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Les moyens d'essais et de simulation d'ambiance spatiale
 
présenté lors de la deuxième rencontre de l'IFHE
23-24 octobre 2001

Serge Destivelle
  ancien responsable de la division spatiale
de la SOPEMEA à Brétigny
 
 
 

1. Contexte
Les essais d'environnement représentent en moyenne 15 % des dépenses et du temps de tout projet spatial; ils se situent pour une bonne part sur le chemin critique du PERT; en 1962 aucune société européenne n'en n'avait l'expérience. C'était donc de la part du CNES une décision plutôt hardie de les sous traiter intégralement.


Préparation de l'essai dans le
simulateur solaire

Les décisions d' application limitaient cependant les risques; tout d'abord par le choix du sous traitant: la SOPEMEA (Société pour le Perfectionnement des Matériels et Équipements Aéronautiques; puis Aérospatiaux). Créée dans les années 50 la SOPEMEA était un GIE avant l'heure, un Groupement d'Intérêt Économique sans but lucratif, ses actionnaires étaient des équipementiers de l'aéronautique judicieusement associés pour acquérir et gérer en commun des équipements d'essais trop coûteux pour un seul, son président le plus souvent un ingénieur général de l'air «pantouflé». Sans avoir le dynamisme d'une “Start up” la SOPEMEA présentait donc un minimum de garanties.
C'était ensuite en faisant que les ingénieurs de la SOPEMEA soient, comme ceux du CNES, formés par la NASA au Goddard Space Flight Center
La première équipe à débarquer au Goddard en octobre 1962 pour se faire les dents sur le satellite scientifique américain S52 incluait donc une récente recrue de la “SOP”. L’accueil y a été exceptionnellement ouvert et chaleureux. Il s'explique par l'antériorité des relations entre le Laboratoire d'Aéronomie du Professeur Blamont et la NASA mais aussi par la générosité personnelle des «civil servants» de l'époque.
Ce fut bien sûr au prix d'un rythme de travail soutenu, la journée sur S52 et le soir sinon la nuit sur le programme français, mais cet accueil a permis dans toutes les disciplines, en tous cas dans les techniques d'essais, d'acquérir en un minimum de temps les connaissances indispensables.
Dès le retour, en avril 1963 la division spatiale de la SOPEMEA s'est implantée à Brétigny sur le site même du CNES. Elle n'en était en fait qu'un département et n'entretenait avec la maison mère que des rapports administratifs. Son rattachement au CNES aurait été aussi bien justifié; il a été réalisé en 1982, sous la forme d'une filiale.

2. Essais en environnement spatial
Beaucoup d'essais tels que l'équilibrage des satellites à très basse vitesse (20 t/minute), les essais d'impact des nacelles de ballons sondes sur les cockpits d'avion à Mach l, etc., présentaient des difficultés, mais ceux qui posaient de loin le plus de problèmes étaient les essais en environnement spatial.

Rappelons qu'ils consistent en bref à vérifier l'équilibre thermique du satellite dans les conditions orbitales, c'est à dire:
- un vide suffisant pour supprimer les échanges thermiques extérieurs par conduction et convection, soit (10)-6 Torr pour tenir compte du dégazage possible des surfaces du satellite.
- un« puits thermique », corps « noir» à basse température simulant l'espace (4 °K)
- un faisceau lumineux voisin du rayonnement solaire en altitude, du point de vue de l'énergie, du spectre, et bien sûr de l'uniformité;
- Le tout dans une enceinte capable de recevoir un satellite en rotation tous panneaux solaires déployés, monté sur un support gyroscopique, soit un volume sphérique de 3 m de diamètre au minimum.


L'inauguration en juin 1964 ou en 1965 ?

Avec les moyens, mais surtout le manque d'expérience de l'époque c'était une entreprise considérable. Les technologies étaient certes disponibles mais personne en Europe ne les avait jamais mises en œuvre à cette échelle ni de façon aussi rigoureuse. Les techniques du vide étaient appliquées depuis longtemps pour la fabrication des semi-conducteurs mais réservées à des enceintes de quelques dm3; on savait réaliser des projecteurs très puissants mais sans trop se soucier de l'uniformité du faisceau et encore moins du spectre, tout posait donc problème.
Malgré ces handicaps, sans jamais faire appel à aucune entreprise étrangère sauf, par précaution, pour la réception du simulateur solaire, le simulateur spatial a été entièrement réalisé dans les délais impartis. L’appel d'offres lancé en février 1963 aboutissait à la conclusion du marché en avril, à l'inauguration en juin 1964 et à une installation entièrement rodée et opérationnelle en septembre de la même année.

Les principaux acteurs industriels ont été la SEAVOM (Société d'Études et Applications du Vide de l'Optique et de la Mécanique), que le Canard Enchaîné rapportant l'inauguration n'avait pas manqué de rebaptiser “tante SYVONNE”), filiale de la Compagnie des Compteurs, agissant comme maître d'œuvre, la SOGEV (Société Générale du Vide), filiale de THOMSON, pour les pompes à vide, la société Air liquide pour le puits thermique, BBT (Benard, Barbier, Turenne), constructeur de phares et balises, pour le simulateur solaire, et enfin Creusot loire pour le support gyroscopique.
Les difficultés de mise au point ne sont pas toujours survenues là où on les attendait. Les pompes à diffusion, les pompes cryogéniques, les chaînes de mesure, ont dès le début marché comme des horloges. La première déconvenue est apparue en chaudronnerie: les défauts de planéité du vaste couvercle rendait le démarrage du pompage difficile; un expédient a été vite trouvé.


D1A dans le simulateur

La principale difficulté est venue du puits thermique, le problème était l'hétérogénéité de ses températures. L'azote en ébullition était évidemment à température constante mais des poches de gaz se formaient dans les parties hautes du puits qui atteignaient des températures considérables, supérieures à 100° K. Le problème a été assez rapidement résolu de façon acceptable par diverses modifications du circuit d'azote heureusement limitées pour l'essentiel aux parties extérieures à la chambre à vide.
Le premier simulateur s'est au demeurant révélé performant puisqu'il a permis de mesurer des températures de satellite vérifiées en orbite à + - 4 °C près. Si l'on se rappelle que l'électronique embarquée n'était alors garantie que dans un domaine de température beaucoup plus restreint qu'aujourd'hui,-20 °C à + 50°C, à comparer aux -40°C + 60°C, voire + 80 °C pour les « composants moteur» imposées en électronique automobile, on mesure bien la contribution apportée par cette installation à la longévité des expériences embarquées et la fiabilité générale des premiers satellites conçus par le CNES.

Forts de cette expérience nous avons cependant pour le simulateur suivant installé à Toulouse, pris le risque d'une relative innovation (par rapport à celui du Goddard) dans la conception du puits thermique. Il serait alimenté en azote toujours liquide car pressurisé et maintenu au dessous de sa température d'ébullition par refroidissement à travers un échangeur alimenté au secondaire par de l'azote bouillant à l'air libre. Il devait bien sûr être à température légèrement plus élevée, mais aux quelques degrés près entre entrée et sortie de l'échangeur, quasiment uniforme. De l'échange en T4 résulterait par ailleurs de cette élévation une erreur tout à fait négligeable. Sa réalisation n'a rencontré aucune difficulté. Sous son nom de baptême de SIMLES (simulateur de Toulouse Lespinet) donné par tante SYVONNE, cette installation semble encore en service aujourd'hui.

 
 
 
   
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