Etude de l’impact des débris spatiaux sur les satellites / Zoughebi,Loubna  

Public ISBD 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 SIMULATION Index. 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 : pdf 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 SIMULATION Index. 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 : pdf

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