Le 30 juillet 1955, les États-Unis ont annoncé leur détermination à lancer des satellites dans l'espace pour l'Année géophysique internationale 1957-1958. Quatre jours plus tard, l'Union soviétique annonçait qu'elle aussi lancerait bientôt des satellites. La « course à l'espace » était lancée et, pendant des décennies, le monde a suivi avec fascination chaque nouveau lancement.
Aujourd'hui, une autre course à l'espace se déroule avec beaucoup moins de tapage. La NASA décrit l'orbite terrestre basse (OTB) comme une économie commerciale, pleine d'opportunités pour les entreprises gouvernementales, universitaires et surtout à but lucratif.
Environ 7 500 satellites sont déjà en OTB et ce nombre va littéralement exploser au cours des dix prochaines années et au-delà. Un rapport du Government Accountability Office des États-Unis prévoit le lancement de 58 000 satellites supplémentaires d'ici à 2030, le rythme des lancements augmentant considérablement d'année en année. Les lancements de 40 à 60 satellites sur une seule fusée sont déjà courants et, en janvier 2021, une fusée SpaceX a transporté une charge utile stupéfiante de 143 satellites.
Opportunités pionnières, principes commerciaux intemporels
L'essentiel de la croissance de l'économie commerciale en OTB est alimenté par de grandes constellations de satellites fonctionnant en réseaux mondiaux pour fournir des services de communication, d'accès à Internet, d'observation de la Terre, de surveillance météorologique, de positionnement global et d'autres services. De nombreuses nouvelles applications verront certainement le jour. Par exemple, avec une telle activité en OTB, un nouveau type de satellites récupérateurs de déchets sera-t-il nécessaire pour éliminer les débris dangereux ?
Des entreprises comme Amazon, Planet, OneWeb, SpaceX, Lockheed Martin, Sierra Nevada Corporation et L3Harris ouvrent actuellement la voie, mais le champ est largement ouvert aux innovateurs pour créer de nouvelles opportunités qui promettent de tout révolutionner, de l'agriculture à la réponse aux catastrophes, des soins de santé à distance à la sécurité mondiale et au-delà. Comme pour toute entreprise commerciale, le succès dans l'espace dépend de l'application de principes commerciaux fondamentaux et séculaires, notamment la nécessité de maximiser la valeur tout en minimisant les coûts.
Des moteurs conçus pour les rigueurs de l'espace et les réalités du marché
Pour les moteurs qui commandent les articulations et les actionneurs robotiques, les systèmes de refroidissement cryogéniques, les roues de réaction, les antennes, les panneaux solaires, les gyroscopes et d'autres fonctions, les concepteurs de satellites doivent trouver des moyens de réduire les coûts d'ingénierie non récurrents et les délais de mise en œuvre, sans pour autant compromettre les performances.
Les moteurs doivent être disponibles rapidement dans les quantités requises, tout en offrant la qualité et la fiabilité nécessaires à un fonctionnement sûr pendant les 3 à 5 ans où les satellites en OTB restent généralement en service. En plus d'être adaptés à l'application et de répondre aux spécifications, les moteurs doivent être capables de résister aux rigueurs des vols spatiaux.
Chocs et vibrations. Les charges utiles peuvent subir des chocs et des vibrations extrêmes en raison des contraintes liées au lancement et au vol de la fusée. Les moteurs doivent résister de manière fiable à ces forces sans compromettre leurs performances une fois le satellite mis en orbite.
Kollmorgen propose plusieurs solutions adaptées à l'OTB qui intègrent nos plateformes de servomoteurs sans boîtier KBM, TBM, RBE et d'autres, toutes conçues pour fonctionner dans les conditions les plus extrêmes et dans des applications où la défaillance n'est pas envisageable. Des milliers et des milliers de ces moteurs prouvent chaque jour leur fiabilité dans des environnements extrêmes de chocs et de vibrations, que ce soit sur terre, sous l'eau et, bien sûr, dans l'espace.
Températures extrêmes. Lorsqu'un vaisseau spatial passe de la lumière du soleil à l'ombre de la Terre, les températures peuvent varier de +125 °C à –65 °C. En outre, l'absence d'atmosphère signifie qu'il n'y a pas de refroidissement par convection dans l'espace, de sorte que les températures à l'intérieur du satellite (y compris la chaleur générée par les moteurs et l'électronique) doivent être gérées par rayonnement thermique, souvent avec l'aide d'un système actif tel qu'un refroidisseur cryogénique ou une boucle de fluide pompé pour transférer la chaleur vers et à partir des radiateurs.
Les moteurs doivent être capables de résister au choc thermique d'un cycle continu de températures extrêmes. Ils ne doivent pas non plus ajouter au défi global de la gestion thermique en raison d'une élévation excessive de la température de l'enroulement. Kollmorgen a mis au point des recettes de matériaux qui permettent d'étendre la plage de températures ambiantes pour ses conceptions électromagnétiques standard, ce qui permet un fonctionnement fiable des versions modifiées de ses moteurs standard malgré les températures extrêmes rencontrées dans l'espace. Grâce à leur électromagnétisme très efficace, les moteurs Kollmorgen peuvent offrir toutes les performances nécessaires avec une augmentation de température relativement faible, sans qu'il soit nécessaire de spécifier un moteur plus grand et plus lourd.
Rayonnement. Les particules ionisées et le rayonnement électromagnétique provenant des événements solaires et des rayons cosmiques galactiques peuvent être suffisamment énergétiques pour pénétrer l'enveloppe extérieure des satellites et endommager les matériaux qui s'y trouvent. Pour les moteurs, le rayonnement peut dégrader les matériaux conventionnels utilisés pour l'isolation électrique et l'encapsulation de l'enroulement qui permet de réguler la chaleur et d'assurer la protection contre les chocs.
Kollmorgen est en mesure d'apporter plusieurs modifications à la plupart de ses moteurs standard afin de répondre aux exigences de fiabilité et de cycle de vie des satellites en OTB. Il s'agit notamment de matériaux d'isolation et d'encapsulation exclusifs et résistants aux radiations.
Dégazage. Les matériaux non métalliques peuvent dégazer dans le vide et la chaleur solaire de l'espace. Ces composés volatils peuvent se condenser sous forme de contaminants sur les lentilles, les miroirs, les capteurs et d'autres surfaces essentielles au fonctionnement du satellite. 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.
Nombre de ces matériaux sont présents dans les moteurs conçus pour des applications terrestres, comme les polyesters utilisés dans les vernis d'enroulement courants. Cependant, Kollmorgen peut modifier bon nombre de ses moteurs standard avec des matériaux spécialisés et des processus de fabrication exclusifs pour répondre aux exigences des environnements sous vide, y compris la conformité à la norme de dégazage NASA-STD-6016A de ≤ 0,1 % de matières volatiles condensables collectées (CVCM).
Taille et poids. Autrefois réservé aux agences spatiales gouvernementales et aux géants de l'industrie établis de longue date, l'espace OTB n'est plus la frontière de l'imagination populaire. Il s'agit d'un marché ouvert aux innovateurs et aux entrepreneurs en tous genres. Cet aspect est particulièrement évident dans le développement de minisatellites (100-500 kg), de microsatellites (10-100 kg), de nanosatellites (1-10 kg) et de picosatellites encore plus petits, rendu possible par la miniaturisation croissante des composants qui offrent des performances de plus en plus élevées à moindre coût.
La taille et le poids ont toujours eu de l'importance pour les objets lancés dans l'espace, mais lorsqu'une seule fusée peut aujourd'hui transporter plus de 100 satellites, les moteurs spatiaux qui offrent des performances maximales dans un format extrêmement léger et compact sont infiniment précieux. Kollmorgen propose des servomoteurs sans boîtier avec une densité de puissance et de couple optimale dans une large gamme de tailles standard, idéalement adaptés pour minimiser la taille et le poids tout en maximisant les performances dans les satellites de toute classe.
Partons en exploration
Kollmorgen fournit des moteurs pour des applications spatiales de premier plan depuis les missions Gemini du milieu des années 1960, en passant par les alunissages, la navette spatiale, plusieurs rovers martiens et plusieurs autres programmes. Nous pouvons appliquer cette même expertise à la fourniture de moteurs spatiaux à haut volume, qui sont nécessaires pour répondre à la croissance exponentielle de l'économie commerciale en OTB.
Nos capacités à vous aider à concevoir des satellites OTB innovants et performants vont bien au-delà de ce que nous pouvons décrire dans un article de blogue. N'hésitez donc pas à nous contacter à votre convenance. Nous sommes prêts à discuter de vos besoins spécifiques, d'ingénieur à ingénieur, et à vous aider à mettre votre satellite sur la rampe de lancement.
