Lancement du premier assemblage de satellites en bois au monde : le contreplaqué peut-il survivre dans l’espace ?

Le premier satellite en bois au monde est en route, sous la forme du finlandais WISA Woodsat. Les experts en matériaux de l’ESA fournissent une gamme de capteurs expérimentaux à la mission ainsi qu’une assistance pour les tests pré-vol. Crédit : Arctic Astronautics

Le premier satellite en bois au monde est en route, sous la forme du finlandais WISA Woodsat. Les experts en matériaux de l’ESA fournissent une gamme de capteurs expérimentaux à la mission ainsi qu’une assistance pour les tests pré-vol.

WISA Woodsat est un « CubeSat » de 10x10x10cm – un type de nanosatellites construits à partir de boîtes standard – mais avec des panneaux de surface en contreplaqué. Les seuls extérieurs sans bois de Woodsat sont des barres d’angle en aluminium utilisées pour le déploiement de l’espace ainsi qu’une perche à selfie en métal.

La mission a été lancée par Jari Makinen, un écrivain et animateur finlandais. Il a cofondé une société appelée Arctic Astronautics, qui commercialise des répliques entièrement fonctionnelles de CubeSats prêts à être mis en orbite à des fins d’éducation, de formation et de loisirs. « J’ai toujours aimé fabriquer des modèles réduits d’avions, qui comprennent de nombreuses pièces en bois. Ayant travaillé dans l’enseignement de l’espace, cela m’a fait me demander : pourquoi ne déplaçons-nous pas des objets en bois dans l’espace ?

WISA et Woodsat

WISA et Woodsat. Crédit : Arctic Astronautics

« J’ai donc eu l’idée en premier lieu de faire voler un satellite en bois dans la stratosphère, sur un ballon météo. C’est arrivé en 2017 avec une copie en bois de KitSat. Après que tout s’est bien passé, nous avons décidé de le mettre à niveau et de le mettre en orbite. À partir de là, il a doublé Just the project : nous avons trouvé un soutien commercial et obtenu une place sur le lanceur d’électrons de Rocket Lab en Nouvelle-Zélande.

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Capteurs ESA pour Woodsat Indoor Car Inhalation

Riccardo Rambini, chef du département de physique et de chimie des matériaux de l’ESA, commente : « C’était un calendrier serré, mais nous nous sommes réjouis de l’opportunité de contribuer à la charge utile de Woodsat en échange d’une aide pour évaluer son aptitude au vol.

« Le premier composant que nous lançons est le capteur de pression, qui va nous permettre de déterminer la pression locale dans les cavités à bord du navire dans les heures et les jours suivant le lancement en orbite. C’est un facteur important pour le fonctionnement des systèmes de forte puissance. et des antennes radiofréquence, car de petites quantités de particules dans la cavité peuvent lui causer des dommages.

La conception Woodsat révélée

Conception WISA Woodsat révélée. Crédit : Arctic Astronautics

« Ce capteur a été conçu pour nous par Sens4 au Danemark, qui a fait un travail fantastique en abandonnant sa conception standard pour s’adapter à la taille limitée à bord et aux limitations de puissance. »

Bruno Brass, ingénieur matériaux à l’ESA, ajoute : « La bonne chose ici, c’est que nous avons fini par créer un appareil à faible coût qui peut trouver toutes sortes d’utilisations supplémentaires, à la fois en orbite et au sol dans des environnements de test.

À côté se trouve une lampe à LED directe avec une photorésistance qui détecte quand elle s’allume. Mais la puissance de la LED proviendra d’un plastique électriquement conducteur imprimé en 3D appelé polyéther éther cétone, ou PEEK en abrégé, ouvrant la porte à la possibilité d’imprimer ou même de liaisons de données directement à l’intérieur des corps de futures missions spatiales.

ESTEC

Le cœur technique de l’Agence spatiale européenne : ESTEC, le Centre européen de recherche et de technologie spatiales, à Noordwijk, aux Pays-Bas. Crédit : ESA-G. porter

Orcun Ergincan, ingénieur en matériaux de l’ESA, commente : « L’autre élément est une microbalance à cristal de quartz, qui sert d’instrument de surveillance hautement sensible de la contamination, mesurant tout dépôt faible de l’ordre du nanogramme provenant de l’électronique embarquée ainsi que des surfaces en bois elles-mêmes. Elle a contribué à This is by OpenQCM en Italie. Cette société construit également une suite complète de circuits imprimés qui héberge les trois démonstrateurs avec des capteurs intégrés.

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contreplaqué Woodsat

Les sponsors de Woodsat sont UPM Plywood of Finland, l’un des plus grands fabricants de contreplaqué au monde.

« Le matériau de base du contreplaqué est le bouleau, et nous utilisons essentiellement la même chose que vous utilisez dans une quincaillerie ou pour fabriquer des meubles », explique l’ingénieur en chef et cofondateur astronautique de Woodsat, Samuli Neiman.

Laboratoire des matériaux et composants électriques de l'ESA

Le laboratoire de matériaux et composants électriques de l’ESA se compose de plus de 20 installations pilotes personnalisées et de centaines d’outils dans l’ensemble, garantissant une sélection optimale des composants, matériaux et processus électriques pour les missions de l’ESA et les projets extérieurs, en tenant compte des défis environnementaux uniques impliqués dans la construction pour l’espace, ainsi qu’enquêter sur les échecs pour s’assurer qu’aucun problème similaire ne se produira dans les missions futures. Crédit : ESA

« La principale différence est que le contreplaqué ordinaire est trop humide pour les utilisations aérospatiales, nous mettons donc notre bois dans une chambre thermique sous vide pour le sécher. Ensuite, nous déposons également la couche atomique, en ajoutant une très fine couche d’oxyde d’aluminium, généralement utilisée pour encapsuler électronique. Cela devrait permettre de réduire les fumées autres que celles du bois souhaitable, appelées « dégazage » dans le domaine aérospatial, tout en protégeant contre les effets corrosifs de l’oxygène atomique. Nous testerons également d’autres vernis sur certaines sections de bois. »

Cette variante d’oxygène hautement réactive se trouve aux confins de l’atmosphère – le résultat de la désintégration des molécules d’oxygène standard par un fort rayonnement ultraviolet du Soleil – et a été découverte pour la première fois lorsqu’elle a mangé des couvertures thermiques lors des premiers vols de la navette spatiale.

Circuit imprimé ESA Woodsat

À Woodsat, les ingénieurs d’ESA Materials se lancent dans un capteur de pression, testant des plastiques électriquement conducteurs et une microbalance à cristal de quartz, le tout sur la même carte de circuit imprimé, ainsi que des tests d’alliages à mémoire de forme. Crédit : ESA

Les tests pré-vol indiquent que le satellite, qui orbitera à une altitude de 500-600 km dans une orbite polaire héliosynchrone, devrait survivre à l’exposition à l’oxygène atomique. Mais le bois devrait s’assombrir en raison des rayons ultraviolets de la lumière solaire non filtrée.

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Une perche à selfie dans l’avion

« Nous avons une paire d’appareils photo à bord, dont l’un est allongé sur une perche à selfie pour regarder le contreplaqué et prendre des photos pour voir comment il se comporte », ajoute Jari. « Nous voulons voir le changement de couleur, les fissures, etc. »

La conception et la fabrication du bras de caméra se sont avérées être un exercice intéressant : la coque devait être la plus petite possible à l’intérieur d’un petit satellite de lancement, puis étirée au maximum dans l’espace.

générateur d'oxygène atomique

Le nouveau LEOX de l’ESA, une installation en orbite basse, a été lancé pour la première fois en avril 2017. Ce nouveau simulateur déclenche un laser pour générer de l' »oxygène atomique » que l’on ne rencontre que sur les orbites basses – et connu pour ronger la surface des satellites. LEOX génère de l’oxygène atomique à des niveaux d’énergie équivalents à la vitesse orbitale – 7,8 km/s – pour simuler au plus près l’environnement spatial. Il peut également tester avec un débit plus élevé, ce qui permet d’économiser du temps et de l’argent pour les tests. L’oxygène moléculaire purifié est injecté dans une chambre à vide avec un faisceau laser pulsé focalisé dessus. Avec un éclair violet à chaque tir du laser, l’oxygène est converti en un plasma chaud dont l’expansion rapide est dirigée le long d’une tuyère conique. Ensuite, il se sépare pour former un faisceau d’oxygène atomique à haute énergie. La nouvelle installation est située dans le Laboratoire des matériaux et composants électriques, l’un d’un groupe de laboratoires du Centre technique de l’Agence spatiale européenne aux Pays-Bas, dédié à la simulation de tous les aspects de l’environnement spatial. crédit : ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

« Le design a été créé par la société d’ingénierie finlandaise Huld, poussant l’impression 3D à ses limites », ajoute Jari. « Pour Huld, le projet Woodsat s’est déjà avéré être un point d’entrée important pour d’autres projets de mécanique spatiale également. »

En plus des caméras et du réseau de capteurs donnés par l’Agence spatiale européenne, Woodsat transportera également une charge utile de radio amateur qui permettra aux amateurs de relayer des signaux radio et des images dans le monde entier. Les données descendantes de la liaison radio « LoRa » comprennent l’achat d’une « station sol » pour un coût inférieur à 10 euros.

« Au final, Woodsat est tout simplement un bel objet en termes de design nordique traditionnel et de simplicité, il devrait être très intéressant de le voir en orbite », poursuit Gary. « Nous espérons que cela aidera à inspirer les gens à accroître leur intérêt pour les satellites et le secteur spatial en tant que quelque chose qui touche déjà toute notre vie et ne fera que croître en taille à l’avenir. »

Woodsat devrait être lancé avant la fin de cette année.

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