[0001] La présente invention concerne un dispositif de lancement d'un projectile par fluide
comprimé comme par exemple décrit dans le document
US2004/0173197 A. L'invention s'applique notamment dans le domaine spatial.
[0002] Le nombre de débris spatiaux, de taille plus ou moins importante, est en constante
augmentation. L'augmentation des débris spatiaux entraîne une augmentation du risque
de collisions entre satellites et/ou avec une station spatiale. Certains débris sont
jugés critiques à cause de leur taille et/ou de leur positionnement sur des zones
appelées zones à risques, par exemple une orbite utile. On peut citer l'exemple d'un
satellite en déperdition, des étages de fusée, pouvant être positionnés sur une orbite
utile. La désorbitation de tels débris devient urgente pour les écarter de l'orbite
utile. Se pose alors la question de savoir comment enlever ces débris pour dépolluer
l'espace d'une façon efficace et sûre. En effet, il faut prévoir un appareillage et
des manoeuvres fiables pour enlever les débris sous peine de générer des collisions
non souhaitées et ainsi encore plus de débris.
[0003] Différentes solutions ont été suggérées. Parmi elles, on peut citer un bras articulé
pour saisir les débris, un gigantesque filet ou un camion robot destinés à capturer
les débris et à les ramener sur Terre ou à les parquer sur une orbite dite de parquage,
loin des orbites utiles. Ces solutions sont coûteuses et difficiles à mettre en oeuvre.
[0004] Une autre solution consiste à harponner l'objet cible considéré, à savoir le débris,
pour le tracter hors de la zone à risque. Un problème majeur concerne la stabilité
du harpon. En effet, l'atmosphère terrestre, que l'on peut considérer comme un milieu
visqueux, engendre une résistance de l'air. Au contraire, dans l'espace, c'est-à-dire
dans un vide presque parfait, un objet qui y évolue s'affranchit presque totalement
de la résistance de l'air. Il en résulte qu'il n'y a pas d'effet aérodynamique sur
cet objet. Autrement dit, dans le vide, on ne peut pas compter sur les effets aérodynamiques
pour maintenir l'orientation du harpon dans l'axe de sa trajectoire. Une fois lancé,
le harpon, maintenu généralement par un câble, ne se dirige alors plus dans la direction
souhaitée vers l'objet cible. Il faut donc prendre en compte des contraintes supplémentaires
liées au domaine spatial pour la conception de la solution du dispositif destiné à
harponner l'objet cible. De plus, le lien entre le harpon et l'objet cible (c'est-à-dire
le débris) peut créer des perturbations de la trajectoire du harpon lors du déroulement
du câble. Et le câble peut aussi s'emmêler lorsqu'il est en stocké.
[0005] L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant
un dispositif de lancement d'un projectile par fluide comprimé permettant au projectile
de maintenir sa trajectoire selon son axe de visée, le projectile étant lié grâce
à un dispositif de liaison ne générant pas de perturbations sur la trajectoire du
projectile.
[0006] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de lancement d'un projectile
par fluide comprimé comprenant :
- un canon ayant deux extrémités, le projectile étant positionné à l'intérieur du canon,
une première des deux extrémités permettant l'entrée du fluide comprimé dans le canon,
une seconde des deux extrémités permettant la sortie du projectile,
- un réservoir de fluide comprimé relié à la première des deux extrémités du canon,
caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de liaison comprenant une première
lame, apte à passer d'une configuration enroulée autour d'un axe Z autour d'un support
à une configuration déployée selon un axe X sensiblement perpendiculaire à l'axe Z,
la lame ayant une extrémité fixée au projectile, et en ce que le support est fixé
dans le canon.
[0007] Selon un mode de réalisation, l'extrémité de la première lame est liée au projectile
par un élément de liaison, et l'élément de liaison est un composant mécanique permettant
la rotation du projectile autour de l'axe X.
[0008] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de
la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description
illustrée par le dessin joint dans lequel :
- la figure 1 représente un schéma en coupe dans un plan XY d'un premier mode de réalisation
d'un dispositif de lancement d'un projectile selon l'invention, ainsi qu'une vue en
coupe d'une section du projectile dans un plan YZ perpendiculaire au plan XY,
- les figures 2a et 2b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un deuxième
mode de réalisation d'un dispositif de lancement du projectile selon l'invention,
- la figure 3 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un troisième mode de
réalisation d'un dispositif de lancement du projectile selon l'invention,
- les figures 4a et 4b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un quatrième
mode de réalisation d'un dispositif de lancement du projectile et comprenant le canon,
- la figure 5 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un premier mode de réalisation
d'un dispositif de liaison destiné à lier un premier objet à un deuxième objet,
- les figures 6a et 6b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un deuxième
mode de réalisation du dispositif de liaison,
- les figures 7a et 7b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un troisième
mode de réalisation du dispositif de liaison,
- la figure 8 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un quatrième mode de
réalisation du dispositif de liaison,
- la figure 9 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un cinquième mode de
réalisation du dispositif de liaison,
- la figure 10 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un cinquième mode de
réalisation du dispositif de lancement d'un projectile selon l'invention incluant
un dispositif de liaison,
- les figures 11a et 11 b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, de deux
modes de réalisation du dispositif de liaison,
- la figure 12 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un seconde mode de
réalisation du dispositif de lancement d'un projectile incluant un dispositif de liaison
selon l'invention.
[0009] Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes
figures.
[0010] Il est à noter que l'invention est décrite dans le cadre d'une utilisation dans le
domaine spatial. Néanmoins, elle trouve également application dans l'atmosphère terrestre,
par exemple sur un navire afin de récupérer des débris dans l'eau ou flottant à la
surface de l'eau ou sur le sol terrestre afin de tracter un objet.
[0011] Et plus généralement, l'invention trouve application dans tous les cas de figure
où un premier objet est lié à un deuxième objet.
[0012] La figure 1 représente un schéma en coupe dans un plan XY d'un premier mode de réalisation
d'un dispositif 10 de lancement d'un projectile 11 ainsi qu'un canon 18, ainsi qu'une
vue en coupe d'une section du projectile 11 dans un plan YZ perpendiculaire au plan
XY. Le projectile 11 s'étend selon un axe X entre deux extrémités 12, 13. Le projectile
11 est destiné à être positionné dans le canon 18 de forme sensiblement cylindrique
d'axe X. Le projectile 11 comprend une partie creuse 14 en son centre s'ouvrant sur
une première 12 des deux extrémités du projectile 11, destinée à recevoir un fluide
comprimé. Le projectile 11 comprend une pluralité d'évents 15 traversant le projectile
11 depuis la partie creuse 14 sensiblement perpendiculairement à l'axe X et à sortie
sensiblement radiale, destinée à expulser le fluide comprimé sensiblement tangentiellement
au projectile 11. De préférence, mais pas obligatoirement, le fluide comprimé peut
être un gaz comprimé. Le fluide comprimé entre dans le projectile 11 par la partie
creuse 14 et sort tangentiellement à la section du projectile 11 par les évents 15.
La sortie du fluide comprimé tangentiellement à la section du projectile 11 par les
évents 15 crée un couple sur le projectile qui le fait tourner sur lui-même. Autrement
dit, le projectile 11 est mis en rotation sur lui-même, autour de l'axe X. En entrant
dans le projectile 11, le fluide comprimé entraîne une augmentation de la pression
dans le projectile. Cette augmentation de la pression génère une translation du projectile
selon l'axe X, ce qui permet une projection du projectile 11. En même temps, la pression
du fluide ainsi que l'écoulement du fluide dans les évents génèrent une rotation du
projectile sur lui-même. Ainsi, la partie creuse 14 et les évents 15 du projectile
11 permettent à la fois un mouvement de translation selon l'axe X et un mouvement
de rotation autour de l'axe X du projectile 11. Sur la vue en coupe dans le plan YZ
de la figure 1, le projectile 11 comprend 3 évents. Pour une bonne mise en rotation
du projectile 11, il faut au moins deux évents, mais il est également possible d'en
avoir trois ou plus.
[0013] Le projectile 11 comprend une tête 16 et un corps 17. La tête 16 du projectile 11
s'étend d'une seconde 13 des deux extrémités du projectile 11 jusqu'à la pluralité
d'évents 15. Le corps 17 du projectile 11 s'étend depuis la pluralité d'évents 15
jusqu'à la première extrémité 12 du projectile 11.
[0014] Le canon 18 a deux extrémités 19, 20, dans lequel est positionné le projectile 11,
une première 19 des deux extrémités du canon 18 permettant l'entrée du fluide comprimé
dans le canon 18, une seconde 20 des deux extrémités permettant la sortie du projectile
11.
[0015] Enfin, le dispositif 10 de mise en rotation du projectile 11 comprend un réservoir
21 de fluide comprimé relié à la première extrémité 19 du canon 18 dans lequel se
trouve le projectile 11, de façon à alimenter le projectile 11 en fluide comprimé.
[0016] Les figures 2a et 2b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un deuxième
mode de réalisation d'un dispositif 100 de lancement du projectile 11. Le canon 18
comprend un premier 24 de deux éléments 23, 24 de liaison hélicoïdale. Le projectile
11 comprend un second 23 de deux éléments 23, 24 de liaison hélicoïdale fixé dans
la partie creuse 14 du projectile 11, le premier 24 et le second 23 éléments de liaison
hélicoïdale formant un mécanisme 22 de mouvement combiné, de manière à générer simultanément
une rotation autour de l'axe X et translation selon l'axe X du projectile 11 par rapport
au canon 18. Le mécanisme 22 de mouvement combiné peut être un ensemble vis-écrou,
ou préférentiellement un ensemble avec une vis à billes ou vis à rouleaux pour limiter
les frottements entre les deux éléments 23, 24 de liaison. La pression du fluide comprimé
pousse le projectile 11 à l'extérieur du canon 18. Comme nous l'avons vu précédemment,
les évents 15 à sortie sensiblement radiale permettent de générer un mouvement de
rotation autour de l'axe X du projectile 11. Or, comme on souhaite que le projectile
maintienne sa trajectoire dans son axe, trajectoire selon l'axe X, il est souhaitable
qu'il soit bien accéléré en rotation autour de son axe X pour qu'il reste toujours
orienté dans la même direction. L'un des deux éléments 23 ou 24 est assimilable à
une tige filetée et l'autre des deux éléments 23 ou 24 est assimilable à un écrou.
Selon le nombre N de pas sur lequel l'écrou est en prise sur la tige filetée, le projectile
11 effectuera le même nombre N de tours sur lui-même, donc un mouvement de N rotations,
comme représenté sur la figure 2a, avant d'être libéré en translation et de pouvoir
être éjecté, comme représenté sur la figure 2b. Le mécanisme 22 de liaison permet
donc au projectile 11 d'acquérir une plus grande accélération angulaire autour de
l'axe X avant d'accélérer en translation selon l'axe X.
[0017] Il est à noter que sur les figures 2a et 2b, la vis est fixée au canon 18 et l'écrou
dans la partie creuse 14 du projectile 11. Néanmoins, il est tout à fait possible
de les inverser, c'est-à-dire de fixer la vis dans la partie creuse 14 du projectile
11 et l'écrou au canon 18.
[0018] La figure 3 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un troisième mode de
réalisation d'un dispositif 110 de lancement du projectile 11 comprenant le canon
18. Le canon 18 comprend une première ouverture sensiblement radiale 25. Cette ouverture
sensiblement radiale 25 permet au fluide comprimé de sortir du canon 18 après son
écoulement à travers le projectile 11.
[0019] Le canon 18 comprend une tête 26 et un corps 27, la tête 26 du canon 18 s'étendant
de la seconde 20 des deux extrémités du canon 18 jusqu'à l'ouverture 25, le corps
27 du canon 18 s'étendant depuis l'ouverture 25 du canon 18 jusqu'à la première 19
des deux extrémités du canon 18.
[0020] On peut noter par ailleurs que le diamètre du corps 27 du canon 18 est inférieur
au diamètre de la tête 26 du canon 18. De plus, le diamètre du corps 17 du projectile
11 est inférieur au diamètre de la tête 16 du projectile 11. Et le diamètre du corps
17 du projectile 11 est inférieur au diamètre du corps 27 du canon 18 et le diamètre
de la tête 16 du projectile 11 est inférieur au diamètre de la tête 26 du canon 18.
[0021] Autrement dit, le diamètre de la tête 26 du canon 28 est sensiblement supérieur au
diamètre de la tête 16 du projectile 11, et le diamètre du corps 27 du canon 18 est
sensiblement supérieur au diamètre du corps 17 du projectile 11.
[0022] Cette différence de diamètres entre les corps et les têtes respectivement constitue
un système de guidage du projectile 11. En effet, les corps correspondant à un premier
diamètre inférieur à un second diamètre correspondant à celui des têtes, lors de son
éjection, le projectile 11 se libère simultanément au niveau du corps et de la tête.
Cette configuration évite ainsi toute perturbation dans la trajectoire du projectile
11 qui pourrait être générée par les vibrations au niveau du canon.
[0023] Les figures 4a et 4b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un quatrième
mode de réalisation d'un dispositif 120 de lancement du projectile 11 comprenant le
canon 18. Le canon 18 comprend un conduit d'évacuation 28 ayant deux extrémités 29,
30. Le canon 18 comprend une seconde ouverture 31 entre la première ouverture 25 du
canon 18 et la seconde 20 des deux extrémités du canon 18. Une première 29 des deux
extrémités du conduit d'évacuation 28 est reliée à la première ouverture 25 du canon
18 et une seconde 30 des deux extrémités du conduit d'évacuation 28 est reliée à la
seconde ouverture 31 du canon 18. Le fluide comprimé ayant une certaine pression et
un certain débit devra, après son passage à travers le projectile 11, être évacué
du canon 18. Comme expliqué précédemment avec la figure 3, le fluide comprimé peut
simplement s'évacuer à travers l'ouverture radiale 25 du canon 18. Dans ce cas, le
fluide comprimé est libéré vers l'extérieur (espace, atmosphère, c'est-à-dire dans
le lieu d'utilisation du dispositif de mise en rotation du projectile). Il est également
possible d'utiliser l'évacuation du fluide comprimé pour générer un effet aérodynamique
sur le projectile 11, comme montré sur les figures 4a et 4b. Sur la figure 4a, le
projectile 11 est dans une phase d'accélération angulaire. Le mécanisme 22 de mouvement
combiné favorise l'accélération en rotation du projectile 11 et l'ouverture radiale
25 se trouve sensiblement en vis-à-vis d'au moins un évent 15. Le fluide comprimé
sort du projectile 11 par l'évent, génère un couple sur le projectile 11 et le fait
tourner sur lui-même. Le fluide comprimé entre alors dans le conduit d'évacuation
28 par la première extrémité 29 (c'est-à-dire par l'ouverture radiale 25) et ressort
du conduit d'évacuation 28 par la seconde extrémité 30 (c'est-à-dire la seconde ouverture
31). Comme représenté sur la figure 4b, en phase de translation selon l'axe X, les
éléments de liaison 23, 24 du mécanisme 22 de mouvement combiné étant libérés l'un
de l'autre, c'est-à-dire le projectile 11 ayant acquis une accélération angulaire
suffisante, le projectile 11 se déplace vers l'extrémité 20 du canon 18. Les évents
15 se trouvent alors en vis-à-vis de la seconde extrémité 30 du conduit d'évacuation
28. Le fluide comprimé entre alors dans le conduit d'évacuation 28 par la seconde
extrémité 30 et ressort du conduit d'évacuation 28 par l'ouverture radiale 25 au niveau
de la première extrémité 29 du conduit d'évacuation 28. L'écoulement du fluide comprimé
vers le corps 27 du canon 18 va générer une augmentation de pression dans le corps
27 du canon 18 et ainsi générer une force supplémentaire sur le projectile selon l'axe
X, favorisant l'accélération en translation selon l'axe X du projectile 11.
[0024] La figure 5 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un premier mode de
réalisation d'un dispositif 130 de liaison comprenant un premier objet 40, un deuxième
objet 41. Le dispositif de liaison 130 comprend une première lame 42, apte à passer
d'une configuration enroulée autour d'un axe Z autour d'un support 43 fixé au premier
objet 40 à une configuration déployée selon un axe X sensiblement perpendiculaire
à l'axe Z, la lame 42 ayant une extrémité 44 destinée à entrer en contact avec le
deuxième objet 41, de manière à lier le premier objet 40 et le deuxième objet 41.
[0025] Une lame s'enroule et se déroule facilement, avec un encombrement minimum en configuration
enroulée, car enroulée autour de l'axe Z et sensiblement dans le plan XY, ce qui évite
à la lame de s'emmêler. Néanmoins, on peut également considérer un câble ou une corde
à la place de la lame, le câble ou la corde, tout comme la lame 42, étant apte à passer
d'une configuration enroulée autour de l'axe Z autour du support 43 fixé au premier
objet 40 à une configuration déployée selon l'axe X.
[0026] Les figures 6a et 6b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un deuxième
mode de réalisation du dispositif de liaison 130. Le dispositif de liaison 130 comprend
un premier 45 et un second 46 flasques positionnés sensiblement parallèlement au plan
XY, de part et d'autre de la première lame 42, et un capot 47 positionné autour de
la première lame 42. Les deux flasques 45, 46 permettent à la lame 42 de ne pas sortir
de son enroulement lorsque la lame 42 se déroule. Le capot 47 évite aussi à la lame
42 de trop se dérouler. En effet, il est parfois nécessaire d'avoir une certaine longueur
de lame 42 rapidement disponible pour entrer en contact avec le deuxième objet 41
ou le tracter. Dans ce cas, on peut être amené à dérouler entre les deux flasques
45, 46 la lame 42, par exemple 5 à 20 mètres de lame 42, et le capot 47 permet de
maintenir cette longueur déroulée autour du support 43. On visualise ces exemples
sur les figures 7a et 7b.
[0027] Les figures 7a et 7b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un troisième
mode de réalisation du dispositif de liaison. Le dispositif de liaison 130 comprend
un dispositif de guidage 48 de la première lame 42. Le dispositif de guidage 48 peut
être constitué par deux appuis simples de part et d'autre de la lame 42 pour la guider
dans son déploiement. Les appuis simples peuvent être des galets formant une liaison
ponctuelle sur la lame 42 ou des doigts formant une liaison longitudinale sur la largeur
de la lame 42.
[0028] En outre, le dispositif de liaison 130 peut comprendre un dispositif de découpe 49
destiné à couper la première lame 42. Une telle découpe peut être nécessaire si on
ne souhaite plus entrer en contact avec le deuxième objet ou si on ne souhaite plus
le tracter pour des raisons de sécurité ou de manoeuvrabilité. Le dispositif de découpe
peut être une cisaille pyro ou tout autre type de cisaille adaptée.
[0029] La figure 8 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un quatrième mode de
réalisation du dispositif de liaison 130. Le dispositif de liaison 130 peut comprendre
en outre un moteur 50 ayant un arbre de sortie 51 selon l'axe Z relié au support 43,
destiné à enrouler et déployer la première lame 42.
[0030] La figure 9 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un cinquième mode de
réalisation du dispositif de liaison 130. Le dispositif de liaison 130 peut comprendre
au moins une deuxième lame 52 superposée à la première lame 42, apte à passer d'une
configuration enroulée autour de l'axe Z autour du support 43 fixé au premier objet
40 à une configuration déployée selon l'axe X sensiblement perpendiculaire à l'axe
Z, la lame 52 ayant une extrémité 54 destinée à entrer en contact avec un troisième
objet (non représenté), de manière à lier le premier objet 40 et le troisième objet.
La lame 52 est superposée à la lame 42. De manière similaire, une troisième lame 53
peut être enroulée autour du support 43 en étant superposée aux lames 42 et 52. Cette
configuration d'enroulement de lame est avantageuse puisqu'elle permet d'enrouler
plusieurs lames destinées à entrer en contact avec plusieurs objets, avec un encombrement
minimum. De même, le dispositif de liaison 130 peut comprendre quatre lames, ou plus,
superposées entre elles et permettant de lier un cinquième objet, ou plus, au premier
objet 40.
[0031] La figure 10 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un cinquième mode
de réalisation d'un dispositif 140 de lancement d'un projectile par fluide comprimé
selon l'invetion comprenant le canon 18, un réservoir 21 de fluide comprimé relié
à la première 19 des deux extrémités du canon 18. Le dispositif 140 de lancement comprend
un dispositif de liaison 130 décrit précédemment, le projectile 11 étant alors le
deuxième objet 41. Le support 43 est fixé au dispositif 140. L'extrémité 44 de la
première lame 42 est liée au deuxième objet, c'est-à-dire au projectile 11 par un
élément de liaison 55. L'élément de liaison 55 est un composant mécanique permettant
la rotation du projectile 11 autour de l'axe X. Il peut s'agir d'un roulement à bille
autorisant la rotation autour de l'axe X du projectile 11. Le support 43 est fixé
dans le canon 18. Avantageusement, le support 43 est fixé à proximité de la première
19 des deux extrémités du canon 18. Autrement dit, le dispositif de liaison 130 est
positionné dans une partie arrière du canon 18, où se fait l'entrée du fluide comprimé.
Ainsi, le fluide comprimé issu du réservoir 21 occupe la partie arrière du canon 18.
Le fluide comprimé pénètre alors dans le canon 18 au niveau de son extrémité 19 puis
entre dans la partie creuse 14 du projectile 11 pour en ressortir par les évents 15,
de manière à générer un mouvement de rotation du projectile 11 sur lui-même ainsi
qu'une translation du projectile selon l'axe X.
[0032] Les figures 11 a et 11 b représentent un schéma, en coupe dans le plan XY, de deux
modes de réalisation du dispositif de liaison 130. Comme expliqué précédemment, le
dispositif de liaison 130 est positionné dans le canon 18. L'extrémité 44 de la lame
42 est fixée au projectile 11 par l'élément de liaison 55 (non représenté sur ces
figures). Autrement dit, le premier objet 40 est le canon 18, le deuxième objet 41
est le projectile 11. Ainsi la lame 42, tout en étant fixée au projectile 11, ne va
pas perturber sa trajectoire une fois que le projectile 11 ne sera plus dans le canon
18. Par ailleurs, la liaison de la lame 42 au projectile se faisant dans le canon
18, aucune fuite de fluide, et donc de pression, ne peut avoir lieu.
[0033] La figure 12 représente un schéma, en coupe dans le plan XY, d'un seconde mode de
réalisation du dispositif 140 de lancement d'un projectile 11 incluant un dispositif
de liaison 130 selon l'invention. Tous les éléments de la figure 12 sont identiques
aux éléments de la figure 11 b. Ce mode de réalisation permet de visualiser l'élément
de liaison 55 de l'extrémité 44 de la lame 42 et du projectile 11, comme mentionné
précédemment avec les figures 11 a et 11 b.