Cette année marque le 50e anniversaire du premier alunissage d'Apollo. Cela a été possible grâce à une accélération extraordinaire de la technologie spatiale. Dans un laps de temps remarquablement court qui a précédé l'événement, les ingénieurs maîtrisaient la propulsion des fusées, informatique embarquée et opérations spatiales, en partie grâce à un budget essentiellement illimité.

Depuis l'époque de ces efforts héroïques, l'ingénierie spatiale est devenue une série de technologies interconnectées qui offrent de nouvelles missions scientifiques spatiales passionnantes, une lance à incendie de données d'observation de la Terre et un réseau de services mondiaux de communication et de navigation. Nous pouvons maintenant poser des sondes sur les comètes et avoir un aperçu plus loin dans le temps que jamais. Mais qu'en est-il de l'avenir :quelles nouvelles technologies pourraient aider à transformer le secteur spatial dans les prochaines décennies et comment ?

Une voie prometteuse au cours des dernières années a été d'étendre et de réduire la technologie spatiale. Grâce à un programme de recherche de dix ans récemment lancé et soutenu par la Royal Academy of Engineering, notre groupe commence à explorer d'autres possibilités aux extrémités des échelles de longueur des engins spatiaux. Nous pensons qu'il s'agit d'une région sous-explorée pour la conception de missions qui pourrait générer de nouvelles idées pour l'avenir.

Miniaturisation

La miniaturisation de la technologie a permis une gamme de tailles d'engins spatiaux, tels que les petits satellites de 100 kg utilisés pour la constellation de surveillance des catastrophes, qui se compose d'un groupe coordonné de satellites individuels. Il existe même des CubeSats compacts de 30x10x10cm, des satellites de quelques kilogrammes, qui peut transporter une gamme de charges utiles différentes. Ceux-ci sont souvent utilisés pour l'observation de la Terre ou pour mener des expériences scientifiques à faible coût, car un grand nombre d'entre eux peuvent être lancés en tant que charges utiles secondaires avec de plus gros satellites.

Nous visons à réduire la technologie spatiale d'au moins un ordre de grandeur. Cela commencerait par un satellite de carte de circuit imprimé (PCB) de 3x3 cm, puis vers des appareils encore plus compacts. Des démonstrations en orbite de ces satellites ont déjà été entreprises. Prenez par exemple l'appareil Sprite qui ne pèse que quatre grammes malgré ses capteurs, communication, et le traitement des données embarqué.

Ces appareils ont déjà été montés à l'extérieur de la Station spatiale internationale. Et tout récemment, la mission KickSat-2 a déployé 105 appareils Sprite, coûtant moins de 100 USD chacun, en orbite autour de la Terre. Des signaux ont été reçus des appareils le lendemain du déploiement, laissant espérer que de tels appareils pourraient un jour effectuer de nouvelles tâches dans l'espace.

Notre objectif est de construire des appareils de vol libre qui peuvent contrôler leur orientation et leur orbite dans l'espace. Cela nous permettra de déployer de grands essaims de capteurs qui pourraient être utilisés pour des réseaux de détection distribués, permettant ainsi collecte de données à grande échelle, y compris la surveillance de la météorologie spatiale. En regardant vers l'avenir, des appareils encore plus petits pourraient conduire à une haute intégration, satellites fabriqués en série sur une seule plaquette de silicium.

Une possibilité intéressante consiste à transformer de si petits vaisseaux spatiaux en vaisseaux spatiaux en les couplant avec de grandes voiles légères, atteignant d'autres systèmes solaires en quelques décennies pour les étudier de près. Ils pourraient également être utilisés pour fournir une détection omniprésente à proximité de comètes ou d'astéroïdes.

Structure massive

A l'autre extrémité du spectre des tailles, il y a aussi des progrès. De grandes flèches déployables de 30 mètres sont déjà utilisées sur la Station spatiale internationale pour soutenir ses panneaux solaires. Ici, notre objectif est d'augmenter encore d'au moins un ordre de grandeur en faisant de grands, structures légères en orbite. Cela pourrait être fait en adaptant la technologie d'impression 3D au travail sous vide et en micro-gravité. Nous pensons que cette approche pourrait permettre la fabrication d'antennes ultra-larges, capteurs de puissance ou réflecteurs solaires.

Mais pourquoi avons-nous besoin de telles structures ? Prenons le cas du télescope spatial James Webb, qui remplacera bientôt le très populaire télescope spatial Hubble. Il dispose d'un grand miroir primaire protégé du soleil par un bouclier de la taille d'un court de tennis professionnel. Afin d'intégrer cette technologie dans une fusée Ariane 5, le miroir primaire et le pare-soleil sont tous deux constitués de segments déployables. Ceux-ci nécessitent ensuite une séquence complexe de déclencheurs individuels pour tirer au bon moment une fois dans l'espace, ou risquent l'échec de la mission.

La capacité de fabriquer de grandes, les structures légères directement en orbite pourraient avoir un impact énorme sur la technologie spatiale, contourner l'obstacle risqué de lancer des structures délicates depuis le sol. Par exemple, si le matériau de support structurel peut être imprimé directement sur des membranes réfléchissantes dans un processus de fabrication continu, alors nous pourrions faire des réflecteurs ultra-larges, potentiellement plusieurs centaines de mètres de diamètre.

En orbite polaire, de tels réflecteurs pourraient être utilisés pour éclairer les futures centrales solaires terrestres à l'aube et au crépuscule lorsque leur rendement est faible, mais la demande et les prix au comptant sont élevés. Ce serait une toute nouvelle classe de service spatial, où le produit est l'énergie plutôt que l'information.

Il pourrait également être utilisé pour réfléchir la lumière afin de créer de l'énergie solaire thermique à l'échelle industrielle pour traiter les matériaux récupérés des astéroïdes proches de la Terre. Par exemple, un réflecteur de rayon de 500 mètres intercepte l'équivalent de 1 GW de puissance thermique, soit l'équivalent de la sortie d'une centrale électrique typique sur Terre.

La cuisson de l'eau des astéroïdes est une piste particulièrement prometteuse car elle pourrait nous aider à fabriquer du propergol dans l'espace. L'électricité solaire pourrait être utilisée pour transformer l'eau en hydrogène et en oxygène et les utiliser comme combustible. Une fois recombinés et enflammés, ils brûleront, produisant une poussée pour faire avancer un vaisseau spatial. Dans le futur, la fabrication de propergol en orbite pourrait réduire le coût des futures entreprises spatiales habitées en évitant d'avoir à transporter du carburant de la surface de la Terre à l'espace.

Alors qu'Apollo était un exemple d'ingénierie à une échelle véritablement héroïque, les futures entreprises spatiales peuvent être tout aussi excitantes, et peut offrir des avantages sociétaux durables au-delà des drapeaux et des empreintes de pas.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.