Dimensionnement d'un évaporateur pour une boucle de contrôle thermique d'un satellite de télécommunication

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Introduction

Thales Alenia Space est le numéro un européen des solutions par satellites et acteur majeur dans le domaine de l'infrastructure orbitale avec un chiffre d'affaire de plus de 2 milliards d'euros (2008). Le contrôle thermique est une part essentielle du module de service d'un satellite permettant de gérer les échanges de chaleur entre le satellite et son environnement. Aujourd'hui sur les satellites de télécommunication, les puissances à dissiper sont en constante augmentation, les surfaces radiatives des murs ne sont plus assez grandes pour satisfaire les besoin en évacuation de chaleur. L'utilisation des radiateurs deployables devient indispensable, qui s'accompagne de l'introduction des boucles fluides diphasiques à pompage mécanique. Ces boucles de refroidissement sont les plus efficaces thermiquement. L'un des intérêts de cette architecture réside dans le fait qu'elle s'adapte automatiquement à une variation de la puissance appliquée sur l'évaporateur sans avoir recours à l'utilisation d'une vanne by-pass motorisée. Dans ce cadre Thales nous a proposé un sujet portant sur le refroidissement des composants électroniques par une boucle diphasique de ce type. Le fluide choisi pour la boucle sera du R245A.


Le but du sujet est de dimensionner la partie évaporateur de cette boucle. Ce BEI est assurée par deux groupes, le notre qui intervienne en aval en définissant les meilleures corrélations pour la perte de charge et le coefficient thermique et un autre group qui s'occupe en amont du dimensionnement de l'évaporateur (définition du débit, de la longueur et de diamètre des tubes, leur configuration et nombre), en utilisant nos résultats.


Pour notre partie, qui consiste à rechercher les corrélations permettant le calcul de la perte de charge et de coefficient thérmique le long du l'évaporateur, la difficulté essentiel consiste à trouver les corrélations qui marchent en microgravité. Dans ce domaine, les données sont très restreintes à cause de nombre limités des expériences. En effet pour effectuer ces tests il faut soit envoyer un satellite, ce qui coute extrêmement cher, soit utiliser les vols paraboliques dans lesquels on arrive à recréer le micropesanteur pendant quelques dizaines de secondes. Cette dernière solution est la plus utilisé car elle est la plus économique et suffisante pour ce type d'expérience.


Durant notre BEI un accent important a été fait sur la recherche bibliographique des articles les plus récents portant sur les expériences en microgravité. Une campagne d'essais en microgravité est en cours de préparation par l'équipe d'IMFT en collaboration avec ., cette campagne permettra d'enrichir la base de données existante et de vérifier nos prédictions.