Accueil🇫🇷Chercher

Ingénierie et technologie spatiale

L'ingénierie et technologie spatiale désigne l'ensemble des fonctions concernant la conception, la construction, l'envoi dans l'espace et le contrôle ultérieur des véhicules spatiaux et des installations terrestres associées. Il s'agit d'un cas particulier d'ingénierie employé dans l'industrie spatiale.

Ingénieurs de la NASA pendant la mission Apollo 13

Principes généraux

Puisqu'ils se déplacent dans l'espace, les véhicules spatiaux doivent subir des conditions éprouvantes : des forts gradients de température et de pression, de fortes contraintes structurales, des vibrations. Afin de permettre la survie de ces véhicules tout en leur permettant de remplir leur mission, les ingénieurs spatiaux doivent prendre en compte un grand nombre de domaines différents, comme la mécanique des structures, la propulsion, la thermique, la mécanique spatiale. La connaissance de l'ensemble de ces domaines et leur coordination afin de concevoir des véhicules spatiaux constitue l'ingénierie spatiale. La grande diversité des domaines scientifiques pertinents rend difficile la conception entière d'un véhicule par un ingénieur ; le plus souvent, c'est une équipe composée de divers spécialistes et d'ingénieurs qui coordonne leur action qui s'en charge. La conception et la fabrication d'un tel engin est donc un compromis entre les développements techniques, les coûts, les performances, la fiabilité des divers sous-systèmes.

Éléments constitutifs de l'ingénierie spatiale

Disciplines scientifiques

Voici une liste non exhaustive des diverses sciences et sciences de l'ingénieur qui interviennent en ingénierie spatiale. Il s'agit de voir que chacune de ces composantes, qui rencontre ses propres difficultés et qui cherche à optimiser l'engin spatial de son point de vue, influence directement les autres. L'ensemble de ces disciplines induit divers sous-systèmes dans les véhicules spatiaux ; voir par exemple l'article véhicule spatial.

  • La mĂ©canique des fluides : pour l'Ă©tude de l'atmosphère, qui peut avoir une influence en cas de rentrĂ©e atmosphĂ©rique ou de satellite en orbite basse. Comme dans les cas prĂ©cĂ©dents, il s'agit souvent d'aĂ©rodynamique.
  • La mĂ©canique des structures : elle concerne l'Ă©tude du comportement dynamique des Ă©lĂ©ments structuraux des engins spatiaux, tels les treillis de la Station Spatiale Internationale ou les coques qui forment l'enveloppe des lanceurs. Elle permet notamment l'Ă©tude des modes de vibration de ces structures, qui sont souvent très importants pour les dimensionner.
  • La mĂ©canique spatiale : elle concerne l'Ă©tude de la cinĂ©matique et de la dynamique du mouvement d'un engin sur son orbite. Elle intervient donc au niveau du vol orbital
  • La dynamique du vol : elle intervient lors de la phase de vol suborbital et permet de dĂ©crire le comportement d'un engin spatial dans l'atmosphère (en particulier la navette spatiale, qui est la plus proche du comportement d'un avion).
  • La propulsion : elle permet de transporter les engins dans l'espace Ă  l'aide de lanceurs et les manĹ“uvres de ces derniers en fournissant des moteurs tels les moteurs-fusĂ©es ou les moteurs ioniques.
  • L'automatique : elle concerne le contrĂ´le de l'attitude des engins spatiaux, de leur dynamique de vol et de tout autre Ă©lĂ©ment dynamique pouvant ĂŞtre contrĂ´lĂ© par des mesures et des retours d'Ă©tat (ou Feedback).
  • Les mathĂ©matiques : vu l'emploi gĂ©nĂ©ralisĂ© de formules d'analyse ou de mĂ©thodes de calcul scientifique comme la mĂ©thode des Ă©lĂ©ments finis, les mathĂ©matiques sont indispensables Ă  la conduite de projets spatiaux, mĂŞme si leur intervention n'intervient gĂ©nĂ©ralement qu'en tant qu'outil de calcul.
  • La science des matĂ©riaux : elle concerne l'Ă©tude et la certification de matĂ©riaux aptes Ă  rĂ©sister aux conditions spatiales extrĂŞmes, tout en Ă©tant lĂ©gers, le poids Ă©tant une problĂ©matique essentielle dans les missions spatiales. On peut par exemple citer l'utilisation grandissante des matĂ©riaux composites dans les tuyères de lanceurs.
  • La thermique : elle concerne l'Ă©tude de la chaleur reçue par les engins spatiaux, de sa mesure sur ces engins et des Ă©tudes associĂ©es, comme fournir des indications Ă  propos des matĂ©riaux Ă  employer en construction pour rĂ©sister aux Ă©carts de tempĂ©rature.
  • L'Ă©lectronique : elle permet la conception de l'ensemble des instruments de bord, aussi bien la charge utile scientifique que les instruments de navigation
  • L'informatique : elle permet de concevoir les logiciels qui seront dans les calculateurs de bord et vont permettre Ă  l'engin de se diriger ou d'effectuer sa mission, et ceux qui seront au sol et qui vont permettre de communiquer avec l'engin ou d'analyser les Ă©ventuelles donnĂ©es qu'il envoie.
  • L'optique : elle permet la conception des systèmes imageurs de la charge utile afin qu'ils puissent dĂ©livrer les donnĂ©es souhaitĂ©es.
  • L'Ă©lectromagnĂ©tisme : elle concerne la propagation des ondes qui transmettent des donnĂ©es, venant de la Terre ou de l'engin, et partant le dimensionnement des systèmes Ă©metteurs et rĂ©cepteurs nĂ©cessaires.
  • L'Ă©tude des risques et de la fiabilitĂ© : elle concerne l'Ă©tude des probabilitĂ©s de casse ou de panne Ă  tous les niveaux d'un engin spatial. En particulier, l'obtention de probabilitĂ©s de ce type suffisamment faibles est une Ă©tape de la certification.
  • Les essais et simulations : après la phase de construction de l'engin, il s'agit de tester, sur l'engin lui-mĂŞme ou Ă  l'aide de programmes de simulation, son aptitude Ă  rĂ©sister aux conditions qu'il aura Ă  rencontrer, comme le vide, la micro-gravitĂ©, les radiations, les vibrations.

L'ensemble de ces disciplines repose à la fois sur un socle scientifique rigoureux et des résultats tirés de l'expérience.

Phases d'un projet spatial

Modèle de qualification électrique de la sonde Rosetta au Centre européen d'opérations spatiales

Outre ces disciplines, on peut également distinguer des étapes dans la vie d'un projet d'ingénierie spatiale :

  • La phase d'Ă©tude de concept (phase A): On y Ă©value la faisabilitĂ© de la mission envisagĂ©e et de la disponibilitĂ© des technologies nĂ©cessaires
  • La phase d'avant projet (Phase B): il s'agit essentiellement d'une phase de conception de haut niveau, oĂą l'on confirme la faisabilitĂ© d'un projet par des dimensionnements prĂ©liminaires
  • La phase de conception proprement dite (Phase C): le projet ayant Ă©tĂ© acceptĂ© par le commanditaire de l'Ă©tude prĂ©liminaire, l'engin est conçu de façon dĂ©taillĂ©e.
  • La phase de construction (Phase D): Le vĂ©hicule est progressivement construit, en construisant souvent des modèles de tests des sous-systèmes. Chaque sous-système est donc testĂ© avant l'assemblage global. Cette Ă©tape est nommĂ©e intĂ©gration pour les satellites.
  • La phase de test du vĂ©hicule.
  • Le lancement vers l'espace.

Si le véhicule est un lanceur, le cycle de vie s'arrête. Sinon, il reste en orbite et effectue sa mission. S'il s'agit d'un véhicule réutilisable, une étape s'ajoute, la rentrée sur Terre.

Notes et références

    Voir aussi

    Bibliographie

    • Techniques et Technologies des vĂ©hicules spatiaux : 3 volumes, Cepadues, , 2294 p. (ISBN 978-2-85428-479-9)
    • (en) Spacecraft Systems Engineering, John Wiley & Sons Ltd, , 704 p. (ISBN 978-0-470-85102-9)

    Articles connexes


    Cet article est issu de wikipedia. Text licence: CC BY-SA 4.0, Des conditions supplémentaires peuvent s’appliquer aux fichiers multimédias.