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Comment les satellites restent-ils en orbite ? Comprendre les principaux défis
Auteur : Sean Kane
J'y vais avec audace. Ensemble.
À aucun autre moment de notre histoire, nous n'avons repoussé les limites du voyage spatial jusqu'à présent – c'est désormais l'actualité chaque semaine. Explorer de nouveaux mondes étranges et aller hardiment là où aucun homme ni femme n’est allé auparavant pourrait bien devenir une « chose ». Même partir hors du monde pourrait bientôt devenir des vacances extrêmes.
Le mois dernier, un rover chinois a exploré la face cachée de la Lune. La même mission a également vu la germination réussie d’un cotonnier – ce qui en fait la première fois que de la matière biologique est cultivée sur la Lune.
Récemment, le fondateur de SpaceX, Elon Musk, tout en 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, de telles nouvelles sont devenues 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 sont mis au défi de déplacer l’aiguille – ou la fusée – plus vite et plus loin, les milliards de détails et les milliers de défis qui conduisent à un seul lancement est intimidant.
Ne laissez pas la gravité vous abattre
Excellent! Nous avons une fusée. Maintenant quoi? Il semble que nous devrons effectuer quelques calculs. Si notre objectif est de propulser notre fusée dans l’espace, elle devra atteindre une vitesse plus de 20 fois supérieure à celle du son – au moins 4.9 miles par seconde (7.9 kilomètres par seconde) – ce qu’on appelle la vitesse orbitale. Mais comment les satellites restent-ils en orbite une fois qu’ils atteignent l’espace ?
Quelque part au lycée de physique, nous avons appris que plus un objet est lourd, plus il exerce une attraction gravitationnelle. Il est donc logique que si nous parvenons à alléger notre fusée, elle décollera plus facilement et nécessitera moins de carburant pour accomplir son travail.
Ajoutez à nos calculs de poids – le coût. Les experts estiment que chaque kilogramme (2.2 livres) transporté vers l’espace coûte environ 20,000 500 dollars américains. [Cependant, Elon Musk aurait déclaré qu'il pensait qu'un montant de 3 $ par livre ou moins était tout à fait réalisable.] Il est donc facile de voir que si nous pouvons réduire le poids de notre satellite, ne serait-ce qu'un tout petit peu, nous pouvons réduire considérablement les coûts de notre projet. . Les constructeurs aéronautiques, comme Airbus, en ont vu la preuve. L'année dernière, l'entreprise a commencé à imprimer en 15D des panneaux d'espacement pour les compartiments de rangement supérieurs et a découvert avec bonheur que les panneaux étaient XNUMX % 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, y compris les filtres ? L'impression 3D rend l'impossible possible et Mott dispose de processus 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 dont les composants poreux et solides travaillent ensemble. Comment toutes ces options pourraient-elles réduire le poids et la complexité de votre conception, accélérer les délais de projet et réduire les coûts ?
Du fast-food sur Mars ? Pas si vite.
Se rendre sur Mars est une chose, mais si nous prévoyons de rester un certain temps, nous devrons résoudre le problème de la subsistance. Compte tenu de ce que nous avons vu jusqu'à présent de la vie sur Mars, la chasse et la recherche de nourriture sont probablement hors de question, nous devrons donc simplement revenir à nos racines - en tant que jardiniers, bien sûr. Mais le jardinage en apesanteur présente ses propres défis. La gravité zéro signifie que l'eau flotte - nous pouvons donc définitivement supprimer le jardinage hydroponique de notre liste, pour l'instant. Mais des ingénieurs intelligents ont joué avec des tubes en céramique qui évacuent l'eau jusqu'aux racines des plantes dans le sol. Là où il y a une volonté, il y a un moyen, non?
Ingénierie avancée pour la survie spatiale
Quelles autres options pouvons-nous imaginer pour assurer la subsistance dans des atmosphères impitoyables? Peut-être un système de recyclage de l'eau qui filtre les déchets? Oui, c'est déjà une réalité du voyage spatial, mais existe-t-il un moyen de l'amener au niveau supérieur? 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 « prêtes à l'emploi » n'existent pas. Comment pourraient-ils le faire alors que personne ne l'a fait auparavant ? Repousser les limites de performance nécessite des solutions personnalisées et Une 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 aideront pas dans l'espace lointain. Ce niveau de navigation nécessite une instrumentation complexe et des calculs astrophysiques complexes. Et, pour compliquer encore les choses, le vide dans l'espace signifie qu'il n'y a pas de résistance à l'air, pas de friction sur la route et pas de pare-chocs de voiture devant vous pour vous ralentir. Il est donc important que les poussées soient précises. Même la plus petite déviation hors course nécessite beaucoup plus de dynamisme - et de temps et de carburant - pour bien sûr corriger plus tard.
Mott possède des décennies d'expérience dans la modélisation des flux de gaz complexes nécessaires pour alimenter les propulseurs avec précision, même dans des conditions de vide. Lorsque nous associons cela à notre brevet en instance, technologie d'impression 3D solide à poreuse, 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 et sont impatients d'explorer d'autres avancées innovantes dans ce domaine. Apportez-nous simplement votre défi.
Un seul coup pour réussir – Mieux vaut réussir
Buzz Aldrin, l'un des premiers humains à atterrir sur la lune, a été célèbre: «Retourner sur Terre, c'était la partie difficile.»
SpaceX, la première entreprise privée à réussir le lancement, la mise en orbite et la récupération d'un vaisseau spatial, décrit sa deuxième tentative visant à contrôler la descente de sa fusée et à la faire atterrir précisément sur un navire dans l'Atlantique. Vous parlez de la proverbiale tête d’épingle, n’est-ce pas ?
L'entreprise écrit: «La descente contrôlée a été réussie, mais environ 10 secondes avant l'atterrissage, une soupape contrôlant la puissance du moteur de la fusée (poussée) a temporairement cessé de répondre aux commandes aussi rapidement qu'elle aurait dû. En conséquence, il s'est abaissé quelques secondes plus tard que ce qui avait été commandé, et - la fusée pesant environ 67,000 200 livres. et parcourant près de XNUMX mph à ce stade - quelques secondes peuvent être très longues. Avec l'accélérateur essentiellement bloqué en position haute 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. »
Alors voilà. Un seul composant n'a pas fonctionné correctement, ce qui a coûté 62 millions de dollars – le coût annoncé pour le lancement de son Falcon 9. Heureusement, au quatrième lancement, ils ont réussi – sinon cela aurait été des rideaux pour SpaceX, a révélé plus tard Musk. La leçon à retenir : lorsqu'une pièce est essentielle à une mission, vous ne pouvez pas vous permettre qu'elle tombe en panne.
Lorsqu'il s'agit de l'opérabilité des composants clés d'une fusée lors du lancement ou de l'atterrissage, en contrôlant le flux, il est essentiel de protéger les composants critiques afin qu'ils puissent fonctionner comme prévu. Les limiteurs de débit de Mott sont fabriqués à partir de métal poreux, ils sont donc non seulement extrêmement durables, mais ils maintiennent également une distribution uniforme du flux en écoulement uniforme du gaz à travers de multiples pores sur toute la surface.
Crème solaire. Ne quittez pas la Terre sans cela.
Nous, terriens, avons la chance d'avoir une atmosphère, avec des couches d'ozone pour nous protéger des rayons nocifs du soleil. Mais, selon la NASA, les astronautes dans l'espace sont exposés à des rayonnements ionisants (à haute énergie) à des niveaux équivalents à 150 à 6,000 XNUMX radiographies pulmonaires.
Pour aggraver les choses, lorsque des particules subatomiques pénètrent dans les atomes d'aluminium qui composent la coque d'un vaisseau spatial, leurs noyaux peuvent exploser, libérant un rayonnement secondaire. C'est une des raisons pour lesquelles la NASA teste les plastiques pour une multitude d'applications. Les plastiques techniques sont pleins d'atomes d'hydrogène dont les petits noyaux ne produisent pas beaucoup de rayonnement secondaire.
Envisagez les possibilités d'intégration de nouveaux designs et matériaux - métal ou polymère, avec impression 3D dans les combinaisons spatiales, les cabines d'équipage et d'autres composants pour réduire l'exposition aux radiations. C'est encore un autre exemple où nous vous mettons au défi d'échapper à l'ordinaire et de concrétiser des rêves auparavant impossibles.
Apportez-nous votre défi
Une grande partie de la technologie spatiale se résume aux détails – et implique en grande partie l’intégration de diffuseurs, de filtres et de dispositifs de contrôle de débit fiables dans des systèmes plus vastes. Avec les progrès actuels de l'impression 3D, les ingénieurs ne sont plus limités par les limites des outils requis dans les processus de fabrication conventionnels. Ils sont libres de rêver. Notre technologie permet de fabriquer un nombre infini de formes géométriques et de types de structures – et vous permet même de combiner des dizaines de pièces discrètes, notamment des filtres et des composants de contrôle de débit, 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 plus grandes variations de température et les pressions de vide les plus difficiles. Nous travaillons avec une large gamme de matériaux, alors apportez-nous le matériau de votre choix et nous élaborerons une solution. Nous avons également appris que nos relations les plus productives et les plus fructueuses se nouent lorsque les clients nous contactent dès le début de la phase de conception. Si vous rencontrez un défi, nos ingénieurs sont impatients de vous aider.
Vous avez un défi que vous avez du mal à surmonter ? Vous n'avez pas besoin d'être un ingénieur en aérospatiale pour que nous vous aidions. Contactez-nous pour recevoir une consultation d’un de nos ingénieurs.