Alors que la commercialisation de l'espace à l'aide de satellites en orbite basse entre dans une période de croissance exponentielle, l'exploration approfondie de l'espace à l'aide de vaisseaux spatiaux avec ou sans équipage, de stations orbitales et de fusées transportant des objets dans l'espace connaît une renaissance.
Citons, par exemple, Perseverance Rover qui explore actuellement la surface de Mars. Le système de lancement spatial, plus puissant que n'importe quelle fusée jamais créée et conçu pour transporter pour la première fois des équipages dans l'espace lointain. Le projet Artemis prévoit le retour de personnes sur la lune dans le but d'y établir une présence permanente à des fins de découverte scientifique, de développement d'opportunités commerciales et de préparation à l'exploration humaine de Mars et au-delà.
Il ne s'agit là que de quelques-uns des projets en cours ou actifs aujourd'hui. Les opportunités sont intéressantes, mais pour en tirer parti, il faut relever des défis importants afin d'assurer la sécurité des personnes et la réussite des missions.
La défaillance n'est pas envisageable
L'un des plus grands défis consiste à garantir les performances et la fiabilité des systèmes de mouvement qui contrôlent de nombreuses fonctions d'un vaisseau spatial, notamment les sous-systèmes d'altitude et d'articulation, de production d'énergie, de communication, d'observation, de contrôle de l'environnement et de survie, et bien d'autres encore. Ces moteurs doivent fonctionner sans failles pendant une longue période (plus de 30 ans pour certaines missions) dans les conditions les plus difficiles que l'on puisse imaginer.
Les véhicules d'exploration de surface (rovers), avec ou sans équipage, ont des exigences supplémentaires en matière de mouvement, notamment des moteurs pour la traction et la direction, la commande des bras robotiques, le positionnement des caméras pour la navigation et l'évitement des dangers, la collecte d'échantillons et de nombreuses autres fonctions spécialisées.
Les engins spatiaux avec équipage, les stations spatiales et les installations d'habitation ont des exigences de mouvement encore plus complexes et critiques pour le contrôle de l'environnement et les sous-systèmes de survie, la protection contre les rayonnements, le rejet de la chaleur, les pompes de refroidissement cryogéniques, le contrôle de l'altitude, la mobilité, les outils de couple et bien plus encore.
Les missions spatiales avec ou sans équipage dépendent de plus en plus de la fabrication, de l'assemblage et de l'entretien des équipements par des robots. De même, des robots seront nécessaires pour construire les futures habitations extraterrestres, exploiter les ressources extraterrestres, entretenir les équipements, etc.
Compte tenu des nombreuses interdépendances entre tous ces systèmes et sous-systèmes, la défaillance d'un seul système de mouvement peut mettre en péril plusieurs éléments de la mission et nécessiter des réparations difficiles, voire dangereuses. Les défis sont de taille. Lorsque la défaillance n'est pas envisageable, optez pour des moteurs absolument fiables.
Des défis au-delà de ce monde
Les chocs et les vibrations sont extrêmes à de nombreux moments du voyage vers l'espace, notamment lors du décollage, de l'atteinte de Mach 1, de la séparation des étages de la fusée, de l'allumage des propulseurs, de l'amarrage et de l'atterrissage. Les moteurs doivent pouvoir résister à tous ces événements sans endommager les roulements, les enroulements, les connexions, les capteurs d'asservissement ou d'autres composants.
Aussi importante que soit la robustesse de la construction pour éviter les dommages, l'espace présente d'autres risques qui constituent une menace encore plus grande pour la santé des moteurs et des autres composants, en particulier lorsqu'ils sont censés fonctionner de manière fiable pendant des années, voire des décennies. Les principaux risques sont les températures extrêmes, les rayonnements et le vide.
La température de référence dans l'espace est de –270 °C. À partir de ce seuil, les températures peuvent atteindre des niveaux extrêmement variables en fonction de l'environnement. Par exemple, les températures sur la surface lunaire à l'équateur varient de +120 °C le jour à –130 °C la nuit. Dans les régions ombragées en permanence près des pôles, la température peut descendre jusqu'à –253 °C. Ces régions sont particulièrement intéressantes, car elles peuvent abriter de la glace d'eau qui peut être utilisée pour boire et pour fabriquer du carburant.
Même si des systèmes de gestion thermique sont en place pour atténuer ces conditions, les moteurs doivent toujours être capables de fonctionner à des températures extrêmes et de subir des cycles de température rapides. Tout aussi important, ils ne doivent pas contribuer aux problèmes thermiques par une augmentation excessive de la température qui pourrait réduire la durée de vie et endommager d'autres composants situés à proximité.
Les particules ionisées des rayons cosmiques galactiques et le rayonnement électromagnétique des événements solaires peuvent être suffisamment énergétiques pour pénétrer l'enveloppe extérieure des engins spatiaux et endommager les systèmes électroniques et électromécaniques qui s'y trouvent. Dans les moteurs, l'isolation, l'encapsulation des enroulements et d'autres composants doivent être conçus avec des matériaux spécialisés très résistants à la dégradation sous l'assaut de ces rayonnements.
Dans le vide spatial extrêmement poussé, le dégazage des matériaux non métalliques peut constituer un problème majeur, car les composés volatils se condensent et contaminent les lentilles, les miroirs, les capteurs et d'autres surfaces. Les polyesters, le téflon, le vinyle, le nylon, le silicone, le caoutchouc naturel, le caoutchouc butyle, le polystyrène et le polyéthylène, entre autres, sont des exemples de matériaux mal adaptés à l'environnement spatial. Les concepteurs de moteurs destinés à une utilisation dans l'espace doivent renoncer à utiliser ces matériaux ou les remplacer par des matériaux spécialisés qui présentent de faibles taux de désorption/dégazage.
Lancement avec Kollmorgen
Kollmorgen fournit des moteurs conçus pour les vols spatiaux depuis le programme Gemini des années 1960, en passant par la station spatiale Skylab, les navettes spatiales et la croissance exponentielle actuelle des satellites en orbite terrestre basse.
Dans le même temps, nos moteurs spatiaux ont été poussés plus loin dans l'espace. Ils étaient à bord des missions Apollo sur la Lune, de l'atterrisseur Viking 1 sur Mars et des rovers Spirit, Opportunity, Curiosity et Perseverance sur Mars. Et nos clients prévoient utiliser nos moteurs dans de nombreuses autres missions, à mesure que la renaissance de l'exploration spatiale prend son essor.
Kollmorgen est le partenaire idéal pour vos véhicules spatiaux, car nous sommes spécialisés dans l'ingénierie collaborative de moteurs adaptés à l'environnement, aussi extrême soit-il.
Pour les applications spatiales, nous pouvons proposer des solutions s'appuyant sur nos plateformes de moteurs sans boîtier KBM, TBM et RBE, qui conviennent à une utilisation dans des environnements soumis à des rayonnements intenses. Les moteurs peuvent être conçus pour répondre aux exigences de la norme NASA-STD-6016A en matière de dégazage tout en fonctionnant dans un vide extrêmement poussé. Ils sont disponibles dans des conceptions avec une plage de températures ambiantes très élevée et une faible élévation thermique. En outre, la densité de couple optimale permet de minimiser la taille et le poids, un aspect essentiel pour toute application spatiale.
Les modifications de nos moteurs conventionnels pour les applications spatiales étant basées sur des recettes standard, Kollmorgen peut contribuer à réduire les coûts d'ingénierie non récurrents et les délais d'exécution pour les moteurs conçus pour fonctionner pendant des années dans les conditions implacables de l'exploration spatiale et de l'habitat extraterrestre.
Prêts à vous lancer ?
Nous sommes prêts à vous aider à faire décoller votre programme spatial et à lui faire accomplir des exploits extraordinaires. Contactez-nous à votre convenance. Nous vous mettrons en contact avec des ingénieurs qui comprennent les exigences, qui ont déjà envoyé de nombreux moteurs fiables et performants dans l'espace et qui sont prêts à vous aider à lancer un programme réussi.
