La DARPA explore les moyens de construire de grandes choses dans l’espace
L’armée américaine a attribué des contrats dans le cadre d’un nouveau programme pour répondre aux besoins de fabrication dans l’espace, dans le cadre d’un effort plus large visant à réduire les coûts des vols spatiaux.
La fabrication spatiale pourrait permettre à l’humanité de construire efficacement de grandes structures, en utilisant des matériaux lancés depuis la Terre ou récoltés sur un autre monde comme la lune ou Mars. Un tel travail pourrait éventuellement commencer sur la lune dans un avenir pas trop lointain, en particulier avec l’arrivée de missions d’atterrissage privées dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services de la NASA.
La fabrication dans l’espace en est encore à ses balbutiements et l’armée américaine veut l’aider. La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a récemment lancé des travaux avec huit équipes pour montrer des preuves de concept « pour permettre la production de futures structures spatiales en orbite sans les contraintes de volume imposées par le lancement », ont déclaré des responsables de la DARPA. (s’ouvre dans un nouvel onglet) il y a quelques semaines.
Fabriquer des trucs dans l’espace : la fabrication hors Terre ne fait que commencer
Le programme NOM4D – abréviation de « Novel Orbital Moon Manufacturing, Materials, and Mass Efficient Design » – testera la science des matériaux, les technologies de fabrication et de conception qui pourraient être utilisées un jour hors de la Terre, ont déclaré des responsables de la DARPA. (Cependant, les phases initiales financées maintenant ne se dérouleront pas dans l’espace.)
Bien que NOM4D n’envisage pas immédiatement une technologie à utiliser sur ou autour de la lune, ont déclaré des responsables de la DARPA, les structures en orbite autour de la Terre que le programme cherche à activer et à évaluer pourraient éventuellement permettre à l’armée américaine de surveiller l’espace cislunaire (Terre-Lune). L’espace cislunaire est considéré comme une zone prioritaire pour l’armée américaine, compte tenu des activités commerciales et gouvernementales croissantes dans cette zone.
Le problème avec le lancement d’objets dans l’espace, comme l’a indiqué la DARPA, est que ces objets sont limités par les dimensions et la capacité de portance de la fusée, sans parler des vibrations. C’est pourquoi les antennes, par exemple, sont souvent déployées dans l’espace ; ce sont des objets peu maniables à lancer autrement.
« Les systèmes spatiaux actuels sont tous conçus, construits et testés sur Terre avant d’être lancés sur une orbite stable et déployés dans leur configuration opérationnelle finale », a déclaré Bill Carter, responsable du programme NOM4D au bureau des sciences de la défense de la DARPA, dans le même communiqué. « Ces contraintes sont particulièrement aiguës pour les grandes structures telles que les panneaux solaires, les antennes et les systèmes optiques, où la taille est essentielle à la performance. »
La création de structures plus complexes dans l’espace nécessitera probablement de les construire sur place, un peu comme la façon dont la Station spatiale internationale a été assemblée pièce par pièce. Mais dans une plus grande mesure que la construction de l’ISS, qui impliquait des astronautes effectuant des dizaines de sorties dans l’espace avec l’aide du bras robotique Canadarm2, les futures installations de fabrication dans l’espace utiliseront probablement presque exclusivement des technologies robotiques. De plus, les futures installations seront chargées d’utiliser des matières premières plutôt que des composants préassemblés comme ceux qui composent l’ISS.
La DARPA a souligné que le programme NOM4D n’a pas l’intention de lancer des matières premières dans l’espace, de collecter des échantillons lunaires ou de construire des structures pour l’instant. Le programme permettra une « expérimentation orbitale » potentielle dans des « efforts de suivi potentiels » au cours des 10 à 20 prochaines années, a déclaré l’agence. Pour l’instant, cependant, trois phases initiales sont prévues.
« Au cours de la phase 1, les exécutants du programme sont chargés d’atteindre des objectifs d’efficacité structurelle stricts prenant en charge un générateur solaire de classe mégawatt », a déclaré la DARPA. « Dans la phase 2, les équipes sont chargées d’augmenter l’efficacité de la masse et de démontrer la fabrication de précision des réflecteurs radiofréquence. Dans la phase finale, les artistes sont chargés de démontrer la précision des réflecteurs infrarouges. »
La liste complète des matériaux et des destinataires de fabrication dans l’espace et leurs tâches, selon les termes de la DARPA, comprennent :
- HRL Laboratories, LLC, Malibu, Californie, développe de nouveaux procédés de fabrication sans matrice pour fabriquer des éléments mécaniques orbitaux et des structures collées en orbite.
- Université de Floride, Gainesville, Floride, développement de modèles prédictifs de matériaux et de processus corrélatifs pour permettre l’utilisation en orbite de la formation au laser.
- Université de l’Illinois Urbana-Champaign, Champaign, Illinois, développement d’un processus de formation de composites dans l’espace de haute précision utilisant une polymérisation frontale auto-énergisée.
- Physical Sciences, Inc., Andover, Massachusetts, développe la fabrication continue de structures mécaniques en vitrocéramique dérivées de régolithe pour une utilisation dans des applications orbitales à grande échelle.
- Teledyne Scientific Company, LLC, Thousand Oaks, Californie, construit une base de données complète des propriétés des matériaux de régolithe modifié par additif pour une utilisation dans des structures orbitales de précision à dilatation thermique contrôlée.
La liste des conceptions efficaces en masse pour les destinataires de la fabrication dans l’espace et leurs tâches, selon les termes de la DARPA, est la suivante :
- Université du Michigan, Ann Arbor, Michigan, explorant de nouvelles approches de conception pour des structures spatiales efficaces en masse, de haute précision, stables et résilientes basées sur des concepts de métamatériaux et de métaamortissement.
- Opterus Research and Development, Inc., Loveland, Colorado, développe des conceptions pour des structures à grande échelle à efficacité de masse extrême optimisées pour la résilience et la mobilité.
- California Institute of Technology, Pasadena, Californie, concevant de nouvelles architectures hybrides de tension et de flexion et des composants structurels avec une réponse mécanique hautement anisotrope.
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