11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20011 PROJETS SPATIAUX ASPECTS MECANIQUES IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001.

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1 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20011 PROJETS SPATIAUX ASPECTS MECANIQUES IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001

2 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20012 Plan de l’exposé Général Les éléments physiques d’une mission Spécificités liées au cycle de vie Les matériaux Les charges d’exploitation Les analyses et les tests Les mécanismes Les mesures physiques Validation Exemple de S/C : Planck Conclusion

3 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20013 Le Spatial Hors atmosphère Hors gravité terrestre Une mission spatiale : UN OBJECTIF -Un lanceur qui constitue la charge la plus importante -Une plate-forme (P/F) (un bus,…), le satellite (S/C) qui est le véhicule porteur -Une charge utile (payload P/L) qui fera l’objet de l’exploitation de la mission

4 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20014 Les éléments physiques de la mission Le lanceur : agences, états, consortium industriel S/C : industrie spatiale, P/F adaptée à la mission (P/L). Gamme de produits. Récurrence. -Emport -Attitude (pointage, …) -Liaisons sol : télémétrie

5 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20015 Les éléments physiques de la mission Charge utile (P/L) -Ensemble d’instruments, répondant à un objectif commun et éventuellement à des objectifs opportunistes particuliers. -L’architecture générale est un compromis entre le « meilleur » et le faisable dans le coût annoncé. Elle est en générale gérée par l’industrie (prime contractor du S/C) ou une agence Le spatial scientifique c’est construire un instrument d’une P/L sur une P/F et un lanceur. Nous parlerons donc des aspects mécaniques d’un instrument spatial

6 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20016 Spécificités du spatial Cycle de vie Environnement à poste : - vide : p < 10 -8 -thermique : fond de ciel soleil planète -radiation :UV cosmiques  Mécanique : choix des matériaux

7 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20017 Radiation

8 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20018 Spécificités du spatial Cycle de vie Lancement - accélération charges, vibrations, bruit, chocs Ce sont les charges d’exploitation - masse la plus faible possible  Mécanique : dimensionnement  Mécanique : les matériaux les structures les solutions technologiques

9 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 20019 Spécificités du spatial Cycle de vie A poste, en exploitation - cycle de fonctionnement Au sol - AIT, AIV : assembly, integration, test,verification. La conception doit intégrer ces phases en termes généraux (coûts, délais)  Mécanique : actuations, rotations, durée de vie. Qualité et fiabilité (mécanismes)  Mécanique : simplifier ces phases, housing,…

10 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200110 Les matériaux Vide : dégazage Tenue au rayonnement Tenue aux excursions de température : la thermique spatiale est régie par le rayonnement et la conduction. Les gammes de T sont plus étendues qu’au sol. Il existe des normes et donc il existe des listes de matériaux autorisés (AP). Idem pour les procédés, les assemblages.

11 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200111 Les charges d’exploitation Dues essentiellement au lancement : lanceur puis S/C lui-même - vibrations sinus et aléatoire - bruit acoustique - chocs dus aux séparations et mise à feu La tenue à ces charges est une exigence dont découle un jeu de spécifications Les spécifications sont données au niveau interface lanceur/S/C, elles sont ensuite traduites aux niveaux suivants

12 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200112 Les charges d’exploitation I1 LanceurS/CP/LI2 P/LI3 S/C(selon l’architecture) SVM (service module) InstrumentS/S ou équipements On ouvre ici une des grandes méthodes de travail du spatial : la gestion des interfaces, tenue à jour et concrétisée dans un document agréé par toutes les parties, l’ICD (mécanique).

13 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200113 Les charges d’exploitation Mission définie :objectifs lanceur, S/C Specs instruments connues C’est le responsable AMT (architecture mécanique et thermique) qui émet les specs pour l’ensemble de l’instrument au niveau S/S. Modélisation et normes

14 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200114 Charges statiques, fréquences propres

15 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200115 Vibrations aléatoires

16 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200116 Vibrations sinus

17 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200117 Acoustique

18 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200118 Chocs

19 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200119 Analyses mécaniques

20 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200120 Analyses mécaniques

21 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200121 Analyses mécaniques

22 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200122 Mécanismes

23 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200123 Mécanismes

24 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200124 Mécanismes

25 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200125 Mécanismes

26 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200126 Mesures physiques

27 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200127 Validation de la mécanique ConceptionAnalysesTests S/STests Instrument Design Modèles(recalage des modèles) Interfaces Matériaux Modèles (physiques) de l’instrument - Qualification QM - Modèle de vol FM - Rechange SM Exemple

28 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200128 Planck S/C CAD view SVM PPLM Grooves

29 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200129 Planck design From Alcatel catia models S1-PLA-001 S1-PLA-002 Plateau-IAS Location on the S/C (Alcatel study 1999) SVM PPLM Exploded view

30 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200130 SVM level components From Alcatel catia models : S1-PLA-001 S1-PLA-002 Plateau-IAS S orption C ooler C ompressors LFI C ooler C ompressor U nit 4K C ooler A ncillary U nit D ata P rocessing U nit LFI D ilution C ooler T ank D ata P rocessing U nit 4K C ooler E lectronic U nit D ilution C ooler C ontrol U nit D CAU-CCU  2.7 m Estimation A. Arondel

31 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200131 Planck Alcatel study 3D view From Alcatel catia models : S1-PLA-001 S1-PLA-002 Plateau-IAS REU JFET Box D JFET_Box-REU  2.5 m Estimation A. Arondel

32 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200132 Exemple : Planck FPU HFI PFU 18 kg LFI + HFI FPU 40 kg 500

33 IN2P3 - JOURNEES MECANIQUES - 11 et 12 juin 2001 11 - 12 juin 2001Guy Guyot - IAS - 11 juin 200133 Conclusion La mécanique spatiale a de forts « drivers » Elle nécessite des analyses importantes Elle a besoin d’être validée physiquement -Les tests et moyens de tests sont à prévoir -Le plan de développement de l’instrument doit prévoir cette validation -C’est une mécanique de « l’utile et de l’impossible » -Les mécanismes restent un point dur -Qualité et fiabilité sont à l’ordre du jour -C’est une discipline enthousiasmante