l’environnement spatial chargeant, rendant ainsi plus positive la charge de la deuxième couche 203 et augmentant d’autant plus le champ électrique (E).

Ce phénomène permet un auto-entretien de la génération de charge au sein de la deuxième couche même lorsque les conditions extérieures ne favorisent plus la génération de charge. Une telle spécificité du dispositif peut se comprendre par l’effet Malter [REF6] qui explique l’émission importante d’électrons de certains matériaux se présentant par exemple sous la forme d’un feuillet très fin (quelques nanomètres à plusieurs micromètres), sous l’irradiation par un faisceau d’électrons, de photons ou d’ions et ce même après l’arrêt du faisceau. Le phénomène s’entretient donc tant que la charge de la première couche 202 (et du substrat 201) reste plus négative que l’environnement spatial chargeant environnant le dispositif.

Le déposant a observé que l’alumine est un matériau particulièrement avantageux qui permet d’obtenir les trois effets précédemment cités. L’oxyde de magnésium est aussi un matériau particulièrement avantageux d’après ses propriétés connues.

De plus, dans la Fig. 5, des électrons F-E émis vers l’environnement externe par la première couche à proximité des points triples situés à la jonction entre la première couche, la deuxième couche et l’environnement extérieur entrent en collision avec la surface de la deuxième couche, ce qui génère une émission d’électrons par impact I-E, ce qui rend lesdites surfaces d’impact plus positives, en particulier lorsque l’on choisit un matériau ayant une fort pouvoir d’émission d’électrons sous impacts d’électrons pour constituer la deuxième couche. Cela augmente le champ électrique au voisinage du point triple et augmente alors l’émission d’électrons par effet de champ.

De plus, le déposant a montré que la présence de nanotubes de carbone tend à accroître le champ électrique (E) à la surface de la première couche, et donc coopère avec la deuxième couche pour réduire encore davantage la barrière de potentiel que les électrons présents dans le substrat doivent franchir pour être évacués du substrat, notamment par effet tunnel ou par effet de champ.

Par ailleurs, les nanotubes de carbones de la première couche produisent une multitude d’effets de pointes favorisant une émission d’électrons régulière et homogène et s’adaptant à chaque instant aux conditions locales les plus favorables, de sorte que les effets d’avalanche sont évités.

La Fig. 6 est un schéma illustrant plus précisément trois exemples de configurations (306, 307, 308) pour la mise en œuvre d’un dispositif de réduction 200 de la charge d’un véhicule spatial 300 selon la présente description. Dans toutes les configurations, le dispositif comprend un substrat 201, une première couche 202 formée d’une pluralité de nanotubes de carbone, et une deuxième couche 203 comportant un matériau diélectrique conformes à la présente description, et dont des exemples ont été décrits ci-dessus. Ces trois configurations présentent en particulier trois manières de connecter le dispositif de réduction de la charge au véhicule spatial. Selon l’application visée et les contraintes techniques en découlant, l’une ou l’autre des configurations peut être préférée.

Dans l’exemple de la Fig. 6, les trois configurations sont possibles avec un même dispositif de réduction de la charge agencé sur un véhicule spatial donné, par exemple un satellite, et un utilisateur peut sélectionner l’une ou l’autre des configurations au moyen d’un circuit électrique comprenant un commutateur. Dans l’exemple de la Fig. 6, le commutateur est dans une position sélectionnant la configuration 306 mais peut, dans le cas général, être commuté pour sélectionner l’une des configurations 306, 307 ou 308.

Selon certains exemples, le dispositif de réduction de la charge ne permet qu’une seule des trois configurations, qui est choisie selon l’application souhaitée.

Dans une première configuration 306, comme illustré sur la Fig. 6, le substrat 201 est directement relié à la stmcture conductrice 301 du véhicule spatial 300. Dans cette configuration, le dispositif fonctionne de manière passive, et émet des électrons (e-) sous l’action du flux extérieur ER sans alimentation externe comme cela a été décrit précédemment, par exemple au moyen de la Fig. 5. Cette configuration permet de restituer à l’environnement extérieur ER des électrons collectés par le satellite dès lors que le satellite atteint un potentiel suffisamment négatif. Cette configuration limite donc la charge négative du satellite. Cette configuration ne comprend pas d’unité de mesure et est donc particulièrement simple. Cette configuration est donc particulièrement avantageuse dans le cas où il est souhaité de limiter la consommation énergétique du dispositif.

Dans une deuxième configuration 307, le dispositif comprend un substrat 201 qui est relié à la structure conductrice 301 du véhicule spatial 300 via une unité de mesure 305 configurée pour mesurer le courant d’électrons débité par le dispositif 200. Dans cette deuxième configuration, le dispositif 200 fonctionne également de manière passive, et émet des électrons (e-) sous l’action du flux extérieur ER. De plus, le courant débité par le dispositif 200 est mesuré. La deuxième configuration permet donc d’avoir connaissance du courant dû à l’émission d’électrons par le dispositif ce qui permet de vérifier que le courant reste dans des domaines de valeur assurant que les éléments du dispositif comme la première couche et la deuxième couche sont opérationnels et ne subissent pas de dommages irréversibles. La deuxième configuration 307 permet en outre d’informer un utilisateur sur la survenue éventuelle d’une charge électrostatique importante du véhicule spatial, par exemple du fait de l’environnement spatial chargeant ou de l’activation d’un système sur le véhicule spatial. L’information de l’utilisateur sur la charge électrostatique importante peut par exemple être effectuée via l’affichage d’un signal d’alerte par l’unité de mesure lorsque la charge électrique du véhicule spatial atteint une valeur seuil prédéterminée.

Dans une troisième configuration 308, le dispositif comprend un substrat 201 qui est relié à la structure conductrice 301 du véhicule spatial 300 via une unité de mesure 304 configurée pour mesurer un courant débité par le dispositif 200 et un potentiel électrique du véhicule spatial 301. Bien que, sur la Fig. 6, l’unité de mesure 304 soit représentée comme une unité de mesure du courant, elle est également adaptée à la mesure d’une tension.

De plus, le substrat 201 est relié à la structure conductrice 301 via un générateur de tension 303 configuré pour, lorsqu’il est en fonctionnement, porter le substrat 201 à un potentiel électrique négatif par rapport à la structure 301 du véhicule spatial.

Le générateur de tension 303 est relié à une unité de contrôle 302 configurée pour activer le générateur de tension 302 lorsque le potentiel électrique déterminé par l’unité de mesure 304 est, en valeur absolue, supérieur ou égal à une valeur consigne.

La troisième configuration 308 permet d’améliorer la réduction de la charge électrique négative du véhicule spatial en chargeant négativement le substrat par rapport à la structure du véhicule spatial, ce qui favorise l’émission d’électrons depuis le substrat.

Les Fig. 7A, Fig. 7B et Fig. 8 sont des courbes illustrant des résultats expérimentaux obtenus lors de tests de deux dispositifs de réduction de la charge électrique selon la présente description.

Pour ces tests, les dispositifs comprennent un substrat en acier inoxydable poli de dimensions 23 mm de diamètre et 3 mm d’épaisseur. La première couche est obtenue par croissance dépôt catalytique sur le substrat de 9 disques de 1.4 mm de diamètre séparés de 5 mm les uns des autres et formant une matrice de 3x3 disques. 9 blocs de nanotubes de carbone alignés verticalement sont ainsi obtenus par croissance catalytique, avec une hauteur moyenne des nanotubes de carbone de 10 pm à 50 pm. La deuxième couche comprend une couche en alumine de 5 pm d’épaisseur déposée sur toute la surface du substrat par PVD (acronyme de « physical vapor deposition » en anglais soit pulvérisation cathodique ou dépôt physique en phase vapeur).

Dans la suite on considère deux dispositifs (dispositif 1 et dispositif 2) pour lesquels les nanotubes de carbone ont été produits par deux procédés sensiblement différents mais dans les spécifications mentionnées au-dessus.

Le dispositif est monté sur une structure conductrice d’une maquette d’un nanosatellite. Le contact électrique avec le substrat est effectué au moyen de câbles conducteurs. La maquette de nanosatellite est équipée d’un système électronique permettant d’activer ou désactiver la connexion électrique entre le dispositif et la structure conductrice du satellite, par ouverture/fermeture de relais. La maquete de nanosatellite est placée dans un caisson à vide de grandes dimensions (cylindre de 3.4 m x 2 m).

Dans un premier test, la maquette de nanosatellite est connectée à un générateur de tension négative simulant une charge négative constante du satellite de 0 à -150 V. On relie tour à tour chaque dispositif 1 et 2 à la structure conductrice de la maquette de nanosatellite. Une source de plasma composé d’ions Argon et d’électrons est utilisée pour charger positivement la deuxième couche du dispositif par rapport à la maquette de nanosatellite, grâce à une densité, une température et une vitesse du plasma de 10 ^A l 1 m ^A -3, 1 eV et 10 km/s respectivement. Ces caractéristiques reproduisent un plasma de type ionosphérique. Après quelques secondes dans ces conditions, chaque dispositif émet un courant de quelques dizaines de microampères.

La Fig. 7A illustre l’évolution du courant émis par le dispositif 1 pour une tension appliquée à structure conductrice de la maquette de nanosatellite de -100 V.

Un exemple typique de test d’une durée de 5 minutes est donné sur cette figure 7A. A t = 0, une tension de -100 V est appliquée. A t = 60s, la source plasma est activée. En l’espace de quelques secondes le courant émis par le dispositif 1 s’établit à plus de 40 pA. A t = 240 s, la source plasma est arrêtée. Le courant émis par le dispositif 1 diminue à 30 pA puis se stabilise de nouveau. C’est l’effet de rémanence décrit dans l’invention et relié à l’effet Malter qui se poursuit après la suppression de la source à l’origine du phénomène, tant que la connexion électrique entre le dispositif et la structure conductrice de la maquette de nanosatellite est activée et que la structure conductrice de la maquette de nanosatellite est polarisée négativement.

La Fig. 7B montre le courant émis par les dispositifs 1 et 2 après quelques secondes d’activation de la source plasma pour des tensions appliquées à la structure conductrice de la maquette de nanosatellite variant de 0 V à - 150 V. La valeur absolue de la tension appliquée est représentée en abscisse. La connexion électrique entre la structure conductrice de la maquette de nanosatellite et chacun des deux dispositifs 1 et 2 est tour à tour activée. Les deux dispositifs 1 et 2 émettent chacun un courant de plus de 100 pA pour une tension appliquée à la structure conductrice de la maquette de nanosatellite, connectée électriquement tour à tour à chaque dispositif, plus négative que -110 V. Cela montre que les dispositifs sont efficaces pour évacuer des électrons d’un satellite chargé négativement et plongé dans un plasma de type ionosphérique.

Il apparaît sur la Fig. 7B que les dispositifs 1 et 2 ont donné de très bons résultats (respectivement courbes 71, 72). L'émission est exponentielle en fonction de la tension appliquée à la maquette de nanosatellite pour les 2 dispositifs, ce qui est prédit par la théorie de l'émission par effet de champ. Même si l'émission démarre un peu plus tard pour le dispositif 1, il faut retenir qu'il est capable d'émettre 100 pA pour un potentiel satellite de - 110 V. Le dispositif 2 émet quant à lui 100 pA pour un potentiel satellite de -90 V. La différence est infime au regard des potentiels de plusieurs centaines de volts négatifs qu'un satellite peut acquérir dans l'espace. Les 2 dispositifs sont efficaces. La technologie est robuste.

Dans un deuxième test, la maquette de nanosatellite est isolée de la masse électrique du laboratoire.

La Fig. 8 représente le potentiel de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite en fonction du temps.

On effectue la séquence suivante. A t < 0 s, un canon à électron est utilisé pour charger la structure conductrice de la maquette de nanosatellite négativement par rapport au caisson à vide, grâce à un faisceau d’électrons d’énergie de 5 keV et une densité de courant de l’ordre de 1 nA/cm ^A 2. Ces caractéristiques sont représentatives des flux d’électrons générant la charge négative des satellites en orbite. Se trouvant à l’opposé de la face de la maquette de nanosatellite irradiée par le faisceau d’électrons, le dispositif 1 n’est pas soumis au faisceau d’électrons. Dans ces conditions la structure conductrice de la maquette se charge à -1100 V. A t = 0 s, le faisceau de VUV est utilisé pour irradier la face de la maquette de nanosatellite sur laquelle se trouve le dispositif 1. Le faisceau VUV réduit légèrement le potentiel de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite de laquelle il extrait des électrons par photoémission avec un courant de l’ordre de 1 nA/cm ^A 2. Ce flux est représentatif des conditions spatiales. Dans ces conditions, la structure conductrice de la maquette de nanosatellite se charge à -900 V. Le faisceau VUV est utilisé pour charger positivement la deuxième couche du dispositif 1 par rapport à la maquette de nanosatellite. A t = 180 s, le dispositif 1 est connecté électriquement à la masse électrique de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite. La charge de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite diminue à -350 V +/- 100 V après environ 30 secondes. A t = 540 s, la source VUV est stoppée. Le potentiel de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite s’établit à -600 V +/- 100 V. On observe que la réduction du potentiel se poursuit malgré l’arrêt de la source VUV ayant servi à initier l’émission d’électrons par le dispositif 1. A t = 840 s, le dispositif 1 est déconnecté électriquement de la masse de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite. Le potentiel de la structure conductrice de la maquette de nanosatellite s’établit instantanément à -1100 V sous l’effet du faisceau d’électrons qui irradie toujours la face de la maquette de nanosatellite non pourvue du dispositif. Cela démontre l’ efficacité du système lorsque la première couche du dispositif est reliée électriquement à la structure conductrice du satellite

Bien que décrite à travers un certain nombre d’exemples de réalisation, les procédés et les dispositifs de réduction de la charge électrique d’un véhicule spatial selon la présente description comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention telle que définie par les revendications qui suivent.

Références

[REFI] AGUERO, Victor Manuel et ADAMO, Richard Cosmo. System for emitting electrical charge from a space object in a space plasma environment using micro-fabricated gated charge emission devices. U.S. Patent No 6,362,574, 26 mars 2002.

[REF2] ADAMO, Richard Cosmo Solar Powered Excess Electron Emission Device. U.S. Patent 8,511,616, 20 août 2013.

[REF3] CHO, Mengu, SANMARU, Yuya, HOSODA, Satoshi, et al. Electrical discharge countermeasure device. U.S. Patent No 8,014,121, 6 sept. 2011.

[REF4] Bonard, J. M., Kind, H., Stôckli, T., & Nilsson, L. O. (2001). Field emission from carbon nanotubes: the first five years. Solid-State Electronics, 45(6), 893-914.

[REF5] Nguyen Tuan Hong, Ken Ha Koh, and Soonil Lee, Fast Growth of Millimeter-Long Vertically-Aligned Carbon Nanotubes via Hot Filament Chemical Vapor Deposition, J.

Korean Phys. Soc. 53, 3603 (2008).

[REF6] Louis Malter, “Thin Film Field Emission” Phys. Rev. 50, 48 - Published 1 July 1936.