Des fusées de l'Agence spatiale européenne (ESA) s'envolent dans l'espace avec le soutien de l'Institut Paul Scherrer (PSI). L'imagerie réalisée au PSI en coopération avec Dassault Aviation permet de garantir la qualité de certains composants des lanceurs Ariane 5 et Vega. A l'aide des neutrons générés à la source de neutrons SINQ, Les chercheurs du PSI examinent les composants dits pyrotechniques qui sont installés dans les fusées de l'ESA. Ces composants, qui agissent comme des cordons fusibles et des allumeurs, assurer, entre autres, que les fusées d'appoint sont larguées au bon centième de seconde. Le lancement d'Ariane le 20 juin a eu lieu avec des composants qui avaient été examinés au PSI.

La source de neutrons du PSI de l'Institut Paul Scherrer permet d'étudier certains composants avant leur installation dans les lanceurs Ariane 5 et Vega. Ces lanceurs spatiaux, développé par l'Agence spatiale européenne ESA, transporter des satellites et d'autres engins spatiaux sans pilote en orbite. Les éléments étudiés au PSI sont des composants dits pyrotechniques, qui jouent un rôle décisif lors du vol de la fusée :Ils sont remplis d'explosifs; certains d'entre eux agissent comme un cordon fusible, tandis que d'autres déclenchent une série d'effets souhaités. Les composants qui ont assuré le lancement réussi de la fusée Ariane 5 le 20 juin avaient été examinés au PSI des mois plus tôt.

Les neutrons au service de l'assurance qualité

Les composants pyrotechniques utilisés pour les fusées Ariane 5 et Vega sont constitués d'une enveloppe métallique remplie d'un composé explosif. « Les lignes de signaux pyrotechniques agissent en effet domino, " explique Christian Grünzweig, physicien au sein du groupe de recherche en imagerie neutronique et matériaux appliqués au PSI. Une fois activé, ou dans ce cas allumé, le signal continue de fonctionner et déclenche des détonations spécifiques le long de la ligne. "Et, comme pour les dominos, après ça, c'est fini :Les composants pyrotechniques ne peuvent être brûlés qu'une seule fois. Un test à l'avance pour voir s'ils fonctionneront de manière fiable est impossible."

Les images radiographiques ne sont pas adaptées pour les inspecter, car les rayons X pénètrent à peine le métal. "La bonne nouvelle, " dit Grünzweig, "Est-ce là que les rayons X échouent, notre imagerie avec des neutrons peut souvent aider. y compris le plomb. "L'explosif, d'autre part, contient des atomes d'hydrogène qui atténuent significativement le faisceau de neutrons et le font ainsi apparaître comme un contraste sombre, » poursuit Grünzweig. « En bref :les explosifs derrière le métal ne peuvent être rendus visibles qu'avec des neutrons.

Les images neutroniques sont ensuite évaluées par des employés de la société aérospatiale Dassault Aviation. De cette façon, il est vérifié si les explosifs ont été introduits dans les composants comme prévu et sans défauts. C'est crucial, car un défaut de répartition des explosifs interromprait l'effet domino lors de la combustion, les composants seraient alors inutilisables. Le dernier lancement de fusée était le premier après la signature d'un accord officiel de coopération entre le PSI et Dassault Aviation en avril de cette année.

Jusqu'à ce que le satellite soit placé

Bien qu'à première vue la séquence des composants pyrotechniques ressemble à un cordon fusible, leur tâche dans les voyages spatiaux est beaucoup plus complexe. Alors que les cordeaux détonants assurent une transmission simple du signal, il existe une multitude d'autres composants pyrotechniques. Certains multiplient le signal pour qu'un cordeau détonant entrant puisse être suivi par jusqu'à neuf cordages sortants et donc des signaux. En d'autres points, des cordeaux détonants parcourent des boucles afin d'amener le signal à un certain endroit avec un délai approprié. Là, ils déclenchent de minuscules détonations sur quoi, par exemple, les lames coupent à travers les supports respectifs. De cette façon les deux boosters, effectuer ensemble la première étape d'accélération, sont abandonnés avec une synchronisation précise. Dans la suite du vol de la fusée, la gaine de protection de la charge utile est détachée de manière similaire. Finalement, la charge utile, c'est à dire., le satellite ou autre engin spatial, se détache du lanceur par d'autres explosions.

"Plusieurs processus cruciaux comme ceux-ci sont initiés entièrement par les éléments pyrotechniques, dont l'allumage initial a déjà lieu au décollage de la fusée, " explique David Mannes, également chercheur dans le groupe Imagerie neutronique et matériaux appliqués au PSI.

Les usages polyvalents de l'imagerie neutronique

L'imagerie neutronique n'est réalisée que dans quelques autres instituts de recherche dans le monde, et en Suisse, c'est uniquement possible au PSI. La méthode d'imagerie est implantée ici depuis de nombreuses années et est accessible aux utilisateurs de l'industrie. La méthode fournit une vue non destructive à l'intérieur des matériaux et des composants, qui permet de répondre à une variété de questions scientifiques ou d'aborder des problèmes technologiques et industriels. Par exemple, les images neutroniques d'un buste en or de l'empereur romain Marc-Aurèle du IIe siècle après JC ont apporté de nouvelles connaissances sur les procédés utilisés pour le fabriquer. Les photos prises par Grünzweig et Mannes ont aidé l'industrie pharmaceutique à comprendre les processus impliqués dans le stockage des seringues préremplies. Et le site ABB de Wettingen dans le canton d'Argovie a reçu des recommandations pour augmenter la production de ses composants céramiques industriels grâce aux images neutroniques PSI.