Les voyages spatiaux commerciaux deviennent une réalité grâce à des composants de fusée imprimés en 3D plus abordables.

Les voyages spatiaux commerciaux ne sont plus l’apanage de la science-fiction, mais cela ne veut pas dire qu’ils sont bon marché. Le lancement spatial moyen de la NASA coûte 81 millions de dollars par siège – soit 450 millions de dollars au total – pour envoyer des astronautes sur la Station spatiale internationale (ISS). Il est primordial de rendre les voyages spatiaux évolutifs en réduisant les coûts. Une solution potentielle à ce problème est une autre technologie de science-fiction : l’impression 3D.

Imprimantes 3D et fusées : Synergie dans l’espace

Les navettes spatiales sont compliquées à construire. Par exemple, la fabrication d’un injecteur coaxial cisaillé – une pièce de fusée qui injecte des jets de carburant dans la chambre de poussée d’un moteur – peut prendre deux ans.

Au lieu de cela, les imprimantes 3D peuvent créer des copies réelles de modèles 3D en utilisant plusieurs couches de matériau pour les créer, ce qui réduit les sommes d’argent et le temps consacrés à la création de composants de vaisseaux spatiaux.

Les premiers composants de fusée imprimés en 3D ont été utilisés en 2014 par SpaceX. L’entreprise a créé plusieurs composants 3D pour le moteur du propulseur SuperDraco et dans le lancement de la fusée Falcon 9 afin de réduire les coûts de lancement.

La même année, la NASA a utilisé une imprimante 3D pour créer les premiers objets dans l’espace, notamment une clé à molette imprimée en 3D. La NASA a mené des essais sur l’efficacité des imprimantes 3D dans l’espace et a constaté que la microgravité n’avait pas d’impact significatif sur les pièces, ouvrant la voie à une utilisation plus large.

Les imprimantes 3D continuent de prendre de l’importance. En 2017, le premier satellite imprimé en 3D, appelé TuPOD, a été lancé depuis la station spatiale internationale. Le TuPOD – créé dans le cadre d’un partenariat entre CRP USA, Teton Aerospace, l’université d’État de Morehead et la JAXA – était un véhicule de déploiement pour plusieurs satellites plus petits.

En 2021, les premiers composants imprimés en 3D ont atterri sur un monde étranger : le Mars Perseverance Rover contenait 11 composants métalliques imprimés en 3D, dont des échangeurs de chaleur fabriqués à partir d’un alliage de nickel.

Les leçons des programmes spatiaux commerciaux

Les entreprises comme SpaceX, désireuses de devancer leurs concurrents, devront trouver des moyens innovants pour faire baisser le prix global des voyages dans l’espace. L’impression 3D offre un moyen facile de réduire les coûts de fabrication des composants d’engins spatiaux avec des coûts d’ingénierie minimaux.

Le moteur Agnilet

En février 2021, la start-up indienne Agnikul Cosmos est devenue la première entreprise à tester avec succès un moteur de fusée imprimé en 3D appelé Agnilet. Il ne faut que quatre jours pour construire le moteur et il peut transporter 100 KG de fournitures en orbite terrestre basse.

Terran 1

Une entreprise américaine, Relativity Space, développe un véhicule de lancement conçu pour le déploiement et le réapprovisionnement de satellites. La construction du système prend moins de 60 jours et n’utilise que 730 composants individuels, alors que les fusées traditionnelles nécessitent plus de 60 000 composants pour fonctionner.

Ces exemples sont importants pour deux raisons :

1.           L’impression 3D permet aux entreprises d’être plus flexibles quant au moment et à la manière de lancer leurs fusées puisque le délai de production est plus court.

2.           Il y a beaucoup moins de choses qui peuvent mal tourner, ce qui rend les tests des fusées beaucoup plus faciles que par le passé.

Les composants imprimés en 3D ne sont qu’un début

Si les composants de fusée imprimés en 3D sont passionnants, ils constituent probablement l’utilisation la moins importante de l’impression 3D dans l’espace. L’équipement et les pièces de rechange constituent l’un des plus grands défis des missions spatiales à longue distance. La NASA et d’autres agences spatiales tentent déjà de résoudre ces problèmes en prévision d’un éventuel voyage habité vers Mars.

Réapprovisionnement en pièces détachées

L’ISS, qui vole depuis plus de 20 ans, n’a jamais passé plus de 120 jours sans être réapprovisionnée. Le voyage vers Mars prend environ 7 mois. Sur l’ISS, il est normal que les astronautes remplacent les équipements plutôt que de tenter de réparer un composant individuel endommagé.

Équipement sur mesure ou caches

Outre le transport de pièces de rechange, une mission sur Mars a également besoin d’équipements au sol, mais il n’est pas viable de tout transporter. Une solution à haut risque consiste à s’arrimer à des caches d’approvisionnement transportées par avion à l’avance. Mais si un problème survient avec ces caches, l’équipe risque de ne pas pouvoir revenir sur Terre.

L’impression 3D offre une solution potentielle pour les pièces et les équipements. Au lieu de transporter des équipements assemblés – dont certains ne seront peut-être jamais utilisés – les astronautes pourraient créer des équipements sur place. Il suffirait d’apporter la matière première nécessaire.

L’ISS utilise déjà l’impression 3D

Les astronautes de l’ISS sont déjà en mesure de créer des composants imprimés en 3D jusqu’à 6 pouces de côté avec l’installation de fabrication additive.

De plus, l’unité ReFabricator, envoyée à l’ISS en 2019, permet aux astronautes de réutiliser des pièces endommagées en les introduisant dans l’appareil pour créer de la matière première pour une future impression. Une future équipe de mission sur Mars pourrait utiliser le même procédé pour recycler les composants endommagés en de nouveaux composants.

Rendre les voyages spatiaux plus viables

La science ne fonctionne pas dans le vide et l’impression 3D ouvre des perspectives importantes pour les voyages spatiaux. En construisant des fusées plus abordables. Par exemple, il deviendra plus facile de déployer des satellites et de mener des missions en orbite terrestre basse.

Toutefois, le plus grand avantage sera la possibilité de créer des pièces de rechange et des composants essentiels à la mission à la volée, sans les transporter sur le vaisseau.

En réduisant la quantité de planification nécessaire pour sécuriser une mission, les astronautes pourront mieux réagir aux défis et améliorer les résultats de la mission à long terme.

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