Différences entre les versions de « Les contraintes du milieu spatial/Des contraintes thermiques »

== Du contrôle thermique ''actif'' ==
Le contrôle thermique passif peut ne pas être adéquat dans les situations où l'équipement contrôlé a une température nominale bien précise. Dans une telle situation, des capteurs
de température sont placés sur ces emplacements critiques. Si une des températures «~ limites~ » -- inférieure ou supérieure -- est atteinte, les systèmes de régulation sont activés par le sous-système de contrôle thermique.
=== Des capteurs pour mesurer la température ===
\caption{[[Fichier:Capteur de température.svg|thumb|Fonctionnement des capteurs de température.}]]
Pour mesurer la température, des thermistances\index{Thermistance}\index{Thermomètre} sont utilisées. Elles fonctionnent avec la variation de la résistance d'oxydes métalliques en fonction de la température. La température est donc «~ traduite~ » en une tension électrique analogique (on parle de transduction\index{Transduction}), puis convertie
en signal digital\index{Signal digital}, compréhensible par un l'ordinateur, à l'aide d'un convertisseur\footnote{\textit{<ref>''Réalisation d'un thermomètre digital}''. Daniel Robert, 11 juin 2005. (page consultée le 15 janvier 2011). \url{http://premiumorange.com/daniel.robert9/Digit/Pratique/Digit_14PS3.html}}</ref>.
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.3]{capteur.png}
\caption{Fonctionnement des capteurs de température.}
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\end{figure}
=== Les chaufferettes ===
Les chaufferettes\index{Chaufferette} sont des résistances chauffantes ; elles permettent de maintenir la température au-dessus de la valeur limite inférieure et de compenser, si l'équipement est éteint, la dissipation habituelle. Elles peuvent être allumées en permanence, gérées par le segment sol ou thermostatées automatiquement par le TCS.
Typiquement, elles consistent en un circuit de métal fortement résistant (une vingtaine d'ohms) entouré entre deux couches de Kapton\index{Kapton}, un film de polymère pouvant rester «~ stable~ » dans une plage comprise entre -269\degres °C et 400\degres °C\footnote{\textit{<ref>''Kapton}''. Wikipédia, l'encyclopédie libre, 6 décembre 2010. (page consultée le 16 janvier 2011). \url{http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Kapton&oldid=59967681}}</ref>.
 
\begin{figure}[htbp]
Les feuilles obtenues sont de tailles et de formes très variées ; elles sont peu épaisses et leur consommation comprise entre 10 et 100 Wattswatts. On en trouve sur les réservoirs de carburant et sur la majorité des charges utiles.
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\leavevmode
\subfloat[Feuille rectangulaire]{%
\label{heater1}
\includegraphics[height=4.5cm]{heater1.jpg}}
\hspace{0.5cm}
\subfloat[Feuille ronde]{%
\label{heater2}
\includegraphics[height=4.5cm]{heater2.jpg}}
\vspace{0.4cm}
\caption{Différents modèles de chaufferettes. Source : ESA}
\label{chaufferettes}
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\end{figure}
Les feuilles obtenues sont de tailles et de formes très variées ; elles sont peu épaisses et leur consommation comprise entre 10 et 100 Watts. On en trouve sur les réservoirs de carburant et sur la majorité des charges utiles.
=== Modules de Peltier ===
Les modules de Peltier sont de petits carrés, généralement peu épais (un demi-centimètre). Par effet thermoélectrique\index{Effet thermoélectrique}, ils transforment un courant électrique en une différence de température. Par transfert de chaleur, une face devient chaude, l'autre froide.
L'équipement à refroidir doit se mettre sur la face froide, tandis qu'il est nécessaire de positionner un mécanisme d'évacuation de la chaleur (dissipateur) sur l'autre face. Ces petits modules sont généralement utilisés pour refroidir «~ ponctuellement~ » des instruments
comme les caméras. Dans d'autres cas de figure plus rares, ils sont utilisés pour transférer la chaleur de la face exposée au Soleil du satellite vers la face à l'ombre<ref>\textit{''What is a Peltier Cooler}''. Tech-faq. (page consultée le 31 janvier 2011). \url{http://www.tech-faq.com/peltier-cooler.html}</ref>.
 
Ces modules présentent plusieurs avantages. Tout d'abord, ils sont simples et leur coût de fabrication bas. Ils n'utilisent aucun gaz (à l'inverse du cryostat, que nous allons décrire dans la section suivante) et ne demandent aucun entretien ; leur usure est très limitée dans le temps.
 
=== Le cryostat ===
Le cryostat concerne une situation extrême peu fréquente. Certaines charges utiles peuvent avoir besoin d'une température de fonctionnement très faible, de l'ordre du Kelvin. C'est le cas de PACS (\textit{''Photodetector Array Camera and Spectrometer}''), une caméra embarquée sur le satellite scientifique Herschel de l'ESA.
Cette caméra utilise un bolomètre et un spectromètre de moyenne résolution, afin d'étudier le spectre du carbone et de l'oxygène. Ce sont ces bolomètres qui nécessitent une basse température, comprise entre 2 et 0,3 K.
 
Une grande quantité d'hélium ({{formatnum:2300}} litres pour \textit{''Herschel}'') est stockée sous forme liquide dans un réservoir à 1,65 K, soit -271,5°C. L'hélium\index{Hélium} sous pression est détendu, et refroidit par détente adiabatique les parois du réservoir ainsi que les instruments qui y sont fixés. Cette «~ évaporation~ » est permanente, afin d'obtenir
une température stable. Le gaz est ensuite rejeté dans l'espace par des conduits.
\section{== Du contrôle thermique \textit{''semi-passif}}'' ==
\subsection{=== Les louvres} ===
\caption{[[Fichier:CMS - Température Louvres.png|thumb|Évolution de la température à l'intérieur du dispositif. Le lien entre l'ouverture des louvres et la température intérieure est clairement établi. Température extérieure : 21°C}]]
Pour un satellite dont la valeur de la dissipation thermique varie fortement, il n'est pas possible de contrôler avec fiabilité la température ; le plus intéressant du point de vue du poids est alors de faire varier le ratio $<math>\frac{absorbance}{émissionemission}$</math>. Une méthode populaire
qui permet de faire varier ce ratio est l'emploi de «~ louvres~ » (\textit{''louvers}'' en anglais). Les louvres\index{Louvres} sont composées d'une série de lamelles qui peuvent s'ouvrir ou se fermer, à la manière d'un store vénitien.
 
Quand les lamelles d'aluminium qui composent la louvre sont ouvertes, le ratio est faible (absorbance < émission) : le satellite dissipe de l'énergie thermique. En revanche, quand les lamelles sont fermées, le ratio est élevé (absorbance > émission) : le satellite emmagasine de l'énergie thermique.
L'ouverture et la fermeture des lamelles peut être soit pilotée par le TCS, soit automatique. Dans cette dernière situation, de petites plaquettes de métal, en se rétractant ou en se dilatant sous la variation de la température, actionnent les lamelles.
 
Nous avons fabriqué une maquette fonctionnelle de louvres (cf. page \pageref{louvres_maquette}) afin de mettre en œuvre un tel dispositif.
 
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[scale=0.6,angle=90]{Louvres.png}
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\caption{Évolution de la température à l'intérieur du dispositif. Le lien entre l'ouverture des louvres et la température intérieure est clairement établi. Température extérieure : 21°C}
\end{figure}
 
== Notes ==
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