Fabrication additive pour le nouvel espace européen

16 janvier 2023 | Temps de lecture : 5 min

Depuis sa création, l'industrie du nouvel espace était fortement centrée sur les États-Unis, mais avec l'émergence de nouvelles technologies et d'organisations privées investies dans l'industrie du nouvel espace, cette orientation géographique s'est élargie pour englober une plus grande partie du monde. Dans cet article, nous explorerons la mondialisation du New Space avec des technologies d'avant-garde, telles que la fabrication additive et le rôle croissant de l'Europe.

L'avancée du nouvel espace en Europe

Lors de la première course à l'espace, les pays s'affrontaient pour être les premiers à sortir de l'atmosphère, les premiers à atterrir sur la lune, etc. Mais avec le New Space, ces frontières nationales commencent à tomber. L'industrie spatiale n'est plus seulement l'affaire des institutions gouvernementales, mais des entreprises indépendantes commencent progressivement à occuper une plus grande place dans le secteur, apportant avec elles leur expertise, leur esprit pionnier, des quantités massives de fonds privés et de capital-risque, ainsi que des ambitions (littéralement) hors du commun. De nombreuses percées techniques sont à l'origine de cette nouvelle vague spatiale, comme les technologies de fabrication avancées, la miniaturisation des satellites et de leurs composants, les systèmes de lancement réutilisables, les dispositifs de communication à base de laser, l'allumage à base de laser et l'intelligence artificielle.

Collectivement, l'Europe possède l'une des infrastructures spatiales les plus avancées, avec de nombreuses opérations gouvernementales et privées contribuant à l'avancement de l'industrie spatiale. Cela n'a rien de surprenant, puisque l'excellence industrielle, scientifique et universitaire de ces nations repousse les limites de la technologie depuis des décennies. Comme nombre de ces développements - tels que la fabrication additive - ont des applications directes et hautement bénéfiques en matière d'exploration spatiale, et avec un passé aussi riche en matière d'exploration spatiale et d'infrastructures pertinentes, il est logique que l'Europe s'implique et joue un rôle clé dans l'industrie du NewSpace et dans son avenir. 

Le marché européen - et particulièrement allemand - des acteurs du secteur du nouvel espace est en pleine croissance. L'ambition et l'enthousiasme "nouveaux" du secteur du nouvel espace, suscités par l'esprit d'entreprise visionnaire des jeunes entreprises qui se lancent dans l'industrie, ont également atteint l'Europe au cours des dernières années. Il y a eu plusieurs entreprises très solides comme Isar Aerospace, HyImpulse et Rocket Factory en Allemagne, Orbex et Skyrora en Grande-Bretagne, ainsi que PLD Space et Pangea Aerospace en Espagne.

EOS a collaboré avec de grandes entreprises spatiales et des start-ups dans le monde entier, en tant que partenaire de validation de concept (POC) et fournisseur de solutions série fiables FA , y compris la personnalisation de la solution FA en fonction des besoins spécifiques de l'industrie. La principale contribution d'EOS a été d'améliorer l'accès des acteurs du secteur du nouvel espace à la technologie de fabrication essentielle pour réaliser et fabriquer leurs concepts ambitieux de manière rapide, fiable et rentable, tout en atteignant leurs objectifs de performance. 

L'Agence spatiale européenne (ESA) a également encouragé cet esprit d'entreprise propre au secteur du nouvel espace par l'intermédiaire d'ESA Space Solutions, qui consiste en un réseau de nombreux centres d'incubation d'entreprises (BIC) à travers l'Europe. Voici deux excellents exemples d'organisations et de projets de New Space actuellement en plein essor en Europe et de la manière dont la fabrication additive a contribué de manière significative à leur développement :

Prometheus de l'ESA

Ariane Group, le Centre national d'études spatiales (CNES) et l'ESA travaillent ensemble sur le projet PROMETHEUS - une série de nouveaux moteurs-fusées à propergol liquide conçus dans une optique de faible coût, de flexibilité et de réutilisation. L'objectif du projet est de concevoir, de produire et de tester un moteur avancé à oxygène liquide (LOx) et à méthane (LCH4) de 100 tonnes. Ce moteur est conçu pour être réutilisable afin de réduire les coûts et l'impact sur l'environnement. Il est également conçu pour fonctionner de manière flexible, avec des poussées variables et des réglages d'allumage multiples, afin de permettre une utilisation plus complète pour différents types de lancements.

Jusqu'à présent, peu de pièces de moteurs de fusée jouant un rôle fonctionnel et structurel important ont été fabriquées par fabrication additive. Le projet PROMETHEUS vise à changer cette situation en utilisant la flexibilité de conception et le temps de production réduit de FA. Jusqu'à 70 % du poids du moteur dans le projet PROMETHEUS devrait être fabriqué par fabrication additive. Le résultat escompté est d'optimiser les processus qui encouragent la production rapide de composants de moteur à faible coût, tout en réduisant le nombre de pièces, en accélérant la production et en réduisant les pertes. La turbopompe à arbre unique d'Ariane, conçue et produite spécifiquement pour les moteurs PROMETHEUS, est un bon exemple de la façon dont la fabrication additive fait évoluer les composants dans le cadre de ce projet. Ces efforts conduiront à une réduction massive des coûts et de la complexité des lancements et permettront ainsi à l'industrie spatiale européenne de devenir plus compétitive au niveau international.

Isar Aerospace

L'une des grandes réussites de l'ESA BIC Bavière est l'entreprise munichoise Isar Aerospace Technologies GmbH, nommée d'après la rivière Isar qui traverse Munich.  

Isar Aerospace s'efforce de rendre l'accès à l'espace plus souple et plus abordable pour les petits et moyens satellites, ainsi que pour les constellations de satellites. Le lanceur Spectrum d'Isar a été entièrement développé en interne, en utilisant une combinaison de matériaux et de technologies de pointe. L'un des objectifs d'Isar est de réduire considérablement les émissions des fusées en remplaçant les carburants toxiques conventionnels par des mélanges d'hydrocarbures. À cette fin, Isar vise à construire le premier moteur LOX/Hydrocarbone à haute performance comme alternative aux moteurs à carburant toxique. Isar Aerospace teste actuellement la première de ses fusées et est en passe d'assurer son premier lancement en 2023. 

La fabrication additive a joué un rôle central dans le développement réussi par Isar Aerospace du lanceur et du moteur Spectrum, auquel EOS a directement participé. Lorsque les exigences de l'entreprise en matière de fabrication additive ont dépassé ce qui pouvait être accompli avec des machines "standard", Isar Aerospace s'est associé à EOS et AMCM pour créer une machine sur mesure qui leur permet d'utiliser la fabrication additive exclusivement en interne et de repousser les limites de ce qui peut être réalisé. Pour Isar Aerospace, la fabrication additive offre un équilibre parfait entre malléabilité et progression. Elle permet de développer des géométries complexes capables d'atteindre rapidement des objectifs de performance ambitieux, de respecter des délais difficiles tout au long du processus de prototypage et de fabrication, et d'assurer un volume de livraison plus important de pièces pendant la montée en cadence.

La fabrication additive a directement permis de réduire les coûts de complexité dans l'industrie spatiale, en optimisant les pièces les plus lourdes, les plus complexes et les plus coûteuses, comme l'assemblage de la chambre de poussée. Cela a nécessité un système spécifique à l'application et une personnalisation du processus, ce que l'AMCM a permis de faire. L'AMCM M 4K offre un volume de construction plus important. L'AMCM M 4K s'est déjà imposé dans la chaîne d'approvisionnement du New Space comme un système fiable pour les pièces critiques, avec l'une des plus grandes bases installées. Il permet un grand volume de construction de 450x450x1 000 mm avec une option de manipulation des poudres pour un fonctionnement manuel ou semi-automatique.

Lorsque nous avons voulu améliorer nos processus de fabrication additive, nous avons choisi d'utiliser l'AMCM M 450. Il s'agit d'une machine stable d'EOS qui, grâce à la personnalisation effectuée par AMCM, peut désormais fournir l'espace de construction nécessaire à la conception de notre moteur.

Nous voulons atteindre un taux d'utilisation élevé des machines, de sorte que le temps de non-utilisation entre les travaux d'impression est un paramètre important qu'il convient de réduire. Je pense en particulier à la gestion entièrement automatique des poudres (c'est-à-dire l'aspiration, le tamisage et le remplissage), sur laquelle nous travaillons avec l'AMCM pour obtenir des résultats plus efficaces.

Christian Wenzl, responsable de la fabrication chez Isar Aerospace

Façonner l'avenir du nouvel espace

La fabrication additive a joué un rôle important dans la conception et la production de pièces dans l'industrie du nouvel espace. Elle a permis aux entreprises d'améliorer continuellement les processus de production et les capacités des pièces fabriquées, mais pour tirer pleinement parti de ces développements, il faut les intégrer à d'autres technologies.

La prochaine génération de lanceurs, de moteurs et de modules des entreprises du secteur de l'espace sera fondamentalement rendue possible par l'évolution continue de technologies telles que la conception numérique, l'intelligence artificielle, les nouveaux matériaux et les méthodes de fabrication, comme la fabrication additive. Les applications en amont de l'industrie du nouvel espace sont en forte croissance. Outre les méga-constellations de satellites telles que Starlink de SpaceX ou Kuiper d'Amazon, l'UE a récemment annoncé sa propre constellation IRIS². Alors que de plus en plus d'entreprises se spécialisent dans l'espace et les industries connexes en Europe, l'avenir de l'espace est indéniablement mondial.

Auteur : Vinu Vijayan