Loutch | Les satellites Loutch-51. GénéralitésLes satellites Loutch-5 sont développés et construit par ISS Rechetniov. Ils ont une durée de vie théorique de dix ans [1] et sont placés sur orbite géostationnaire par un lanceur Proton-M équipé d'un étage supérieur Briz-M. Ils peuvent retransmettre les signaux de satellites, de vaisseaux spatiaux ou d'étages de lanceurs évoluant jusqu'à 2000km d'altitude. Trois exemplaires ont été construits et ont été lancés entre 2011 et 2014. Loutch-5A et Loutch-5V sont quasiment identiques et sont construits sur la base d'une plate-forme Ekspress-1000A. Loutch-5B est sensiblement différent, et il est basé sur une plate-forme Ekspress-1000AM. 
Fig. 1.1 : Les satellites Loutch-5A/V (à gauche)
et Loutch-5B.
2. La plate-forme Ekspress-1000A2.1. GénéralitésLa plate-forme, ou MSS (Модуль Служебных Систем), Ekspress-1000A est développée en interne par ISS Rechetniov. De type non pressurisé, elle est très semblable à la plate-forme Ekspress-1000K qui a été utilisée pour les satellites GLONASS-K1, GLONASS-K2 et Ekspress-AT2. Elle permet au satellite d'être lancé soit en solitaire, soit apparié (en position haute uniquement) à un autre satellite [2]. 2.2. Contrôle des mouvementsLe Système de Contrôle des Mouvements SUD (Система Управления Движением) permet au satellite de rejoindre son orbite après avoir été largué par son lanceur, de s'orienter, de maintenir sa position sur l'orbite géostationnaire, de rejoindre une orbite cimetière en fin de vie et de se stabiliser pendant le fonctionnement des moteurs. Il est constitué de cinq types de capteurs qui transmettent leurs informations à un ordinateur de bord qui, en retour, commande quatre types d'actionneurs. Les capteurs sont : - Deux Instruments d'Orientation Solaire POS (Прибор Ориентации на Солнце), qui sont de type 333K, fournis par Gueofizika [2]. Leurs capteurs rotatifs mesurent l'angle entre la direction du Soleil et deux axes prédéterminés. Ils ont un champ de mesure de 90x180° et la vitesse de rotation a une marge d'erreur de 60rad/s. Ils ont une masse de 1,6kg, un diamètre de 70mm et une hauteur de 130mm. Ils consomment 4,5W. Ils sont dérivés des capteurs 331K qui équipent les GLONASS-M depuis 2003 [5]. 
Fig. 2.2.1 : Le capteur 333K. - Deux Instruments d'Orientation Terrestre POZ (Прибор Ориентации на Землю), qui sont de type 342K, également fournis par Gueofizika [2]. Ils sont munis de capteurs infrarouge rotatifs qui détectent l'horizon terrestre dans la bande 14-16μm et peuvent fonctionner entre 12000 et 40000km d'altitude. Les mesures se font à la fréquence de 4,5Hz et la vitesse de rotation est régulée avec une erreur de 3,0rd/min en longitudinal et 3,6rd/min en radial. L'instrument consomme 3,5W, a une masse de 1,6kg et ses dimensions sont 201x115x124mm [5]. 
Fig. 2.2.2 : Le capteur 342K. - Deux Instruments de Visée Stellaire PZV (Прибор Звездных Визирующих), qui sont de type SED26, fournis par l'entreprise française SODERN. Ce sont des viseurs d’étoiles autonomes basée sur un capteur CCD 1Kx1K [6]. Ils consomment une puissance de 12,8W et ont une masse de 3,5kg chacun [2]. Ils équipent également la plate-forme Navigator de NPO Lavotchkine. Le SED26 a volé pour la première fois à bord du satellite chinois APStar 6 le 12 avril 2005. 
Fig. 2.2.3 : Le capteur SED26. - Un Capteur de Direction du Soleil DNS (Датчик Направления на Солнце), qui est de type 334K, fourni par Gueofizika. Il est constitué d'une photodiode à deux zones, qui offre un champ de vision de 182x90° et une erreur maximale de 120°.min. Il a une masse de 850g, une consommation de 4,5W et une durée de vie de quinze ans [2][7]. 
Fig. 2.2.4 : Le capteur 334K. - un Bloc de Mesure de la Vitesse Angulaire BIUS (Блок Измерения Угловых Скоростей), qui est de type KIND34-040, fourni par le NII PM. C'est un instrument basé sur un gyroscope capable de mesurer des vitesses angulaires dans la limite de ±8°/s avec une précision de 0,3°.s/s. Il consomme 58W, a une masse de 5,7kg et une durée de vie de 19 ans [2][8]. 
Fig. 2.2.5 : Le capteur KIND34-040. Les actionneurs qui permettent de contrôler les mouvements du satellite sont de quatre types : - un Organe Actionneur Électromécanique EMIO (Электромеханический Исполнительный Орган), de type Agat-15M, fourni par NPTs Poliouss. Il est constitué d'un boîtier de commande de 6,3kg et de quatre volants d'inertie de 8,3kg chacun et tournant à 6000tr/min. Il consomme au total 90W [2]. 
Fig. 2.2.6 : Le système Agat-15M. - un Ensemble Moteur d'Orientation DUO (Двигательная Установка Ориентации), constitué de seize moteurs K50-10.5 de l'OKB Fakel. C'est un moteur thermocatalytique à hydrazine de 0,46kg qui peut fonctionner soit en impulsion, avec une poussée variant entre 548mN en début de vie et 113mN en fin de vie, soit en continu. En début de vie, l'impulsion spécifique est de 216" en mode continu et de 200" en impulsion. En fin de vie, elle est de 206" en mode continu et de 176" en impulsion. La puissance consommée varie entre 24,4 et 37,5W. La pression en entrée varie entre 187 et 200kPa, et le moteur peut être allumé 150000 fois [3]. Il y a huit blocs DBO (Двигательны Блоков Ориентации) constitués de deux moteurs chacun (nominal et secours). Chaque DBO comporte également trois réchauffeurs et un capteur de température. Les moteurs sont eux-mêmes constitués d'un réchauffeur, d'une chambre avec le catalyseur, de deux électrovannes, d'un filtre et d'un pressostat. L'hydrazine est injectée dans la chambre par des capillaires. Le lit catalytique est constitué de billes d'oxyde d'aluminium de 1 à 2,5mm de diamètre recouvertes par le catalyseur, qui est de l'iridium [2]. 
Fig. 2.2.7 : Le moteur K50-10.5. Le catalyseur doit être chauffé à 330°C pour permettre l'allumage. Le moteur peut fonctionner en impulsions dont la durée peut être de 0,25 à 4", avec un intervalle entre deux allumages de 4" minimum. En mode continu, le fonctionnement peut avoir une durée comprise entre 4 et 10800" [2]. Les moteurs DUO sont alimentés par pressurisation à partir de quatre Blocs de Stockage et de Fourniture d'Hydrazine BKhPG (Блок Хранения и Подачи Гидразина), qui sont de type 14D519, fournis par le VNIIEM [10]. Chacun d'eux comporte un réservoir BRT à membrane gonflé à l'azote, deux réchauffeurs NG, trois capteurs de pression DD et deux vannes pyrotechniques PK. Il a une masse sèche de 16,5kg, contient 25kg d'hydrazine et 150g d'azote [2]. 
Fig. 2.2.8 : Le bloc BKhPG de type 14D519. 
Fig. 2.2.9 : Schéma hydraulique du DUO. - un Ensemble Moteur de Correction DUK (Двигательная Установка Коррекции), dont les rôles sont de permettre au satellite de rejoindre sa position orbitale à l'issue de son lancement, de maintenir cette position au cours de sa vie et de rejoindre une orbite cimetière en fin de vie [2]. Le DUK est constitué de quatre Blocs Moteurs de Correction DBK (Двигательных Блок Коррекции), de quatre Blocs de Stockage de Xénon BKhK (Блока Хранение Ксенона), d'un Bloc de Fourniture de Xénon BPK (Блок Подачи Ксенона) et du Système de Conversion et de Contrôle SPU-2EA [2]. Chaque bloc DBK comprend deux moteurs plasmiques (nominal et secours) de type SPD-100V fournis par l'OKB Fakel [2]. Ce sont des moteurs plasmiques au xénon qui fournissent une poussée de 83mN avec une impulsion spécifique de 1540" [11]. Ils consomment 1350W sous une tension de 300V, ce qui leur donne un rendement de 45%. Leur masse est de 3,5kg [3]. 
Fig. 2.2.10 : Le moteur SPD-100V. Le xénon est stocké dans quatre blocs BKhK de type MVSK50 fournis par le NIIMach. Chaque bloc a une masse sèche de 31,6kg et peut contenir 71,1kg de xénon dans un volume de 38,2L et à une pression de 140.105Pa [2]. Le réservoir est de forme cylindrique et sa structure est constituée d'une combinaison d'étoupes organiques, d'étoupes de carbone et de tissu de carbone avec un liant époxy. Le liner d'étanchéité, en titane de type VT1-0, est constitué de deux hémisphères avec des raccords bimétalliques (VT1-0-A et D1-12Х18Н10Т), reliés par un anneau [12]. 
Fig. 2.2.11 : Le réservoir MVSK50. Le xénon est transmis du BKhK aux moteurs par l'intermédiaire du bloc de réduction BPK, qui permet d'abaisser la pression de 140.105Pa à 2,54.105Pa. Le bloc a une masse de 2,7kg et permet un débit maximal de 15mg/s [2]. 
Fig. 2.2.12 : Le bloc BPK. Le système de conversion et de contrôle SPU-2EA permet de convertir la tension fournie par le système électrique à une valeur compatible pour les commandes du BPK et pour le fonctionnement des moteurs SPD-100V. Il sert aussi à contrôler le courant d'alimentation de ces moteurs, et il retransmet des informations au système de contrôle BKU. Il a une masse de 28,5kg et ses dimensions sont 700x350x210mm [2]. 
Fig. 2.2.13 : Le système SPU-2EA. 
Fig. 2.2.14 : Schéma hydraulique du DUK. - deux Moteurs de Panneaux Solaires PPSB (Приводы панелей солнечных батарей) permettent de mettre les panneaux en rotation selon un axe parallèle à l'axe z de façon à les maintenir orientés vers le Soleil. Ils sont commandés par un boîtier électronique commun. Chaque moteur a une masse de 6,5kg et le boîtier a une masse de 3,5kg. Les moteurs fournissent un couple de 17N.m et peuvent tourner à la vitesse maximale de 8°/min [2]. 
Fig. 2.2.15 : Un moteur PPSB avec le boîtier de commande. 
Fig. 2.2.16 : Essai d'un PPSB du satellite Loutch-5A. 2.3. Régulation thermiqueLe Système de Conditionnement Thermique SOTR (Система Обеспечения Теплового Режима) de la plate-forme Ekspress-1000 est conçu pour maintenir la température de l'ensemble des systèmes de bord dans leur plage de fonctionnement. Il est constitué de cinq sous-systèmes [2] : - Le Système de Régulation Thermique du Module des Systèmes de Service (STR MSS), qui est constitué de caloducs circulant dans les panneaux +Z et -Z de la plate-forme. Les panneaux servent de radiateurs. Le système permet d'évacuer 4500W au maximum. - Le Système de Régulation Thermique du Module de Charge Utile (STR MPN) est constitué de caloducs, d'une part, et d'un système de refroidissement par circulation fluide, d'autre part. Les caloducs sont situés dans les panneaux +Z et -Z du Bâti pour le Module de Charge Utile (KMPN). Ces panneaux servent de radiateurs pour les caloducs, et ils abritent les deux voies redondantes du système fluide, qui contiennent au total 16,5L de liquide de refroidissement. Le système permet d'évacuer au total 3500W au maximum. - Les Réchauffeurs Électriques du Module des Systèmes de Service (EO MSS), qui permettent de réchauffer le MSS sur demande du système de contrôle. - Les Réchauffeurs Électriques du Module de Charge Utile (EO MPN), qui permettent de réchauffer le MPN sur demande du système de contrôle. - Les Moyens de Régulation Thermique Passive (SPTR), constitué principalement des couvertures d'isolation thermique qui recouvrent certaines parties du satellite. 2.4. Puissance électriqueLe Système de Fourniture Électrique SES (Система Электроснабжения) est destiné à produire, stocker, convertir et stocker l'énergie électrique à bord du satellite. Il est constitué de panneaux solaires, de batteries avec leurs boîtiers de commande, de convertisseurs et d'un réseau de câbles. L'énergie générée est distribuée sur deux réseaux distincts : l'un ayant une tension de 100V, l'autre de 27V [2]. Les deux panneaux solaires ont une surface totale de 42,17m2. Chaque panneau est constitué de trois sections dont les dimensions sont 3010x2335mm. La structure est en polymère renforcé de fibre de carbone et soutient les cellules photovoltaïques triple-jonction à base d'InGaP2/InGaAs/Ge, dont les dimensions sont 76,35mm x 37,35mm x 150μm et dont le rendement est de 27%. La puissance totale est de 11,5kW en début de vie, et de 9,3kW en fin de vie [2]. Les batteries, au nombre de deux, sont de type 2P20S et sont fournies par l'entreprise française SAFT. Elles sont constituées d'accumulateurs lithium-ion VES180 et permettent de stocker une énergie de 6596W.h en début de vie et de 6266W.h en fin de vie. La masse d'une batterie est de 60kg [2]. 
Fig. 2.4.1 : Une batterie 2P20S. 2.5. Système de contrôleLe Complexe de Contrôle de Bord BKU (Бортовой Комплекс Управления) supervise le fonctionnement de l'ensemble des systèmes de la plate-forme Ekspress-1000. Son élément central est l'ordinateur de bord BTsVK. Sur la plupart des plates-formes Ekspress-1000, il s'agit d'un ordinateur de type Saliout-32M, fourni par l'entreprise IRZ d'Izhevsk. Mais sur les trois Loutch-5, c'est l'ordinateur 14M337 de NTTs Modoul qui a été utilisé. Il est basé sur le processeur R4000 de la société américaine MIPS [13]. 
Fig. 2.5.1 : L'ordinateur 14M337. Le BKU est également constitué : - du système de télécommande et de télémesure BA KIS, fourni par l'entreprise RKS. Il comprend principalement deux récepteurs, deux émetteurs, deux antennes de réception et deux antennes d'émission [2]. - du système de télésignalisation BA TS, qui collecte les informations concernant le fonctionnement du satellite et les envoie au BA KIS. - du boîtier de contrôle BU BKU, qui émet les commandes vers les différents systèmes du satellite. - du boîtier d'interface BI BKU transmet les commandes aux systèmes fluides du satellite, et en reçoit les informations de télémesure. 3. La plate-forme Ekspress-1000AMLa plate-forme Ekspress-1000AM 4. La charge utileLes satellites Loutch sont équipés de transpondeurs multifréquences Orion, fournis par le RNIIKP [7]. Ils envoient leurs signaux vers le sol à l'aide de trois antennes paraboliques [1][6] : - une antenne de 0,6m de diamètre pour les transmissions en SHF
(14GHz/11GHz), Bibliographie
[1] TESTOÏEDOV, N., Космический аппарат "Луч-5", in PERVOV, M., История развития отечественных автоматических космических аппаратов, Moscou, 2015, pp.
418-420 Dernière mise à jour : 21 avril 2024 |
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