Le premier satellite en bois au monde est en route, sous la forme du WISA Woodsat finlandais. Les experts en matériaux de l'ESA fournissent une suite de capteurs expérimentaux à la mission et participent aux tests avant vol.

WISA Woodsat est un "CubeSat" de 10x10x10 cm - un type de nanosatellite construit à partir de boîtes standardisées - mais avec des panneaux de surface en contreplaqué. Les seules pièces externes non en bois de Woodsat sont des rails d'angle en aluminium utilisés pour son déploiement dans l'espace ainsi qu'une perche à selfie en métal .

La mission a été initiée par Jari Makinen, Écrivain et animateur finlandais. Il a cofondé une entreprise appelée Arctic Astronautics, qui commercialise des répliques entièrement fonctionnelles de CubeSats prêts pour l'orbite pour l'éducation, à des fins de formation et de passe-temps. "J'ai toujours aimé faire des modèles réduits d'avions, impliquant beaucoup de pièces en bois. Ayant travaillé dans le domaine de l'éducation spatiale, cela m'a fait me demander; pourquoi ne faisons-nous pas voler des matériaux en bois dans l'espace ?

"J'ai donc eu l'idée tout d'abord de faire voler un satellite en bois jusqu'à la stratosphère, à bord d'un ballon météo. C'est arrivé en 2017, avec une version en bois de KitSat. Qu'étant bien parti, nous avons décidé de le mettre à niveau et d'aller en orbite. À partir de là, le projet a fait boule de neige :nous avons trouvé un soutien commercial, et a obtenu une place sur un lanceur d'électrons de Rocket Lab en Nouvelle-Zélande."

Riccardo Rampini, à la tête de la section Physique et Chimie des Matériaux de l'ESA, commente :« Ce fut un calendrier serré, mais nous nous sommes félicités de l'opportunité de contribuer à la charge utile de Woodsat en échange d'une aide pour évaluer son aptitude au vol.

"Le premier élément que nous embarquons est un capteur de pression, ce qui nous permettra d'identifier la pression locale dans les cavités embarquées dans les heures et jours suivant la mise en orbite. C'est un facteur important pour la mise sous tension des systèmes à haute puissance et des antennes radiofréquence, car de petites quantités de molécules dans la cavité peuvent potentiellement leur causer des dommages.

"Ce capteur est construit pour nous par Sens4 au Danemark, qui ont fait un excellent travail pour dépouiller leur conception standard pour s'adapter aux contraintes de volume et de puissance embarquées."

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

À côté se trouvera une simple LED avec une photorésistance qui détecte lorsqu'elle s'allume. Mais la puissance de la LED viendra à travers un plastique électriquement conducteur imprimé en 3D appelé « polyéther éther cétone, " ou PEEK pour faire court, ouvrant la perspective d'une puissance d'impression ou même de liaisons de données directement au sein des corps des futures missions spatiales.

L'ingénieur des matériaux de l'ESA Orcun Ergincan commente :« L'autre élément est une microbalance à cristal de quartz, servant d'outil de surveillance de la contamination très sensible, mesurer tout dépôt faible de l'ordre du nanogramme provenant de l'électronique embarquée ainsi que des surfaces en bois elles-mêmes. Cela a été contribué par OpenQCM en Italie. Cette société construit également la pile globale de cartes de circuits imprimés des trois démonstrateurs avec des capteurs intégrés. »

Contreplaqué pour Woodsat

Les sponsors de Woodsat incluent UPM Plywood en Finlande, parmi les 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 trouverez dans une quincaillerie ou pour fabriquer des meubles, " explique l'ingénieur en chef de Woodsat et co-fondateur d'Arctic Astronatics, Samuli Nyman.

"La principale différence est que le contreplaqué ordinaire est trop humide pour les utilisations spatiales, nous plaçons donc notre bois dans une chambre à vide thermique pour le sécher. Ensuite, nous effectuons également un dépôt de couche atomique, en ajoutant une très fine couche d'oxyde d'aluminium, généralement utilisée pour encapsuler l'électronique. Cela devrait minimiser les vapeurs indésirables du bois, connu sous le nom de « dégazage » dans le domaine spatial, tout en protégeant contre les effets érosifs de l'oxygène atomique. Nous testerons également d'autres vernis et laques sur certaines parties du bois."

Cette variante d'oxygène hautement réactive se trouve aux confins de l'atmosphère - le résultat de la séparation des molécules d'oxygène standard par le puissant rayonnement ultraviolet du Soleil - et a été découverte pour la première fois lorsqu'elle a rongé les couvertures thermiques lors des premiers vols de la navette spatiale.

Les tests pré-vol suggèrent que le satellite, qui orbitera à environ 500-600 km d'altitude sur une orbite héliosynchrone à peu près polaire, devrait survivre à son exposition à l'oxygène atomique. Mais le bois devrait être assombri par le rayonnement ultraviolet de la lumière solaire non filtrée.

Perche à selfie embarquée

"Nous avons une paire de caméras embarquées, avec un étendu sur un bâton de selfie pour regarder en arrière le contreplaqué et prendre des photos pour voir comment il se comporte, " ajoute Jari. "Nous voulons voir des changements de couleur et des fissures et ainsi de suite."

La conception et la fabrication de la perche de la caméra se sont avérées un exercice intéressant :la structure doit être petite car elle peut l'être à l'intérieur du minuscule satellite pour le lancement, puis s'en éloigner le plus possible dans l'espace.

"La conception a été réalisée par la société d'ingénierie finlandaise Huld, pousser l'impression 3D à ses limites, " ajoute Jari. " Pour Huld, le projet Woodsat s'est déjà avéré un point de référence important pour entrer dans d'autres projets de mécanique spatiale, trop."

En plus des caméras et de la suite de capteurs donnés par l'ESA, Woodsat transportera également une charge utile radioamateur permettant aux amateurs de relayer des signaux radio et des images dans le monde entier. La liaison descendante des données à partir de cette liaison radio "LoRa" facilite l'achat d'une "station au sol" pour aussi peu que 10 €.

"À la fin, 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 Jari. " Notre espoir est que cela aide à inspirer les gens à s'intéresser davantage aux satellites et au secteur spatial comme quelque chose qui touche déjà toute notre vie, et ne fera que s'agrandir à l'avenir."

Woodsat devrait être lancé avant la fin de cette année.