Explorer l’espace, c’est défier la poussière

Pour l’ESA, la contamination par la poussière est un problème urgent pour les missions à venir telles que la passerelle lunaire internationale, une station prévue en orbite lunaire comprenant des modules européens, qui servira de camp de base pour les séjours à la surface de la Lune et l’Argonaut European Large Logistics Lander, EL3 , destiné à transporter des marchandises pour les colons lunaires, qui resteraient sur la Lune pendant de longues périodes.

L’ESA est également responsable du bras robotique de transfert d’échantillons de la campagne internationale Mars Sample Return avec le rôle crucial de prélever des échantillons sur des rovers martiens pour les placer sur une fusée d’ascension pour le retour sur Terre. La poussière pourrait potentiellement interférer avec les mécanismes des bras de 2,5 m de long.

Les ingénieurs des matériaux de l’Agence ont rencontré leurs homologues internationaux lors de la récente conférence ISMSE-13/ICPMSE-15 sur les matériaux dans l’environnement spatial à Leiden aux Pays-Bas, le contrôle de la poussière étant l’un des principaux thèmes en discussion.

Ils ont présenté des recherches, notamment une installation dédiée à la simulation de la poussière planétaire qui prend actuellement forme au centre technologique ESTEC de l’ESA aux Pays-Bas, qui sera utilisée pour étudier les effets de charge et les déplacements thermiques et optiques induits par la poussière dans les surfaces. Ils ont également évalué les effets de la poussière sur les textiles des combinaisons spatiales et, la poussière de lune réelle valant plus que son poids en or, ils évaluent les simulants lunaires les plus appropriés à des fins de test.

De la poussière à la poussière sur la Lune et au-delà

James Gaier, scientifique à la retraite de la NASA qui a travaillé sur le programme Apollo, a présidé une table ronde dédiée lors de la conférence. Il a noté que la poussière lunaire est présente sur toute la Lune, créée par le bombardement régulier de micrométéorites pulvérisant la surface rocheuse en fines particules. Contrairement à la poussière terrestre, elle n’a jamais été altérée par l’eau ou le vent, de sorte que même les particules microscopiques conservent toujours des bords d’une netteté remarquable. Et l’énergie non filtrée du soleil lunaire peut conférer à la poussière une forte adhérence statique.

En regardant plus loin, il en va de même pour la surface martienne avec du vent pour la déplacer autour de la planète ainsi que des lunes rocheuses dépourvues d’atmosphères et de nombreux astéroïdes.

Les astronautes d’Apollo qui ont rencontré de première main la poussière lunaire lors des atterrissages d’Apollo de quelques jours à la surface de la Lune ont souligné le défi qu’elle présente pour des séjours de plus longue durée dans leurs débriefings de mission.

Le commandant d’Apollo 12, Pete Conrad, a noté: Je pense que l’une des facettes les plus aggravantes et les plus restrictives de l’exploration de la surface lunaire est la poussière et son adhérence à tout, quel que soit le type de matériau, que ce soit la peau, le matériau de la combinaison, le métal, peu importe quoi qu’il soit et son action restrictive de type friction sur tout ce qu’il reçoit. Il a ajouté que même les couches extérieures des combinaisons spatiales commençaient à être portées.

Le commandant d’Apollo 17, Gene Cernan, était d’accord : Je pense que la poussière est probablement l’un de nos plus grands inhibiteurs à une opération nominale sur la Lune. Je pense que nous pouvons surmonter d’autres problèmes physiologiques ou physiques ou mécaniques, sauf la poussière.

Plus récemment, le rover chinois Yutu-1 aurait été immobilisé lors de son deuxième jour sur la Lune par de la poussière lunaire obstruant ses pièces mobiles.

Atterrissages lunaires poussiéreux

Qualifiant la contamination par la poussière lunaire d’affaire inachevée d’Apollo, Carlos Soares de l’équipe d’ingénierie de contrôle de la contamination du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA a expliqué que le problème commence lors de l’atterrissage en fonction de la taille de l’atterrisseur impliqué, ses propulseurs de fusée pourraient déloger des tonnes de régolithe lunaire. lors du toucher des roues, qui pourrait alors se loger sur les surfaces de l’atterrisseur et couvrir toute la zone d’atterrissage.

JPL a donc développé un cadre complexe basé sur la modélisation pour simuler les événements d’atterrissage lunaire, en commençant par recréer les atterrissages d’Apollo, pour aider à permettre les évaluations de la dégradation. Pour aider à valider ces simulations, des essais de panache de propulseur ont été effectués à l’aide de l’installation d’essai de panache à vide poussé STG-CT des centres aérospatiaux allemands. Le cadre a également été appliqué à d’autres scénarios d’atterrissage planétaire, y compris un atterrissage sur Europe, la lune incrustée de glace de Jupiter.

Une équipe dirigée par le Centre national de recherche aérospatiale (CIRA) d’Italie a également présenté ses travaux sur le développement d’un polymère anti-poussière spécialement conçu, avec des propriétés de surface modifiées pour former des surfaces antiadhésives.

Nouveaux environnements et problèmes spatiaux

Co-organisé avec l’agence spatiale française CNES, le laboratoire aérospatial français Onera et le Laboratoire d’essais d’intégrité Canada, ISMSE-13/ICPMSE-15 du 18 au 23 septembre a marqué la première fois que la communauté internationale de l’ingénierie des matériaux spatiaux se réunissait en personne depuis quatre ans , rejoints par des participants de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale JAXA et de l’Administration nationale de l’espace de Chine (CNSA) ainsi que des agences spatiales nationales.

Adrian Tighe, ingénieur en matériaux et co-organisateur de l’ESA, explique : Sous une forme ou une autre, cet événement se déroule depuis quatre décennies maintenant, où nous nous réunissons pour discuter de nombreux problèmes auxquels le secteur spatial est actuellement confronté en termes d’environnement spatial et son effet sur les matériaux.

Ainsi, en plus du sujet de la poussière, nous avons vu par exemple un accent sur les problèmes liés aux satellites volant très près de la Terre à des altitudes dites en orbite terrestre très basse où l’oxygène atomique hautement érosif rencontré au sommet de l’atmosphère pourrait être un problème pour constellations planifiées ainsi que le défi de simuler les dommages causés par les débris orbitaux au niveau des matériaux, ce qui s’avère un facteur de plus en plus important dans les orbites à fort trafic.

Ensuite, il y a la tendance croissante autour de la commercialisation, y compris le souhait d’utiliser davantage de pièces commerciales prêtes à l’emploi pour des missions spatiales moins chères et plus rapides, à la place des composants et matériaux traditionnels qualifiés pour l’espace, mais nécessitant un équilibre en termes de performances, de tolérance aux radiations, etc. sur. Viennent ensuite des discussions sur de toutes nouvelles méthodologies de fabrication et de test basées sur des concepts tels que la numérisation et la modélisation, l’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique, ouvrant de nombreuses possibilités inédites !

ISMSE-13/ICPMSE-15 a été hébergé au Leidens Naturalis Biodiversity Centre, rendant possible une discussion fascinante sur le processus de préservation des os de dinosaures avant qu’ils ne soient exposés, et donnant un contexte à une discussion sur la biomimétique pour l’espace imitant les systèmes naturels et les durées de vie des fins d’ingénierie.