^' engin spatial

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'un engin spatial.

Bien que non exclusivement, la présente invention s'applique plus particulièrement à une coque faisant partie d'un réflecteur d'antenne d'un engin spatial tel qu'un satellite de télécommunication, en particulier d'un réflecteur d'antenne de grande dimension.

On sait que les réflecteurs d'antenne comportent, généralement, une coque comprenant une surface rigide, qui est réfléchissante (pour certaines ondes électromagnétiques), et des éléments de renfort (ou structure) prévus à l'arrière de la coque, qui participent au maintien de la coque et à la liaison avec le satellite.

Cette géométrie de réflecteur d'antenne peut être utilisée dans une large plage de bandes de fréquences, entre 1GHz et 60GHz (bandes L, S, C, X, Ku, Ka, Q, V).

Les réflecteurs d'antenne doivent répondre à des spécifications strictes concernant à la fois la réflectivité des ondes électromagnétiques sur la surface réfléchissante, et la tenue mécanique de l'ensemble du réflecteur (coque et structure) aux sollicitations mécaniques et acoustiques induites par les lanceurs spatiaux.

La coque d'un réflecteur d'antenne est, généralement, constituée d'une structure de type sandwich, formée d'un élément central en nid- d'abeilles sur lequel sont apposées une peau avant et une peau arrière. Chacune de ces peaux est constituée d'un ou de plusieurs plis (ou couches) de matériau composite pourvu de fibres, notamment de carbone. Chaque pli peut être un pli unidirectionnel ou un pli tissé. Le choix des matériaux constituant la peau avant (à savoir la surface réfléchissante) de la coque doit permettre de garantir une réflexion appropriée des ondes électromagnétiques.

La grande dimension des réflecteurs et donc de la coque induit des contraintes mécaniques importantes sur le réflecteur lors du lancement du satellite. Ces contraintes mécaniques sont, en particulier, dues à des sollici- tations acoustiques (effet peau de tambour). Les efforts acoustiques peuvent correspondre aux cas les plus critiques de dimensionnement mécanique du réflecteur.

Pour ce type de réflecteur, les contraintes induites par les sollicitations acoustiques deviennent largement supérieures aux contraintes induites par les autres sollicitations mécaniques.

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient et de permettre la fabrication d'une coque de réflecteur de grande dimension qui est peu sensible aux sollicitations acoustiques, et pour laquelle les contraintes induites par les autres sollicitations existant sont supérieures aux sollicitations acoustiques. Plus précisément, on cherche à diminuer l'impact des sollicitations acoustiques, sans pour autant augmenter l'impact des autres sollicitations.

Pour ce faire, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, ladite coque comprenant une structure de type sandwich, pourvue d'un élément central (ou âme) et de deux peaux agencées de part et d'autre dudit élément central et comprenant une peau dite peau avant, ladite peau avant étant réfléchissante pour des rayonnements électromagnétiques et étant réalisée en un matériau composite.

Selon l'invention, ledit procédé de fabrication comprend une étape de perforation consistant, lors de la fabrication de la coque, à perforer la coque de manière à y pratiquer une pluralité de trous traversant entièrement la coque. Ainsi, grâce à l'invention, en réalisant une coque ajourée, c'est-à-dire percée de nombreux trous, de faible dimension comme précisé ci-dessous, on diminue l'impact des sollicitations acoustiques s'appliquant sur la coque du réflecteur. Ainsi, l'effet peau de tambour est largement diminué, car les ondes acoustiques (c'est-à-dire les ondes de pressions d'air) peuvent traverser la coque du réflecteur. De plus, l'impact des sollicitations acoustiques est diminué, sans pour autant augmenter l'impact des autres sollicitations.

De plus, une coque ajourée permet la dissipation d'une partie des efforts s'appliquant sur la coque par amortissement visqueux de l'air ou par résonance dans l'épaisseur d'une coque comprenant un élément central constitué par exemple d'un nid-d'abeilles, ce qui diminue également l'impact des efforts sur le réflecteur.

Dans un mode de réalisation préféré, l'élément central (de préférence en nid-d'abeilles) de la coque est pourvu d'ouvertures traversantes, et la perfo- ration de la coque consiste à réaliser, successivement, la perforation de l'une et de l'autre desdites peaux. Il est également envisageable de réaliser en même temps la perforation des deux peaux.

Dans un premier mode de réalisation (préféré), la perforation (lors de l'étape de perforation) est réalisée à l'aide d'au moins un laser.

Dans ce premier mode de réalisation :

- l'étape de perforation consiste à réaliser un déplacement relatif entre le laser et la coque à perforer ; et/ou

- la perforation consiste à prévoir et à maintenir un écartement constant entre une surface externe de l'une desdites peaux à perforer et le laser, cet écarte- ment étant sensiblement égal à la distance focale du laser.

Par ailleurs, dans un second mode de réalisation, la perforation est réalisée à l'aide d'au moins un outil mécanique.

En outre, avantageusement :

- la perforation est réalisée après une polymérisation du matériau composite au moins de la peau avant ; et/ou

- la perforation consiste à pratiquer des trous de section ronde dans lesdites peaux ; et/ou

- la perforation consiste à pratiquer des trous répartis dans lesdites peaux selon une répartition régulière donnée. De préférence, la répartition régulière des trous est adaptée à l'agencement de fibres dans le matériau composite constituant la peau correspondante ; et/ou

- la perforation consiste à pratiquer des trous allongés présentant une direction générale longitudinale, la direction générale longitudinale de chacun desdits trous étant sensiblement normale à une surface externe de la peau correspondante ; et/ou

- la perforation est mise en uvre de façon automatisée suivant un programme préétabli.

La présente invention concerne également une coque de réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'engin spatial, obtenue par la mise en œuvre du procédé précité, c'est-à-dire une coque ajourée, ladite coque ajourée comprenant une structure de type sandwich, pourvue d'un élément central et de deux peaux agencées de part et d'autre dudit élément central et comprenant une peau dite peau avant, ladite peau avant étant réfléchissante pour des rayonnements électromagnétiques et étant réalisée en un matériau composite.

La présente invention concerne, en outre :

- un réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, comportant une coque telle que précitée ; et

- un engin spatial, en particulier un satellite, comporte au moins un tel réflecteur d'antenne.

Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique partielle, en coupe, d'une coque de réflecteur d'antenne.

La figure 2 est une vue schématique, en perspective, d'une structure sandwich d'une coque.

La figure 3 est une vue schématique, en plan, d'une partie d'un élément central d'une coque.

La figure 4 est une vue partielle schématique, en perspective, d'une partie d'une peau perforée d'une coque.

La figure 5 est une vue partielle, en coupe, montrant schématique- ment une perforation de la coque.

La figure 6 montre schématiquement un dispositif pour mettre en oeuvre une étape de perforation lors d'un procédé de fabrication d'une coque.

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une coque 1 d'un réflecteur d'antenne, en particulier d'une antenne d'un engin spatial, comme représenté schématiquement sur la figure 1.

Plus particulièrement, bien que non exclusivement, cette coque peut faire partie d'un réflecteur d'antenne d'un engin spatial tel qu'un satellite de télécommunication, en particulier d'un réflecteur d'antenne de grande dimension.

Un tel réflecteur d'antenne comprend, généralement :

- une coque 1 représentant une structure (ou panneau) rigide pourvue d'une surface réfléchissante sur une. face 2 dite face avant ; et

- des éléments de renfort (non représentés) qui sont agencés à une face arrière 3 de la coque 1 , opposée à la face avant 2. Ces éléments de renfort participent au maintien de la coque 1 et à la liaison avec le satellite. Ces éléments de renfort sont connus et pas décrits davantage dans la présente description.

Dans un mode de réalisation préféré, la coque 1 comprend une structure 4 de type sandwich. Comme représenté sur la figure 2, cette structure 4 est pourvue d'un élément central (ou âme) 5, précisé ci-après, et de deux peaux 6 et 7 agencées de part et d'autre dudit élément central 5, à savoir :

- une peau dite avant 6 qui est agencée au niveau de la face avant 2 de la coque 1 et qui est apte à recevoir et renvoyer les rayonnements électroma- gnétiques reçus par le réflecteur d'antenne ; et

- une peau dite arrière 7 qui est agencée au niveau de la face arrière 3 de la coque 1 et qui est destinée notamment à recevoir les éléments de renfort.

La peau avant 6 est donc configurée pour être réfléchissante pour des rayonnements électromagnétiques présentant des fréquences adaptées à la ou aux bandes de fréquence prévues d'être réfléchies par le réflecteur, et elle est réalisée en un matériau composite.

Dans un mode de réalisation préféré, la peau arrière 7 est également réalisée en un matériau composite.

De préférence, la structure 4 de type sandwich comprend un élément central (ou âme) 5 de type NIDA (structurel et transparent aux ondes électromagnétiques) renforcé par les deux peaux 6 et 7, de préférence préimprégnées de fibres de carbone/matrice époxy. La structure NIDA (c'est-à- dire en nid-d'abeilles) est pourvue d'une pluralité d'alvéoles 8 de forme hexagonale, comme représenté sur la figure 3, ce qui permet de renforcer la résis- tance de la coque 1 tout en garantissant une légèreté maximale.

Pour des raisons de simplification du dessin, la structure 4 est représentée sous forme générale rectangulaire sur la figure 2. Bien entendu, dans le cas d'une coque de réflecteur d'antenne, cette structure 4 présente une forme générale circulaire, par exemple avec un diamètre de l'ordre de deux à trois mètres, et elle est incurvée en section transversale (comme montré sur la figure 1).

Les étapes générales du procédé de fabrication de la coque 1 , excepté une étape de perforation précisée ci-dessous, qui sont des étapes usuelles connues de l'homme du métier et adaptées notamment au matériau consti- tuant la structure 4 de la coque 1 , ne sont pas décrites davantage dans la présente description. A titre d'illustration, un procédé de fabrication usuel particulier peut permettre de fabriquer la coque avec du matériau composite à base de fibre de carbone et de résine. Il peut utiliser, pour cela, des plis unidirectionnels ou des tissus qui sont drapés sur un moule et polymérisés.

Selon l'invention, le procédé de fabrication de la coque 1 comprend au moins une étape de perforation consistant à perforer la coque 1 de manière à y pratiquer une pluralité de trous 9 traversant, comme représenté en partie sur la figure 4.

L'élément central 5 de la coque 1 est pourvu d'ouvertures traversantes, notamment des alvéoles 8 (figure 3) dans le cas d'une structure en nid-d'abeilles, et la perforation de la coque 1 (mise en œuvre lors de cette étape de perforation) consiste à réaliser successivement la perforation de l'une et de l'autre desdites peaux 6 et 7, de préférence en perforant d'abord l'une des peaux (par exemple la peau 6) puis en retournant la structure 4 pour perforer l'autre peau (par exemple la peau 7) avec le même dispositif ou outil. La figure 4 illustre schématiquement une partie d'une peau 6, 7 ainsi perforée.

Il est également envisageable de réaliser les perforations des deux peaux 6 et 7 en même temps (à savoir une passe par face, ou une passe pour les deux faces).

Par conséquent, en fabriquant une coque 1 ajourée, c'est-à-dire percée de nombreux trous, de plus de faible dimension comme indiqué ci- dessous, on diminue l'impact des sollicitations acoustiques s'appliquant sur la coque 1. L'effet peau de tambour est largement diminué, car les ondes acoustiques (c'est-à-dire les ondes de pressions d'air) peuvent traverser la coque 1 , comme illustré par une flèche F sur la figure 5. Les ondes acoustiques traversent les trous 9 de la peau avant 6, puis les ouvertures 8 de l'élément central 5, et enfin les trous 9 de la peau arrière 7. Pour ce faire, il n'est pas nécessaire que les trous 9 des peaux 6 et 7 (et notamment D1 et D2) soient respec- tivement alignés, comme cela est le cas dans l'exemple particulier de la figure 5.

De plus, l'impact des sollicitations acoustiques est ainsi diminué sans pour autant augmenter l'impact des autres sollicitations, en particulier sans ajouter de plis composite carbone de renfort sur le réflecteur (ce qui alourdirait le réflecteur).

En outre, une coque 1 ajourée permet de dissiper une partie des efforts s'appliquant sur la coque 1 par amortissement visqueux de l'air ou par résonance dans l'épaisseur de l'élément central 5 (constitué de préférence d'un nid-d'abeilles), ce qui diminue également l'impact des efforts sur le réflecteur.

La perforation est réalisée après une polymérisation du matériau composite (constitué de fibres et de résine) des peaux 6 et 7.

Dans un premier mode de réalisation, la perforation de la coque 1 est réalisée à l'aide d'au moins un outil mécanique usuel (non représenté), utilisant par exemple un foret.

En outre, dans un second mode de réalisation préféré, la perforation de la coque 1 est réalisée à l'aide d'au moins un laser 10, comme représenté sur la figure 6. Ce laser 10 fait partie d'un dispositif de perforation 11.

Grâce à l'utilisation du laser 10, on obtient une méthode particulièrement rapide pour perforer la coque 1.

Dans ce second mode de réalisation préféré, l'étape de perforation consiste à mettre en oeuvre un déplacement relatif entre le laser 10 et la coque 1 à perforer dans un plan P (sensiblement parallèle au plan de la coque).

Ce déplacement est mis en œuvre par des moyens appropriés, en particulier des moyens mécaniques 12 ou des moyens optiques. Les moyens mécaniques 12 peuvent comprendre un ensemble de guides 13 et un ensemble de moyens moteurs 14, par exemple un ou plusieurs moteurs élec- triques, pour déplacer le laser 10 sur cet ensemble de guides 13, comme représenté schématiquement sur la figure 6. Sur l'exemple de la figure 6, le laser 10 est déplacé au-dessus de la coque 1 selon un sens et une direction, illustrés par une flèche E.

En amont de la position courante du laser 10 (le long de la direction E), les trous 9 sont déjà pratiqués. La perforation est réalisée par l'émission par le laser 10 d'un faisceau laser 15.

La perforation de la coque 1 consiste à réaliser successivement la perforation de l'une et de l'autre desdites peaux 6 et 7 à l'aide du laser 10, en perforant d'abord l'une des peaux (par exemple la peau 6, comme représenté sur la figure 6) située en haut, face au laser 10, puis en tournant la structure 4 de 180° pour amener l'autre peau (par exemple la peau 7) dans la bonne position, face au laser 10, pour pouvoir réaliser la perforation de cette autre peau.

La perforation au laser consiste à sublimer localement la matière. Ainsi, les fibres (notamment de carbone) des peaux 6 et 7 en matériau composite ne comprennent pas (ou peu) de fibres cassées ou mal alignées, ce qui minimise les impacts de produit d'intermodulation passive (ou PIM, c'est-à- dire des non linéarités dans la réflexion des ondes électromagnétiques introduites par les discontinuités). En outre, l'état de surface de la zone réfléchissante (face 2 de la coque 1) ne subit pas de modification, et la géométrie de la surface réfléchissante n'est pas impactée.

La perforation au laser est adaptée à une réalisation de trous 9 de dimension (par exemple de diamètre pour des trous de section ronde) inférieure à 0,5 mm. On sait que l'utilisation de réflecteurs d'antennes dans des bandes de fréquence élevées correspond à l'utilisation d'ondes dont la longueur d'onde est relativement faible. Les ondes sont sensibles à des géomé- tries (et en particulier à des trous 9) dont la taille présente le même ordre de grandeur que la longueur d'onde. Donc, pour des applications de réflec- teurs d'antennes dans les bandes de fréquences considérées (bandes L à V pour des fréquences inférieures à 60GHz), la perforation au laser est en mesure, à la différence d'autres moyens (mécaniques), de pratiquer des trous 9 adaptés de diamètres inférieurs à 0,5 mm.

La perforation par laser 10 permet de réaliser des perforations selon une taille de trou, une forme de trou et une répartition de trous, sélection- nables spécifiquement.

Dans un mode de réalisation particulier, lors de la perforation, le dispositif 11 maintient un écartement constant D entre la surface externe (face avant 2) de la peau 6 concernée, et le laser 10. Cet écartement est, de préférence, sensiblement égal à la distance focale du laser 10.

L'utilisation d'un laser 1 0 pour réaliser la perforation présente d'a utres avantages :

- les trous 9 obtenus sont très réguliers. De plus, la forme des trous 9 est maîtrisée avec une grande précision (à quelques micromètres près) ;

- les trous 9 peuvent présenter des sections de différentes formes. La forme préférée des trous est une section ronde, comme représenté sur la figure 4. Cette dernière forme permet la perforation la plus rapide.

La répartition des trous 9 dans le plan de la peau 6, 7 peut égale- ment être sélectionnée. Par exemple, les trous 9 peuvent être alignés et répartis selon une répartition donnée, par exemple carrée (comme représenté sur la figure 4), rectangulaire, triangulaire ou autre. Les trous 9 peuvent également être disposés individuellement sans répéter un motif particulier.

La répartition préférée des trous est un alignement des trous 9 avec la direction des fibres (de carbone par exemple) dans le matériau composite de la peau 6, 7 concernée, pour réaliser la perforation le long de certaines fibres uniquement. Ainsi, un minimum de fibres sont coupées, ce qui garantit de bonnes performances mécaniques de la coque 1. Par exemple, une répartition des trous en carrés (figure 4) est adaptée à l'utilisation d'une coque dont les peaux sont des tissus biaxes. La dimension et la densité des trous 9 sont choisies de manière à permettre une bonne circulation de l'air (en fonction de l'épaisseur de la couche limite de l'air sur la coque).

Par ailleurs, grâce à la perforation par laser, l'ensemble des trous 9 pratiqués présentent un état de surface homogène pour chaque trou 9 et entre les trous 9.

Dans un mode de réalisation préféré, la perforation peut être réalisée de manière industrielle lors de la fabrication de coques de réflecteur. Dans ce cas, on adapte le laser 10 sur un outillage (dispositif 11) qui per- met de déplacer le laser 10 au-dessus de toute la surface de la coque 1 , avec une grande précision et une bonne capacité de répétition du positionnement des trous.

L'outillage est configuré pour garantir le maintien d'une distance constante D entre le laser 10 et la surface de la peau 6, 7. En fonction des réglages et du choix du laser 10, cette distance D peut varier, mais, comme indiqué ci-dessus, la distance préférée entre le laser 10 et la surface à perforer est égale à la distance focale choisie pour le laser 0.

Le dispositif de perforation 11 comprend également des moyens mécaniques ou optiques (non représentés) pour orienter le faisceau laser 15 par rapport à la surface à perforer. Le faisceau laser 15 est orienté, de préférence, selon une direction localement normale à la surface de la coque, pour une meilleure efficacité.

Plus précisément, dans un mode de réalisation préféré, la perforation consisté à pratiquer des trous allongés présentant une direction générale lon- gitudinale, à savoir, comme représenté dans l'exemple de la figure 5, une direction générale longitudinale D1 pour un trou 9 de la peau 6 et une direction générale longitudinale D2 pour un trou 9 de la peau 7. La direction générale longitudinale D1 , D2 de chacun des trous 9 est sensiblement normale à la surface externe (vers l'extérieur) de la peau 6, 7 considérée (face 2, 3). Le choix du type de laser et les réglages à appliquer dépendent du matériau constituant la peau 6, 7 de la coque 1 , de l'épaisseur de la peau 6, 7, et de la géométrie de perforation que l'on souhaite réaliser. En particulier, on peut sélectionner la puissance du laser 10, la distance focale, les vitesses de balayage, la stratégie de découpe de chaque trou, et l'ordre de perforation des trous.

Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif de perforation 11 comporte une unité de commande 17 pour piloter le laser 10 suivant les paramètres et la stratégie déterminés à l'avance. Pour ce faire, l'unité de commande 17 est liée via une liaison 18 aux moyens moteurs 14 et via une liaison 19 au laser 10. Ces paramètres et stratégie sont programmés, de façon usuelle, dans l'unité de commande 17 et automatisés.

On notera que la coque 1 peut être maintenue en place sur un outillage spécifique ou sur le moule qui a permis de la draper. Le laser 10 peut être installé dans un espace aménagé proche de la zone de fabrication de la coque, ce qui permet de mettre en uvre à la suite la réalisation de la coque et la perforation de la coque, de manière industriellement efficace.

De plus, le procédé de fabrication, tel que décrit ci-dessus, n'introduit pas de dissymétrie dans l'empilement composite constituant la coque 1. Des dissymétries ont en effet des impacts très négatifs sur le comportement thermomécanique du réflecteur soumis à des variations de températures importantes.

La réalisation d'un réflecteur d'antenne insensible à l'acoustique présente, en outre, un intérêt industriel. Il n'est pas nécessaire de réaliser systématiquement un essai de sollicitations acoustiques pour réaliser la qualification du réflecteur, ce qui génère un gain en termes de coût et de planification.