Essais & Simulations 148

MESURES EXPERTISE

MESURES EXPERTISE Utilisation conjointe de la photogrammétrie et d’une caméra thermique pour valider et affiner les modèles prédictifs La prédiction et la vérification des déformations thermoélastiques sont des sujets particulièrement difficiles dans le domaine de l’industrie spatiale, et peu de données issues de l’expérience sont disponibles pour corréler les modèles numériques. L’ESA a initié un programme de recherche dans le cadre du TRP (Technology Resarch Program) avec l’objectif d’améliorer les méthodes associées à la validation des modèles de prédiction des déformations thermo élastiques des structures de satellite, avec en particulier la spécification d’un test dédié. Cet article se concentre sur les aspects métrologiques du test. Philippe Baussart Référent Métier Alignement Thales Alenia Space France, Philippe Baussart est spécialiste en mesure dimensionnelle par procédés optiques, responsable alignement des programmes science ESA (Planck – Herschel) et charges utiles optiques. Il assure à la fois la définition et la mise en œuvre des essais, et l’exploitation des mesures en fonction des exigences techniques exprimées par les analystes Thermique & Mécanique. En vue de collecter les données nécessaires à la corrélation de modèle et compte tenu des objectifs de précision, une attention particulière a été placée dans la collecte des champs de température et des distorsions associées. Dans ce but, il a été décidé de recourir aux techniques de mesure les plus performantes tant pour les mesures de température par imagerie infrarouge que pour les mesures de distorsion géométrique par photogrammétrie. Thales Alenia Space a une longue expérience quant à l’utilisation de la photogrammétrie et a développé un système d’acquisition en chambre à vide thermique 1 . L’ESA a proposé sa contribution à ce test en y intégrant ses propres systèmes de photogrammétrie et d’imagerie infrarouge. LES CONDITIONS DE L’ESSAI Dans ce cadre, Thales Alenia Space et l’ESA ont réalisé un test de distorsion thermique sur le Site de Cannes. Cet article décrit brièvement le test en lui-même 2 , alors que les analyses de corrélation mécaniques et thermiques sont décrites séparément dans un autre article 3 . L’objectif de l’essai était de créer une distribution en température sur un spécimen représentatif d’une structure satellite, mettant en œuvre en conditions de vide secondaire des gradients de températures. Les zones où les gradients sont appliqués sont caractérisées à l’aide de thermocouples et d’une caméra infrarouge, dans le but d’y associer les déformations induites par la photogrammétrie et les jauges de contraintes. Le spécimen de test était basé sur une plateforme satellite représentative d’une structure vol, rééquipée pour accueillir des éléments additionnels tels qu’un télescope, un mécanisme de déploiement antenne en fabrication additive (ADPM) et une structure fibre de carbone sandwich CFRP en U avec peaux aluminium. Figure 1 • Spécimen (panneau de référence +Z) et soussystèmes additionnels. 38 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°148 • Février - Mars - Avril 2022

MESURES L’essai a été l’occasion d’implémenter des techniques d’instrumentation aussi diverses que l’imagerie infrarouge proposée par l’ESA et les deux systèmes d’acquisition photogrammétrie proposés par Thales Alenia Space et l’ESA. Ce test est le fruit d’une intense coopération entre Thales Alenia Space et l’ESA, tant pour la préparation (définition du test, préparation du spécimen, instrumentation) que dans les phases d’exécution avec l’implication de nombreuses équipes : Structure et Analyse thermique, Assemblage et intégration test, conduite d’essais avec la participation de deux équipes de métrologie. Il a été l’opportunité de comparer les résultats / configurations /contraintes de deux approches différentes de la photogrammétrie dans une configuration totalement dédiée et de constituer une importante base de données permettant la corrélation des modèles d’analyses mécaniques et thermiques. Figure 2 • Configuration du spécimen testé dans la chambre à vide, face au système d’acquisition photogrammétrie Thales Alenia Space (bras téléopéré et camera) LES SYSTÈMES EN PISTE Le système photogrammétrie Thales Alenia Space, qui a déjà fait l’objet d’une présentation complète dans Essais & Simulations [1] a été mis en œuvre de manière optimisée sur cet essai. Rappelons qu’il s’agit d’un système propriétaire constituée d’une caméra haute résolution InCa GSI Inc embarquée dans la chambre à vide thermique et évoluant en cercle devant l’objet de manière à multiplier les points de vue (au minimum 72). Le spécimen de test est instrumenté à l’aide de plusieurs centaines de cibles autocollantes rétroréfléchissantes, qui forment les points d’intérêt suivis en 3D (figures 2 et 3). La précision obtenue (erreur de mise à l’échelle comprise) sur les cibles par le système Thales Alenia Space est de 4µm/m/axe U95 dans le plan de l’objet et de 8µm/m U95 en profondeur, excellent résultat compte tenu de la taille du spécimen (3m x 1,5m). La durée d’acquisition, liée à la vitesse angulaire du bras puisque les images sont prises pendant sa rotation, est inférieure à 15 minutes. Figure 3 • Positions successives du canister Thales Alenia Space en rotation et exemple de rayons perspectifs obtenus sur 2 points Deuxième système photogrammétrie mis en œuvre lors de cet essai, le tout nouveau système ESA est basé sur l’utilisation de plusieurs caméras à bas coût Basler Ace acA2040-25gm. Elles abritent un capteur CMOS de 4 Mégapixels avec une fréquence d’acquisition de 25 Hz à pleine résolution, mises en œuvre simultanément. Les électroniques ont pu être placées sans canister dans la chambre en appliquant un gainage silicone compatible vide pour prévenir et contenir les phénomènes de dégazage. Un dissipateur de champ en aluminium a été intégré au gainage abritant le contrôle thermique de la caméra sous vide, alors même qu’elle est soumise à des champs ESSAIS & SIMULATIONS • N°148 • Février - Mars - Avril 2022 I39