CONCEPTION ET RÉALISATION D’UNE MAQUETTE DE SYSTÈME DE DÉPLOIEMENT DE PANNEAU SOLAIRE POUR CUBESAT DANS LE CADRE DU PROJET METEOR

1. Université Pierre et Marie Curie
L2 Cursus de Master en Ingénierie Mécanique
RAPPORT DE STAGE
CONCEPTION ET RÉALISATION D’UNE MAQUETTE DE
SYSTÈME DE DÉPLOIEMENT DE PANNEAU SOLAIRE POUR
CUBESAT DANS LE CADRE DU PROJET METEOR
Étudiant :
François Cardinaud
Encadrant :
Dimitri Galayko
Semestre 4
Année Universitaire 2015-2016

2. Remerciements
Je voudrais remercier M. Dimitri Galayko (LIP6), mon encadrant de stage, qui m’a
donné d’excellents conditions et conseils pour porter à bien ma mission. Je voudrais
aussi remercier M. Nicolas Rambaux (Observatoire de Paris), et M. Gabriel Guignan
(LATMOS), qui encadrent eux-aussi le projet CurieSat, et qui ont été d’une grande
aide durant ce stage. Enfin, je voudrais remercier Sarah Bouguéroua (Paris Sud) et Tom
Vergoosen (TU Delft) pour leur compagnie agréable dans les bureaux du projet, et pour
leur aide précieuse dans certains moments de difficulté.
1

3. Résumé
Ce stage relativement court a comporté trois principales étapes. La première fut une étape
de recherche bibliographique afin d’obtenir assez de renseignements sur les Cubesat afin
de pouvoir commencer la deuxième et plus importante étape, qui consistait à modéliser
une structure de Cubesat et des charnières de déploiement de panneaux solaires sous
CATIA. Enfin, la dernière étape consistait à réaliser une première maquette du modèle
3D créé, et de rechercher des industriels afin d’obtenir des pièces usinées tirées de ce
modèle 3D.
2

4. Summary
This relatively short internship was composed of three main phases. The first phase
consisted in bibliographical research in order to obtain enough information on Cubesats
to start the second phase. This next step was the biggest, and consisted in modelling
a Cubesat structure and a solar panel deployment mechanism on CATIA. Finally, the
last phase consisted in build a first concrete model of the 3D model, and to search for
companies able to machine the parts needed for the final real model.
3

5. Table des matières
1 Les nanosatellites à l’UPMC 6
1.1 Les Cubesat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.1 Les débuts de la miniaturisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.2 Cubesat, un projet international . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Le projet METEOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.1 Le contexte scientifique de la mission . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.2 Le travail à l’UPMC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Le processus de conception 10
2.1 Recherche bibliographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1 Squelette du Cubesat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.2 Charnière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Réalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1 Impression 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.2 Maquette réaliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Compétences acquises 21
4 Conclusion 22
4.1 Annexe 1 : Schéma dimensions Cubesat 3U . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2 Annexe 2 : Photos P-Pod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3 Annexe 3 : Diagramme de développement Cubesat . . . . . . . . . . . . . 25
4.4 Annexe 4 : Nouvelle disposition des panneaux solaires . . . . . . . . . . . 26
4.5 Annexe 5 : inspiration pour les rails du 2ème modèle . . . . . . . . . . . . 27
4.6 Annexe 6 : Photo de la charnière d’inspiration . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.7 Annexe 7 : Plans de la version finale de la modélisation 3D . . . . . . . . 28
5 Bibliographie 45
4

6. Introduction
Le campus spatial de l’UPMC développe en ce moment deux projets impliquant des
Cubesat, qui sont des satellites miniatures conçus pour faire des mesures scientifiques
dans l’espace à moindre coût. Le projet auquel j’ai participé a recruté depuis son début
plusieurs dizaines d’étudiants, et prendra normalement fin en 2017-2018 avec le lancement
d’un Cubesat METEOR. J’ai participé à ce projet en concevant une partie de système
de déploiement de panneaux solaires pour Cubesat, bien que je n’aie pas eu le temps
de terminer ma mission. Ainsi, ce rapport de stage traitera d’abord des nanosatellites,
afin d’expliquer le contexte du projet auquel j’ai participé. Ensuite, nous verrons le
processus que j’ai suivi pour concevoir et réaliser les pièces nécessaires pour un système
de déploiement de panneaux solaires. Enfin, les annexes comporteront les ressources
relatives à toutes les étapes de ce stage.
5

7. Chapitre 1
Les nanosatellites à l’UPMC
Afin de comprendre l’objet de ce stage, il convient d’abord de comprendre le contexte
dans lequel il s’inscrit. Ainsi, nous verrons tout d’abord ce qu’est un nanosatellite, et en
quoi l’UPMC participe à ce mouvement scientifique international.
1.1 Les Cubesat
1.1.1 Les débuts de la miniaturisation
La miniaturisation des satellites est un phénomène récent qui consiste en la réduction de la
taille et de la masse de certains satellites envoyé en orbite, ainsi qu’en l’intensification de la
recherche concernant le développement de technologies permettant d’incorporer autant de
fonctionnalités que possible dans des volumes de plus en plus plus restreints. Des centaines
d’institutions et d’universités à travers le monde ont donc entrepris, à partir du début des
années 2000, d’initier des projets ayant pour objectif d’envoyer dans l’espace des satellites
dénommés nanosatellites, dont la désignation indique en l’occurrence qu’ils possèdent
une masse inférieure à 10kg. Des avantages - entre autres - financiers et pédagogiques
sont inhérents à cette contrainte, ce qui fait une grande partie du succès qu’ont eu les
nanosatellites, particulièrement chez les grands organismes d’études spatiales (NASA,
ESA, CNES...) et dans beaucoup d’universités. De plus, c’est dans cette catégorie de
nanosatellites que se placent les Cubesat, dont nous traiterons maintenant.
1.1.2 Cubesat, un projet international
C’est en 1999 que l’université Cal Poly San Luis Obispo et l’université de Stanford
définissent le format de Cubesat. Ce nouveau type de satellite a la forme d’un cube
qui doit respecter des contraintes précises, dont les principales sont qu’il doit avoir des
dimensions de 10x10x10cm (elles ont pu avoir légèrement changé récemment), et une
masse inférieure à 1,33kg. Ceci est ce qu’on appelle un Cubesat 1U (1 unité). Plusieurs
Cubesat peuvent être assemblés pour former des Cubesat 2U, 3U, 6U, etc. C’est sur la
base d’un Cubesat 3U (10x10x30cm - voir schéma en annexe 1) que travaillent les équipes
des projets nanosatellites de l’UPMC.
6

8. Depuis 2003, plus de 200 Cubesat à travers le monde ont été envoyés dans l’espace. Le but
d’un Cubesat est d’effectuer des missions de recherche ou d’observation scientifique, dans
une orbite oscillant entre 400 et 800km d’altitude (orbite basse). Un premier avantage à
ces Cubesat est leur coût, qui est de l’ordre de 100000epour un projet Cubesat. Ceci est
un montant relativement faible pour un domaine dans lequel envoyer 1kg de matériel dans
l’espace coûte entre 10000 et 20000e(bien que de nouvelles solutions puissent à terme
abaisser ce coût). La contrainte de masse des Cubesat est ainsi mieux compréhensible, et
mérite d’être minutieusement observée par tout groupe désirant réduire au maximum ses
dépenses. En effet, les Cubesat ne peuvent pas disposer de leur propre système de mise en
orbite, et sont donc lancés en tant que mission secondaire dans des fusées, en leur servant
de lest, ce qui permet d’utiliser de l’espace auparavant non utilisé dans les propulseurs, et
mène a des économies. Après lancement, pour la mise en orbite, les Cubesat sont éjectés
de la fusée par un dispositif nommé P-POD (Poly-PicoSatellite Orbital Deployer), qui
a des dimensions fixes, ce qui impose donc clairement la contrainte dimensionnelle aux
Figure 1.1 : Cubesat 3U étudiant (gauche) à côté de son P-POD
Cubesat (voir annexe 2).
Un autre avantage est leur accessibilité et leur caractère pédagogique ; en effet beaucoup
d’universités ont recours à des projets de ce type afin d’initier des étudiants à la réalisation
d’un projet en astrophysique. Une communauté dédiée aux Cubesat est formée, et des
organismes tels que le CNES organisent des rencontres afin de faire évoluer l’ouverture et
les connaissances sur les Cubesat, pour que de nouvelles universités puissent commencer
leur propre projet, comme en témoigne le Premier Workshop Étudiant Cubesat de 2 jours
auquel j’ai assisté avec mes collègues durant le stage, à l’université Paris 7 Diderot.
C’est donc dans ce contexte des Cubesat que le campus spatial de l’UPMC compte
faire d’une pierre deux coups : l’université comporte deux projets qui ont pour vocation
d’initier des étudiants à la réalisation d’un projet à moyen terme (environ 5 ans) avec
une thématique originale et une expérience enrichissante, mais aussi de participer à la
7

9. recherche scientifique de l’établissement pour rejoindre les rangs des universités ayant
lancé leur propre satellite (le lancer de l’UPMC est prévu fin 2017), dont la première en
France est celle de Montpellier. Nous verrons donc maintenant les détails de la mission
METEOR dont il a été sujet lors de mon stage.
1.2 Le projet METEOR
1.2.1 Le contexte scientifique de la mission
L’UPMC comporte actuellement deux projets Cubesat : le projet METEOR, auquel j’ai
participé, et le projet CIRCUS. Le projet METEOR, comme son nom l’indique, consiste
à observer des météoroïdes en combustion dans la mésosphère (entre 75 et 100km). Le
phénomène résultant de la combustion de ces cailloux interplanétaires se nomme météore.
Figure 1.2 : Météore de la pluie des Léonides
L’observation et l’analyse spectrale des météores sont intéressantes sur plusieurs aspects.
Tout d’abord, elles permettra d’obtenir la composition chimique des météoroïdes dirigées
vers la Terre, ce qui permettrait de retrouver l’origine des météoroïdes concernés (ceinture
d’astéroïdes, comète, etc). Ceci va de pair avec l’éventuelle possibilité de prédire l’arrivée
de nouveaux météoroïdes dans le futur. De plus, la mission permettra d’obtenir plus
d’informations sur le phénomène de l’entrée des météoroïdes dans l’atmosphère, qui est
encore très obscur et mal étudié. Dernièrement, le développement d’un nouveau modèle
de Cubesat apportera de nouvelles ressources et compétences à une communauté en plein
développement.
1.2.2 Le travail à l’UPMC
Le projet METEOR a débuté en 2013 grâce à l’impulsion du CNES (Centre National
d’Études Spatiales) et son programme JANUS (Jeunes en Apprentissage pour la réalisa-
tion de Nanosatellites au sein des Universités et des écoles de l’enseignement Supérieur).
8

10. METEOR a pour mission d’effectuer des mesures de spectres de météores dans le do-
maine des UV, pour analyser la composition chimique des météoroïdes dont ils émanent
(le projet CIRCUS, quant à lui, se veut de permettre de mesurer le spectre radio du
plasma ionosphérique). De plus, une caméra embarquée sur le Cubesat permettrait d’ob-
tenir des images des météores observés. La rôle des étudiants impliqués dans le projet
est donc de développer les différentes facettes de la réalisation d’un Cubesat fonctionnel.
Le développement d’un Cubesat comprend différentes phases et aspect (voir annexe 3).
Les tâches plus imposantes, comme le système de contrôle d’altitude et d’orbite (SCAO),
la télécommunication, etc. sont confiées à des étudiants en Master tels que Tom Vergoo-
sen et Sarah Bouguéroua, avec qui j’ai pu travailler. Je me suis personnellement attelé
à l’aspect mécanique du système sensé permettre aux panneaux solaires du Cubesat
de se déployer, une fois le lancement effectué. C’est ce processus que nous aborderons
maintenant.
9

11. Chapitre 2
Le processus de conception
M. Galayko, qui m’encadrait durant mon stage, m’a laissé avec une grande liberté dans
la réalisation de ma tâche. Celle-ci consistait en la création d’un dispositif mécanique qui
assurerait le déploiement efficace et sûr de panneaux solaires présents sur le Cubesat. À
terme, il s’agissait de plus de créer une maquette grandeur nature du Cubesat, avec un
système de déploiement fonctionnel - bien que seulement dédié à l’exposition à ce stade
du projet. J’ai donc dû imaginer une telle chose, en m’aidant tout d’abord des recherches
préalables que j’ai effectuées.
2.1 Recherche bibliographique
La première étape de recherche bibliographique concernait les spécifications techniques et
scientifiques du projet, c’est-à-dire toutes les conditions que doit remplir le Cubesat pour
mener à bien la mission finale. Ces documents, bien que quelque peu imposants (plusieurs
centaines de pages), ont permis de définir le cadre que devait respecter le résultat que
je devais rendre. Les informations principales retenues de ces documents sont relatives
aux dimensions, à la masse, aux matériaux, que doit comporter le Cubesat. En revanche,
la majorité des documents traitait des aspects du Cubesat qui ne me concernaient pas
(électronique, SCAO, communication, etc).
Ainsi, ayant besoin de spécifications plus précises, j’ai dû envoyer des requêtes à plusieurs
organismes, dont le site Cubesat.org, géré par l’université Cal Poly San Luis Obispo,
qui possède les modèles originaux de dispositifs tels que le P-POD, ou bien les schémas
précis des dimensions à respecter. Je n’ai malheureusement pas pu avoir accès à beaucoup
d’informations sur le P-POD, car celui-ci est apparemment un produit dont l’université
Cal Poly San Luis Obispo est propriétaire, ce qui limite naturellement les possibilités
de partage de ce sujet. De plus, j’ai pu récupérer des modèles 3D de diverses pièces de
Cubesat grâce à des sites de vente de pièces spécialisés dans ce domaine.
J’avais, au bout d’une semaine de recherches, tout de même réussi à récupérer assez
d’informations pour enfin commencer à concevoir des ébauches de modèles 3D de la
structure du Cubesat sous CATIA. À cette structure, je comptais ensuite ajouter le
système de déploiement de panneaux solaires à proprement parler.
10

12. 2.2 Modélisation
Comme indiqué précédemment, toute la modélisation 3D a été réalisée sous CATIA. C’est
cette étape qui m’a pris le plus de temps, car elle s’est soldée par plusieurs échecs, suite
a des erreurs, omissions, et autres oublis m’ayant mené a devoir reprendre le processus
de zéro. En effet, le fait de concevoir un modèle 3D avec un minimum de contraintes
dimensionnelles données implique que chaque modification change une autre dimension
du modèle. Les plans que j’ai réussi à trouver n’étaient pas forcément très explicites,
et plusieurs informations, que j’ai obtenues après avoir commencé une nouvelle version,
m’ont obligé à tout recommencer. Ainsi, il m’a fallu faire face à plusieurs échecs avant
d’obtenir un modèle viable, duquel les principales erreurs étaient éliminées.
Dans cette première étape de modélisation, il convenait de créer un modèle de la struc-
ture générale du Cubesat, c’est-à-dire six faces perforées (pour assurer la légèreté et la
facilité d’accès aux instruments à l’intérieur), et de quatre rails permettant de guider
l’éjection du Cubesat par le ressort du P-POD.
2.2.1 Squelette du Cubesat
Le premier défi de la modélisation consistait à recréer le squelette de la structure du Cu-
besat, similaire à la structure créée par Léa Asmar et Bassam Gamal en 2015. Cette partie
a été inspirée par divers exemples trouvés dans les rapports d’autres projets Cubesat, et
par les modèles 3D fournis par le site Cubesat.org.
Modèle 1
Le premier modèle a vécu une courte vie. En effet, j’avais auparavant discuté avec M.
Galayko de la disposition des panneaux solaires sur le Cubesat, et de la manière dont ils
s’ouvriraient. Nous avions convenu qu’ils pivoteraient autour des côtés d’une des extré-
mités carrées du Cubesat, comme illustré ainsi. C’est la configuration qu’avaient choisie
Léa et Bassam pour leur Cubesat.
Malheureusement, cette configuration s’est vite avérée inefficace, car elle empêchait d’ins-
taller des charnières sur cette face du Cubesat tout en respectant les contraintes de di-
mensions, et en laissant assez de place à l’intérieur du squelette du Cubesat pour les
instruments de mesure. Je ne dispose plus de ce premier modèle, mais il ne m’a de toute
façon pas beaucoup avancé dans ma recherche.
Modèle 2
J’ai donc dû trouver une nouvelle disposition de panneaux solaires (deux panneaux pi-
votent dorénavant autour des longs côtés du Cubesat - voir annexe 4). En revanche, bien
que cette nouvelle disposition de panneaux solaires ait été retenue, ce second essai a
aussi échoué, car le système de rails que j’avais imaginé (inspiré de la photo en annexe
5) posait le problème de ne pas laisser assez de place pour que les panneaux solaires
puissent rester repliés au repos contre la structure du Cubesat, tout en respectant les
11

13. Figure 2.1 : Exemple de Cubesat comportant le système de déploiement initialement
choisi (ouverture en fleur) du modèle 1
Figure 2.2 : Modèle récupéré sur un site de vente de pièces pour Cubesat, ayant servi
d’inspiration pour le modèle 1
dimensions intérieures du P-POD. Le but était ici de créer un système facile à monter et
à démonter (les faces de la structure auraient pu glisser facilement dans les rails), mais
les contraintes de dimensionnement ont empêché ce modèle de fonctionner.
12

14. Figure 2.3 : Exemple de structure de Cubesat comportant le système de rails choisi
pour le modèle 2
Figure 2.4 : Modélisation 3D du rail créé pour le modèle 2
Modèle 3
Le système de charnières qui est utilisé pour le modèle final a été trouvé à cette étape :
je me largement suis inspiré d’un prototype de Cubesat réalisé et documenté par L’Or-
ganisme Arabe de Communications par Satellite, et nous verrons cela en détail dans la
prochaine partie dédiée au système de charnières. La structure, quant à elle, présentait
encore quelques défauts qui l’empêchaient de respecter complètement les contraintes de
dimensionnement : je n’avais alors pas correctement pris en compte la nécessité de prévoir
assez de place pour les panneaux solaires, qui dépassaient donc en épaisseur. Mais cette
structure a simplement été ajustée et réutilisée dans la version finale de la maquette de
Cubesat.
Modèle Final
C’est ce dernier modèle qui a semblé convenir pour la tâche. Le système de rails respecte
parfaitement les contraintes imposées par le P-POD, le système replié respecte les dimen-
sions maximales de 10x10x30cm, panneaux inclus. Enfin, j’ai testé et vérifié le système
de charnières sur CATIA (par détection d’interférence, de contact, etc), et n’ai trouvé
aucun élément qui laisserait à douter du bon fonctionnement de ce prototype.
13

15. 2.2.2 Charnière
Étudions brièvement de plus près le prototype de charnière que j’ai créé, car c’est une
pièce primordiale dans le système de déploiement.
Le défi était ici d’obtenir une charnière qui assez petite (et donc légère), mais à la fois
résistante pour soutenir le poids des panneaux solaires, tout en n’interférant pas avec la
continuité des rails, et permettant une ouverture fiable des panneaux solaires. J’ai donc,
grâce en partie à l’inspiration tirée du rapport précédemment cité de L’Organisme Arabe
de Communications par Satellite (voir annexe 6), opté pour des charnières intégrées au
rails de guidage du Cubesat, dont la forme en position fermée correspond parfaitement
à la forme des rails.
La charnière est composée de trois pièces démontables, en plus d’un ressort de torsion
qui assure l’ouverture automatique des panneaux.
Ainsi, ce système va de pair avec un système de fil chauffant sensé couper un fil en
nylon dont le rôle est de retenir les panneaux en position fermée durant le lancement.
Cette solution, bien que rustique, est proposée par plusieurs équipes universitaires ayant
travaillé sur des projets Cubesat (en effet, les contraintes techniques empêchent les pro-
jets de doter leur Cubesat de tout système pyrotechnique). Finalement, la forme de la
charnière fait qu’elle reste bloquée à angle droit après ouverture, sous l’action des ressorts
de torsion (non représentés sur les modélisations 3D).
14

16. Figure 2.5 : Système ayant servi d’inspiration pour la charnière et les rails de guidage
Figure 2.6 : Système ayant servi d’inspiration pour la charnière et les rails de guidage
2.3 Réalisation
2.3.1 Impression 3D
Ainsi, une fois ce modèle approuvé par M. Galayko, j’ai entrepris de faire une première
impression 3D des charnières qui servait de première maquette d’exposition, en l’attente
de pouvoir passer une vraie commande chez des usineurs industriels pour obtenir une
15

17. Figure 2.7 : Exemple de système de fil chauffant (burn wire)
maquette fonctionnelle.
Figure 2.8 : Première impression 3D des charnières
Malgré leur petite taille et leur statut de pré-prototype, ce premier essai d’impression
3D s’est bien passé, et les charnières fonctionnent correctement. L’impression s’est faite
à l’UPMC, avec une imprimante de la tour 55-65. Je n’ai en revanche pas eu l’occasion
de voir M. Xavier-Benoit Gontrand, ingénieur à l’ESPCI, que m’avait recommandé M.
Galayko. Ainsi je n’ai pas eu accès à la salle d’usinage dont M. Gonin, ce qui m’aurait
éventuellement permis d’usiner une première ébauche de faces, rails, et charnières en
métal. Le PMCLab ne disposait, quant à lui, pas des machines nécessaires pour réaliser
cette tâche ; j’ai donc dû m’en tenir à rechercher des usineurs industriels.
16

18. Figure 2.9 : Modélisation 3D des charnières utilisées pour la maquette
2.3.2 Maquette réaliste
Le but de ce stage étant finalement de créer une maquette réaliste et fonctionnelle d’un
Cubesat équipé d’un système de déploiement de panneaux solaires, il me fallait donc
obtenir un prototype en métal. Ainsi, la fin de mon stage consistait à rechercher des
usineurs afin de leur faire des demandes de devis pour toutes les pièces de mon modèle
de Cubesat. Malheureusement, le prix total pour la plupart des industriels s’est avéré trop
élevé (jusqu’à 7000epour une maquette, chez un des usineurs) pour le budget du projet
CurieSat. J’ai aussi pu contacter des usineurs spécialisés, recommandés par M. Gabriel
Guignan, mais ceux-ci m’ont informé du fait qu’ils travaillent davantage pour des projets
plus concrets, et que les pièces qu’ils produisent sont déjà attestées pour utilisation dans
l’espace, ce qui était bien trop spécialisé pour ma maquette d’exposition. Ainsi, aucune
commande n’a finalement pu être passée avant la fin de mon stage. En revanche, j’ai
discuté avec M. Galayko de la possibilité de reprendre la mission ultérieurement, afin de
terminer la construction de la maquette, et d’effectuer des calculs sur la structure 3D
créée, afin d’intégrer ce travail réellement dans le projet CurieSat. Voici, pour terminer,
quelques rendus obtenus sur CATIA de la maquette finale.
17

19. 18

20. 19

21. 20

22. Chapitre 3
Compétences acquises
J’ai eu l’occasion d’apprendre beaucoup lors de ce stage, en raison de plusieurs éléments.
Tout d’abord, le travail en équipe fut important durant ce projet. En effet, il convient
dans ce type de mission de s’accorder avec ses collaborateurs, afin que tout le monde tra-
vaille vers un même but, dans une même direction. Nous organisions donc des réunions
hebdomadaires pour que tout le monde impliqué dans le projet puisse se tenir informé
de l’avancement du travail des autres.
Les conférences auxquelles j’ai assisté lors de ce stage m’ont aussi appris beaucoup sur
la communauté Cubesat qui se développe depuis quelques années. Plusieurs universités
ont présenté leurs projets, leurs missions, et ce partage d’informations et d’idées est un
aspect intéressant du monde de la recherche et du développement de technologies. Mes
collègues (Sarah et Tom) sont d’ailleurs récemment partis à Londres pour une autre série
de conférences internationales, ce qui témoigne de l’ampleur que peut prendre ce type de
projet.
Enfin, l’autonomie que m’a donné mon encadrant m’a beaucoup plu, et il n’était pas
désagréable de pouvoir adapter mes horaires de travail. Mais cette autonomie m’a sur-
tout permis d’user de ma créativité lors du travail de modélisation, ce qui est intéressant
car cela implique de devoir réfléchir à tous les détails et difficultés rencontrés durant le
travail. Naturellement, concevoir une pièce en 3D est plus difficile sans aide extérieure,
mais c’est un obstacle qui en devient très formateur et plaisant, d’autant plus que c’est
une forme de travail à laquelle je ne suis pas forcément très habitué. Et c’est tout de
même un aspect du métier d’ingénieur que j’espère pouvoir trouver dans le futur.
21

23. Chapitre 4
Conclusion
Je tire de ce stage une très bonne impression, car c’était pour moi une première expérience
de recherche, aussi balbutiante fut-elle. L’environnement de travail, ainsi la participation
à projet de grande envergure m’ont permis d’apprendre beaucoup sur un domaine qui
m’intéresse fortement. En effet, cette première approche m’a donné un aperçu de ce à
quoi peut ressembler un projet du domaine de l’aérospatiale, les différents types de mis-
sions et d’aspects que peut recouvrir un projet tel que celui auquel j’aurai peut-être la
chance de participer un jour.
Bien sûr, j’ai fait face à des difficultés, comme celle de ne pas avoir eu accès aux ressources
et compétences nécessaires pour vraiment pousser l’analyse scientifique des modèles 3D
que j’ai créés. De plus, il est quelque peu décevant de ne pas avoir réussi à terminer la
maquette d’exposition avant la fin du stage : je n’ai pas réussi à trouver de manière de
faire construire les pièces de la maquette finale, sûrement en raison du faible nombre
d’usineurs industriels proposant des tarifs attractifs pour des budgets projets universi-
taires... Heureusement, il se pourrait que j’aie l’occasion de terminer ce travail, afin de
l’exposer à la fête de la Science qui se tiendra en octobre à l’UPMC.
En conclusion, ce stage fût une belle expérience, que je n’hésiterais pas à tenter à nouveau.
22

24. Annexes
4.1 Annexe 1 : Schéma dimensions Cubesat 3U
23

26. 4.2 Annexe 2 : Photos P-Pod
Figure 4.1 : Modèle 3D et photo du P-POD
4.3 Annexe 3 : Diagramme de développement Cubesat
Figure 4.2 : Diagramme de développement du projet CurieSat
25

27. 4.4 Annexe 4 : Nouvelle disposition des panneaux solaires
Figure 4.3 : Système avec de panneaux sur les côtés longs, au lieu d’une disposition en
"fleur"
26

28. 4.5 Annexe 5 : inspiration pour les rails du 2ème modèle
4.6 Annexe 6 : Photo de la charnière d’inspiration
27

29. 4.7 Annexe 7 : Plans de la version finale de la modélisation
3D
Voici les plans de chaque pièce conçue pour réaliser la maquette de Cubesat finale. Cer-
taines pièces comportent plusieurs pages de plans (par exemple, les rails), en raison de
leur géométrie difficile à expliciter sur des plans en 2D. De plus, les trois pièces nom-
mées "Charnière_1/2/3" constituent le montage complet de la charnière (à l’exception
du ressort de tension, non représenté sur la modélisation 3D). Trois exemplaires de la
pièce "Charniere_Assemblage" sont insérés dans la pièce "Rail_Encoches" pour former
un des deux rails comportant des charnières. Les pièces "Cote_Encoches", "Haut_Bas",
et "Derriere" composent les six faces de la structure (donc 2 de chaque). Les panneaux
solaires modélisés en 3D sont juste utilisés en tant qu’exemples pour compléter la modé-
lisation, et ne sont donc pas aux dimensions exactes de véritables panneaux solaires. Les
pièces "Rail" et "Rail_Encoches" composent le système de rails de guidage du nanosa-
tellite dans le P-POD. Enfin, plusieurs plans représentent des assemblages de plusieurs
pièces, afin de correctement montrer tous les aspects de la maquette finale.
28

30. A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
1
This
drawing
is
our
property;
it
can't
be
reproduced
or
communicated
without
our
written
agreement.
SCALE
1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
13/06/2016
Côté
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Matériau
104.2
g
Masse
Aluminium
Vue
isométrique
Echelle
:
1:3
6
1
R
5
5
1
R
5
5
5
6
.
1
3
4
6
.
1
3
4
0
4
0
1
0
6
6
.
0
2
2
0
.
4
4
2
0
.
4
4
4
.
7
R
9
0
9
0
9
0
2
0
4
.
7 R 1
4
.
0
5 R
3
1
.
4
7
4
1
.
5
5
0
.
4
8
4
1
.
4
7
1
0
6
.
2
3
1
4
.
6
2
12.5
R
14.7
R
4
.
7
R
2
5
.
7
4.7
R
4
.
9
4
1
0
.
0
6
5
.
2
5
1
6
9
.
8
6
1
6
2
2
.
4
9
Vue
de
face
Echelle
:
1:1
1
.
5
3
2
4
.
5
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:1
8
3
1
.
5
Vue
de
droite
Echelle
:
1:1

31. Matériau
A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
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drawing
is
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1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Derrière
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Aluminium
Masse
52.5
g
2
25
1
5
2
9
.
4
5
5
9.4
1
4
.
0
5
R
13.73
R
6
2
0
2
5
.
7
4.7
R
4.7
R
2
0
.
4
4
2
0
.
4
4
1
9
.
9
2
1
4
.
7
R
1
0
.
8
8
5
1
0
7
.
2
5
4
.
7
R
1
4
.
5
R
1
9
.
9
2
4
.
7 R
4
.
7
R
1
4
.
0
5
R
5
1
.
5
1
5
.
5
8
1
6
9
.
7
1
6
1
2
6
.
3
3
4
.
7
R
1
4
.
5
R
6
Vue
de
face
Echelle
:
1:1
8
3
1
.
5
Vue
de
droite
Echelle
:
1:1
3
2
4
.
5
1
.
5
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:1
Vue
isométrique
Echelle
:
1:3

32. Matériau
A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
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is
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SCALE
1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Haut/Bas
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
25.2
g
Masse
Aluminium
Vue
isométrique
Echelle
:
1:1
9
4
1
R
1
.
5
1
0
1
0
5
5
1
1
.
5
3
Vue
de
face
Echelle
:
1:1
6
3
8
3
9
1
9
7
7
.
5
R
3
3
.
0
1
6
.
5
2
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:1
6
3
8
3
8
8
7
3
.
4
8
1
0
6
.
5
2
1
0
6
.
5
2
2
7
.
3
2
2
7
.
3
2
6
.
5
2
Vue
de
dessus
Echelle
:
1:1
1
.
5
1
.
5
1
0
1
0
4
1
1
0
1
0
1
R
1
R
5
5
5
1
R
1
R
3
9
7
5
Vue
de
gauche
Echelle
:
1:1

33. Matériau
A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
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is
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1:2
Établissement
UPMC
SHEET
1/3
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Masse
80.4
g
Aluminium
2
2
1 R
1
.
5
1
.
5
5
.
5
4
.
5
2
.
5
Vue
de
face
Echelle
:
1:2
5
5
3
4
0
.
5
1
0
8
.
5
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:2
5
5
3
2
4
.
5
1
0
8
.
5
Vue
de
gauche
Echelle
:
1:2
Vue
isométrique
Echelle
:
1:2

34. Matériau
A
D
B
C
A
D
5
5
4
4
6
6
3
3
7
7
2
2
8
8
1
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SCALE
1:2
Établissement
UPMC
SHEET
2/3
SIZE
A3
CHECKED BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED BY:
François CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail
A _
B _
C _
D _
E _
F _
G _
H _
I _
Masse
80.4 g
Masse
80.4 g
Masse
80.4 g
Aluminium
Vue isométrique
Echelle : 1:2
Vue de face
Echelle : 1:2
10
8.5
1.5
1.5
15.5
8
Vue de dessus
Echelle : 1:2
8
.
5
1
0
1
.
5
4
.
5
1
2
.
5
8
5
5
Vue de droite
Echelle : 1:2

35. Matériau
A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
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drawing
is
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it
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5:1
Établissement
UPMC
SHEET
3/3
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Masse
80.4
g
Aluminium
1
.
5
1
.
5
1
0
1
0
8
.
5
8
.
5
1
R
2
2
5
.
5
2
.
5
Vue
de
face
Echelle
:
5:1

36. Matériau
A
D
B
C
A
D
5
5
4
4
6
6
3
3
7
7
2
2
8
8
1
1
This drawing is our property; it can't be reproduced or communicated without our written agreement.
SCALE
1:2
Établissement
UPMC
SHEET
1/3
SIZE
A3 Aluminium
CHECKED BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED BY:
François CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail_Encoches
A _
B _
C _
D _
E _
F _
G _
H _
I _
65.2 g
Masse
Vue de face
Echelle : 1:2
1
0
46.12
40
40
56.13
1
R
5
5
10
20 20
10
6
6
4
.
5
1
.
5
2
64.13
1
0
.
5
1
R
1
R
1
R
8
.
5
Vue de droite
Echelle : 1:2 5
5
1
R
4
0
4
0
6
4
.
1
3
4
6
.
1
3
5
6
.
1
2
2
1.5
4.5
10.5
10
3
1.5
8.5
Vue de dessus
Echelle : 1:2
Vue isométrique
Echelle : 1:2

37. Matériau
A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
1
This
drawing
is
our
property;
it
can't
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SCALE
1:2
Établissement
UPMC
SHEET
2/3
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail_Encoches
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Aluminium
65.2
g
Masse
Vue
de
face
Echelle
:
1:2
1
0
6
4
.
1
3
5
6
.
1
2
4
6
.
1
3
4
0
4
0
1
R
1 R
1 R
1
R
1
.
5
1
1
8
.
5
5
5
6
2
0
1
0
1
2
.
5
6
1
0
2
0
1
Vue
de
gauche
Echelle
:
1:2
1
0
5
6
.
1
3
4
6
.
1
3
4
0
4
0 6
4
.
1
3
1
R
5
5
4
.
5
1
1
8
.
5
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:2
Vue
isométrique
Echelle
:
1:2

38. Matériau
A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
1
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is
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5:1
Établissement
UPMC
SHEET
3/3
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail_Encoches
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Aluminium
65.2
g
Masse
8
.
5
8
.
5
1
R
1
.
5
1
.
5
1
.
5
4
2
5
.
5
2
1
2
.
5
1
0
2
.
8
3
0
.
5
0
.
5
1
0
2
4
1
R
5
.
5
4
5
Vue
de
face
Echelle
:
5:1

39. Matériau
A
D
B
C
A
D
3
3
2
2
4
4
1
1
This drawing is our property; it can't be reproduced or communicated without our written agreement.
SCALE
1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A4
CHECKED BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED BY:
François CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Charnière 1
A _
B _
C _
D _
E _
F _
G _
H _
I _
8.4 g
Masse
Aluminium
6
2 8.5
3.75
Vue de face
Echelle : 1:1
3
16
8
.
5
3
2
Vue de droite
Echelle : 1:1
7
.
5
8
.
5
3
9
.
5
5
Vue de gauche
Echelle : 1:1
4
0
5
7 12.5
1.5
Vue de dessous
Echelle : 1:1
10
7
2.5
3
7.5
5
Vue de dessus
Echelle : 1:1
Vue isométrique
Echelle : 1:1

40. Matériau
A
D
B
C
A
D
3
3
2
2
4
4
1
1
This
drawing
is
our
property;
it
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1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A4
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Charnière
2
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
2.2
g
Masse
Aluminium
1
R
9
.
5
1
6
.
3
5
Vue
de
face
Echelle
:
1:1
7
3
.
7
5
1
2
.
8
5
Vue
de
gauche
Echelle
:
1:1
5
2
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:1
2
9
Vue
de
dessus
Echelle
:
1:1
Vue
isométrique
Echelle
:
1:1

41. Matériau
A
D
B
C
A
D
3
3
2
2
4
4
1
1
This
drawing
is
our
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1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A4
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Charnière
3
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
0.8
g
Masse
Aluminium
4
0
Vue
de
face
Echelle
:
1:1
3
Vue
de
droite
Echelle
:
1:1
Vue
isométrique
Echelle
:
1:1

42. Matériau
A
D
B
C
A
D
3
3
2
2
4
4
1
1
This
drawing
is
our
property;
it
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SCALE
1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A4
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Charnière
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Masse
11.4
g
Aluminium
Vue
isométrique
Echelle
:
1:1
Vue
de
gauche
Echelle
:
1:1
A
Vue
de
droite
Echelle
:
1:1
C
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:1
Vue
de
dessus
Echelle
:
1:1
Nomenclature
de
TestCharniere1
Quantité
Référence
Type
Nomenclature
1
Charniere
1
Pièce
A
1
Charniere
2
Pièce
B
1
Charniere
3
Pièce
C
B
Vue
de
face
Echelle
:
1:1
B
C
A

43. A
H
B
G
D
E
C
F
B
G
A
H
3
3
2
2
4
4
1
1
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drawing
is
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property;
it
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or
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SCALE
1:2
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A3
CHECKED
BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED
BY:
François
CARDINAUD
DATE:
20/06/2016
Rail/Charnières
A
_
B
_
C
_
D
_
E
_
F
_
G
_
H
_
I
_
Matériau
99.4
g
Masse
Aluminium
Vue
de
face
Echelle
:
1:2
Nomenclature
de
TestCharniere+Rail1
Quantité
Référence
Type
Nomenclature
3
Charniere
Assemblage
A
1
Rail_Encoches
Pièce
B
A
Vue
de
dessous
Echelle
:
1:2
A
B
A
A
B
B
A
A
A
Vue
de
gauche
Echelle
:
1:2
Vue
isométrique
Echelle
:
1:2

44. This drawing is our property; it can't be reproduced or communicated without our written agreement.
SCALE
1:2
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A3
CHECKED BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED BY:
François CARDINAUD
DATE:
21/06/2016
Charniere+Rail+Faces
A _
B _
C _
D _
E _
F _
G _
H _
I _
A
D
B
C
A
D
5
5
4
4
6
6
3
3
7
7
2
2
8
8
1
1
Matériau
724 g
Masse
Aluminium
Vue de face
Echelle : 1:2
Nomenclature de Charniere+Rail+Faces
Quantité Référence Type Nomenclature
2 Charniere+Rail Assemblage A
1 Haut/Bas Pièce B
1 Haut/Bas_Copie Pièce C
2 Derriere Pièce D
2 Cote+Encoches Pièce E
2 Rail Pièce F
A
E
D
A
A
C
B
C
Vue de gauche
Echelle : 1:2
F
A
B
C
Vue de dessus
Echelle : 1:2
B
F
A
Vue isométrique
Echelle : 1:3
Vue de dessous
Echelle : 1:2 A
A
F
F

45. A
D
B
C
A
D
5
5
4
4
6
6
3
3
7
7
2
2
8
8
1
1
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SCALE
1:1
Établissement
UPMC
SHEET
1/1
SIZE
A3 Aluminium [0000]
CHECKED BY:
XXX
DATE:
XXX
DESIGNED BY:
Francois CARDINAUD
DATE:
21/06/2016
A _
B _
C _
D _
E _
F _
G _
H _
I _
Matériau
Charniere+Rail+Faces+Panneaux
Vue de face
Echelle : 1:2
Nomenclature de Charniere+Rail+Faces+Panneaux
Quantité Référence Type Nomenclature
1 Charniere+Rail+Faces Assemblage A
1 Panneau droite Pièce B
1 Panneau gauche Pièce C
1 Panneau centre Pièce D
A
D B
C
A
Vue de gauche
Echelle : 1:2
C
Vue de dessus
Echelle : 1:2 B
C D
A
Vue isométrique
Echelle : 1:5

46. Chapitre 5
Bibliographie
• http ://www.cubesat.org
• Delphi C-3” TU Delft, http ://www.delfic3.nl/, 2009
• CubeSat Design Specification (CDS) REV 13, California Polytechnic State Univer-
sity, 2014
• Design, Construction, and Validation of an articulated solar panel for CubeSats,
Thèse de Master, Patrick Höhn, Lulea University of Technology, 2010
• Integrated Design of Solar Panels Deployment Mechanism For a Three Unit Cu-
besat, Hamza Baig, Arab Satellite Communication Organization, Riyadh, Saudi
Arabia, 2011
45