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Privateer Space de Wozniak dévoile un satellite imprimé en 3D pour surveiller les débris spatiaux

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Lorsque l’on a appris que Desktop Metal avait mis au point du titane pour son système Studio 2, une information peu explorée par les autres sites médiatiques concernait l’un des premiers clients de ce matériau. L’annonce de Desktop Metal était, en fait, une sortie de la clandestinité pour une nouvelle startup appelée Privateer Space, créée en partie par Steve Wozniak, cofondateur d’Apple. 3DPrint.com a appris que l’entreprise prévoyait d’utiliser le matériau pour imprimer en 3D le châssis d’un satellite dont le lancement est prévu en 2022. Pour en savoir plus, nous avons parlé à Alex Fielding, cofondateur et PDG de Privateer Space.

M. Fielding a passé les sept dernières années à la tête d’une société appelée Ripcord, qui construit des robots guidés par la vision pour numériser des documents papier, une technologie qui s’inscrit dans le cadre de sa prochaine mission avec Privateer Space : le ramassage des déchets spatiaux.

« Ripcord est sur le point d’être rendu public, ce qui m’a donné l’occasion parfaite d’explorer d’autres domaines. Le problème particulier sur lequel nous nous concentrons traverse le gouffre entre la connaissance de la situation spatiale en temps réel et le nettoyage des débris spatiaux », a déclaré M. Fielding.

À l’heure actuelle, le PDG a souligné qu’environ 21 000 objets sont suivis dans l’espace, dont environ 3 500 sont des déchets. Environ la moitié des 6 000 vieux satellites en orbite autour de la Terre sont morts, ce qui constitue la part du lion du problème des débris spatiaux. Les 500 autres débris sont des morceaux de plus de 10 centimètres. Et cela ne comprend pas les éléments de moins de 10 centimètres qui sont pratiquement impossibles à voir avec un radar au sol, la principale méthode de suivi des objets spatiaux. Parmi ceux-ci, il y a probablement un demi-million de pièces ou plus – pensez aux éclats de peinture, aux écrous, aux boulons et aux vis.

3 500 morceaux de ferraille ne semblent pas être un grand nombre, comparé à la quantité de déchets générés sur Terre et compte tenu des immenses étendues d’espace dans lesquelles ces débris flottent. Pourtant, ces déchets filent à 18 000 miles à l’heure, passant devant des satellites en activité et arrachant même le bras de la Station spatiale internationale. Ce problème ne peut que s’aggraver, certaines orbites étant de plus en plus encombrées, car des entreprises comme Starlink et OneWeb visent à lancer plus de 90 000 satellites dans les cinq prochaines années. La première a déjà 1 600 satellites en orbite, et un plan de lancement récemment approuvé prévoit de porter ce chiffre à 42 000 dans les deux prochaines années.

Steve Wozniak

Le fondateur de Privateer Space, Steve Wozniak, sur la scène du Melbourne Convention and Exhibition Centre, en Australie. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Nichollas Harrison.

Bien que le problème se soit aggravé au fil des ans, l’intérêt de M. Fielding pour les débris spatiaux a commencé il y a 20 ans, lorsqu’il a fondé avec Steve Wozniak la société de balisage GPS Wheels of Zeus.

« Même il y a 20 ans, lorsque nous avions environ 2 000 choses dans l’espace, la moitié d’entre elles étaient des déchets. Donc, nous continuons à aller au pique-nique et à jeter nos déchets hors d’un vaisseau spatial et à ne jamais les ramasser. Et cela devient maintenant assez dangereux. Nous avons vu beaucoup d’accidents évités de justesse au cours des deux derniers mois. Nous avons également eu quelques collisions au cours des deux derniers mois », a déclaré M. Fielding.

Mais le nettoyage n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît. Il faut non seulement aller à la rencontre des débris et les attraper, mais aussi être capable de voir l’objet avec une résolution suffisante pour s’y connecter. Ainsi, Privateer Space met en place, étape par étape, l’infrastructure nécessaire pour résoudre le problème des débris spatiaux, en commençant par la connaissance de la situation spatiale.

Le premier produit que Privateer Space lance actuellement est un satellite doté d’un pack de capteurs à 360° comprenant des capteurs et des optiques avancés qui offrent une approche totalement différente de la surveillance de l’espace en temps réel. La fabrication additive (MA) est un élément clé de la vision de la startup, car elle permet de libérer de l’espace et du poids dans la conception des satellites.

« La conception inefficace du châssis fait perdre beaucoup de fonctionnalités aux satellites, qu’il s’agisse de petits cubes ou de gros satellites de plusieurs centaines de kilos construits sur mesure. Si votre châssis est trop lourd, vous renoncez à ce poids pour quelque chose que vous auriez pu utiliser, comme la propulsion, les batteries ou de meilleurs capteurs. Et personne ne veut faire cela, mais il y a certaines sciences, surtout dans le monde des petits satellites, où vos dimensions sont fixes. »

Avec l’impression 3D, il est possible d’optimiser les conceptions afin de n’utiliser le matériau que là où il est nécessaire. Le choix du matériau permet d’améliorer encore les choses, et la raison pour laquelle le titane est le métal préféré de l’aérospatiale est son rapport résistance/poids élevé. Grâce à la nature abordable et facile à utiliser du système Studio de Desktop Metal, Privateer Space disposait de tout ce qui était nécessaire pour imprimer en 3D des châssis en titane.

La startup spatiale a imprimé en 3D un corps de satellite de 30 cm sur 10 cm sur 10 cm (un cubesat de trois unités) fabriqué en Ti64. Avec ce matériau, le système pèse 40 % de moins qu’un homologue en acier inoxydable tout en affichant plus de rigidité dans le même volume total. Cela signifie plus de poids pour les capteurs, les systèmes, les batteries et la propulsion. Le titane est également nécessaire pour l’atmosphère corrosive de l’espace. La seule autre option de l’entreprise aurait été l’Inconel, mais cet alliage de nickel est beaucoup plus lourd que le titane. En outre, la rigidité de cette conception imprimée en 3D est essentielle pour effectuer des mesures précises dans l’espace.

« Je ne pense pas qu’il soit possible de le faire sans adopter cette approche, principalement parce que les capteurs sont si délicats. Les mesures sont si précises que l’on peut tenir compte de certains types de rotation de l’objet, mais on ne peut pas aussi facilement tenir compte des contraintes exercées sur le châssis. Ainsi, lorsque cet objet tourne dans l’espace, c’est presque comme une caméra à 360°. Vous avez des optiques et des capteurs sur les six plans. Votre défi consiste à réduire les vibrations et tout type d’oscillation dans la conception pour obtenir une stabilité telle que vous puissiez obtenir des mesures très précises. Il n’y aurait aucun moyen de le faire si nous l’avions imprimé en plastique ou même en aluminium. Nous pensons que le titane change la donne. »

Le châssis est imprimé en 3D en une seule pièce, avec des structures en treillis sophistiquées pour réduire le poids. Des points de fixation sont intégrés à la conception imprimée, ce qui permet de fixer plus rapidement et plus facilement les composants non imprimés.

Tout en poursuivant les tests de référence sur le châssis, Privateer va également tester l’utilisation du système Fiber de Desktop Metal pour les pièces renforcées en fibre de carbone. M. Fielding espère qu’en imprimant en 3D de petits composants tels que les connecteurs et les supports, le poids pourra être encore réduit. En outre, cela permettra de savoir quelle quantité de matériau est nécessaire pour supporter des batteries ou du gaz comprimé.

« Lorsque nous avons ajouté le poids des points de soudure, des connecteurs, des trous pour ces connecteurs et de la taille des connecteurs, nous avons constaté la différence entre l’impression en acier inoxydable et l’impression en titane. Les connecteurs et ce type de pièces représentent 30 à 40 % du poids d’un très petit objet. Je pense qu’il sera intéressant de voir si le monde de la fabrication additive peut présenter un front suffisamment fort dans le domaine de l’aérospatiale ou, plus précisément, de l’espace pour pouvoir convaincre certains des organismes qui tentent de créer des normes ouvertes pour l’espace que nous devrions inclure l’impression 3D dans ces normes. »

Global traffic of spacecraft in space

Surveillance du trafic mondial dans l’espace. Image reproduite avec l’aimable autorisation d’AstriaGraph.

Pour commencer à nettoyer les déchets spatiaux, l’entreprise se concentre sur la surveillance réelle de l’espace depuis l’espace, ce qui lui donnera une avance considérable sur ce qui peut être vu à quelle résolution. Les gouvernements et les entreprises s’abonneront probablement pour avoir accès aux données des satellites de Privateer qui surveillent l’espace.

« Lorsque vous mesurez des objets qui sont très proches de la terre et qui se déplacent très, très rapidement au-dessus de votre tête, ils peuvent passer au-dessus de votre tête toutes les deux heures. Et si vous êtes décalé de 300 ou 400 kilomètres et que l’objet se déplace aussi rapidement au-dessus de votre tête, vous ne saurez pas qu’il a touché votre antenne avant qu’il n’ait quitté votre champ de vision et qu’il soit trop tard », a déclaré M. Fielding. « Nous serons la première entreprise à voir réellement l’espace depuis l’espace ».

Il sera ainsi possible de financer les prochaines étapes du voyage : des systèmes permettant de rencontrer des débris spatiaux, de les saisir et de les déplacer vers un couloir de débris inutilisé dans l’espace ou de les désorbiter pour les ramener vers la Terre. M. Fielding envisage d’autres possibilités, comme la réparation ou le ravitaillement de certains satellites inutilisés pour leur donner une seconde vie. Tout ceci n’est que le début d’une véritable infrastructure dans l’espace qui comprend des organes tels que les poubelles spatiales et les dépanneuses.

« Vous savez, il n’y a pas de code de la route dans l’espace. Vous avez donc cette sorte de monde maritime au-dessus de nos têtes », a déclaré M. Fielding. « Aujourd’hui, les coûts de lancement sont tellement réduits qu’il est devenu très abordable de mettre en place un grand nombre d’objets. Maintenant que c’est abordable, les gens vont commencer à mettre des choses dans l’espace juste pour voir s’ils peuvent le faire. Donc, maintenant nous avons besoin d’une société de dépannage. Nous avons besoin d’une compagnie d’assurance. On a besoin d’une compagnie de stations-service pour faire le plein. Nous avons besoin de magasins de proximité d’une manière étrange dans l’espace. Il y a toute une industrie des services spatiaux qui évolue et qui ressemble un peu à l’évolution de l’industrie maritime lorsque nous avons commencé à devenir un peuple de marins. »

Lorsqu’il s’agit d’intercepter les débris spatiaux, il ne s’agit pas seulement d’éviter d’endommager des équipements coûteux et utiles, mais aussi d’éviter une troisième guerre mondiale. Par exemple, si un objet provenant d’un vaisseau spatial d’une nation se dirige vers celui d’une autre nation, la diplomatie pourrait être en jeu, les États se disputant pour savoir si un tel mouvement était intentionnel ou non. Ainsi, plutôt que de déclencher un incident international, une société comme Privateer pourrait être appelée à intervenir pour arrêter une collision.

Bien sûr, avant de pouvoir concrétiser cette vision, Privateer doit accomplir sa première étape. Elle lancera son premier satellite en février 2022 avec un partenaire de lancement encore non annoncé. Ensuite, depuis sa base de Maui, à Hawaï, où la pollution est si faible que les étoiles ne scintillent même pas, la startup surveillera l’espace depuis l’espace pour prévenir le prochain grand accident en orbite.

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