L’impression 3D et l’avenir de l’espace

L’impression 3D et l’avenir de l’espace

Sans aucun doute la frontière la plus excitante pour l’exploration humaine, l’espace extra-atmosphérique est une passerelle pour sonder des mondes prometteurs, rechercher des biosignatures dans l’atmosphère d’exoplanètes, ou repousser les limites de notre science et de notre ingénierie. Néanmoins, l’orientation de l’exploration spatiale humaine au-delà de la face cachée de la lune pourrait prendre des décennies. Cela fait 49 ans que la dernière mission Apollo 17 avec équipage s’est posée sur les hautes terres lunaires de Taurus-Littrow, et il faudra encore au moins cinq ans avant de voir des humains naviguer dans l’atmosphère à faible gravité de la lune.

Si notre espèce doit un jour s’installer sur la planète rouge ou voyager dans les régions lointaines du cosmos lointain, l’industrie spatiale devra prospérer. Pendant des décennies, une poignée d’agences spatiales ont jeté les bases de l’ère à venir de la commercialisation hors de la Terre. Pourtant, ce n’est qu’au XXIe siècle que des entreprises privées ont commencé à développer et à exploiter des lanceurs et des vaisseaux spatiaux. Autrefois duopole féroce de la guerre froide, la course à l’espace est désormais dominée par les entreprises privées.

Bien que l’objectif ultime soit d’avoir des expéditions durables avec équipage vers Mars dans les années 2030 et des sondes dans l’espace lointain – comme les vaisseaux Voyager ou la sonde solaire Parker – aujourd’hui, les économies spatiales commerciales les plus solides tournent autour des communications et des satellites. Le secteur privé accélère également le développement de petits engins spatiaux et de véhicules de lancement capables de se rendre en orbite terrestre basse (LEO). Peu coûteux ou non, l’accès à l’espace est en train de devenir un secteur en plein essor.

Illustration des véhicules SpaceX Starship à la surface de Mars. Image reproduite avec l’aimable autorisation de SpaceX.

Chez 3DPrint.com, nous avons trouvé 50 entreprises spatiales qui utilisent l’impression 3D pour contribuer à la création d’un écosystème hors de la Terre, présenté dans l’infographie ci-dessous et également inclus dans notre nouvelle Space Zone. Comme on pouvait s’y attendre, 62 % de ces entreprises développent des engins spatiaux et des technologies pour se rendre en orbite basse et à quelque 220 miles au-dessus de la Terre vers la station spatiale internationale (ISS). Bien que 72 % de ces 50 entreprises soient nées aux États-Unis, des start-ups apparaissent partout, de l’Allemagne à l’Inde.

Une puissante génération de milliardaires entrepreneurs – comme Elon Musk et Jeff Bezos – s’est tournée vers la commercialisation de l’espace, ouvrant la voie à de nouvelles entreprises spatiales. Alors que l’écosystème passionnant de l’industrie spatiale se dévoile, les entreprises se tournent vers les technologies de fabrication additive (FA) pour réduire les coûts d’accès à l’espace, un concept dont SpaceX de Musk est le pionnier. Avec seulement 2 720 dollars par kilogramme pour un voyage à bord de sa fusée Falcon 9 à deux étages, le titan de l’espace a réussi à faire baisser le coût par rapport aux 54 500 dollars par kilogramme que coûtait le lancement d’une charge utile sur la navette spatiale.

Construction d’une base lunaire multi-dômes. Image fournie par l’ESA.

Qu’il s’agisse de la fabrication de moteurs de fusée ou de pièces de lanceurs, l’impression 3D bouleverse une autre industrie en offrant une liberté de conception, en réduisant le poids et en abaissant les coûts. Le voyage vers la commercialisation de l’espace a déjà commencé, et l’AM y joue un rôle important. Même l’ISS est devenue un banc d’essai pour les technologies d’impression 3D conçues commercialement.

Dans le but d’accélérer les délais, des entreprises telles que Made In Space, Aerojet Rocketdyne et Blue Origin s’associent à des fabricants et des prestataires de services d’impression 3D traditionnels pour élargir leur gamme de pièces imprimées. La technologie offre aux ingénieurs un outil puissant pour améliorer la fabrication des fusées qui, autrement, serait restée inchangée. Des visionnaires novateurs, comme les fondateurs de Relativity Space, sont même allés jusqu’à créer leurs propres technologies additives pour développer des fusées entièrement imprimées en 3D en un temps record.

Orbex a présenté ce qui serait le plus grand moteur de fusée imprimé en 3D au monde. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’Orbex.

Dans le sous-secteur spatial de plus en plus concurrentiel des constructeurs de fusées privés, des startups comme Skyroot Aerospace et Orbex dévoilent des moteurs de fusée entièrement imprimés en 3D. L’activité mondiale de l’industrie du lancement est en pleine effervescence. Malgré une année 2020 sans précédent, qui a obligé les entreprises du monde entier à interrompre leurs activités en raison de la pandémie de COVID-19 et d’une capacité de vol limitée partout, les spatioports du monde entier sont restés opérationnels. Avec 114 lancements (parmi le nombre le plus élevé de ces 20 dernières années), les industries spatiales critiques sont indispensables pour assurer l’exploration spatiale.

À la suite d’un calendrier serré prévoyant l’arrivée de la première femme et du prochain homme sur la surface de la lune en 2024 (probablement retardée), les entreprises spatiales se sont lancées dans une course pour participer aux missions de base de l’exploration spatiale, comme Artemis. Les attentes sont élevées, surtout lorsqu’il s’agit des conditions réalistes et difficiles que les humains rencontreront sur la lune et sur Mars, deux sites qui nécessiteront une impression 3D innovante pour survivre.

TERRE

Rendu du lancement de la fusée Electron de Rocket Lab. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Rocket Lab.

Systèmes spatiaux ABL

Déterminée à prouver que l’accès à l’espace peut être simple, efficace et routinier, la startup ABL Space Systems, basée à Los Angeles, a entrepris de concevoir et de fabriquer ses moteurs de fusée en interne. ABL a utilisé des techniques d’AM pour créer des parties des moteurs E2 qui propulseront les étages 1 et 2 de son lanceur RS1, y compris la chambre de poussée. Cette utilisation ciblée de l’AM a permis de créer des passages de fluides internes complexes à incorporer dans le moteur.

Cosmos AgniKul

La startup Spacetech AgniKul Cosmos fabrique des moteurs de fusée imprimés en 3D en Inde. Produit comme un seul composant en une seule fois, le moteur à propulsion liquide semi-cryogénique de stade supérieur, appelé Agnilet, a été construit pour soutenir le lanceur de classe orbitale Agnibaan, qui devrait transporter des micro et nanosatellites en LEO à la demande en 2022. Grâce à la technologie d’impression 3D, AgniKul peut fabriquer des moteurs en une seule pièce en moins de 72 heures, prêts à être montés dans un véhicule spatial après un post-traitement standard.

Espace Astra

Fondée dans le but de rendre les lancements de fusées vers l’orbite terrestre basse fréquents, routiniers et automatisés, Astra Space construit de petites fusées conçues pour une production de masse et des performances fiables afin de répondre à la demande croissante de lancement de petits satellites. Même si les cofondateurs Chris Kemp et Adam London laissent entendre qu’ils ne recourent pas à « l’impression 3D coûteuse ou aux composites à forte intensité de main-d’œuvre » pour fabriquer les fusées, pour leur Rocket 3.0, ils ont utilisé l’AM pour compléter les roues de ses pompes et les chambres du moteur de fusée.

Espace Axiom

Axiom Space, le principal développeur de la première station spatiale commerciale privée au monde, prévoit d’imprimer des pièces en 3D en orbite. Grâce à un partenariat prometteur avec Made In Space, Axiom prévoit d’intégrer ses capacités d’impression 3D éprouvées dans l’ISS. Les entreprises ont mis au point les éléments logistiques de la fabrication dans l’espace, en équipant l’usine spatiale d’équipements, de services publics, d’électricité et de gestion thermique pour répondre à la demande croissante des clients.

Dawn Aerospace

Basée en Nouvelle-Zélande et aux Pays-Bas, Dawn Aerospace construit des lanceurs réutilisables le jour même et des systèmes de propulsion de satellites non toxiques pour un transport spatial durable. À partir de 2020, l’entreprise a commencé à imprimer en 3D des chambres de combustion pour les moteurs de fusée à haute performance et à haute pression de combustion destinés à emmener son véhicule suborbital Mk-II Aurora dans l’espace. En utilisant des matériaux composites pour l’impression 3D des moteurs, ils espèrent fournir la conductivité thermique nécessaire à la protection contre les éléments du voyage spatial, dont les matériaux imprimés traditionnellement, comme le titane et l’acier inoxydable, sont dépourvus.

Technologies spatiales Gilmour

L’entreprise australienne Gilmour Space Technologies produira des composants de fusées et de l’espace à haute performance en utilisant la GA. La startup a reçu 3,7 millions de dollars de fonds d’investissement en 2017 pour développer ses véhicules de lancement qui utilisent du carburant de fusée imprimé en 3D. En se concentrant sur les marchés suborbitaux et LEO pour les lancements de satellites, Gilmour vise à fournir un service de lancement abordable et à améliorer l’accessibilité à l’espace. Pionnier de l’industrie spatiale australienne, Gilmour utilisera l’impression 3D métallique Titomic Kinetic Fusion (TKF) pour explorer la production de composants de fusées et de l’espace.

Groupe technologique KULR

Leader dans le développement de systèmes de refroidissement de l’électronique qualifiés pour l’espace et de solutions éprouvées pour prévenir les incendies et explosions dangereux de batteries, KULR développe des systèmes de batteries imprimés en 3D uniques pour l’espace. Les solutions spatiales de la société pour l’électronique et les batteries lithium-ion avaient démontré leur efficacité lorsque la NASA les a utilisées pour transporter et stocker des batteries à bord de l’ISS en 2019 et dans le cadre du Mars Rover qui s’est posé sur Mars en février 2021.

Espace lanceur

La société Launcher Space, basée à Brooklyn, a mis au point ce qu’elle affirme être la plus grande chambre de combustion de moteur de fusée liquide imprimée en 3D au monde en une seule pièce. Le moteur E-2, fabriqué en Allemagne par AMCM à l’aide de son imprimante spécialisée M4K, a été testé à de nombreuses reprises dans les installations d’essai de Launcher à New York. Axées sur le marché des petits lancements de satellites privés, les petites fusées de Launcher commenceront leurs essais en vol en 2023.

Orbex

Le lanceur vertical Orbex Prime utilisera un gros moteur de fusée imprimé en 3D, fabriqué en une seule pièce, sans joint, ni couture, ni soudure. Cette pièce complexe, mise au point par la startup britannique Orbex, devrait résister à des fluctuations extrêmes de température et de pression lors de son voyage vers l’orbite. Conçu et développé comme un système de lancement écologiquement durable, Orbex Prime utilisera des biocarburants renouvelables pour offrir une empreinte de dioxyde de carbone ultra-faible, à la pointe de l’industrie.

Technologies spatiales de Parabilis

L’une des premières entreprises à avoir réalisé la première série d’essais à chaud d’un propulseur de système de contrôle de réaction (RCS) imprimé en 3D, Parabilis Space Technologies, utilise la fabrication avancée pour les véhicules de lancement et les pièces d’engins spatiaux. Il s’agit d’une étape importante pour démontrer qu’un propulseur à oxygène liquide (LOX)-méthane imprimé en 3D peut être utilisé dans l’espace. Une fois commercialisé, il changera radicalement la relation entre le coût et la performance. Parabilis développe également de nouvelles méthodes d’AM pour permettre l’utilisation de plusieurs matériaux différents dans des pièces imprimées en 3D pour des propulseurs spatiaux et des structures d’engins spatiaux, ainsi que d’autres technologies pour des engins d’exploration lunaire.

Relativité spatiale

Le constructeur spatial Relativity Space de Long Beach, en Californie, travaille à l’impression 3D d’une fusée entière. Pour ce faire, il a mis au point sa propre imprimante 3D interne massive, appelée Stargate, qui utilise des bras robotisés de 18 pieds de haut équipés de lasers capables de faire fondre le fil métallique. Ces bras robotisés peuvent projeter une quantité de métal d’environ 20 cm sur un grand plateau tournant en quelques secondes seulement. Dirigés par un logiciel personnalisé, les bras robotisés peuvent produire le corps entier de la fusée en une seule pièce, et l’imprimante permet à Relativity de réduire le nombre de pièces d’une fusée typique de 100 000 à 1 000.

Créateurs de fusées

Faisant partie de l’industrie aérospatiale incroyablement diversifiée et florissante autour du spatioport de Cap Canaveral, en Floride, Rocket Crafters se concentre sur la production de moteurs de fusée et sur la mise au point de son carburant pour fusée imprimé en 3D. La startup construit et teste un moteur de fusée hybride à grande échelle en utilisant la technologie D-DART (Direct-Digital Advanced Rocket Technology) et en produisant un carburant unique composé principalement de plastique. Grâce à une méthode d’impression 3D horizontale, en attente de brevet, qui réduit le temps de production des grains de carburant de classe orbitale à quelques heures dans une seule section, Rocket Crafters s’éloigne des propergols combustibles et toxiques.

Laboratoire de fusée

Comme d’autres entreprises spatiales, le fabricant aérospatial et fournisseur de services de lancement de petits satellites Rocket Lab a pour mission de « supprimer les obstacles à l’espace commercial en offrant des possibilités de lancement fréquentes vers le LEO. » L’entreprise a créé le système de lancement à faible coût Electron, dont le moteur Rutherford peut être imprimé en 3D en 24 heures. Les valves de l’hélice principale du moteur, les injecteurs, les pompes et les chambres du moteur sont tous créés par fusion par faisceau d’électrons.

Skyroot Aerospace

En 2020, la startup indienne Skyroot Aerospace a dévoilé son moteur cryogénique entièrement imprimé en 3D pour alimenter l’étage supérieur de sa fusée Dhawan-1. Ce moteur est considéré comme le premier moteur de fusée entièrement cryogénique indigène développé par le secteur privé en Inde, qui fonctionne avec des propergols tels que le gaz naturel liquide (GNL) et le LOX. Skyroot est l’une des premières entreprises du secteur privé indien à participer à des activités spatiales avec l’autorisation et la supervision du gouvernement.

Skyrora

Fondée en 2019 pour répondre à l’entrée renouvelée du Royaume-Uni dans l’industrie spatiale mondiale, Skyrora a créé un moteur bi-propulseur liquide de 30 kN imprimé en 3D pour son véhicule de lancement suborbital de taille normale, le Skylark L. Cette technologie de moteur révolutionnaire a été soudée avec précision dans l’usine de production de Skyrora en Écosse en utilisant la fusion sur lit de poudre, ce qui a permis aux ingénieurs d’intégrer les canaux de refroidissement dans une seule pièce de chambre imprimée.

Alliance de lancement unie

Formée en tant que coentreprise entre Boeing et Lockheed Martin, United Launch Alliance (ULA) fabrique et exploite plusieurs véhicules-fusées capables de lancer des engins spatiaux en orbite autour de la Terre et d’autres corps du système solaire. Pour sa fusée Atlas V, ULA a fait appel à Stratasys pour la production en série de composants thermoplastiques imprimés en 3D. À l’aide de l’imprimante 3D de production Fortus 900mc de Stratasys, ULA a tout créé, de l’outillage et de l’équipement de soutien aux pièces de production.

Ursa Major Technologies

Une entreprise du Colorado, Ursa Major Technologies, développe des solutions de propulsion innovantes pour le marché émergent du lancement de micro et nano-satellites. Afin d’optimiser la création de pièces uniques de ses moteurs pour les applications de lancement et hypersoniques, Ursa Major exploite les techniques d’impression 3D pour moderniser le développement des moteurs à combustion étagée. L’entreprise a conçu et construit avec succès deux modèles de moteurs à combustion à oxygène liquide et à kérosène et travaille actuellement sur un troisième modèle.

Orbite vierge

Les voyages et la commercialisation dans l’espace ont été le rêve de toute une vie pour l’un des entrepreneurs les plus connus au monde, Richard Branson. Passionné par les projets spatiaux, Richard Branson a créé Virgin Orbit, une entreprise dérivée de sa société de tourisme spatial Virgin Galactic. L’entreprise, qui se concentre sur les services de lancement de petits satellites, a acquis l’une des premières machines hybrides de fabrication additive-soustractive au monde grâce à un partenariat avec DMG Mori et l’a utilisée pour imprimer en 3D des pièces de moteur de fusée pour le lancement dans l’espace. L’hybride 3D LASERTEC 4300 produit de grandes pièces dans son usine de Long Beach, en Californie, permettant de nouvelles combinaisons de matériaux, comme le cuivre et l’Inconel, et un vaste espace de travail pour des pièces pouvant peser jusqu’à 3 306 livres.

ORBITE TERRESTRE BASSE (LEO)

Technologie des satellites pour l’orbite terrestre basse (LEO). Image reproduite avec l’aimable autorisation de Thales Alenia.

Airbus

Airbus a imprimé en 3D un total de 500 composants de radiofréquence (RF), composés de blocs de guides d’ondes multiples et de réseaux d’assemblage de commutateurs, pour deux vaisseaux spatiaux Eurostar Neo qui rejoindront la flotte en orbite d’Eutelsat, l’un des principaux fournisseurs de services de communication par satellite. Les composants RF sont au cœur de chaque satellite de télécommunications, et ces pièces sont désormais produites par Airbus en grands volumes.

Anywaves

Spin-off de l’Agence spatiale française (CNES), Anywaves développe des antennes miniatures et performantes pour le marché des constellations de satellites. Les applications telles que les télécommunications, la navigation, l’observation de la Terre, la saisie atmosphérique, et bien d’autres, nécessitent des antennes pour la réception et l’émission de signaux. Les nouvelles antennes en céramique imprimées en 3D d’Anywaves ont reçu de nombreux prix et seront idéales pour l’industrie florissante des nanosatellites. L’entreprise commencera bientôt la production en série de l’antenne via 3DCERAM.

Espace Dhruva

Une autre des premières startups spatiales indiennes, Dhruva Space, cherche à construire des satellites à bas coût pour collecter des données en temps réel. L’entreprise utilise beaucoup l’impression 3D, remplace les composants de qualité spatiale par des composants de qualité commerciale qui ne coûtent qu’un dixième après des tests approfondis, et réutilise et remanie les pièces chaque fois que cela est possible. Dhruva utilise la technologie d’impression 3D, des machines CNC avancées et des architectures open-source pour intégrer les satellites.

Mini-cubes

Le fabricant de petits satellites Mini-Cubes se concentre sur les satellites d’observation de la Terre PocketQube et utilise le matériau de frittage laser en nylon renforcé de carbone de CRP pour les imprimer en 3D. Avec un huitième du volume d’un CubeSat, les PocketQubes sont des satellites miniaturisés destinés à la recherche spatiale, généralement construits avec des composants électroniques du commerce. Dans l’espoir que leur produit innovant permette à quiconque d’atteindre l’espace aujourd’hui, Mini-Cubes a fait appel à CRP pour imprimer en 3D l’ensemble du châssis du satellite.

Optisys

Axée sur la fourniture de produits d’antenne imprimés en 3D pour des applications spatiales de haute performance, Optisys pense que l’impression 3D métallique promet de réduire considérablement la taille et le poids des composants critiques des satellites. La société utilise l’AM métallique pour créer des pièces critiques pour les satellites et espère apporter à l’industrie florissante des satellites des capacités accrues, impossibles à obtenir avec les méthodes de fabrication traditionnelles.

Stratodyne

La nouvelle entreprise Stratodyne veut imprimer en 3D des satellites stratosphériques et des CubeSats. Fondée par un étudiant de 21 ans, la startup vise à appliquer les progrès de la technologie d’impression 3D pour réduire les coûts de la recherche spatiale et en haute altitude. Son dirigeable modulaire imprimé en 3D et télécommandé pourrait servir de satellite, de banc d’essai et même de plateforme de lancement de petites fusées dans l’espace. Stratodyne prévoit de passer au stade commercial d’ici la mi-2021.

Swissto12

Spin-off de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Swissto12 s’est fortement investie dans l’exploitation de la technologie d’impression 3D pour fournir des pièces de satellite complexes. Qu’il s’agisse de solutions de guides d’ondes imprimés en 3D pour des charges utiles de satellites de communication ou d’antennes patch entièrement métalliques imprimées en 3D pour une flotte de satellites, Swissto12 cherche à repousser les limites de la technologie d’impression 3D pour l’industrie des satellites.

Espace Thales Alenia

Comme de nombreux fabricants de satellites, Thales Alenia Space installe davantage de pièces AM dans les satellites destinés à l’orbite terrestre basse et moyenne. En 2017, 45 satellites de télécommunications construits par le constructeur spatial franco-italien ont été mis en orbite avec succès, tous équipés de pièces imprimées en 3D. Désormais, Thales Alenia Space fait passer l’impression 3D à la production en série pour fabriquer des composants pour les satellites de télécommunications construits sur la nouvelle plateforme entièrement électrique Spacebus Neo de l’entreprise, une technique de fusion de poudre métallique.

STATION SPATIALE INTERNATIONALE

La station spatiale internationale. Image fournie par la NASA.

Solutions de bio-impression 3D

La société moscovite 3D Bioprinting Solutions s’est livrée à une série d’expériences uniques en orbite grâce à un bioprinturateur spatial. Organ.Aut, la première bioprinteuse spatiale au monde, a été lancée sur l’ISS en 2018. Depuis lors, l’appareil a été utilisé pour la bio-impression de plusieurs tissus, notamment la bio-impression 3D de tissus osseux dans l’espace pour la première fois en utilisant des fragments de structures osseuses en croissance et la réalisation d’une expérience de cristallisation de protéines de haut poids moléculaire en apesanteur.

Boeing

Le géant aérospatial américain travaille sur les capsules d’équipage spatial CST-100 Starliner. Ces taxis pour passagers transporteront dans un premier temps les astronautes de la NASA vers et depuis l’ISS et devraient ensuite accueillir des civils. Pour fournir plus de 600 composants imprimés en 3D pour les trois capsules Starliner, Boeing a fait appel à Oxford Performance Materials (OPM), ce qui lui a permis d’économiser près de 60 % par rapport à la fabrication traditionnelle.

Machines intuitives

Avec pour objectif de permettre une exploration robotique et humaine durable vers la Lune, Mars et au-delà, Intuitive Machines fournit des solutions innovantes pour l’écosystème spatial commercial. La société s’appuie sur AM pour un grand nombre de ses pièces spatiales, qui sont destinées à différents projets spatiaux, notamment la construction de la première station spatiale commerciale sur l’ISS et le lanceur lunaire Nova-C.

Systèmes OHB

Le groupe allemand OHB, spécialisé dans l’espace et la technologie, va développer un prototype d’imprimante 3D destiné à l’ISS pour la production de grandes pièces à l’aide de thermoplastiques fonctionnels et à haute résistance. Cette entreprise s’inscrit dans le cadre du projet IMPERIAL, qui vise à concevoir, développer et tester un modèle d’imprimante 3D qui allège les contraintes de volume de construction tout en répondant aux exigences de fabrication de l’ISS. Les pièces imprimées en 3D produites à l’aide de ce système démontreront le potentiel de fabrication extraterrestre, permettant de nouvelles stratégies de maintenance et de maintien en vie pour les vols spatiaux habités.

Fabriqué dans l’espace

L’un des acteurs les plus en vue de l’écosystème spatial, Made In Space, expérimente l’AM en microgravité depuis le début des années 2010. La startup a créé la première imprimante 3D Zero-G qui est partie pour l’ISS à l’automne 2014, suivie d’une version actualisée, l’Additive Manufacturing Facility (AMF), en 2016. Mais la liste ne s’arrête pas là ; la société a même fabriqué le Plastic Recycler, capable de transformer les déchets plastiques en matière première à utiliser dans l’AMF.

nScrypt et Techshot

nScrypt et Techshot ont créé l’innovante BioFabrication Facility (BFF), conçue pour imprimer des tissus semblables à des organes en microgravité à bord de l’ISS. Lancée en juillet 2019, la BFF a déjà imprimé avec succès des constructions de type tissu avec un grand volume de cellules cardiaques humaines à bord de l’ISS Lab ainsi que des ménisques humains. L’une des clés de la bio-impression 3D en microgravité est que la bio-encre ne contient que des cellules, mais pas de matériaux d’échafaudage ou d’agents épaississants – généralement nécessaires lors de la bio-impression sur Terre pour résister à l’attraction destructrice de la gravité.

SpaceX

Grâce à l’impression 3D, SpaceX peut créer ses propulseurs SuperDraco incroyablement puissants, un composant essentiel du système d’interruption de lancement (LAS) de Crew Dragon. Le SuperDraco est une version avancée des moteurs Draco utilisés par le vaisseau spatial Cargo Dragon de SpaceX pour manœuvrer en orbite et lors de la rentrée dans l’atmosphère. La première mission de démonstration du vaisseau spatial Crew Dragon équipé de moteurs SuperDraco imprimés en 3D a décollé en mars 2019. La mission d’essai finale très attendue de Crew Dragon a été lancée avec succès et est revenue à l’été 2020 avec deux astronautes à bord.

Attaches illimitées

L’entreprise spatiale pionnière Tethers Unlimited s’est concentrée sur le retraitement des déchets ou des débris spatiaux pour en faire des ressources et des matières premières pour la fabrication dans l’espace. Son recycleur illimité et son imprimante 3D à bord de l’ISS, le Refabricator, ont démontré au moins sept fois un processus unique de recyclage répétable et en boucle fermée de matériaux plastiques pour l’AM dans l’environnement de microgravité de l’ISS. La capacité intégrée de recyclage et d’impression 3D permet de réaliser d’importantes économies en réduisant la masse et le volume de lancement nécessaires pour les matières premières de l’imprimante, tout en diminuant la dépendance vis-à-vis de la Terre.

ARCHINAUTE

Rendu d’Archinaut. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Made In Space.

Fabriqué dans l’espace

Pour favoriser l’autonomie dans l’espace par la construction de satellites et même de vaisseaux spatiaux entiers, Made in Space développe Archinaut, une imprimante 3D capable de travailler dans le vide spatial. Équipée d’un bras robotique, Archinaut devrait être installée sur une nacelle de station spatiale externe et capable de réaliser des AM en orbite, la fabrication, l’assemblage de réflecteurs de satellites de communication ou la réparation de structures et de machines en orbite. La plateforme de fabrication et d’assemblage robotisée sera mise en orbite en LEO pour fournir le moyen le plus innovant à ce jour de fabrication à grande échelle dans l’espace.

Northrop Grumman

Pour construire Archinaut, Made In Space (qui fait désormais partie de Redwire) a demandé à Northrop Grumman de fournir un soutien en matière de logiciels, d’ingénierie des systèmes, d’électronique de commande et d’interface avec la station spatiale pour le projet Archinaut. Il s’agit également de démontrer les capacités d’Archinaut lors d’une mission de vol. L’objectif de la mission de démonstration en vol d’Archinaut est de construire deux panneaux solaires de 10 mètres, en orbite, pour alimenter un petit satellite. Le système Archinaut sera intégré dans un bus satellite de classe ESPA (un adaptateur pour le lancement de charges utiles secondaires sur des lanceurs orbitaux) et lancé dans l’espace. Une fois en orbite, Archinaut utilisera ses capacités d’AM à structure étendue et sa robotique avancée pour fabriquer et assembler le système de production d’énergie du satellite.

Systèmes spatiaux Oceaneering

Stratégiquement situé près du Johnson Space Center à Houston, Texas, Oceaneering Space Systems (OSS) fournit à la NASA des systèmes et des équipements pour les vols spatiaux depuis plus de 35 ans. Pour Archinaut, OSS se concentrera sur la création du bras robotique qui sera intégré au nouveau système d’impression 3D de Made In Space.

Fil rouge

Formée en juin 2020, la nouvelle entreprise spatiale Redwire a déjà intégré plusieurs entreprises spatiales dans sa liste d’acquisitions. Se définissant elle-même comme un nouveau leader des solutions spatiales critiques et des composants à haute fiabilité pour les systèmes et infrastructures spatiaux de la prochaine génération, Redwire est désormais positionnée de manière unique pour fournir des solutions de bout en bout afin de répondre aux besoins des clients et de faire progresser l’avenir de l’exploration spatiale. Dirigeant actuellement le travail derrière Archinaut, Redwire pourrait devenir un nom familier alors que l’ère de la commercialisation de l’espace prolifère.

ARTEMIS

L’Agence spatiale européenne (ESA) et la NASA continuent de travailler ensemble sur une version moderne du programme Apollo. Mieux connu sous le nom d’Artémis, ce programme, qui tire son nom de la déesse grecque de la chasse et sœur jumelle d’Apollo, devrait permettre au prochain homme et à la première femme d’aller sur la Lune d’ici 2024 (un délai qui a été repoussé). L’un de ses composants essentiels est le vaisseau spatial Orion de la NASA, qui transportera l’équipage vers et depuis l’orbite lunaire. Au cœur d’Artemis se trouve le module de service européen (ESM), qui est essentiel pour fournir de l’électricité, de l’eau et de l’air à la capsule de l’équipage et maintenir la température pour le maintien de la vie.

Illustration d’artiste du véhicule d’ascension d’un atterrisseur lunaire se séparant du véhicule de descente et quittant la surface lunaire. Image fournie par la NASA.

Aerojet Rocketdyne

Le fabricant de moteurs de fusée Aerojet Rocketdyne fournira des moteurs de fusée avec des pièces imprimées en 3D pour le programme Artemis de la NASA. Dans le cadre d’une relation de travail de plusieurs années avec la NASA, Aerojet Rocketdyne de Sacramento, en Californie, construira un total de 24 moteurs de fusée RS-25 pour soutenir jusqu’à six vols du Space Launch System (SLS). Six nouveaux moteurs RS-25 non réutilisables sont déjà assemblés à l’aide de l’impression 3D, et les 18 moteurs supplémentaires continueront de tirer parti de l’optimisation de la chaîne d’approvisionnement et d’intégrer des techniques d’AM.

Airbus

Le géant de l’aérospatiale Airbus a déjà construit deux modules de service pour Orion avec du matériel provenant d’entreprises de toute l’Europe, et il vient de signer un nouveau contrat avec l’ESA pour un troisième module ESM. L’ESM est le moteur du vaisseau spatial Orion. Il est chargé de pousser la capsule dans l’espace en fournissant l’énergie de propulsion, le stockage des consommables pour soutenir l’équipage à bord et le contrôle de la navigation pour la Lune et le retour. Sur le site Airbus de Brême, où l’ESM sera développé, les ingénieurs de l’entreprise utilisent des matériaux et des processus d’impression 3D depuis de nombreuses années.

Boeing

Boeing produira 10 étages centraux SLS et jusqu’à huit étages supérieurs d’exploration (EUS) pour les troisième à douzième missions Artemis. SLS est la fusée d’exploration de l’espace lointain de la NASA qui lancera des astronautes dans le véhicule d’équipage Orion, ainsi que du fret, de la Terre vers la Lune et éventuellement vers Mars. Les techniciens de Boeing ont utilisé l’impression 3D pour créer des moules précis pour les mousses utilisées pour protéger les petits matériels ou les zones exiguës comme les conduits internes de la section moteur du SLS, ce qui aurait autrement obligé les techniciens à pulvériser manuellement la mousse ou à appliquer un moulage en mousse.

Lockheed Martin

Lockheed Martin travaille avec Stratasys et Phoenix Analysis &amp ; Design Technologies (PADT) sur des pièces imprimées en 3D pour le vaisseau spatial Orion de la NASA. En 2019, Lockheed a annoncé avoir terminé le module d’équipage et de service Orion en cours de développement pour la mission Artemis I sans équipage, qui compte 100 pièces imprimées en 3D. Pour le vaisseau spatial de la mission Artemis II, Lockheed a développé près de 200 pièces imprimées en 3D.

Systèmes spatiaux Masten

Leader dans le domaine des vols terrestres propulsés par fusée, Masten Space Systems travaille à la préparation de missions lunaires depuis 2004. L’entreprise lancera une mission vers la lune en 2022 dans le cadre du projet CLPS (Commercial Lunar Payload Services) de la NASA. Pour mener à bien leur mission consistant à rendre les fusées aussi opérationnelles que les avions, l’impression 3D joue un rôle essentiel. Pour le programme Artemis, Masten a fait appel à Elementum 3D pour imprimer en 3D une pompe à carburant électrique en alliage d’aluminium.

Northrop Grumman

Tous les secteurs de Northrop Grumman font de l’impression 3D et des pièces composites. Aujourd’hui, Northrop Grumman Space a terminé l’examen préliminaire de conception (PDR) pour l’avant-poste d’habitation et de logistique (HALO), qui fait partie du programme Artemis de la NASA et qui soutiendra la porte lunaire en servant d’habitat pour l’équipage et de plate-forme d’amarrage pour les véhicules. Northrop expérimente l’impression 3D sur fibre comme une technologie présentant de nombreux potentiels pour la construction en orbite, car elle ne nécessite aucun outillage autre qu’un modèle informatique numérique.

LUNE

Illustration d’ICON d’une base lunaire conceptuelle avec une infrastructure imprimée en 3D, notamment des pistes d’atterrissage et des habitats. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’ICON/SEArch+.

Grand et ICON

Alors que l’engouement pour la construction additive ne cesse de croître sur Terre, la NASA a fait appel à des entreprises pour un projet visant à amener cette technologie sur la Lune. Le projet Olympus, qui a fait l’objet d’une grande publicité, vise à développer une méthode de construction robotique sur la Lune. L’idée est de créer une infrastructure d’habitation lunaire imprimée en 3D à l’aide de matériaux trouvés à la surface. Pour l’instant, Big et ICON vont explorer la construction additive d’un simulant de sol lunaire. ICON a déjà exploré diverses formes de bâtiment idéales pour contenir la pression atmosphérique et optimisées pour la protection contre les rayonnements cosmiques et solaires. En outre, l’habitat sera conçu avec la redondance inhérente requise pour les bâtiments extraterrestres, tout en utilisant une construction robotisée révolutionnaire qui n’utilise que des ressources in situ, ce qui permet d’éliminer les déchets.

Blue Origin

La société de fusées Blue Origin a créé un atterrisseur à trois étages qui pourrait emmener l’équipe d’astronautes au pôle sud de la Lune dans quatre ans. Un moteur BE-7 haute performance imprimé en 3D alimentera le système d’atterrisseur lunaire de l’entreprise. En concurrence avec SpaceX d’Elon Musk et la société aérospatiale Dynetics, détenue par Leidos, pour le dernier contrat de la NASA portant sur la fabrication du prochain système d’atterrissage lunaire humain, Blue Origin a déjà commencé à tester la quatrième série d’essais de la chambre de poussée de son moteur à haut rendement, démontrant ainsi sa capacité à se poser sur la Lune.

Dynétique

La société de sciences appliquées Dynetics développe également un système d’atterrissage lunaire pour Artemis et teste et évalue des matériaux et des pièces en AM. Dynetics espère rendre abordable sa capacité d’atterrissage robuste, soutenue commercialement et facilement adaptable à l’exploration civile et commerciale, en utilisant une technologie moderne permettant la réutilisation et la durabilité à court terme.

SpaceX

Le troisième prétendant à l’atterrisseur lunaire est SpaceX. L’entreprise ne craint pas ses concurrents, Blue Origin et Dynetics, pour construire la version définitive de l’atterrisseur lunaire que les astronautes utiliseront pour aller d’Orion en orbite lunaire jusqu’à la surface de la Lune et en revenir. Les trois atterrisseurs sont très différents. SpaceX propose un atterrisseur lunaire basé sur Starship, le véhicule de lancement réutilisable en cours de développement et de test sur un site de la côte texane près de Brownsville. Le vaisseau spatial Starship est propulsé par le moteur Raptor, qui comprend un certain nombre de pièces imprimées en 3D. Le prototype d’atterrisseur lunaire Starship de SpaceX contient certainement des pièces imprimées en 3D.

Espace RUAG

En 2019, RUAG Space s’est préparé à envoyer la première pièce imprimée en 3D sur la lune. L’entreprise suisse avait développé un support de moteur en aluminium adapté au moteur principal de l’atterrisseur lunaire Beresheet, conçu par l’organisation à but non lucratif SpaceIL d’Israël. La pièce en 3D devait permettre l’atterrissage et le décollage de l’engin spatial sur la lune. Même si Beresheet 1 n’a pas réussi à se poser comme prévu, Israël visera à nouveau la lune en 2024 avec la mission Beresheet 2.

MARS

Le défi de l’habitat martien de la NASA. Image reproduite avec l’aimable autorisation de AI SpaceFactory/Plomp/NASA.

Usine spatiale AI

Le cabinet d’architecture et de conception technologique AI SpaceFactory, lauréat du 3D Printed Habitat Challenge 2019 de la NASA pour la construction réussie de l’habitat martien MARSHA, va développer un nouveau matériau qui imite le régolithe ou la terre lunaire. L’entreprise utilisera ce matériau pour imprimer en 3D une structure de test dans une chambre à vide qui simule les conditions environnementales de la Lune. Ces recherches pourraient permettre de mettre au point un système d’impression 3D capable de construire de grandes structures de surface à partir de matériaux in situ sur d’autres mondes.

Jacobs

La multinationale Jacobs se concentre sur des moyens nouveaux et innovants de créer des matériaux de construction à partir du régolithe martien et lunaire grâce à des systèmes de construction additive autonomes. La GA a la capacité unique de réduire le temps et les matériaux nécessaires à la construction des structures que les futures missions vers d’autres planètes exigeront. Le Jacobs Space Exploration Group teste les simulants de matériaux qui reflètent le régolithe trouvé sur la Lune et sur Mars, et qui pourraient servir de base à la construction de routes, de maisons et d’autres structures de la planète rouge. En raison de la rareté de l’eau sur la Lune et sur Mars, l’entreprise recherche un liant sans eau pour un processus de fabrication dans l’espace appelé construction additive.

SpaceX

Le 9 décembre 2020, le Starship numéro de série 8 a effectué un essai en vol à haute altitude, le premier à prouver qu’il est possible d’atterrir là où il n’existe pas de surfaces préparées ou de pistes, y compris sur Mars. L’entreprise affirme que son vaisseau spatial Starship est le véhicule de lancement le plus puissant au monde jamais créé. Propulsé par des moteurs Raptor dont les pièces ont été imprimées en 3D, notamment la turbopompe et de nombreux composants critiques des injecteurs, Starship devrait entrer dans l’atmosphère de la planète rouge dans trois décennies. À ce moment-là, nous pensons que l’impression 3D dans l’espace sera beaucoup plus avancée.

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