L’innovation technologique se développe à un rythme effréné, offrant des solutions nouvelles aux défis de la communication spatiale. Comment la NASA parvient-elle à réduire les coûts tout en améliorant ses capacités de transmission de données scientifiques ? La réponse réside peut-être dans l’utilisation d’une technologie de fabrication additive.
À l’automne 2024, la NASA a développé et testé une antenne imprimée en 3D pour démontrer une capacité de communication des données scientifiques vers la Terre à faible coût. Cette antenne, testée en vol à l’aide d’un ballon météorologique, pourrait permettre l’utilisation de l’impression 3D comme solution de développement économique pour le nombre croissant de missions scientifiques et d’exploration.
Pour cette démonstration technologique, des ingénieurs du « Near Space Network » de la NASA ont conçu et construit une antenne imprimée en 3D, l’ont testée avec les satellites relais du réseau, puis l’ont fait voler sur un ballon météorologique. Le processus d’impression 3D, également connu sous le nom de fabrication additive, produit un objet physique à partir d’un modèle numérique en ajoutant plusieurs couches de matériau les unes sur les autres, généralement sous forme liquide, poudreuse ou filamentaire. L’antenne imprimée en 3D utilise principalement un matériau polymère rempli de céramique, à faible résistance électrique et ajustable.
En utilisant une imprimante fournie par Fortify, l’équipe a eu un contrôle total sur plusieurs propriétés électromagnétiques et mécaniques que les processus d’impression 3D standard ne permettent pas. Une fois l’imprimante acquise par la NASA, cette technologie a permis à l’équipe de concevoir et d’imprimer une antenne pour le ballon en quelques heures. Les équipes ont imprimé la partie conductrice de l’antenne avec l’un des plusieurs imprimantes d’encre conductrice utilisées durant l’expérimentation.
Pour cette démonstration, l’équipe du réseau a conçu et construit une antenne dipolaire magnéto-électrique imprimée en 3D et l’a fait voler sur un ballon météorologique. Une antenne dipolaire est couramment utilisée en radio et télécommunications. Elle possède deux «pôles», créant un motif de rayonnement similaire à la forme d’un donut.
Des tests rigoureux
L’antenne, fruit d’une collaboration entre ingénieurs du Programme de Ballons Scientifiques de la NASA et le programme de Communications et Navigation Spatiales (SCaN) de l’agence, a été créée pour mettre en avant les capacités de conception et de fabrication à faible coût.
Après sa fabrication, l’antenne a été assemblée et testée au Centre de Vol Spatial Goddard de la NASA à Greenbelt, Maryland, dans la chambre anéchoïque électromagnétique du centre. Cette chambre est la pièce la plus silencieuse de Goddard – un espace blindé conçu et construit pour résister aux ondes électromagnétiques intrusives et supprimer leur émission vers l’extérieur. Elle élimine les échos et les réflexions des ondes électromagnétiques pour simuler la relative «silence» de l’espace.
Pour préparer les tests, l’internaute de la NASA, Alex Moricette, a installé l’antenne sur le mât de la chambre anéchoïque. L’équipe de développement de l’antenne a utilisé la chambre pour tester ses performances dans un environnement similaire à l’espace et s’assurer qu’elle fonctionnait comme prévu.
L’équipe a coordonné des liaisons avec la flotte de relais du Near Space Network pour tester la capacité de l’antenne imprimée en 3D à envoyer et recevoir des données. La performance a été surveillée en envoyant des signaux vers et depuis l’antenne imprimée en 3D et le système de communication prévu du ballon, une antenne satellite standard. Les deux antennes ont été testées sous divers angles et élévations. En comparant l’antenne imprimée en 3D avec l’antenne standard, ils ont établi un point de référence pour des performances optimales.
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En Vol
Durant le vol, le ballon météorologique et l’antenne imprimée en 3D qu’il portait ont été testés pour leur survie dans l’environnement à 100 000 pieds et ont été récupérés sans dommage.
Depuis des décennies, le Programme de Ballons Scientifiques de la NASA, géré par le Centre de Vol Wallops en Virginie, utilise des ballons pour transporter des charges utiles scientifiques dans l’atmosphère. Les ballons météorologiques transportent des instruments qui mesurent la pression atmosphérique, la température, l’humidité, la vitesse et la direction du vent. Les informations recueillies sont transmises à une station au sol pour l’utilisation de la mission.
La démonstration a révélé les résultats attendus par l’équipe : avec les capacités de prototypage rapide et de production de l’impression 3D, la NASA peut créer des antennes de communication à haute performance adaptées aux spécifications de mission plus rapidement que jamais.
L’implémentation de ces avancées technologiques modernes est essentielle pour la NASA, non seulement pour réduire les coûts des plateformes existantes mais aussi pour permettre des missions futures.
Le Near Space Network est financé par le bureau du programme SCaN de la NASA à Washington et opéré depuis le Centre de Vol Spatial Goddard à Greenbelt, Maryland.
Légende illustration : Des essais sur le terrain ont été réalisés au Columbia Scientific Balloon Facility de la NASA en Palestine, au Texas, avant le décollage. Pour ce faire, l’antenne imprimée en 3D a été montée sur une échelle. NASA/Peter Moschetti
Source : NASA
