Les structures spatiales légères telles que les cubesats, les panneaux solaires déployables, les réseaux d'antennes et les télescopes spatiaux s'appuient sur des conceptions compactes et efficaces pour minimiser les coûts de lancement et maximiser la fonctionnalité. De nouvelles recherches de l'Université de l'Illinois apportent des progrès significatifs pour ces applications en intégrant des composants électroniques flexibles dans des flèches auto-déployables.
Les chercheurs ont créé une perche auto-déployable de 20 grammes avec une électronique flexible intégrée pour une utilisation dans les CubeSats. La flèche est fabriquée à partir d'un mince composite de fibre de carbone et est équipée de capteurs et de LED pour résister aux conditions spatiales difficiles et faciliter la surveillance et la visualisation du déploiement.
Une conception légère est essentielle pour les structures spatiales, en particulier pour les outils destinés aux satellites compacts et légers. La polyvalence est un avantage supplémentaire. Pour répondre à ces exigences d'une manière nouvelle, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont réussi à combiner une électronique flexible avec une perche auto-déployable à trois couches qui ne pèse que 20 grammes.
"Il est difficile d'intégrer l'électronique commerciale dans ces structures ultra-minces, et l'idée de ce travail a commencé lors d'une réunion il y a deux ans", a déclaré Xin Ning, professeur d'aérospatiale et d'aérospatiale à la Grainger School of Engineering de l'Université de l'Illinois.
Il a présenté son expertise unique dans la fabrication de structures spatiales multifonctionnelles intégrant une électronique légère et flexible.
"Cela a attiré l'attention de Juan Fernandez du centre de recherche Langley de la NASA. Il construisait une structure de flèche pour un projet CubeSat à Virginia Tech et a vu une opportunité de collaborer et d'ajouter un dispositif multifonctionnel à la structure plutôt qu'une simple structure", a déclaré Ning.
En fin de compte, la perche utilisée pour loger l’électronique a été fabriquée au centre de recherche de la NASA à Langley. Il s'agit d'un composite à trois couches de fibre de carbone et de résine époxy conçu pour être très fin, à peu près aussi épais qu'une feuille de papier. Il peut être enroulé comme un ruban à mesurer, stockant de l'énergie dans la bobine jusqu'à ce qu'elle se déroule dans l'espace.
"Virginia Tech a des exigences spécifiques envers nous, dont certaines nous posent des défis", a déclaré Ning. "L'un était la longueur. Ils voulaient intégrer des lignes électriques et de données de plus d'un mètre de long dans un matériau composite aussi fin que du papier. Nous avons essayé différents matériaux et techniques. En fin de compte, nous avons utilisé des fils fins disponibles dans le commerce recouverts d'isolant, et cela a fonctionné. Je pense que nous y avons trop réfléchi au début. Nous avions essayé des méthodes plus difficiles et plus compliquées, mais elles ont toutes échoué. C'était une solution simple et fiable, utilisant des fils disponibles dans le commerce. "
Un autre élément clé est un patch électronique léger et flexible doté d'un capteur de mouvement, d'un capteur de température et d'une diode électroluminescente bleue, tous montés sur le dessus de la flèche. Ning explique que les composants électroniques doivent être capables de résister aux dures conditions de vide thermique de l'espace tout en restant suffisamment flexibles pour résister au déploiement soudain d'une flèche enroulée. Des capteurs de mouvement surveillent le déploiement et les vibrations de la perche, et des diodes électroluminescentes bleues aident les caméras CubeSat à voir les structures dans l'espace après le déploiement.
L'équipe de Ning a mené des expériences et des simulations complètes au sol pour explorer les propriétés mécaniques de la flèche bistable dotée d'une électronique flexible, ainsi que son déploiement et son comportement vibratoire. Ces études fondamentales peuvent fournir des informations précieuses sur la conception de futures structures spatiales multifonctionnelles. "Nous travaillons également à rendre les composants électroniques flexibles plus durables dans l'espace afin de les protéger et de leur permettre de fonctionner plus longtemps dans l'environnement spatial."
Le CubeSat à trois unités de Virginia Tech, équipé d'une flèche polyvalente, devrait être lancé en 2025.
Compilé à partir de /ScitechDaily