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Des avancées dans le changement du matériel de protection thermique d’Orion
Comme les vieilles imprimantes à jet d’encre des années 90 sont devenues aujourd’hui des imprimantes 3-D artistiques, le matériel de protection thermique utilisé sur Orion reçoit un «lifting» en 3-D important.
Pour le premier vol, les ingénieurs ont utilisé une matière appelée «composé carbone phénolique», utilisée par le passé sur la navette spatiale et des sondes d’exploration.
Mais pour le prochain vol d'Orion, les ingénieurs ont développé une matière plus efficace appelée Protection Thermale Ablative Multifonctionnelle – 3D (3D-MAT). Ce matériau a été développé par le Centre de Recherche Ames de la NASA en Californie, avec la collaboration de Bally Ribbon Mills en Pennsylvanie et de San Diego Composites en Californie, pour la Direction de la Technologie des Missions Spatiales de la NASA (Space Technology Mission Directorate - STMD).
Charles Bolden avec un morceau de 3-D MAT produit par la Sté Bally Ribbon Mills de Pennsylvanie.
Les blocs sont installés entre le module d'équipage et le module de service d'Orion pour contrer les forces extrêmes que supporte le module d'équipage lors du lancement et de l'ascension vers l'espace. Chaque bloc supporte environ 25 tonnes.
Des disques (Compression Pad) protègent aussi les parties proches du module d'équipage du choc explosif au moment de la séparation module de service - module d'équipage et fournissent une protection supplémentaire lors de la traversée de l’atmosphère.
« Le deuxième vol d'Orion rentrera dans l'atmosphère à une vitesse bien plus élevée que pendant son premier vol, ce qui signifie qu'il produira beaucoup plus de chaleur que les blocs en carbone phénolique ne pourraient supporter, » a dit Jay Feldman, responsable technique du 3D-MAT, chez Ames.
Parce que le carbone phénolique n'est pas une solution adaptée au deuxième vol, les ingénieurs ont exploré nombre d'autres options incluant des fibres de type simple ou hybride, des techniques en 2-D et 3-D, tissant ou superposant différentes sortes de résines gluantes.
« Le tissage en 3-D offre une plus grande résistance que celui en 2-D » a expliqué Feldman. « La combinaison de fibres de quartz – et non de carbone – allié au tissage en 3-D donne une plus grande robustesse au 3D-MAT. C'est moins massif et cela survit aux extrêmes températures, en conservant sa structure et les astronautes au frais. »
La différence entre un tissage 2-D et 3-D est que le matériel est tissé avec les fibres pas seulement en longueur et largeur mais aussi verticalement : en haut et en bas par la longueur et la largeur.
Les premiers échantillons réalisés, le moment était venu de les tester et les évaluer en augmentant la température supportée au Ames’ Arc Jet Facilities. Dans ce bâtiment, on simule une chaleur par des jets d'arc si puissant que les particules d’air se transforment en plasma supersonique.
Durant ces épreuves, la matière a résisté de manière impressionnante aux hautes fluctuations de chaleur, de températures et de pressions – bien mieux que le carbone phénolique, qui s'est fendu dans les mêmes conditions.
Après trois ans de financement de la part du STMD, l'équipe est prête à mettre en œuvre tous leurs efforts de développement et de recherche sur programme Orion pour la prochaine mission.
Premières soudures en mai pour Orion EM-1
La « première soudure » du nouvel Orion pour la Mission d'Exploration -1 (Exploration Mission-1 - EM-1) aura lieu le 1er mai au Centre d'Assemblage de Michoud (Michoud Assembly Facility - MAF) à la Nouvelle Orléans. S’appuyant sur l'expérience du 1er vol de décembre (EFT-1), ce nouveau vaisseau sera construit pour le vol d'essai du tout nouveau lanceur SLS (Space Launch System) en 2018.
Les étapes pour la construction d’EM-1 ressemblent à celles d’EFT-1. Cependant, Orion pour EM-1 arborera un certain nombre d'améliorations basées sur les expériences du vol test de 2014.
Comme pour l'Orion EFT-1, l'Orion EM-1 sera soudé en utilisant le nouveau procédé de soudage par friction-malaxage, développé spécialement dans le cadre de la transformation du MAF (Michoud Assembly Facility) afin de construire à la fois les réservoirs externes du SLS mais aussi le vaisseau spatial.
Ce type soudage crée une liaison étanche, sans soudure, qui s’avère plus résistante et de meilleure qualité que ce qui peut être réalisé lors d’un soudage conventionnel.
Le vol EFT-1 a fourni aux ingénieurs la preuve que le concept structurel de la capsule est bon, le véhicule étant revenu en excellente forme et les inspections finales (menées dans le cadre du rapport sur le vol ) sont en voie d'achèvement, au Centre spatial Kennedy en Floride.
Les premiers rapports notent que le système de protection thermique s’est comporté au-delà des attentes, ne nécessitant que des améliorations minimes à apporter pour le bouclier d’Orion EM-1. Cependant, les ingénieurs doivent encore travailler sur la façon de créer un bouclier thermique qui sera en mesure de faire face aux super-hautes vitesses de rentrée des missions en provenance de l'espace lointain et de Mars.
Le travail pour Orion EM-1 avance, à travers tout le pays, afin de préparer son montage: usinage de la cuve pressurisée, construction des cloisons avant et arrière, des 3 panneaux coniques etc.
Pendant ce temps, sur l'électronique et l'avionique, deux étapes ont été franchies ce mois-ci: l'unité d'alimentation des données (Power Data Unit - PDU) et l'ordinateur pour la gestion du véhicule (Vehicle Management Computer - MVC) recevaient chacun leur revue de conception critique.
La majeure partie de la construction se fera au Centre d'Assemblage de Michoud et la prochaine grande étape sera l'expédition d’Orion EM-1 au Kennedy Space Center (KSC) pour l’équiper, comme cela avait été fait pour Orion EFT-1.
Pour ou contre la mission ARM ? Les avis divergent...
Vendredi 10 avril, le Conseil Consultatif de la NASA a formellement suggéré d’abandonner la mission ARM (Asteroid Redirect Mission) et de la remplacer par une mission vers une orbite martienne. Il faut noter que c’est une mission non-habitée destinée à tester un nouveau mode de propulsion électrique solaire (SEP - Solar Electric Propulsion).
Mais la NASA n’a aucune obligation de tenir compte de l’avis du Conseil. Elle a, par contre, reçu beaucoup de critiques de la part du Congrès et de la communauté scientifique sur ARM parce que cette mission n'apporte que peu de progrès sur le rapprochement entre l’Homme et Mars. Mais maintenant que son propre Conseil a pris position contre ARM, il va être difficile de vendre la mission au Congrès…
Alors, quelle est la meilleure solution ?
Vue d'artiste d'un vaisseau spatial de la NASA récupérant un rocher sur un astéroïde.
Pour
- Le « chemin vers Mars »: Une mission non-habitée vers Mars est clairement plus tournée vers cette voie plutôt que l’espace profond.
- Elargir le soutien: L’idée de « cueillir » un rocher sur Phobos au lieu d’un astéroïde est bien plus pertinente pour progresser vers Mars.
- Test plus réaliste: pour la propulsion électrique solaire, plus lente donc utilisable uniquement pour du fret mais qui offre, vers Mars, un banc d’essai optimal.
- Echantillon martien: Le comité consultatif ne recommande qu’une « orbite martienne » pour cette mission mais de nombreux membres veulent un échantillon de Phobos.
Contre
- Le temps et l’argent: L’envoi d'un engin spatial type SEP en orbite autour de Mars et l'une de ses lunes, va probablement prendre quelques années de plus que la récupération d'un astéroïde. Tout type de retard n’est pas une pilule facile à avaler pour un organisme qui a déjà du mal à montrer à l'Amérique et au Congrès qu'il fait des progrès substantiels vers exploration de l'espace profond. En outre une incursion martienne coûtera probablement plus cher.
- Orion : A quoi servira alors le vaisseau spatial pendant ce temps ?
- Rendement : Alors qu'un engin spatial serait en mesure de récuperer une roche de 70 tonnes de la surface d'un astéroïde, il ne sera probablement pas en mesure d'obtenir plus de 5 tonnes, voire moins, de Phobos en raison de sa gravité plus élevée.
- Politique : Le président Obama veut voir des astronautes visiter un astéroïde en 2025. Cette roche de Phobos est-elle capable d’être de retour pour 2025 ? Peu probable…
Comment récolter un rocher sur Phobos.
Conclusion
Il y a donc du pour et du contre.
Cependant, le grand défi pour la NASA est de convaincre les Américains, le Congrès et peut-être de manière plus importante, le futur Président des États-Unis que Mars est la voie la plus crédible. Pour cette raison, passer d'ARM vers Phobos avec un vaisseau spatial de technologie SEP ne peut qu’être plus intéressant pour la communauté scientifique.
En tout cas, une histoire politique spatiale des plus fascinantes à suivre en 2015…
Des nano-satellites lors d’EM-1 !
Quand le nouveau système de lancement spatial de la NASA (SLS - Space Launch System) s’élancera pour son premier vol en 2018, ce sera du « multitâches »!! Il assurera non seulement la première Mission d'Exploration (EM-1) afin d’évaluer les performances du lanceur et son intégration avec Orion mais l'agence projette également d'utiliser sa grande capacité afin d’emporter une petite douzaine de nano-satellites pour des expériences scientifiques au-delà de l'orbite basse de la Terre.
Le SLS lancera Orion (sans équipage) vers une orbite rétrograde (dans le sens des aiguilles d’une montre) autour de la lune. 11 petits satellites indépendants, chacun de la grandeur d’une boite à chaussures seront installés à l'intérieur de l'adaptateur SLS / Orion — l'anneau raccordant Orion à l’étage de propulsion supérieur du SLS. Environ 10 minutes après qu'Orion et son module de service se soient échappés de la gravité terrestre, tous deux se sépareront et Orion se dirigera vers la lune. Dès qu'Orion sera à une distance suffisante de sécurité, les petits passagers commenceront à être déployés, tous à des temps différents dépendant de leur type de mission.
Ces CubeSats sont de petits nano-satellites conçus pour être efficaces et universels: les masses de ces passagers ne dépassent pas 14 kg et n'exigeront pas de puissance supplémentaire de la part du lanceur. Ils profiteront de ce vol afin d’éviter ce qui serait autrement une approche trop coûteuse à l'espace profond.
Déjà 3 cubsats ont été sélectionnés par la NASA : Lunar Flashlight, BioSentinel et Near-Earth Asteroid Scout. Aucun cubsat n’a jamais été envoyé dans l’espace profond.
Lunar Flashlight CubeSat
Lunar Flashlight manœuvrera vers une orbite polaire lunaire à 32 km d’altitude en déployant une voile solaire d’environ 260 m², une membrane ultra-fine destinée à exploiter la pression de la lumière du soleil pour la propulsion. Ensuite, en utilisant cette voile tel un miroir, le cubsat renverra la lumière du soleil dans les cratères du pôle Sud plongés en permanence dans la nuit où les températures atteignent à peine le zéro absolu, assez froid pour emprisonner des dépôts de glace de plusieurs milliards d'années. L’objectif est de trouver de la glace, la cartographier et confirmer les mesures d'autres missions suggérant la présence d'eau sur la lune.
BioSentinel accueillera trois souches de levure et contrôlera les effets nuisibles de la radiation spatiale sur l'ADN. La mission durera de 18 mois et aidera des scientifiques à comprendre comment l’humain se comportera lors de longs voyages à l'extérieur de la magnétosphère terrestre. BioSentinel livrera les premiers organismes vivant dans l'espace profond depuis la dernière mission Apollo en 1972.
Patch de Near-Earth Asteroid Scout
Near-Earth Asteroid Scout se dirigera vers un astéroïde de moins de 50m à l’aide aussi d’une voile solaire. La sonde passera à 1 km de sa cible à faible vitesse, permettant à un appareil photo intégré de recueillir des images à haute résolution dévoilant les caractéristiques de l'objet. La mission durera jusqu'à deux ans et demi mais elle est restreinte en distance par le système de communications limité du CubeSat.
