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Étude et analyse de l’effet de l’oxygène atomique sur les satellites à basses altitudes / Lakhdari,Assia
Titre : Étude et analyse de l’effet de l’oxygène atomique sur les satellites à basses altitudes Type de document : texte imprimé Auteurs : Lakhdari,Assia, Auteur ; Boudjemai,Abdelmadjid, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2018 Importance : 1 vol (101 f .) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Index. décimale : 530 Physique Résumé : Les satellites en orbite basse se trouvent dans un environnement atmosphérique caractérisé
par une très faible pression et une composition variables notamment avec l'altitude et l'activité
solaire. Parmi les composants atmosphériques, l'oxygène sous sa forme atomique qui doit être
spécialement considéré pour son fort pouvoir oxydant et la dégradation très importante dont il
est la cause pour de nombreux matériaux (polymères, métaux...). Il provoque une
modification des propriétés des surfaces d'un satellite au cours de sa mission. Il faut
cependant considérer que tous les facteurs de l'environnement spatial peuvent agir en synergie
avec eux, provoquant un effet aggravant. On donne un aperçu sur les possibilités de synergie
de ces dégradations dues à l'oxygène atomique, avec celles attribuables aux autres
composantes de l'environnement d'un satellite, que cet environnement soit d'origine naturelle
(rayonnement ultraviolet, flux d'électrons et protons énergétiques), ou résultant de la mise en
oeuvre (cyclages thermiques, contaminations diverses).
On donne enfin des indications sur les fluences rencontrées au cours de missions typiques, les
spécificités de son attaque, le comportement de diverses classes de matériaux et les moyens de
simulation employés.
Dans ce mémoire des simulations sur l‘effet de l‘OA ont été effectuées pour avoir des
résultats permettant de bien comprendre l’interaction entre l’OA et les matériaux de surfaces.
L'utilisation de revêtements protecteurs d'oxyde métallique et des revêtements de nivellement
de surface peut réduire considérablement la densité de défauts par rapport aux revêtements de
protection aluminisé.
Et comme perspective aussi d’autres recherches peuvent effectuées dans le domaine de l’effet
de l’environnement spatial sur les équipements spatiaux en introduisant des nouveaux
matériaux plus résistant ainsi que des méthodes expérimentales plus avancées.Note de contenu : Sommaire
Chapitre I ................................................................................................................................................ 2
ARCHITECTURE DES SATELLITES ET LES MATERIAUX UTILISES ............................................... 2
I.1 INTRODUCTION ................................................................................................................... 3
I.2 ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN SATELLITE ............................................... 4
I.2.1 Plate-forme .......................................................................................................................... 4
I.2.2 Charge utile ....................................................................................................................... 20
I.3 FORME GEOMETRIQUE DE LA STRUCTURE D’UN SATELLITE.............................. 25
I.4 CLASSIFICATION DES SATELLITES .............................................................................. 26
I.4.1 Sur la base de la taille ........................................................................................................ 27
I.4.2 Sur la base de la mission ................................................................................................... 27
I.4.3 Sur la base de l'orbite sur laquelle elle est placée .............................................................. 28
I.4.4 Sur la base de la stabilisation ............................................................................................. 29
I.5 CHOIX DES MATERIAUX ................................................................................................. 29
I.5.1 Aluminium ......................................................................................................................... 30
I.5.2 Magnésium ........................................................................................................................ 30
I.5.3 Aciers ................................................................................................................................. 31
I.5.4 Béryllium ........................................................................................................................... 31
I.5.5 Titane ................................................................................................................................. 31
I.5.6 Kevlar ................................................................................................................................ 31
I.5.7 Composites ........................................................................................................................ 32
I.5.8 Matériaux à mémoire de forme ......................................................................................... 32
I.6 CONCLUSION ..................................................................................................................... 33
Chapitre II ............................................................................................................................................. 35
ENVIRONNEMENT SPATIAL ET L’OXYGENE ATOMIQUE ............................................................. 35
II.1 INTRODUCTION ................................................................................................................. 36
II.2 ENVIRONNEMENT SPATIAL ........................................................................................... 36
II.2.1 Environnement radiatif spatial ...................................................................................... 36
II.2.2 L’environnement thermique .......................................................................................... 39
II.2.3 L’environnement électrique ........................................................................................... 40
II.2.4 Environnement orbital ................................................................................................... 40
II.2.5 Le vide ........................................................................................................................... 43
II.2.6 Débris et météorites ....................................................................................................... 44
II.2.7 L'oxygène atomique ...................................................................................................... 44
II.3 L’OXYGENE ATOMIQUE .................................................................................................. 45
II.3.1 L’oxygène atomique en orbite terrestre basse (LEO) .................................................... 45
II.3.2 L’effet de l’oxygène atomique ...................................................................................... 47
II.3.3 Modèle mathématique de l’effet d’oxygène atomique sur les matériaux ...................... 51
II.3.4 Données du modèle ....................................................................................................... 63
II.4 CONCLUSION : ................................................................................................................... 65
Chapitre III ............................................................................................................................................ 67
SIMULATION ET ANALYSE DES EFFETS DE L‘OXYGENE ATOMIQUE SUR UN SATELLITE .... 67
III.1 INTRODUCTION : ............................................................................................................... 68
III.2 PRESENTATION DES OUTILS DE SIMULATION MATLAB ........................................ 68
III.2.1 L’environnement de travail ........................................................................................... 68
III.2.2 Les modes de travail ...................................................................................................... 68
III.3 Simulation des différents paramètres caractérisant l‘effet de l’oxygène atomique sur les
équipements spatiaux ........................................................................................................................ 69
III.3.1 Simulation de la croissance de l'oxyde .......................................................................... 69
III.3.2 Calcul l'épaisseur limite de l'oxyde ............................................................................... 71
III.3.3 Simulation de l’épaisseur réduit d’oxyde ...................................................................... 72
III.3.4 Simulation du rapport de rendement d’érosion de différents matériaux ................... 74
III.3.5 Simulation du paramètre d'atténuation .......................................................................... 76
III.3.6 Simulation de l’érosion dans le cas réel ................................................................. 76
III.4 LES RESULTATS EXPERIMENTALES ............................................................................ 78
III.4.1 Les essais en vol ............................................................................................................ 78
III.4.2 Materials International Space Station Experiment (MISSE) ......................................... 78
III.4.3 L’expérience MISSE 2 PEACE d'érosion et de contamination ..................................... 82
III.4.4 Profondeur de l'érosion par rapport à la perte de masse pour la mesure du rendement de
l'érosion 85
III.4.5 Diffusion de l'oxygène atomique ................................................................................... 85
III.4.6 La contamination de silicone sur LDEF (Long Duration Exposure Facility)................ 87
III.4.7 Mesure par microscope électronique à balayage (MEB) de quelques matériaux avant et
après l'exposition à l’AO ............................................................................................................... 88
III.4.8 Revêtements de protection ............................................................................................ 89
III.5 CONCLUSION ..................................................................................................................... 91
IV. ANNEXES .......................................................................................................................Côte titre : MAPH/0288 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1fSUW4TxjVs7gNqBk1ziSFfoE-eLMJPIn/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Étude et analyse de l’effet de l’oxygène atomique sur les satellites à basses altitudes [texte imprimé] / Lakhdari,Assia, Auteur ; Boudjemai,Abdelmadjid, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2018 . - 1 vol (101 f .) ; 29 cm.
Langues : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Index. décimale : 530 Physique Résumé : Les satellites en orbite basse se trouvent dans un environnement atmosphérique caractérisé
par une très faible pression et une composition variables notamment avec l'altitude et l'activité
solaire. Parmi les composants atmosphériques, l'oxygène sous sa forme atomique qui doit être
spécialement considéré pour son fort pouvoir oxydant et la dégradation très importante dont il
est la cause pour de nombreux matériaux (polymères, métaux...). Il provoque une
modification des propriétés des surfaces d'un satellite au cours de sa mission. Il faut
cependant considérer que tous les facteurs de l'environnement spatial peuvent agir en synergie
avec eux, provoquant un effet aggravant. On donne un aperçu sur les possibilités de synergie
de ces dégradations dues à l'oxygène atomique, avec celles attribuables aux autres
composantes de l'environnement d'un satellite, que cet environnement soit d'origine naturelle
(rayonnement ultraviolet, flux d'électrons et protons énergétiques), ou résultant de la mise en
oeuvre (cyclages thermiques, contaminations diverses).
On donne enfin des indications sur les fluences rencontrées au cours de missions typiques, les
spécificités de son attaque, le comportement de diverses classes de matériaux et les moyens de
simulation employés.
Dans ce mémoire des simulations sur l‘effet de l‘OA ont été effectuées pour avoir des
résultats permettant de bien comprendre l’interaction entre l’OA et les matériaux de surfaces.
L'utilisation de revêtements protecteurs d'oxyde métallique et des revêtements de nivellement
de surface peut réduire considérablement la densité de défauts par rapport aux revêtements de
protection aluminisé.
Et comme perspective aussi d’autres recherches peuvent effectuées dans le domaine de l’effet
de l’environnement spatial sur les équipements spatiaux en introduisant des nouveaux
matériaux plus résistant ainsi que des méthodes expérimentales plus avancées.Note de contenu : Sommaire
Chapitre I ................................................................................................................................................ 2
ARCHITECTURE DES SATELLITES ET LES MATERIAUX UTILISES ............................................... 2
I.1 INTRODUCTION ................................................................................................................... 3
I.2 ARCHITECTURE ET COMPOSITION D’UN SATELLITE ............................................... 4
I.2.1 Plate-forme .......................................................................................................................... 4
I.2.2 Charge utile ....................................................................................................................... 20
I.3 FORME GEOMETRIQUE DE LA STRUCTURE D’UN SATELLITE.............................. 25
I.4 CLASSIFICATION DES SATELLITES .............................................................................. 26
I.4.1 Sur la base de la taille ........................................................................................................ 27
I.4.2 Sur la base de la mission ................................................................................................... 27
I.4.3 Sur la base de l'orbite sur laquelle elle est placée .............................................................. 28
I.4.4 Sur la base de la stabilisation ............................................................................................. 29
I.5 CHOIX DES MATERIAUX ................................................................................................. 29
I.5.1 Aluminium ......................................................................................................................... 30
I.5.2 Magnésium ........................................................................................................................ 30
I.5.3 Aciers ................................................................................................................................. 31
I.5.4 Béryllium ........................................................................................................................... 31
I.5.5 Titane ................................................................................................................................. 31
I.5.6 Kevlar ................................................................................................................................ 31
I.5.7 Composites ........................................................................................................................ 32
I.5.8 Matériaux à mémoire de forme ......................................................................................... 32
I.6 CONCLUSION ..................................................................................................................... 33
Chapitre II ............................................................................................................................................. 35
ENVIRONNEMENT SPATIAL ET L’OXYGENE ATOMIQUE ............................................................. 35
II.1 INTRODUCTION ................................................................................................................. 36
II.2 ENVIRONNEMENT SPATIAL ........................................................................................... 36
II.2.1 Environnement radiatif spatial ...................................................................................... 36
II.2.2 L’environnement thermique .......................................................................................... 39
II.2.3 L’environnement électrique ........................................................................................... 40
II.2.4 Environnement orbital ................................................................................................... 40
II.2.5 Le vide ........................................................................................................................... 43
II.2.6 Débris et météorites ....................................................................................................... 44
II.2.7 L'oxygène atomique ...................................................................................................... 44
II.3 L’OXYGENE ATOMIQUE .................................................................................................. 45
II.3.1 L’oxygène atomique en orbite terrestre basse (LEO) .................................................... 45
II.3.2 L’effet de l’oxygène atomique ...................................................................................... 47
II.3.3 Modèle mathématique de l’effet d’oxygène atomique sur les matériaux ...................... 51
II.3.4 Données du modèle ....................................................................................................... 63
II.4 CONCLUSION : ................................................................................................................... 65
Chapitre III ............................................................................................................................................ 67
SIMULATION ET ANALYSE DES EFFETS DE L‘OXYGENE ATOMIQUE SUR UN SATELLITE .... 67
III.1 INTRODUCTION : ............................................................................................................... 68
III.2 PRESENTATION DES OUTILS DE SIMULATION MATLAB ........................................ 68
III.2.1 L’environnement de travail ........................................................................................... 68
III.2.2 Les modes de travail ...................................................................................................... 68
III.3 Simulation des différents paramètres caractérisant l‘effet de l’oxygène atomique sur les
équipements spatiaux ........................................................................................................................ 69
III.3.1 Simulation de la croissance de l'oxyde .......................................................................... 69
III.3.2 Calcul l'épaisseur limite de l'oxyde ............................................................................... 71
III.3.3 Simulation de l’épaisseur réduit d’oxyde ...................................................................... 72
III.3.4 Simulation du rapport de rendement d’érosion de différents matériaux ................... 74
III.3.5 Simulation du paramètre d'atténuation .......................................................................... 76
III.3.6 Simulation de l’érosion dans le cas réel ................................................................. 76
III.4 LES RESULTATS EXPERIMENTALES ............................................................................ 78
III.4.1 Les essais en vol ............................................................................................................ 78
III.4.2 Materials International Space Station Experiment (MISSE) ......................................... 78
III.4.3 L’expérience MISSE 2 PEACE d'érosion et de contamination ..................................... 82
III.4.4 Profondeur de l'érosion par rapport à la perte de masse pour la mesure du rendement de
l'érosion 85
III.4.5 Diffusion de l'oxygène atomique ................................................................................... 85
III.4.6 La contamination de silicone sur LDEF (Long Duration Exposure Facility)................ 87
III.4.7 Mesure par microscope électronique à balayage (MEB) de quelques matériaux avant et
après l'exposition à l’AO ............................................................................................................... 88
III.4.8 Revêtements de protection ............................................................................................ 89
III.5 CONCLUSION ..................................................................................................................... 91
IV. ANNEXES .......................................................................................................................Côte titre : MAPH/0288 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1fSUW4TxjVs7gNqBk1ziSFfoE-eLMJPIn/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAPH/0288 MAPH/0288 Mémoire Bibliothéque des sciences Français Disponible
Disponible
Titre : Etude de l’impact des débris spatiaux sur les satellites Type de document : texte imprimé Auteurs : Zoughebi,Loubna, Auteur ; Boudjemai,Abdelmadjid, Directeur de thèse Editeur : Setif:UFA Année de publication : 2018 Importance : 1 vol (88 f .) Format : 29 cm Langues : Français (fre) Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Mots-clés : VEHICULES SPATIAUX
ENVIRONNEMENT SPATIAL
SIMULATIONIndex. décimale : 530 Physique Note de contenu : Sommaire
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE . 1
CHAPITRE 1 DEVELOPPEMENT DES VEHICULES SPATIAUX .. 4
I.1 Introduction....5
I.2 Véhicules spatiaux ...5
I.2.1 Fusées spatiales ..5
I.2.2 Sonde spatial ...................
I.2.3 Navette spatial .................7
I.2.4 Capsule spatial ...8
I.2.5 Station spatial.8
I.3 Satellites ..8
I.3.1 Satellites artificiels.....................8
I.3.2 Les différents types des satellites...........9
I.3.2.1 Satellites scientifiques.........9
I.3.2.2 Les satellites d’applications..... 10
I.3.3 Classification des Satellites ..... 11
I.4 Les caractéristiques des satellites ..............12
I.4.1 Composition d’un satellite artificielle ...... 12
I.4.1.1 La charge utile ............................ 12
I.4.1.2 La plateforme (+ panneaux solaires) : ... 12
I.4.2 Les différentes orbites du satellite .... 13
I.4.2.1 Orbite basse polaire (LEO : low earth orbit/polar) .... 13
I.4.2.2 Orbite basse inclinée (LEO : low earth orbit/inclined) . 13
I.4.2.3 Orbite elliptique (HEO: highly elliptical orbit)........ 13
I.4.2.4 Orbite géostationnaire (GEO : geostationary earth orbit) ....... 14
I.4.3 La vie d'un satellite................. 14
I.5 Applications Spatiale ......... 15
I.5.2 Océanographie.... 16
I.5.3 Exploration spatiale................ 16
I.5.4 Navigation .......................... 16
I.5.5 Télécommunications........................ 16
I.5.6 Espionnage et renseignement....... 17
I.5.7 La microgravité : ........ 17
I.5.8 Les sciences de l’univers....... 17
I.6 Le transport spatial ...........18
I.7 Phase d’un projet spatial...........18
I.8 Les essais d’environnement spatiale .....19
I.8.1 Essais mécanique................................ 19
I.8.1.1 Les essais de vibrations et de chocs ..... 19
I.8.1.2 Essais acoustique ......20
I.8.1.3 Les avantages d’essais mécanique.............. 20
I.8.2 Essais électrique................................ 21
I.8.2.1 Compatibilité-Electro-Magnétique ..................... 21
I.8.2.2 Les essais d’amagnétisme ........... 21
I.8.3 Essais thermique............................... 21
I.8.3.1 Les essais de vide thermique ............................................. 21
I.8.3.2 Les essais de simulation spatiale........................ 22
I.9 Perturbation orbital............22
I.9.1 Origine des perturbations sur un satellite terrestre .................... 22
I.10 Conclusion ...........24
CHAPITRE II ENVIRONNEMENT SPATIAL ET EFFETS DES DEBRIS SPATIAUX SUR LES SATELLITES ......... 26
II.1 Introduction........................27
II.2 Environnement spatial ...............................27
II.2.1 Environnement orbital..................................... 27
II.2.1.1 Environnement météoritique ................. 28
II.2.1.2 Environnement chimique : corrosion par présence d’oxygène monoatomique........... 28
II.2.1.3 Contraintes spatiales agissant sur les éléments externes et internes du satellite ou de la sonde ... 28
II.3 Débris spatiaux...............29
II.4 Origine et nature des débris spatiaux ...........................29
II.5 Détection des débris spatiaux et catalogue .....30
II.5.1 Moyens d'Observation .......................... 30
II.5.2 La durée de vie des débris spatiaux ..................... 33
II.6 Les risques liés à l’existence des débris spatiaux ...............33
II.6.1 Les rentrées aléatoires dans l’atmosphère............... 33
II.6.2 Les collisions orbitales ................ 34
II.6.3 Evolution de la Population Orbitale ................. 37
II.7 Les paramètres influençant l’évolution de la pollution orbitale ....38
II.8 Les solutions possibles contre la menace des débris spatiaux..........39
II.8.1 Les mesures de protection...................... 39 II.8.2 Les manoeuvres d’évitements .................. 40
II.8.3 Prévision des rentrées atmosphérique...................... 42
II.8.4 Gestion opérationnelle des risques de collision ................ 43
II.9 Réglementation visant à la non-prolifération de débris .............45
II.10 Modélisation de l’effet des débris spatiaux sur les satellites ...........46
II.10.1 Modèle mathématique d’effet des débris sur les matériaux ...... 47
II.10.1.1 Équation d'origine "Cour-Palais" :................... 47
II.10.1.2 Équation "Cour-Palais" Modifié :......... 48
II.10.2 Débris en orbite : ................. 49
II.10.2.1 Le model “NASA 90”....................... 50
II.10.2.1.1 Modèle de flux “NASA 90” ............... 50
II.10.2.1.2 La distribution de vitesse “NASA90” ........... 52
II.10.2.1.3 Le modèle de densité de masse “NASA90” ..... 54
II.10.2.2 Le modèle “NASA96” (ORDEM96) ........... 54
II.10.2.3 Le modèle MASTER............. 55
II.10.3 Modèles d'interaction de particules / mur ............. 55
II.10.3.1 Equations de dommages : ............................ 57
II.10.3.1.1 L'équation de limite balistique de paroi unique (simple)................ 57
II.10.3.1.2 L'équation de limite balistique de paroi multiple.............. 58
II.10.3.1.3 L'équation de la taille du cratère ............... 58
II.10.3.1.4 L'équation du trou .............. 59
II.11 Conclusion .......59
CHAPITRE III SIMULATION ET ANALYSE DES RESULTATS DE L’IMPACT DE DEBRIS SPATIAUX ....... 61
III.1 Introduction..............62
III.2 Analyse des paramètres de débris ............62
III.2.1 Simulation sous MATLAB................ 62
Model double paroi (Double Wall).................. 62
III.2.1.1 L’effet du diamètre du projectile .................. 62
III.2.1.2 L’effet de la vitesse du projectile ..... 64
III.2.1.3 L’effet de la distance entre la paroi choc et la paroi arrière ....... 65
III.2.2 Conception de l'environnement des débris (MODEL)......... 67
III.2.2.1 Whipple bouclier (Whipple Shield) ........ 67
III.2.2.2 Whipple bouclier farci (Kevlar/Nextel Stuffed Whipple Shield) ........ 68
III.2.2.3 Bouclier multi-choc (Multi-Shock Shield) ....... 69
III.2.3 Discussion et sélection............................ 70
III.2.4 Conception de l’environnement débris (SIMULE)...... 71
III.2.4.1 Effet de la vitesse d’impact ........... 71
III.3 Modélisation de l’impact de débris (Aspect expérimentale) ......73
Model simple paroi (Single wall)........... 73
III.3.1 Modélisation et analyse à l'aide d'une technique de maillage Lagrangien ...................... 73
III.3.2 Études initiales réalisées à l'aide d'un maillage lagrangien........................................ 74
III.3.3 Résultats des études initiales réalisées à l'aide du maillage Lagrangien ................ 75
III.4 Modélisation de l’impact de débris sous ANSYS .......................78
III.4.1 Géométrie des modèles............................ 78
III.4.2 Simulation sous logiciel ANSYS .......................... 80
III.4 Modélisation de l’impact de débris sous ANSYS ............................78
III.4.1 Géométrie des modèles............... 78
III.4.2 Simulation sous logiciel ANSYS .............. 80
VII
III.4.2.1 Données relatives aux matériaux............. 80
III.4.3 Les étapes de modélisation sous ANSYS............... 81
III.4.3.1 Réalisation de la géométrie ............. 81
III.4.3.2 Réalisation du maillage................ 82
III.4.3.3 Les conditions aux limites....................... 82
III.4.4 Résultats et analyse de l’impact de débris sur les structures des satellites........... 83
III.5 Conclusion ..........................87
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE ............... 88
Côte titre : MAPH/0278 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1G30oE_qfbmdgr2RL9fmhg_IMCZxEVOP-/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Etude de l’impact des débris spatiaux sur les satellites [texte imprimé] / Zoughebi,Loubna, Auteur ; Boudjemai,Abdelmadjid, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2018 . - 1 vol (88 f .) ; 29 cm.
Langues : Français (fre)
Catégories : Thèses & Mémoires:Physique Mots-clés : VEHICULES SPATIAUX
ENVIRONNEMENT SPATIAL
SIMULATIONIndex. décimale : 530 Physique Note de contenu : Sommaire
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE . 1
CHAPITRE 1 DEVELOPPEMENT DES VEHICULES SPATIAUX .. 4
I.1 Introduction....5
I.2 Véhicules spatiaux ...5
I.2.1 Fusées spatiales ..5
I.2.2 Sonde spatial ...................
I.2.3 Navette spatial .................7
I.2.4 Capsule spatial ...8
I.2.5 Station spatial.8
I.3 Satellites ..8
I.3.1 Satellites artificiels.....................8
I.3.2 Les différents types des satellites...........9
I.3.2.1 Satellites scientifiques.........9
I.3.2.2 Les satellites d’applications..... 10
I.3.3 Classification des Satellites ..... 11
I.4 Les caractéristiques des satellites ..............12
I.4.1 Composition d’un satellite artificielle ...... 12
I.4.1.1 La charge utile ............................ 12
I.4.1.2 La plateforme (+ panneaux solaires) : ... 12
I.4.2 Les différentes orbites du satellite .... 13
I.4.2.1 Orbite basse polaire (LEO : low earth orbit/polar) .... 13
I.4.2.2 Orbite basse inclinée (LEO : low earth orbit/inclined) . 13
I.4.2.3 Orbite elliptique (HEO: highly elliptical orbit)........ 13
I.4.2.4 Orbite géostationnaire (GEO : geostationary earth orbit) ....... 14
I.4.3 La vie d'un satellite................. 14
I.5 Applications Spatiale ......... 15
I.5.2 Océanographie.... 16
I.5.3 Exploration spatiale................ 16
I.5.4 Navigation .......................... 16
I.5.5 Télécommunications........................ 16
I.5.6 Espionnage et renseignement....... 17
I.5.7 La microgravité : ........ 17
I.5.8 Les sciences de l’univers....... 17
I.6 Le transport spatial ...........18
I.7 Phase d’un projet spatial...........18
I.8 Les essais d’environnement spatiale .....19
I.8.1 Essais mécanique................................ 19
I.8.1.1 Les essais de vibrations et de chocs ..... 19
I.8.1.2 Essais acoustique ......20
I.8.1.3 Les avantages d’essais mécanique.............. 20
I.8.2 Essais électrique................................ 21
I.8.2.1 Compatibilité-Electro-Magnétique ..................... 21
I.8.2.2 Les essais d’amagnétisme ........... 21
I.8.3 Essais thermique............................... 21
I.8.3.1 Les essais de vide thermique ............................................. 21
I.8.3.2 Les essais de simulation spatiale........................ 22
I.9 Perturbation orbital............22
I.9.1 Origine des perturbations sur un satellite terrestre .................... 22
I.10 Conclusion ...........24
CHAPITRE II ENVIRONNEMENT SPATIAL ET EFFETS DES DEBRIS SPATIAUX SUR LES SATELLITES ......... 26
II.1 Introduction........................27
II.2 Environnement spatial ...............................27
II.2.1 Environnement orbital..................................... 27
II.2.1.1 Environnement météoritique ................. 28
II.2.1.2 Environnement chimique : corrosion par présence d’oxygène monoatomique........... 28
II.2.1.3 Contraintes spatiales agissant sur les éléments externes et internes du satellite ou de la sonde ... 28
II.3 Débris spatiaux...............29
II.4 Origine et nature des débris spatiaux ...........................29
II.5 Détection des débris spatiaux et catalogue .....30
II.5.1 Moyens d'Observation .......................... 30
II.5.2 La durée de vie des débris spatiaux ..................... 33
II.6 Les risques liés à l’existence des débris spatiaux ...............33
II.6.1 Les rentrées aléatoires dans l’atmosphère............... 33
II.6.2 Les collisions orbitales ................ 34
II.6.3 Evolution de la Population Orbitale ................. 37
II.7 Les paramètres influençant l’évolution de la pollution orbitale ....38
II.8 Les solutions possibles contre la menace des débris spatiaux..........39
II.8.1 Les mesures de protection...................... 39 II.8.2 Les manoeuvres d’évitements .................. 40
II.8.3 Prévision des rentrées atmosphérique...................... 42
II.8.4 Gestion opérationnelle des risques de collision ................ 43
II.9 Réglementation visant à la non-prolifération de débris .............45
II.10 Modélisation de l’effet des débris spatiaux sur les satellites ...........46
II.10.1 Modèle mathématique d’effet des débris sur les matériaux ...... 47
II.10.1.1 Équation d'origine "Cour-Palais" :................... 47
II.10.1.2 Équation "Cour-Palais" Modifié :......... 48
II.10.2 Débris en orbite : ................. 49
II.10.2.1 Le model “NASA 90”....................... 50
II.10.2.1.1 Modèle de flux “NASA 90” ............... 50
II.10.2.1.2 La distribution de vitesse “NASA90” ........... 52
II.10.2.1.3 Le modèle de densité de masse “NASA90” ..... 54
II.10.2.2 Le modèle “NASA96” (ORDEM96) ........... 54
II.10.2.3 Le modèle MASTER............. 55
II.10.3 Modèles d'interaction de particules / mur ............. 55
II.10.3.1 Equations de dommages : ............................ 57
II.10.3.1.1 L'équation de limite balistique de paroi unique (simple)................ 57
II.10.3.1.2 L'équation de limite balistique de paroi multiple.............. 58
II.10.3.1.3 L'équation de la taille du cratère ............... 58
II.10.3.1.4 L'équation du trou .............. 59
II.11 Conclusion .......59
CHAPITRE III SIMULATION ET ANALYSE DES RESULTATS DE L’IMPACT DE DEBRIS SPATIAUX ....... 61
III.1 Introduction..............62
III.2 Analyse des paramètres de débris ............62
III.2.1 Simulation sous MATLAB................ 62
Model double paroi (Double Wall).................. 62
III.2.1.1 L’effet du diamètre du projectile .................. 62
III.2.1.2 L’effet de la vitesse du projectile ..... 64
III.2.1.3 L’effet de la distance entre la paroi choc et la paroi arrière ....... 65
III.2.2 Conception de l'environnement des débris (MODEL)......... 67
III.2.2.1 Whipple bouclier (Whipple Shield) ........ 67
III.2.2.2 Whipple bouclier farci (Kevlar/Nextel Stuffed Whipple Shield) ........ 68
III.2.2.3 Bouclier multi-choc (Multi-Shock Shield) ....... 69
III.2.3 Discussion et sélection............................ 70
III.2.4 Conception de l’environnement débris (SIMULE)...... 71
III.2.4.1 Effet de la vitesse d’impact ........... 71
III.3 Modélisation de l’impact de débris (Aspect expérimentale) ......73
Model simple paroi (Single wall)........... 73
III.3.1 Modélisation et analyse à l'aide d'une technique de maillage Lagrangien ...................... 73
III.3.2 Études initiales réalisées à l'aide d'un maillage lagrangien........................................ 74
III.3.3 Résultats des études initiales réalisées à l'aide du maillage Lagrangien ................ 75
III.4 Modélisation de l’impact de débris sous ANSYS .......................78
III.4.1 Géométrie des modèles............................ 78
III.4.2 Simulation sous logiciel ANSYS .......................... 80
III.4 Modélisation de l’impact de débris sous ANSYS ............................78
III.4.1 Géométrie des modèles............... 78
III.4.2 Simulation sous logiciel ANSYS .............. 80
VII
III.4.2.1 Données relatives aux matériaux............. 80
III.4.3 Les étapes de modélisation sous ANSYS............... 81
III.4.3.1 Réalisation de la géométrie ............. 81
III.4.3.2 Réalisation du maillage................ 82
III.4.3.3 Les conditions aux limites....................... 82
III.4.4 Résultats et analyse de l’impact de débris sur les structures des satellites........... 83
III.5 Conclusion ..........................87
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVE ............... 88
Côte titre : MAPH/0278 En ligne : https://drive.google.com/file/d/1G30oE_qfbmdgr2RL9fmhg_IMCZxEVOP-/view?usp=shari [...] Format de la ressource électronique : Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité MAPH/0278 MAPH/0278 Mémoire Bibliothéque des sciences Français Disponible
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