Le vaisseau spatial SpaceX Dragon arrive à la Station spatiale internationale. Droits d'auteur :NASA. Le vaisseau spatial SpaceX Dragon arrive à la Station spatiale internationale. Crédit :NASA
Une équipe de chercheurs, qui comprend l'Université de Southampton, ont développé une nouvelle technologie qui pourrait entraîner un changement important pour un engin spatial ou un satellite.
Les réflecteurs solaires optiques en métamatériaux (méta-OSR) sont les revêtements de première surface à l'extérieur d'un engin spatial, conçu pour irradier efficacement la chaleur infrarouge tout en réfléchissant la majeure partie du spectre solaire optique.
Pour un satellite ou un engin spatial, les OSR jouent un rôle crucial dans le contrôle thermique du système. Collé sur la peau externe des panneaux de radiateur, Les OSR sont conçus pour rejeter le rayonnement solaire et dissiper la chaleur générée à bord.
Les OSR sont généralement constitués de carreaux de quartz qui combinent des propriétés thermo-optiques avec une capacité à résister à l'environnement dans l'espace.
Cependant, les carreaux de quartz sont lourds et fragiles, augmenter considérablement les coûts d'assemblage et de lancement, et ne peut pas être appliqué sur des surfaces courbes. D'autres solutions commerciales à base de foils polymères souffrent d'une dégradation rapide des performances et sont donc inadaptées aux missions de plus de trois à cinq ans.
L'équipe a démontré qu'un nouveau revêtement méta-OSR est rendu possible par l'utilisation d'oxyde métallique, un matériau couramment utilisé pour les contacts électriques transparents, lequel, dans ce cas, est modelé dans un métamatériau à très forte émissivité infrarouge tout en conservant une faible absorption du spectre solaire.
L'équipe a également fait la démonstration d'un radiateur « intelligent » basé sur leur conception en métamatériaux, qui permet de régler le refroidissement radiatif de l'engin spatial à l'aide d'un autre type d'oxyde métallique.
Professeur Otto Muskens, de l'Université de Southampton et chercheur principal de l'étude, a déclaré : « La technologie méta-OSR est entièrement basée sur des revêtements inorganiques durables et approuvés dans l'espace, qui peut être appliqué sur des substances flexibles à couche mince avec le potentiel d'être développé comme une nouvelle solution technologique.
La Station spatiale internationale vue depuis la navette spatiale Discovery. Crédit :NASA
« Étant donné que les coûts d'assemblage et de lancement des OSR sont de plusieurs dizaines de milliers de dollars américains par mètre carré, même de petites améliorations de la réduction de poids peuvent apporter un changement significatif à l'industrie spatiale."
Soutenu par un projet de technologie spatiale Horizon 2020 de deux ans, l'Université de Southampton est membre du consortium META-REFLECTOR, qui comprend également le centre de recherche italien Centro Ricerche Elettro-Ottiche (CREO), Le développeur danois de nanoimpressions NIL Technology et Thales Alenia Space.
Les travaux du consortium sont présentés dans ACS Photonique dans deux rapports :« Réflecteur solaire optique intelligent basé sur le métamatériau thermochromique VO2 » et « Réflecteurs solaires optiques à métasurface utilisant des oxydes conducteurs transparents AZO pour le refroidissement radiatif des engins spatiaux ».
Le Dr Kai Sun de l'Université de Southampton a ajouté :« Tous les partenaires ont activement travaillé ensemble pour s'assurer que la conception et la fabrication sont adaptées à son transfert vers la production en série. C'est une expérience de recherche exceptionnelle pour transférer l'idée de recherche de pointe. à un produit commercial."
L'équipe travaille actuellement à la mise à l'échelle des prototypes sur de plus grandes zones grâce à des processus développés par NIL Technology, tandis que les premiers tests des métamatériaux dans l'espace sont en cours de préparation.
Dr Sandro Mengali, du CREO qui ont soutenu l'étude, a déclaré:"Le contrôle passif de l'émissivité thermique est important pour préserver la chaleur précieuse pendant le démarrage et les éclipses et pour maintenir la stabilité de la température de l'engin spatial.
"Actuellement, le contrôle de l'émissivité thermique nécessite des composants mécaniques encombrants tels que des persiennes, qui sont extrêmement coûteux et sujets à l'échec, présentant un risque important pour les missions.
"La technologie smart meta-OSR offrira un nouvel outil précieux pour les ingénieurs thermiques des engins spatiaux, d'une importance particulière pour le segment léger du marché des satellites."
