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Nouvelle méthode peu coûteuse d'exploration spatiale: lancement de satellites mobiles à partir de ballons et de fusées imprimées en 3D

Nouvelle méthode peu coûteuse d'exploration spatiale: lancement de satellites mobiles à partir de ballons et de fusées imprimées en 3D


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Avec une demande croissante de lancements de satellites privés, mobiles et à la demande, la société aérospatiale Stofiel Aerospace a développé un système de lancement basé sur des ballons capable de lancer un satellite à bas prix et de pratiquement n'importe où qui permet le vol.

L'entreprise prétend pouvoir lancer des satellites 25% moins cher que quiconque.

Mais leur conception n'est pas seulement moins chère, elle nécessite également moins d'ingénierie et peut être lancée de pratiquement n'importe quel coin du globe - y compris des parkings - si la FAA le permet, déclare Brian Stofiel, PDG de Stofiel Aerospace.

Le système de lancement repose sur un ensemble de solutions innovantes, mais pas nécessairement attractives, qui offrent les options les moins chères pour l'exploration spatiale.

Le système à fusée solide Hermes peut propulser, accélérer et vecteur à l'aide d'un système de buses entièrement composite. # newspace # nextfrontier # isdc # losangeles nous ajustons les structures internes pour y parvenir en interagissant directement avec le flux. PAS un aérospike mais une turbine. # aerospacepic.twitter.com / CrVVVlOMIB

- Stofiel Aerospace (@StofielAero) 18 mai 2018

"Nous utilisons 70% de carburant en moins, et il y a probablement 20% d'ingénierie en moins. Ainsi, les économies ne sont pas simplement des économies de carburant », a déclaré Stofiel à Interesting Engineering.

Développement d'un système de lancement de satellites mobiles bon marché

Pour le moment, l'entreprise est à un quart du chemin de son objectif de réussir le lancement, l'orbite et le retour d'un véhicule spatial.

«Nous avons compris les fusées. Nous avons [également] compris le drone de largage - Artemis -. Nous passons maintenant au système de guidage et à tout le reste », a-t-il ajouté.

Artemis est un drone largué depuis le ballon, conçu pour renvoyer des données sur le vol et la haute atmosphère. Le système de navigation et le véhicule de retour, Hyperion, sont toujours en développement. Mais Stofiel affirme qu'il ne faudra pas longtemps avant que toute la technologie ne soit prête à lancer un satellite en orbite terrestre basse.

«Nous serons orbitaux d'ici décembre 2019», affirme Stofiel, un plan ambitieux pour une entreprise de moins de dix ans.

Une fois en orbite, Stofiel Aerospace ira au-delà de la recherche et du développement pour commencer à offrir des services publics et des livraisons spatiales régulières.

Lancement de satellites sur un Rockoon

Le rockoon Hermes - une fusée lancée par ballon, aide à amener Stofiel Aerospace au-delà de l'horizon et en orbite.

Une fusée à fusée est une fusée à combustible solide qui n'est pas lancée depuis le sol, mais qui est plutôt transportée haut dans l'atmosphère par un ballon rempli de gaz. Puis, en atteignant l'altitude, il se détache du ballon avant de s'enflammer et de décoller vers les étoiles.

Dans l'image ci-dessus, l'un des premiers rockoons au monde décolle vers l'espace.

Chaque système de lancement de satellite est conçu sur mesure selon les spécifications de la charge utile. Le système de livraison par satellite, appelé Boreas Launch System, est livré dans une caisse contenant un ballon, la fusée Hermès imprimée en 3D et éventuellement l'Hyperion, un petit système de retour par satellite. En action, le ballon se remplit, soulevant la fusée 30 kilomètres dans l'atmosphère. Ensuite, la fusée se détache avant de s'enflammer et de l'emmener sur une orbite terrestre basse d'environ 230 kilomètres vers le haut.

Impression 3D Hermes Rocket - Fabriqué sur mesure à la commande

Lancée très haut au-dessus du sol, la fusée Hermes n'a pas besoin de traverser les couches inférieures et plus épaisses de l'atmosphère - l'une des plus grandes barrières au vol spatial.

Haut dans l'atmosphère, il y a moins de résistance de l'air, et par conséquent, moins de pression contre laquelle la fusée doit lutter. Les structures de la fusée subissent beaucoup moins de force et peuvent donc être conçues avec des matériaux plus légers, créant ainsi plus d'économies de carburant et de temps.

Bien que le rockoon ne soit pas une nouvelle stratégie en soi, Stofiel Aerospace l'a intégré avec quelques autres technologies clés pour proposer une solution entièrement nouvelle pour un vol spatial moins cher et plus accessible.

Parallèlement au rockoon, Stofiel Aerospace intègre une autre technologie de base réduisant encore les temps de production et le coût des moteurs de fusée Hermes.

La technologie en question - une nouvelle stratégie d'impression 3D intégrant un vieux plastique d'impression avec un nouveau revêtement de protection thermique. Le système crée la solution d'exploration spatiale la moins chère et la plus efficace à ce jour.

Impression 3D de pièces de fusée en plastique

Les buses de fusée traditionnelles sont fabriquées à partir de métaux tels que les alliages de cuivre et l'acier, des matériaux qui peuvent être notoirement longs et coûteux à fabriquer en pièces de fusée. De plus, ils nécessitent plus d'ingénierie et souvent des systèmes de refroidissement complexes pour les empêcher de fondre pendant la longue ascension dans l'atmosphère.

Le plastique, en revanche, est bon marché et facile à mettre en forme - en particulier avec une imprimante 3D. Mais bien sûr, l'environnement qu'un moteur de fusée doit endurer dépasse de loin les limites de tout plastique non assisté.

Cependant, traité de la bonne manière, le plastique peut être transformé en un super-matériau capable de résister à des milliers de degrés - et au lancement d'un satellite. Les fusées en plastique ne contiennent aucune pièce métallique et peuvent être produites en masse et construites selon les spécifications de la charge utile. Mais sans l'ingénieux revêtement pare-chaleur, le moteur serait inutile.

Revêtement pare-chaleur Hermes Rocket

Les ingénieurs de Stofiel Aerospace ont développé un revêtement exclusif qui transforme les buses de fusée en plastique 3D en un matériau céramique dur capable de résister à des températures supérieures à 4000 ° Celsius. La transformation se produit lorsque les roquettes tirent, provoquant une réaction entre les matériaux.

«Le revêtement thermique exclusif permet au plastique PLA, qui fond normalement à 200 ° C, pour survivre à un cycle opérationnel de fusée composite et résister + 4000 ° C», Affirme Stofiel Aerospace.

Lorsque les fusées ont fini de tirer, il ne reste plus du plastique, mais une céramique dure.

Hermes utilise un processus de fabrication entièrement personnalisable # 3dprinting des moules structurels positifs pour le revêtement # céramique composite Hephaestus. Cela va vers la production de masse d'un système #missile orbital léger qui peut être construit sur commande en quelques jours. # isdc2018pic.twitter.com / 3VgQxRLMvV

- Stofiel Aerospace (@StofielAero) 14 mai 2018

La réaction entre le plastique et le blindage thermique est également endothermique, une réaction qui absorbe de l'énergie. Pendant la transformation, l'énergie thermique de l'intérieur de la chambre de combustion est absorbée par la réaction de revêtement plastique et thermique, réduisant ses températures de fonctionnement globales.

«Ce que nous avons développé est une fusée que nous pouvons adapter à la charge utile. Nous pouvons le lancer sur mobile et le produire en masse. »

Le lancement si près de l'espace signifie également que les fusées ne brûleront pas aussi longtemps, ce qui réduit encore davantage la quantité d'ingénierie requise pour le développement. À de telles altitudes, les températures peuvent chuter à -50° Celsius, prérefroidissement et ensuite protection de la fusée de la chaleur extrême de l'échappement.

L'énergie du dioxyde de carbone, un sous-produit de la réaction, est également récupérée dans le système de poussée.

«Ce que nous avons développé est une fusée que nous pouvons adapter à la charge utile. Nous pouvons le lancer sur mobile et le produire en masse. » Brian Stofiel, PDG et fondateur de Stofiel Aerospace, a déclaré à IE.

Le système de lancement Boreas

Ensemble, la fusée et la buse de fusée en plastique 3D traités avec un revêtement spécial résistant à la chaleur constituent deux parties du système de lancement Boreas - un système de lancement de petit satellite en trois parties.

La troisième partie est le Hyperion - un petit véhicule de retour par satellite.

Le retour d'une charge utile sur terre est notoirement difficile. Le frottement généré lorsque des objets volumineux ou rapides plongent dans l'atmosphère est suffisant pour incinérer la plupart des vaisseaux spatiaux bien avant qu'ils n'atteignent le sol.

Alors que certains satellites sont conçus pour brûler lors de la rentrée, il peut parfois être avantageux de rendre intacts du matériel coûteux et des échantillons biologiques pour les étudier plus avant sur Terre.

«Si un laboratoire biologique veut faire entrer son expérience directement dans son laboratoire, nous survolons le parking, déployons un parachute et déposons le drone dans le parking. Nous parlons de 5 à 10 minutes entre l'orbite et le laboratoire. Et cela change vraiment les sciences qu'ils peuvent faire », affirme Stofiel.

D'autres systèmes satellites sont trop compliqués

SpaceX, un leader de l'industrie du lancement de satellites, a la capacité de restituer des charges utiles en débarquant leur capsule spatiale réutilisable sur des barges au milieu de l'océan. Mais le véhicule de retour est coûteux et nécessite de nombreuses couches supplémentaires d'ingénierie pour incorporer une conception réutilisable.

D'autres véhicules de rentrée plongent souvent dans l'atmosphère qui brûle et ralentit avant de tirer un parachute. Les atterrissages sont cependant difficiles, dépassant parfois 10 g, soit 10 fois la gravité normale de la Terre.

À l'heure actuelle, le parachutage des charges utiles vers la terre est le moyen le plus efficace et le plus efficace de renvoyer l'équipement et les échantillons. Mais les atterrissages peuvent être quelque peu imprévisibles et peuvent faire dévier de la trajectoire de plusieurs kilomètres, obligeant la plupart des véhicules spatiaux de retour à atterrir dans des endroits désolés - généralement au milieu de l'océan ou dans les déserts du Kazakhstan - un inconvénient majeur pour les scientifiques qui tentent de récupérer des objets sensibles. charges utiles.

Mais, le système Boreas Launch ne souffre pas des mêmes limitations.

«Nous pouvons faire évoluer [une fusée] en une seule charge utile, contrairement à la plupart des fusées actuellement où vous êtes une charge utile secondaire sur une grosse fusée. Vous avez une charge utile de 30 livres, je construis une fusée qui vole 30 livres »

Retour des charges utiles et des satellites avec le véhicule de retour par satellite Hyperion

Stofiel Aerospace s'attaque au problème d'atterrissage à distance et brutal des autres véhicules de retour avec un véhicule innovant - appelé Hyperion - un petit système de retour par satellite. L'Hypérion peut être utilisé pour placer précisément un satellite sur une orbite discrète, mais il peut également être utilisé pour renvoyer en toute sécurité des charges utiles précieuses sur Terre.

Une seule fusée Hermès pourra transporter avec elle trois vaisseaux spatiaux de retour Hyperion, chacun contenant de nombreux satellites plus petits.

Avec la possibilité de modifier sa hauteur, le véhicule de retour Hyperion peut ajuster son vol et peut profiter du saut atmosphérique. Comme son nom l'indique, l'Hyperion voyage assez vite et est suffisamment léger pour sauter du bord de l'atmosphère. Le degré de contrôle lui permet de naviguer précisément au-dessus de la Terre avant d'entamer une descente et un atterrissage.

De manière impressionnante, le véhicule de retour Hyperion peut rentrer dans l’atmosphère terrestre et atterrir en moins de 1 g - une réalisation massive qui permettra aux scientifiques de récupérer des données plus sensibles que jamais.

À terme, Stofiel aimerait voir le système de livraison renvoyer une charge utile d'un satellite à la porte d'entrée d'une entreprise en quelques minutes.

Développement d'un système de lancement de satellites en apprenant par essais et erreurs

Selon Stofiel, l'entreprise est centrée sur le prototypage et l'expérimentation sur le terrain. Plutôt que de se concentrer sur le perfectionnement et la complication constants des technologies spatiales, l'entreprise apprend et progresse en apprenant par échec, ce qui accélère considérablement le prototypage et la conception.

«La complexité de l'industrie est ce qui rend les vols spatiaux difficiles. Nous savons comment faire des vols spatiaux », raconte Stofiel. Il ajoute que «l’industrie est orientée vers la complexité».

Stofiel suggère que les scientifiques tendent naturellement vers des solutions complexes. Souvent, les ingénieurs compliquent trop les conceptions à mesure que de nouvelles solutions sont proposées et intégrées, créant souvent plus de points de défaillance.

Première mondiale !!! Un Hermes Rocket n'a pas réussi à s'enflammer ... MK3O mort sur le stand. L'analyse des échecs est en cours et une tentative de récitation sera effectuée après # ISDCpic.twitter.com / RNujY9UFnA

- Stofiel Aerospace (@StofielAero) 18 mai 2018

Stofiel Aerospace, par contre, vit selon l'approche «Échouez vite, échouez souvent» qui consiste à apprendre de l'expérimentation sur le terrain et de l'échec au lieu d'une étude rigoureuse et d'une conception théorique. Leur solution est radicale, mais elle s'avère bien plus efficace bien plus tôt que prévu, y compris Stofiel lui-même.

«Nous vivons par le 'échouer rapidement, échouer souvent ' méthode de développement. Nous pensons que cette méthode est une bonne science ET de bonnes affaires. » Expliqua Stofiel.

Où en est l'entreprise

Stofiel Aerospace a déjà franchi de nombreuses étapes importantes, notamment le développement d'une fusée fonctionnelle en plastique imprimée en 3D. Mais ils continuent de progresser - et ont de grands projets pour un avenir proche.

«Nous sommes à un mois et demi de briser la ligne carmen - le bord de l'espace - à 4000 mph.»

Bientôt, l'entreprise brisera la barrière de l'espace, les plaçant dans leur dernière étape de développement avant de déployer leur service au public.

Avantages d'un système de lancement Rockoon

«Nous aimerions voir 1000 missions par an - 3 par jour. »

La fusée Hermes, associée à la méthode de livraison par ballon, peut livrer une charge utile de 15 à 250 kg en orbite terrestre basse avec le faible coût en perspective de seulement NOUS20000 $ le kilogramme, $5000 moins cher que toute autre solution disponible sur le marché.

L'idée prend rapidement son envol et, selon Stofiel lui-même, l'entreprise commencera à effectuer des livraisons régulières en décembre 2019.

«Nous aimerions voir 1000 missions par an - 3 par jour. » Dit Stofiel.

La solution laide pour le lancement de satellites à la demande

Avoir la capacité de lancer un système satellitaire en quelques heures seulement ouvre des opportunités infinies pour les efforts humanitaires.

Des systèmes de lancement de satellites mobiles pourraient être installés dans les noyaux du centre-ville à proximité des régions à risque en attente, prêts à être gonflés et lancés à tout moment. Dans les deux heures, un satellite dédié peut être opérationnel et vivre au-dessus d'une zone sinistrée avec la capacité de fournir une imagerie thermique dans les régions incendies de forêt, des liaisons montantes de communication pour les tremblements de terre et autres catastrophes, ainsi que de fournir des images en direct pour aider dans le secours et le sauvetage de les gens sur le terrain.

Attacher une petite fusée à un ballon météo massif n'est pas une solution glamour. Mais c'est une solution à ne pas négliger.

«Nous voyons de nombreuses opportunités qui ne sont pas exploitées car personne ne peut offrir un service à la demande.»

La solution est bon marché, efficace et efficiente, ce qui en fait un service de lancement de satellites plus pratique pour les petits et moyens satellites et autres charges utiles.

Le service de lancement de satellites mobiles le plus abordable à ce jour

La solution rockoon de Stofiel pour le lancement de satellites offre l’un des services de lancement de satellites mobiles les plus efficaces et les plus abordables à ce jour.

Ils sont les pionniers du lancement de satellites mobiles et les rendent plus accessibles pour un usage civil.

«Ce n’est pas glorieux. Il n’ya pas ce côté sexy de «j’ai une grosse fusée» ».
Dit Stofiel. Mais la solution fonctionne, et bientôt, ce sera le moyen le plus rapide, le moins cher et le plus efficace de lancer un satellite.

Bientôt, l'entreprise sera à la hauteur de sa devise -

"Vous nous apportez une charge lundi, elle est en orbite vendredi."


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