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Systèmes d’isolation cryogénique pour application spatiale

L’utilisation d’ergols cryogéniques pour les lanceurs spatiaux nécessite d’isoler thermiquement les réservoirs, lignes et équipements vis à vis des ambiances externes (pas de tir, décollage, vol avec exposition au soleil). Air Liquide a développé différentes solutions à cette fin.

Air Liquide a développé des isolations thermiques répondant aux besoins spécifiques des lanceurs spatiaux, alliant efficacité thermique et légèreté, mais aussi tenue mécanique ou résistance aux flux aérothermiques.

Gamme

Un matériau cellulaire à cellules fermées directement collé sur la structure aluminium, assure l’isolation externe des réservoirs cryogéniques principaux d’Ariane.
Ce matériau allie les atouts suivants : faible densité, faible conductivité thermique, simplicité de mise en forme, possibilité de collage directement sur une structure aluminium, étanchéité (cellules fermées) pour prévenir tout risque de cryopompage sur le pas de tir, résistance aux flux aérothermiques pendant l’ascension du lanceur.
Un tel matériau est également utilisé pour l’isolation de lignes ou équipements de forme complexe.

Une isolation multi-couches (MLI) sous vide assure l'isolation le Sous-Système Hélium Liquide d’Ariane 5. La mise en place d’une telle isolation étant délicate et critique, une machine de bobinage automatique de la MLI a été spécifiquement développée.

Un feutre de Dacron^TM recouvert d’un liner aluminisé est également utilisé sur Ariane pour isoler des cavités internes. Cette isolation très légère est de surcroît très simple d’utilisation.

Un fond commun en nid d’abeilles sous vide séparait les réservoirs cryogéniques du 3^ème étage d’Ariane 4. Ce fond combinait une résistance mécanique statique et dynamique élevée avec d’excellentes performances isolantes. Un fond similaire est en cours de développement pour les futures versions de la fusée ARIANE 5.

Bénéfices clefs

Maturité : toutes ces isolations ont volé sur Ariane et ont ainsi démontré leur efficacité et leur robustesse.

Adaptabilité : la diversité des solutions proposées permet de répondre à un maximum d’applications.

Expertise Air Liquide : Air Liquide est à même de concevoir et dimensionner l’isolation la mieux adaptée aux besoins du client. Une zone d’essais permet de tester mécaniquement et thermiquement les isolations dans un environnement cryogénique. La mise en forme et préparation de l’isolation peuvent également être réalisée par Air Liquide sur demande et selon les exigences qualité du spatial.

Principales caractéristiques techniques

Densité réduite
Conductivité thermique faible

Matériau cellulaire à cellules fermées, compatible avec les flux aérothermiques :
- densité : 44 +/- 5 kg/m3 avant thermoformage
- conductivité thermique : 33 mW/m.K à température ambiante
- température maximale : 90°C en continu, 450°C en pic

Feutre Dacron^TM recouvert d’un liner aluminisé
- densité du feutre : 6 kg/m3

Fond commun en nid d’abeilles isolé sous vide

Isolation multi-couches (appelée MLI pour Multi-Layer Insulation) placée sous vide
- flux thermique : ~0.25 W/m² entre 4 K et 300 K, pour 40 couches de MLI