Contacter l'ESA? Projet étudiant de diplôme

[Marsat]

Bonjour

Je suis Vincent Marsat, je suis architecte de formation, et ai beaucoup travaillé en Corée du sud sur la technologie appliquée à l'architecture ou j'ai pus me former à arduino. J'ai appris notamment le C++ et Processing.
Aujourd'hui, je suis en Master à l'école Nationale Supérieure de Création Industrielle, Master spécialisé dans les technologies. Connaissant mes capacités, je sais que ce que je vais demander est dingue, mais faisable au stade du prototype.

Je souhaiterais tenter de faire un satellite créant... des satellites. Un peut comme une ruche qui utiliserait la base d'un satellite de type arduSat pour le coupler à d'autres modules afin de créer une myriade de satellites possédant différentes qualités. Au lieu de n'en lancer un, il serait possible d'envoyer des modules à cette ruche pour qu'elle les assemblent à la demande.

Ceci était l'hypothèse, dans la pratique, je vais surtout faire la partie centrale: "l'usine" qui va produire grâce à des bras 6axes pour attraper les éléments et les plugger, des tête d'impressions 3D pour réaliser de petites modifications et circuits (fils conductibles), le tout pouvant être alimenté par 12V maximum, un panneau solaire de base (je veux pas non plus détruire mes économies même si j'ai du budget) pour prouver la viabilité de l'hypothèse, certes, surement à échelle réduite.

Il va aussi falloir créer des éléments pluggables, et bien des détails, heureusement j'adore me prendre la tête!

MAIS je devrais tout de même me rapprocher du réel, à savoir structure et autre. J'ai contacté l'ESA pour en vérifié la viabilité via mail (et j'avais oublié que c'était ferier...), mais je souhaite vous faire part de celui-ci afin de voir vos critiques et conseils. Pensez vous que cela est réalisable? Je n'ai pas peur de la difficulté, mais avant de proposer un tel projet... Je veux vérifier que je ne dis pas de bêtises. Et si vous savez comment contacter des personnes susceptible de m'aider dans cette démarche?

En vous remerciant.

Vincent
-----

[saint.112]

Bonjour et bienvenue au club !

Ce qui n'est pas clair dans ton topo c'est l'intérêt de construire des satellites en orbite. Il faudra de toutes façons envoyer les composants, donc au point de vue masse à satelliser il n'y a aucun bénéfice. Qu'est-ce que ça apporte de faire ça en orbite par rapport à la fabrication sur terre ?

Quand tu réfléchis aux questions spatiales il ne faut jamais perdre de vue que pour mettre un kilo de charge utile en orbite basse (~400 km) la quantité d'ergol nécessaire est d'un ordre de grandeur supérieure (soit 10+ kg) et qu'il faut une fusée autour qui vaut la peau du dos.
C'est donc peut-être très joli de faire du LEGO en orbite mais s'il faut envoyer la moindre machine tu plombes ton bilan.

Le cout exorbitant de la mise en orbite est un des soucis majeurs des opérateurs. Depuis le temps que les équipes d'ingénieurs planchent sur la question tu te doutes bien qu'ils ont réfléchi à toutes les solutions possibles et imaginables… en fonction des contraintes.

Nico

[Marsat]

Bonjour et merci de votre accueil.

Effectivement, vous avez raison, l'intéret d'un tel projet serait d'envoyer non pas un satellite fini mais des composants et ce, compressés donc d'un certain point de vus, plus de composant en un seul voyage pourrait éviter l'utilisation de plusieurs fusée.

Ensuite vient un autre sujet: ces composants sont pluggés, donc il serait possible de faire revenir le satellite pour déplugger ces composant et en réutiliser sa base pour faire d'autre, une sorte de recyclage. notons que certains satelittes pourraient être aussi réutilisé, mais je m'égare et cela serait trop complexe pour moi de développer cela en huit mois.

En conclusion, la masse sera toujours un problème, mais le cout d'envois en sera réduit car cela ne nécessite alors qu'un envoie pour bien des satellites, au lieu que un envoie par satellites (vulgairement dit bien entendu).

J'espère que cela éclaire un peut plus ce projet?

[saint.112]

Bonjour et merci de votre accueil.

Comme tu l'as sans doute compris, ce forum a justement pour objectif de progresser et pour ceux qui ont les réponses d'aider les autres.

Effectivement, vous avez raison, l'intéret d'un tel projet serait d'envoyer non pas un satellite fini mais des composants et ce, compressés donc d'un certain point de vus, plus de composant en un seul voyage pourrait éviter l'utilisation de plusieurs fusée.

Sauf que le vrai problème ce n'est pas le volume mais la masse. Que ce soit Ariane ou autrefois la Navette, il n'y a jamais de problème pour caser les satellites dans la coiffe ou dans la soute. Un satellite c'est compact et les éléments comme les panneaux solaires se déploient une fois en orbite.
Le télescope spatial James-Webb (James Webb Space Telescope ou JWST) sera envoyé en 2018 par une Ariane. Il aura un miroir primaire immense de 6,5m de diamètre, bien entendu fabriqué en éléments séparés et expédié replié pour tenir dans la coiffe. Une fois en poste sur le point de Lagrange L2 son propre système le déploiera. Le problème numéro un c'est la masse qu'Ariane peut mettre sur une telle orbite. Pour le volume on peut toujours se démerder.

Ensuite vient un autre sujet: ces composants sont pluggés, donc il serait possible de faire revenir le satellite pour déplugger ces composant et en réutiliser sa base pour faire d'autre, une sorte de recyclage. notons que certains satelittes pourraient être aussi réutilisé, mais je m'égare et cela serait trop complexe pour moi de développer cela en huit mois.

Le fait est que jusqu'à présent les satellites sont à usage unique sans maintenance prévue. Le cas de Hubble n'avait pas de précédent et n'a pas encore eu de suite. Il est question pour les satellites géostationnaires d'envoyer des satellites de ravitaillement en ergols pour allonger leur durée de vie opérationnelle mais ce n'est pas encore généralisé. On en espère des économies substantielles.
Rien n'est prévu pour le JSWT. Je fais partie de ceux qui pensent que si la conception intégrait la possibilité de faire une maintenance robotisée (il est impossible d'envoyer des astronautes en L2) pour les ergols, le remplacement des batteries voire de certains composants on pourrait compter allonger la durée de vie de l'observatoire de plusieurs facteurs.

En conclusion, la masse sera toujours un problème, mais le cout d'envois en sera réduit car cela ne nécessite alors qu'un envoie pour bien des satellites, au lieu que un envoie par satellites (vulgairement dit bien entendu).

Ariane 5 s'est fait une spécialité de l'envoi de deux satellites à la fois, en général en orbite géostationnaire. La chose est mise en exergue comme un avantage. C'est perdre de vue que ce n'est pas ce qui était prévu au départ. Elle a été conçue à l'origine comme une alternative européenne à la navette américaine pour la ou les station(s) spatiale(s) qui semblaient être l'avenir, devant propulser la navette Hermes (qui n'a jamais vu le jour).
Une fois que les programmes de stations spatiales ont pris du plomb dans l'aile l'ESA s'est retrouvée avec un lanceur beaucoup trop puissant pour les besoins commerciaux et elle a mis astucieusement au point une coiffe à deux étages en prétendant que ça revenait moins cher.
Argument marketing dont personne n'est dupe. Elle a pu prospérer pendant des décennies sans vrai concurrent jusqu'à ce qu'elle s'aperçoive que ce serait économiquement plus intéressant d'avoir un lanceur de technologie moins avancée et juste assez puissant pour lancer un satellite géostationnaire à la fois. D'où Ariane 6 qui est encore en cours de développement.
Il faut donc faire attention aux vrais paramètres économiques qui entrent dans les équations en matière d'accès à l'espace.

Nico

[A voir en vidéo sur Futura]

[Malleat]

Donc si je vous comprends bien le problème majeur qu'il serait possible de régler serait la possibilité de réutilisation de ces satellites et non leur fabrication. Donc si il était possible de les récupérer pour leur maintenance, on aurait un vrais intérêt d'une chaîne de montage, qui serait alors plus un "garage", c'est cela?

[Marsat]

Donc si je vous comprends bien le problème majeur qu'il serait possible de régler serait la possibilité de réutilisation de ces satellites et non leur fabrication. Donc si il était possible de les récupérer pour leur maintenance, on aurait un vrais intérêt d'une chaîne de montage, qui serait alors plus un "garage", c'est cela?

Ce que j'allais demander en fait, ce qui complique le projet, si je prends en compte le bras de l'ISS, celui-ci doit être assez long pour attraper un objet et le faire revenir dans la ligne d’assemblage dans la bonne position.
Mais ceci permettrait de créer des satellites à réparer avec affectivement un "garage" à leur disposition. Et donc, l'envoie de matériel et pièces détachées serait tout à fait justifié.

[Marsat]

voir même les recycler.

[saint.112]

C'est une idée récurrente de créer des ateliers de fabrication et/ou de maintenance en orbite à partir desquels on placerait les satellites sur leur orbite finale. Un satellite ayant besoin de réparation y serait envoyé comme met sa voiture au garage.

Maintenant que vous avez été initiés à une première contrainte de la mécanique céleste, la question de la masse des corps (on est en pleine physique newtonienne), il y en a une deuxième à prendre en compte, corrélée à la première : le fait que pour faire quoi que ce soit dans l'espace il faut imprimer à l'objet ce qu'on appelle un ∆V, à savoir un différentiel entre sa vitesse initiale (qui n'est jamais nulle) et la vitesse qu'on veut lui donner.
Par exemple pour mettre un satellite en orbite terrestre il faut (et il suffit) qu'il atteigne la Vitesse de satellisation minimale qui est de 7,9 km/s. Comme on va de préférence profiter de la vitesse tangentielle de la terre qui est de 0,46km/s à l'équateur, peanuts mais toujours bon à prendre, ça te donne le ∆V à imprimer à ton satellite. Ça te donne un ordre de grandeur de l'accélération qu'il faut lui imprimer et t'explique pourquoi les fusées sont d'énormes tubes pleins de carburant et la charge utile un tout petit machin sur le dessus.
On lance un satellite en orbite basse (la LEO) puis, si nécessaire, on l'envoie à grand frais (en terme d'ergols) sur l'orbite géostationnaire (la GEO) ou hors de l'attraction terrestre à plus grand frais encore. Mais une fois qu'il est sur un plan orbital donné, l'en changer est d'un cout exorbitant. Par exemple le site de Kourou présente un avantage considérable sur Cape Kennedy du fait de sa proximité avec l'équateur : placer un satellite sur une orbite équatoriale requiert une correction mineure de plan orbital alors que l'opération depuis Cape Kennedy est beaucoup plus couteuse. Pourtant, à vue d'œil, il s'en faut de peu.
Dans l'espace on est forcément sur une orbite autour d'un corps, disons la terre. Si l'on n'est pas trop près de l'atmosphère on gardera la même orbite indéfiniment (du moins à l'échelle de temps qui nous intéresse). Toute modification de trajectoire, que ce soit un changement d'orbite dans le même plan, ou que ce soit un changement de plan orbital, ou pire encore que ce soit les deux, est horriblement couteux en ergols. Les seules choses qui comptent est sa masse et le ∆V dont il a besoin pour rejoindre l'orbite qu'il doit avoir, donc l'accélération nécessaire.
Donc fondamentalement un satellite est placé sur une orbite et il y reste. On va appliquer des corrections mineures mais pas question de manœuvrer.
Nico

[Marsat]

N'y a-t-il pas des moteur électriques actuellement pour changer d'orbite petit à petit?

Petite question, quelle est la protection requise pour les l'électronique embarquée?

[saint.112]

N'y a-t-il pas des moteur électriques actuellement pour changer d'orbite petit à petit?

Il existe plusieurs sortes de moteurs “électriques“, c'est à dire non chimiques.
Regarde Propulsion spatiale pour avoir un panel assez complet.
Surtout, “changer d'orbite petit à petit“ est une vue de l'esprit. Le problème n'est pas de le faire vite ou lentement, mais de savoir quelle vitesse tu as au départ et quelle vitesse tu as à l'arrivée, d'où la question du ∆V.
Regarde Orbite de transfert où il y a la fameuse orbite de transfert Hohman qui permet d'effectuer la manœuvre avec le moins d'énergie possible mais pas parce que c'est fait petit à petit.

Petite question, quelle est la protection requise pour les l'électronique embarquée?

Dans l'espace et surtout hors de la magnétosphère il y a l'action conjuguée du vent solaire et du rayonnement cosmique qui sont fondamentalement la même chose, la différence entre les deux étant leur origine : un rayonnement électromagnétique et un flux de particules à hautes énergies. C'est mauvais aussi bien pour les êtres vivants que pour les systèmes embarqués électriques et surtout électroniques. Les équipements sont donc “durcis“. Je ne connais pas les détails techniques mais c'est fondamentalement un blindage.
Nico

[Marsat]

Merci beaucoup pour vos conseils, ça me permet de préciser de plus en plus ce projet.

J'ai eu quelques échanges avec le CNES pour le projet qui semble très intéressé aussi.
Ceux-ci valide l'utilisation d'arduino pour l'électronique en vue d'un prototype, j'essaierais de voir ce qu'on peut faire pour rendre cela plus réaliste. Même 1cm de blindage ne fonctionnerait pas pour l'arduino.

Par contre la déconstruction de satellites créer des déchets spatiaux, vous savez si il est possible de créer un système de catapultage type porte-avion pour les positionner sur une orbite qui l'emmenerait se faire désintégrer dans l'atmosphère?

[saint.112]

Ceux-ci valide l'utilisation d'arduino pour l'électronique en vue d'un prototype, j'essaierais de voir ce qu'on peut faire pour rendre cela plus réaliste. Même 1cm de blindage ne fonctionnerait pas pour l'arduino.

Ne connaissant pas l'arduino je ne peux pas te renseigner valablement.

Par contre la déconstruction de satellites créer des déchets spatiaux, vous savez si il est possible de créer un système de catapultage type porte-avion pour les positionner sur une orbite qui l'emmenerait se faire désintégrer dans l'atmosphère?

Je ne comprends pas bien ton concept de porte-avion.
Il y a des choses qui t'échappent toujours.
Tout est une question de ∆V donc pour une masse donnée d'énergie à dépenser.
Les satellites finissent par devenir inopérants soit parce que leurs composants (circuits, batteries, capteurs solaires, etc.) ne fonctionnent plus, soit parce qu'ils n'ont plus assez d'ergols pour se maintenir en position et a fortiori pour s'éjecter sur une autre orbite. Traditionnellement, comme de toutes façons à un moment donné ils ne répondent plus, ils sont laissés à leur sort. C'est pour ça que l'environnement terrestre est une poubelle. Il y a des règles imposant théoriquement aux opérateurs de s'assurer qu'ils vont pouvoir mettre leurs satellites en fin de vie soit sur une orbite parking où ils vont pourrir petit à petit comme les satellites géostationnaires soit sur une une orbite qui va les ramener dans l'atmosphère pour se consumer.
Le problème est que ça coute de l'énergie, et pas qu'un peu, et donc que ça plombe le bilan final.

Nico

[Marsat]

Je comprends parfaitement: plus il y a manœuvre, plus il y a carburant, c'est logique en soit.

Je ne parlais pas de moteurs, mais d'une catapulte électromagnétique, je ne peux pas coller à chaque déchet un moteur ionique bourré d'ergol quand je peux simplement les lancer la ou il faut.

[saint.112]

Il te reste encore un gros travail pour comprendre la mécanique céleste laquelle est une application de la mécanique newtonienne et de ses notions de masse, de vitesse, d'accélération, de force, d'énergies (cinétique, potentielle, etc.). Ce n'est rien d'autre que ce qu'on apprend dans le secondaire : les lois s'appliquent dans toute leur rigueur. Dans l'espace on manipule des quantités énormes surtout en terme de vitesse et donc d'énergie. Un petit déchet d'un centimètre et de quelques grammes, vu sa vitesse relative par rapport à l'ISS par exemple, a une énergie cinétique telle qu'il peut très sérieusement endommager, voire même percer, les parois. Un objet de quelques décimètres aura un impact phénoménal. C'est encore une question de ∆V : un objet de quelques centaines de grammes passe en un instant d'une vitesse relative de plusieurs km/s à zéro, ça te donne l'énergie libérée.
Si tu as une sorte de porte-avion en orbite c'est que tu l'as envoyé depuis le sol. Sa masse te donne automatiquement le cout de la manip.
Une catapulte suppose une masse incommunicable par rapport à l'objet éjecté pour rester plus ou moins fixe au moment du catapultage. Même punition que ci-dessus.
Les satellites en fin de vie ne sont pas “déconstruits“ : une fois qu'ils ne sont plus opérationnels beaucoup sont laissés à l'abandon, bien souvent parce qu'ils ne répondent plus. Certains opérateurs responsables anticipent ce moment et utilisent les fonds de réservoir d'ergols pour mettre leur satellite sur une orbite qui le conduira en un temps plus ou moins long vers la terre. Mais la tentation pour eux est de l'utiliser jusqu'à ce qu'il crève et de s'en laver les mains.
Beaucoup de satellites explosent : soit c'est la batterie, soit c'est un réservoir, etc. D'autres se prennent une météorite ou un déchet. Les déchets se mettent donc sur des orbites variées et y restent pour l'éternité.
Le voisinage de la terre est une poubelle et il n'y guère de solution pour résoudre un problème qui ne peut que s’aggraver à la fois parce qu'il y a de plus en plus de satellites et parce que les collisions entre déchets augmentent leur nombre.

Nico

[Skalou13]

Salut Marsat,
je trouve ton idée intéressante pour l'orbite géostationnaire, qui est très utilisée et chère d’accès ( il faut plus de Dv pour placer un objet en orbite géostationnaire que pour l'envoyer sur mars),
par contre si ton "garage" se balade de satellite en satellite, il ne lui coutera vraiment pas beaucoup de carburant pour passer de l'un à l'autre même si celui-ci est de l'autre coté de la planète, tant qu'on est pas trop pressé ( qq semaines, en cas d'urgence y'a moyen d'aller plus vite mais ça coute plus cher en poids de carburant)
.
pour se familiariser avec les concepts de mécanique orbitale, si besoin et si tu ne l'a pas déjà je conseille jeu kerbal space program!

il me semble aussi avoir lu que chaque satellite consomme environ 80m/s de Dv par an pour maintenir sa position précisément ( à cause des différentes perturbations: forme de la planète, lune, vent solaire, etc...)

et un article intéressant qui pourrait t'intéresser:

http://spacenews.com/nasas-restore-l...bit-servicing/

du coup un "garage" avec de quoi faire le plein, remplacer/upgrader/recycler qq pièces, des bras pour bricoler, etc... me parait sympa

qu'aurait on a y gagner?
- prolonger la vie des satellites en bon état, on passe à la pompe et zou, ( on économise la masse du satellite, y'a juste le carburant à "monter")
- améliorer la vie de ceux en moins bon état, un panneau solaire mal ouvert, un gyroscope en rade, une carte électronique à changer?
- suivre l'évolution technologique, en remplaçant certains composants, une upgrade du bidule télécom pourrait permettre une toute nouvelle utilité sans avoir à relancer tout un satellite.
- recyclage, éviterai certains déchets mais permet surtout un gain de masse si ces pièces sont réutilisées sur la même gamme de satellite.
- réduire le coup des composants, comme on sait qu'ils sont remplaçables, besoin moindre de fiabilité.

avec ce "garage" pourquoi pas lui même constitué de plusieurs petites unités, des rabatteurs qui vont chercher les satellites en rade si ils ne sont pas trop gros ( pour économiser du temps et carburant de trajet), un endroit de stockage du carburant et pièces détachés, un hangar de bricolage téléopéré ou pourquoi pas habité par une petite équipe d'astronautes. eux mème se feraient ravitailler en pièces et carburant régulièrement depuis la Terre.

En tout cas j'ai hate de voir la suite de tes idées.

[Marsat]

Merci beaucoup pour ta réponse
en effet, un garage serait super, j'y ai pensé, mais dans ce cas la, cela nécessiterait un lancement particulier, de plus, en regardant justement ce projet, je me suis aperçus de la complexité de la mise en place d'une pompe dans l'espace, des histoires de valves et autre. A la limite ces petits satellites (je les appelle "Dryades" car dans la Grèce antique elles gardaient les pommes d'or du jardin d'eden, une jolie métaphore), pourraient être upgrader, je suis architecte à la base et j'ai toujours appris à faire des choses adaptables, donc je compte bien le faire là
Mais oui c'est aussi un mini-garagiste aussi (d'ou les pinces).

Je vais checker le jeux, haha, la je dois continuer mon mémoire (partie recherche), je vais bientôt passer à la phase cahier des charges, je mettrais quelques infos à ce sujet ici

Bonne journée en tout cas.

[Marsat]

http://dryade.masss.fr/

Et voilà