Comment le rover Persévérance, équipé de pièces imprimées en 3D, se développe sur Mars

Comment le rover Persévérance, équipé de pièces imprimées en 3D, se développe sur Mars

Après un voyage de sept mois, le Rover Persévérance de la NASA a touché le cratère Jezero de Mars le 18 février 2021. Depuis lors, les contrôleurs de la mission ont fait beaucoup de progrès, notamment en captant les sons de la planète, en roulant pour la première fois sur les cratères rocheux du terrain rouge et en transmettant plus de 7 000 images provenant de la suite de caméras la plus avancée jamais envoyée sur la planète rouge.

Le rover de Mars Perseverance a un jumeau identique qui travaille dur sur Terre. OPTIMISM est une version technique grandeur nature du rover destiné à Mars. Il est utilisé pour tester le matériel et les logiciels avant que les commandes ne soient envoyées à Perseverance. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA/JPL-Caltech.

Après un récent briefing virtuel avec des experts de la NASA pour discuter des prochaines étapes, nous avons appris que l’hélicoptère expérimental Ingenuity, qui reste attaché au ventre du rover, se prépare pour son premier vol. L’agence vise le 8 avril 2021 au plus tôt pour que le giravion de 4 livres effectue la première tentative de vol motorisé et contrôlé d’un aéronef sur une autre planète et dans l’atmosphère fragile de Mars. Cette première activité de « vol stationnaire » sera suivie par d’autres vols expérimentaux de plus en plus éloignés et de plus en plus hauts.

Après un mois sur Mars, Persévérance, qui est équipé de pièces imprimées en 3D, progresse comme prévu. Plusieurs étapes passionnantes ont déjà prouvé la résilience du robot de la taille d’une voiture, qui se prépare à réaliser des objectifs scientifiques. Il s’agit notamment de tester des technologies qui permettraient de maintenir une présence humaine interplanétaire ou de collecter des échantillons de roche et de sol à ramener sur Terre.

Parmi les sept instruments transportés par le rover figure l’instrument planétaire de lithochimie à rayons X (PIXL), un appareil de la taille d’une boîte à lunch qui recherchera des signes de vie microbienne fossilisée en projetant des rayons X sur les surfaces rocheuses pour les analyser. Le PIXL est non seulement crucial pour trouver des traces de vie sur des éléments rocheux aussi petits qu’un grain de sel, mais il est également pertinent au niveau de la fabrication, puisque cet outil de laboratoire de 10 livres comporte cinq pièces imprimées en 3D dans sa structure.

La tête de capteur de PIXL avant son intégration au bras robotique au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA/JPL-Caltech.

Pour mettre au point les composants imprimés en 3D, la NASA a collaboré avec le Jet Propulsion Lab (JPL) du California Institute of Technology (Caltech) afin d’obtenir le poids le plus léger de PIXL. L’équipe du JPL a fait appel au fournisseur de services d’AM métallique Carpenter Additive pour imprimer la coque en titane en deux parties de l’instrument, un cadre de montage et deux jambes de soutien. La fabrication traditionnelle aurait donné des pièces finales trois ou quatre fois plus lourdes que celles imprimées en 3D. L’ingénieur mécanicien en chef de PIXL au JPL, Michael Schein, a même déclaré que « l’impression 3D a rendu cet instrument possible » en permettant à l’équipe d’obtenir une faible masse et un pointage de haute précision qui n’aurait pas pu être réalisé avec la fabrication traditionnelle.

La coque extérieure de PIXL, l’un des instruments à bord du rover martien Persévérance de la NASA, comprend plusieurs pièces fabriquées en titane imprimé en 3D. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA/JPL-Caltech.

Dans le cadre de l’exploration par l’agence spatiale américaine des technologies d’impression 3D pour construire des moteurs de fusée, créer des pièces d’engins spatiaux et développer de potentiels avant-postes orbitaux hors de la Terre, Persévérance a été équipé d’un total de onze pièces métalliques imprimées en 3D. Cela ne devrait pas surprendre, étant donné que son prédécesseur Curiosity a été la première mission à amener l’impression 3D sur la planète rouge, atterrissant en 2012 avec une pièce en céramique imprimée en 3D à l’intérieur de son instrument SAM (Sample Analysis at Mars), qui ressemble à un four.

Depuis, la NASA a continué à tester l’impression 3D pour son utilisation dans les engins spatiaux afin de s’assurer que la fiabilité des pièces est bien comprise. L’agence a laissé entendre qu’en tant que « structures secondaires », les pièces imprimées de Persévérance ne mettraient pas en péril la mission si elles ne fonctionnaient pas comme prévu, mais comme l’a déclaré Andre Pate, chef du groupe AM au JPL, « envoyer ces pièces sur Mars est une étape importante qui ouvre un peu plus la porte à la fabrication additive dans l’industrie spatiale ».

Le rover Mars Persevarance de la NASA recherchera des signes de vie sur la planète rouge. Image reproduite avec l’aimable autorisation de NASA/JPL-Caltech.

Cependant, il semble que la NASA fasse bien plus qu’ouvrir une porte à l’impression 3D. Au cours des huit dernières années, elle s’est attelée à plusieurs tâches connexes, notamment le projet RAMPT (Rapid Analysis and Manufacturing Propulsion Technology), qui vise à faire progresser le développement des techniques d’AM pour l’impression de pièces de moteurs de fusée à grande échelle à l’aide de poudres métalliques et de lasers, et le partenariat avec des entreprises comme Stratasys pour créer des structures imprimées en 3D optimisées pour les satellites. La NASA a même permis aux astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) de tester les technologies d’impression 3D en apesanteur, grâce à cinq plateformes développées en collaboration avec Made In Space, Tethers, 3D Bioprinting Solutions et nScrypt, qui ont été déployées et utilisées avec succès en orbite.

Instrument MOXIE descendu dans le ventre du rover Persévérance. Image reproduite avec l’aimable autorisation de NASA/JPL-Caltech.

Dernier d’une série de rovers martiens, Persévérance transporte six autres pièces imprimées en 3D dans un autre de ses instruments. L’expérience MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) est un dispositif qui testera une technologie susceptible de produire des quantités industrielles d’oxygène pour créer du propergol pour fusée sur Mars, aidant ainsi les astronautes à décoller vers la Terre. Alors qu’un échangeur de chaleur usiné de manière conventionnelle devrait être fabriqué en deux parties et soudé ensemble, les MOXIE ont été imprimés en 3D en une seule pièce à Caltech.

Les dernières technologies de la planète rouge approchent d’un moment fascinant pour l’exploration spatiale. Le premier vol à venir d’Ingenuity ouvrira de nouvelles possibilités et de nouveaux défis pour l’avenir de l’exploration aérienne hors Terre. Néanmoins, avant qu’Ingenuity ne prenne son premier vol sur Mars, elle doit être carrément au milieu d’un patch «aérodrome» plat choisi. Ensuite, le processus complexe de déploiement de l’hélicoptère à la surface prendra environ six sols, soit six jours terrestres. L’équipe passera ensuite jusqu’à 30 jours martiens, ou 31 jours terrestres, à faire tout son possible pour assurer un vol réussi, y compris en agitant les pales du rotor et en vérifiant les performances de l’unité de mesure inertielle.

« Comme pour tout ce qui concerne l’hélicoptère, ce type de déploiement n’a jamais été fait auparavant », a déclaré Farah Alibay, responsable de l’intégration de l’hélicoptère martien pour le rover Persévérance, lors du briefing virtuel. « Une fois que nous avons commencé le déploiement, il n’y a pas de retour en arrière possible. Toutes les activités sont étroitement coordonnées, irréversibles et dépendantes les unes des autres. S’il y a ne serait-ce qu’un soupçon que quelque chose ne se passe pas comme prévu, nous pouvons décider d’attendre un sol ou plus jusqu’à ce que nous ayons une meilleure idée de ce qui se passe. »

Illustration montrant l’atterrisseur à rotor Dragonfly de la NASA s’approchant d’un site sur Titan, la lune exotique de Saturne. Image reproduite avec l’aimable autorisation de la NASA/JHU-APL.

Des missions ultérieures de la NASA vers Mars, la Lune et au-delà sont déjà en préparation. Le directeur des sciences planétaires au JPL, Bobby Braun, a déclaré : « Si nous pouvons faire des repérages et des études scientifiques sur Mars depuis les airs, avec sa fine atmosphère, nous pouvons certainement faire de même pour plusieurs autres destinations du système solaire, comme Titan ou Vénus. » En fait, la NASA prévoit d’envoyer un giravion sur Titan, la lune de Saturne, en 2027 pour sa mission Dragonfly, afin de poursuivre les recherches sur les éléments constitutifs de la vie.

Néanmoins, dans un avenir plus immédiat, nous pouvons nous attendre à voir le programme Artemis faire des pas de géant en envoyant des astronautes sur la Lune en 2024 (un calendrier que beaucoup ont jugé irréaliste) et plus tard sur Mars. En vue de cette mission, l’agence spatiale dispose d’un concept pour les éléments de surface essentiels nécessaires à l’établissement d’une présence durable dans l’espace, et investit dans la fabrication avancée, considérée comme l’une des cinq industries du futur pour permettre l’exploration spatiale. Pour une mission lunaire, cependant, le vaisseau d’atterrissage est essentiel pour amener les gens de l’orbite lunaire à la surface et les ramener. Rien que cela a déjà ouvert un éventail de possibilités pour l’impression 3D afin de surpasser les autres technologies. Pour en savoir plus sur l’impression 3D utilisée dans les futurs voyages dans l’espace, visitez la nouvelle Space Zone de 3DPrint.com.

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