Comment les satellites restent-ils en orbite ? Comprendre les principaux défis
Auteur : Sean Kane
Ensemble, avec audace.
Jamais dans notre histoire nous n'avons repoussé aussi loin les limites du voyage spatial ; c'est désormais l'actualité chaque semaine. Explorer de nouveaux mondes étranges et oser s'aventurer là où personne n'est jamais allé pourrait bien devenir une mode. Même partir à l'étranger pourrait bientôt devenir des vacances extrêmes.
Le mois dernier, un rover chinois a exploré la face cachée de la Lune. Cette même mission a également permis la germination d'un cotonnier, ce qui constitue la première fois que de la matière biologique est cultivée sur la Lune.
Récemment, Elon Musk, fondateur de SpaceX, récitant le mantra de son entreprise : « Construire une ville autonome sur Mars », a partagé des photos de son Starship Raptor. Son moteur est conçu pour propulser à la fois la fusée au décollage et le vaisseau spatial dans l'espace.
Pour le commun des mortels, ce genre d'information est devenu monnaie courante. Après tout, l'année dernière, la Chine a envoyé 39 fusées dans l'espace, les États-Unis 34 et la Russie 20. Mais pour ceux qui doivent faire avancer l'aiguille – ou la fusée – plus vite et plus loin, les milliards de détails et les milliers de défis qui précèdent un seul lancement sont décourageants.
Ne laissez pas la gravité vous abattre
Excellent ! Nous avons une fusée. Et maintenant ? Il va falloir effectuer quelques calculs. Si notre objectif est de propulser notre fusée dans l'espace, elle devra atteindre une vitesse vingt fois supérieure à celle du son – au moins 7.9 kilomètres par seconde – ce qu'on appelle la vitesse orbitale. Mais comment les satellites restent-ils en orbite une fois dans l'espace ?
Au lycée, en physique, on nous a appris que plus un objet est lourd, plus il exerce d'attraction gravitationnelle. Il est donc logique que, si nous parvenons à alléger notre fusée, elle décollera plus facilement et nécessitera moins de carburant.
Ajoutez à nos calculs de poids le coût. Les experts estiment que chaque kilogramme (2.2 livres) transporté dans l'espace coûte environ 20 000 dollars américains. [Elon Musk aurait toutefois déclaré qu'un objectif de 500 dollars par livre ou moins était tout à fait réalisable.] Il est donc évident que si nous parvenons à réduire le poids de notre satellite, même infime, nous pouvons réduire considérablement les coûts de notre projet. Les constructeurs aéronautiques, comme Airbus, en ont fait la preuve. L'année dernière, l'entreprise a commencé à imprimer en 3D des panneaux d'espacement pour les compartiments de rangement supérieurs et a constaté avec plaisir que ces panneaux étaient 15 % plus légers que les panneaux conventionnels.
Le rôle des systèmes de propulsion dans les orbites des satellites
Alors, quelle pièce solide – actuellement en titane, en aluminium lourd ou autre – pourriez-vous remplacer par une pièce imprimée en 3D ? Et si vous pouviez combiner 10 ou 15 composants en un seul assemblage imprimé, filtres inclus ? L'impression 3D rend l'impossible possible et Mott possède des procédés en instance de brevet pour imprimer sur mesure des filtres poreux et des dispositifs de contrôle de débit dans pratiquement toutes les configurations. Nous produisons même des pièces associant des composants poreux et solides. Comment toutes ces options pourraient-elles réduire le poids et la complexité de votre conception, accélérer les délais de vos projets et réduire les coûts ?
Du fast-food sur Mars ? Pas si rapide.
Aller sur Mars est une chose, mais si nous prévoyons d'y rester un certain temps, il nous faudra résoudre le problème de la subsistance. Compte tenu de ce que nous avons observé jusqu'à présent sur la vie martienne, chasser et cueillir est probablement hors de question ; il nous faudra donc revenir à nos racines, celles de jardiniers. Mais jardiner en apesanteur présente ses propres défis. L'apesanteur signifie que l'eau flotte ; nous pouvons donc définitivement rayer le jardinage hydroponique de notre liste, pour l'instant. Mais des ingénieurs astucieux ont joué avec des tubes en céramique qui acheminent l'eau jusqu'aux racines des plantes, dans le sol. Qui veut, peut, n'est-ce pas ?
Ingénierie avancée pour la survie dans l'espace
Quelles autres options pourrions-nous imaginer pour subvenir à nos besoins dans des atmosphères hostiles ? Peut-être un système de recyclage de l'eau filtrant les déchets ? Oui, c'est déjà une réalité pour les voyages spatiaux, mais existe-t-il un moyen de passer à l'étape supérieure ? Qu'en est-il des options de réfrigération cryogénique ? Ou des applications de production de gaz ?
Notre équipes d'ingénierie chez Mott travailler en permanence sur des projets où les solutions standard n'existent pas. Comment le pourraient-ils, puisque personne ne l'a jamais fait auparavant ? Repousser les limites de performance nécessite des solutions personnalisées et ingénierie complexe pour maintenir la vie dans l'espace ou sur des planètes naturellement inhabitables.
Lorsque vous atteignez Polaris, tournez à gauche
Malheureusement, les satellites GPS standard ne vous seront d'aucune aide dans l'espace lointain. Ce niveau de navigation requiert une instrumentation sophistiquée et des calculs astrophysiques complexes. Et, pour compliquer encore les choses, le vide spatial signifie qu'il n'y a ni résistance de l'air, ni frottement de la route, ni pare-chocs de voiture devant vous pour vous ralentir. Il est donc important que les poussées soient précises. Même le plus petit écart de trajectoire nécessite beaucoup plus d'élan, de temps et de carburant, pour corriger ultérieurement la trajectoire.
Mott possède des décennies d'expérience dans la modélisation précise des flux gazeux complexes nécessaires à l'alimentation des propulseurs, même sous vide. Grâce à notre brevet en instance, technologie d'impression 3D solide-poreux, les possibilités sont infinies. Nous avons composants et caractéristiques de propulsion conçus Utilisés dans les propulseurs chimiques et électriques des satellites et des engins spatiaux, nous sommes impatients d'explorer d'autres avancées innovantes dans ce domaine. Soumettez-nous simplement votre défi.
Un seul coup pour réussir – mieux vaut réussir
Buzz Aldrin, l’un des premiers humains à avoir atterri sur la Lune, a déclaré : « Revenir sur Terre, c’était la partie la plus difficile. »
SpaceX, première entreprise privée à avoir lancé, placé en orbite et récupéré avec succès un vaisseau spatial, décrit sa deuxième tentative pour contrôler la descente de sa fusée et l'atterrir avec précision sur un navire dans l'Atlantique. On dirait une tête d'épingle, non ?
La société écrit : « La descente contrôlée a réussi, mais environ 10 secondes avant l'atterrissage, une valve contrôlant la puissance du moteur de la fusée (poussée) a temporairement cessé de répondre aux commandes aussi rapidement qu'elle aurait dû. En conséquence, la fusée a réduit les gaz quelques secondes plus tard que prévu, et – avec une masse de 30 000 kg et une vitesse de près de 320 km/h à ce moment-là – quelques secondes peuvent être très longues. Avec la manette des gaz bloquée à fond et le moteur allumé plus longtemps que prévu, le véhicule a temporairement perdu le contrôle et n'a pas pu récupérer à temps pour l'atterrissage, finissant par basculer. »
Voilà. Un seul composant a mal fonctionné, ce qui a coûté 62 millions de dollars – le coût annoncé du lancement de la Falcon 9. Heureusement, dès le quatrième lancement, ils ont réussi – sinon, la fin aurait été pour SpaceX, a révélé Musk plus tard. La leçon à retenir : lorsqu'un composant est essentiel à la mission, on ne peut pas se permettre une panne.
Lorsqu'il s'agit de contrôler le fonctionnement des composants clés d'une fusée lors du lancement ou de l'atterrissage, il est crucial de protéger ces composants critiques afin qu'ils puissent fonctionner correctement. Les limiteurs de débit Mott sont fabriqués en métal poreux, ce qui les rend non seulement extrêmement durables, mais aussi capables de maintenir une distribution uniforme du flux. écoulement uniforme du gaz à travers de multiples pores sur toute la surface.
Crème solaire. Ne quittez pas la Terre sans elle.
Nous, les Terriens, avons la chance d'avoir une atmosphère, avec des couches d'ozone qui nous protègent des rayons nocifs du soleil. Mais, selon la NASA, les astronautes dans l'espace sont exposés à des rayonnements ionisants (de haute énergie) dont les niveaux équivalent à 150 à 6 000 radiographies pulmonaires.
Pire encore, lorsque des particules subatomiques entrent en collision avec les atomes d'aluminium composant la coque d'un vaisseau spatial, leurs noyaux peuvent exploser, libérant ainsi un rayonnement secondaire. C'est l'une des raisons pour lesquelles la NASA teste les plastiques pour de multiples applications. Les plastiques techniques regorgent d'atomes d'hydrogène dont les petits noyaux produisent peu de rayonnement secondaire.
Envisagez les possibilités d'intégration de nouveaux designs et matériaux – métal ou polymère – grâce à l'impression 3D dans les combinaisons spatiales, les cabines d'équipage et d'autres composants afin de réduire l'exposition aux radiations. C'est un autre exemple où nous vous mettons au défi de sortir de l'ordinaire et de concrétiser des rêves autrefois impossibles.
Apportez-nous votre défi
La technologie spatiale repose en grande partie sur les détails, notamment l'intégration de diffuseurs, de filtres et de dispositifs de contrôle de flux fiables dans des systèmes plus vastes. Grâce aux progrès actuels de l'impression 3D, les ingénieurs ne sont plus limités par les contraintes de l'outillage requis par les procédés de fabrication conventionnels. Ils peuvent désormais imaginer. Notre technologie permet de fabriquer une infinité de formes géométriques et de types de structures, et même de combiner des dizaines de pièces distinctes, notamment des filtres et des composants de contrôle de flux, en une seule conception imprimée en 3D.
Au fil des décennies, nous avons aidé de nombreux ingénieurs aérospatiaux à concrétiser leurs concepts. Nos algorithmes éprouvés modélisent les conditions les plus difficiles, les variations de température les plus importantes et les pressions de vide les plus élevées. Nous travaillons avec une large gamme de matériaux ; confiez-nous le vôtre et nous concevrons la solution. Nous avons également constaté que nos relations les plus productives et fructueuses se construisent lorsque nos clients nous contactent dès le début de la phase de conception. Si vous rencontrez un problème, nos ingénieurs sont là pour vous aider.
Vous avez un défi à relever ? Nul besoin d'être ingénieur en aérospatiale pour nous aider. Contactez-nous pour recevoir une consultation d'un de nos ingénieurs.
