Pièces de satellites imprimées en 3D par RUAG

Pour beaucoup de gens, parler de l'immensité infinie de l'univers évoque des histoires de science-fiction, généralement racontées par un studio de cinéma hollywoodien. Cependant, dans la réalité, plus que dans tout autre domaine, c'est sans doute dans la navigation spatiale qu'une volonté forte et une vision claire sont essentielles pour créer la technologie nécessaire et la préparer à être déployée dans le cosmos. C'est le défi qu'a dû relever le groupe technologique suisse RUAG lors de la construction de son satellite Sentinel, destiné à observer notre planète depuis le ciel. Même ici, au-delà de l'atmosphère terrestre, la fabrication additive joue un rôle clé.

Défi

Production d'un support d'antenne extrêmement léger et robuste pour les satellites Sentinel

Selon des rapports du Centre allemand pour l'aérospatiale (DLR) datant de 2016, les coûts de mission de l'exploration spatiale par kilogramme de charge utile transportée s'élèvent à plus de 20 000 euros. Chaque gramme économisé réduit le coût total du lancement, car le système nécessite moins de carburant pour l'ascension. Par conséquent, les ingénieurs aérospatiaux doivent réduire chaque gramme possible de chaque composant, car le poids excédentaire s'accumule rapidement. Dans ce cas, le groupe suisse RUAG avait besoin d'un support d'antenne conçu de manière optimale.

Mais l'optimisation du poids ne suffit pas. Lors du lancement d'une fusée, la charge utile est véritablement secouée et le niveau de vibration est considérable.

En outre, les vitesses énormes de plusieurs milliers de kilomètres à l'heure, sans parler des forces G élevées, signifient que le vol ne sera pas aussi doux que ce que l'on peut attendre d'un avion de ligne. La stabilité et la rigidité constituent un deuxième élément essentiel de tout cahier des charges. Malheureusement, cette exigence est généralement diamétralement opposée à la nécessité d'une conception légère.

Les ingénieurs utilisent des structures complexes pour trouver un compromis viable entre la forme et le poids.

L'équipe RUAG a cherché une combinaison optimale de résistance et de poids pour la structure de son support d'antenne, les méthodes de fabrication conventionnelles ayant été épuisées.

Heureusement, la fabrication additive offrait la possibilité parfaite d'obtenir la liberté de conception nécessaire. L'essai des composants a représenté un défi particulier, notamment en raison des vibrations susmentionnées. Dans l'espace, la fiabilité est primordiale, car les réparations ne sont généralement pas possibles. Cela explique également pourquoi l'autorisation de ces composants est un processus aussi long et complexe. Chaque certification représente une consécration pour les ingénieurs qui l'ont obtenue. 

Résultat

Le résultat de ces efforts est que le nouveau support d'antenne pour les satellites Sentinel a dépassé toutes les attentes. Le composant a été certifié et, par conséquent, son utilisation dans l'espace a été approuvée. Cette réussite est d'autant plus remarquable que l'utilisation de la fabrication additive dans l'espace n'en est qu'à ses débuts. 

Par exemple, les exigences minimales de rigidité du composant ont été dépassées de plus de 30 % - une marge largement suffisante pour garantir, même après un vol turbulent, une position idéale de l'antenne - et la communication radio avec la Terre a été assurée. Le niveau de stabilité requis a été atteint, en partie grâce à la répartition très uniforme des contraintes.

En outre, le recours à la fabrication additive a permis de réduire considérablement le poids du composant final, qui est passé de 1,6 kg à 940 g, soit une économie de plus de 40 %.

Dans ce cas, l'utilisation d'une technologie innovante a permis de réaliser une combinaison improbable : amélioration des caractéristiques des composants et réduction des coûts du système. "Nous sommes très satisfaits des résultats de ce projet. Nous sommes entrés dans un territoire inconnu du point de vue du processus et avons été récompensés par un composant stable et léger", déclare l'ingénieur aérospatial Mouriaux.

"La fabrication additive a montré qu'elle pouvait répondre aux exigences procédurales fondamentales des voyages spatiaux. Les multiples avantages de la conception et les caractéristiques du composant lui-même l'ont certainement prouvé. Je vois un grand potentiel pour cette technologie à l'avenir".