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Moteurs C.C. de Faulhaber pour le système BAMMsat du minilab aérospatial en détail

La lune, sur laquelle plusieurs nations spatiales veulent bientôt retourner, n'est qu'à deux pas de chez nous. Les technologies des années 1960 et 1970 permettaient déjà de faire le voyage vers le satellite de la Terre en trois jours seulement. Mais la prochaine grande destination des vols spatiaux habités est la planète Mars. Un vaisseau spatial a besoin de neuf mois pour atteindre notre voisine - l'aller-retour prend donc un an et demi en tout. Pendant cette période, l'équipage est exposé à l'apesanteur et aux niveaux élevés de rayonnements rencontrés dans l'espace. Les effets de telles conditions à long terme sont loin d'avoir été étudiés complètement.

« Depuis la Terre, on ne peut étudier l'impact de l'apesanteur et de l'exposition aux rayonnements cosmiques que partiellement, explique Aqeel Shamsul qui supervise le projet BAMMsat à l'université de Cranfield en Angleterre. Les expériences dans l'espace posent des défis particuliers et nécessitent un transport en fusée assez coûteux. Cela restreint alors les possibilités de recherche sur les systèmes biologiques dans les conditions réelles de l'espace. »

Aérospatial à coût modéré

Il y a plusieurs années, son groupe de travail d'étudiants s'est fixé pour objectif de trouver une solution pratique et abordable à ce dilemme. L'idée était de développer un laboratoire miniature automatisé qui puisse mener toute une série d'expériences sur les cultures microbiennes et des organismes supérieurs simples, et ce de manière autonome. Les dimensions étaient fixées : la configuration de base devait rentrer dans un « CubeSat 3U ».

Les CubeSat - ou « satellites cubiques » - sont déjà en service depuis 2004. Il s'agit là de modules cubiques standardisés qui peuvent être installés dans des satellites de petite taille, avec un poids au lancement léger et donc pour des coûts de lancement réduits. Ils marquaient donc la naissance d’applications aérospatiales à coût modéré. Le plus petit CubeSat porte la désignation 1U (une unité). Il mesure environ 11×10×10 centimètres et pèse tout au plus 1,33 kilogrammes. Un CubeSat 3U mesure 34×10×10 centimètres et pèse quatre kilos. Plusieurs CubeSat, mais aussi des satellites de différentes tailles, peuvent être lancés ensemble dans une fusée, ce qui permet de partager les frais de transport.

Les moteurs C.C. de Faulhaber pour le système BAMMsat du minilab aérospatial.
Système BAMMsat

Sujet de test : le nématode

Le mini-labo de l'équipe BAMMsat entre dans un coffret de 3U, ce qui correspond environ à une boîte à chaussures pour des ballerines. Les expériences sont menées sur des spécimens de Caenorhabditis elegans (ou C.elegans). Ce nématode est long de seulement un millimètre et vit normalement dans des zones climatiques tempérées, dans la terre. 83 pourcent de ses gènes sont comparables avec les gènes humains, c'est pourquoi ils sont souvent utilisés pour la recherche dans des domaines tels que la gérontologie, la physiologie des muscles et la radiologie. Dans l'espace, les cellules du C. elegans réagissent à l'apesanteur et à l'exposition aux rayonnements de manière similaire aux cellules humaines.

Un élément central du mini-laboratoire spatial est un disque rond avec plusieurs chambres dans lesquelles les spécimens biologiques sont placés. Ces chambres disposent d'ouvertures d'entrée et de sortie à travers lesquelles des quantités infimes de fluide peuvent être introduites ou extraites. Cela permet d'alimenter les nématodes et d' évacuer les excréments. En outre, différentes substances pharmaceutiques leur sont injectées afin d' étudier leurs effets dans les conditions de l'espace.

En faisant tourner le disque, les chambres sont placées à tour de rôle devant une lentille de microscope. Un spectromètre peut alors déterminer les propriétés biochimiques du matériau, par exemple une quantité de protéines, dans chaque chambre. Il est ainsi possible de réaliser beaucoup d'expériences différentes dans un même système : une nouveauté pour de tels instruments. À la place des nématodes, des cultures microbiennespeuvent également être placées dans les chambres. Les données résultant de ces expériences sont collectées dans un ordinateur embarqué et renvoyées à la Terre.

Couple pour le disque rotatif

« L'un des aspects les plus importants de ce projet était de maintenir le poids au minimum, explique Aqeel Shamsul. Cela nous permettait d'adapter le module à l'intérieur du CubeSat 3U et de garantir la faisabilité économique du projet. Pour cela, un facteur clé était l'entraînement pour le disque portant les spécimens. Il devait non seulement être très petit et léger, mais également fournir un couple élevé et fonctionner de manière extrêmement précise au cours de toute la mission qui durait plusieurs mois, voire un an. »

Les moteurs C.C. de Faulhaber pour le minilab aérospatial du système BAMMsat - en-tête

Au départ, l’équipe BAMMsat avait prévu d'utiliser un moteur pas à pas pour cette tâche. Mais les experts du représentant britannique de FAULHABER, EMS, ont proposé une autre solution : d'un diamètre de 22 mm, le moteur C.C. à balais de la série SR a prouvé qu'il était idéal pour répondre aux exigences de l'application. Un codeur IEH3-4096 fournit la base du contrôle finement ajusté ; un réducteur planétaire 20/1R amplifie le couple. Cela garantit que les chambres à spécimens se déplacent toujours vers la position souhaitée et que les expériences peuvent être menées comme prévu.

Le mini-labo a réussi son baptême du feu à l'automne de l'année dernière. Le 21 octobre, dans le nord de la Suède, un ballon l'a emporté vers la stratosphère. Il y est resté cinq heures, pendant lesquelles tous les systèmes embarqués effectuaient des tests dans des conditions similaires à celles rencontrées dans l'espace. Ensuite, freiné par un parachute, le module CubeSat a atterri sans encombres en Finlande. Le premier lancement dans une fusée est prévu pour 2024 ; l'équipe BAMMsat prévoit de produire d'autres modules afin de faciliter la recherche biologique dans l'espace à coûts réduits. « Je pense qu'avec notre technologie, nous sommes capables d'apporter une contribution importante au développement des vols spatiaux habités, commente Aqeel Shamsul. En plus, notre mini-labo ouvre de nouvelles possibilités, avant tout finançables, pour mener des séries d'expériences de biochimie approfondies, dans les conditions de l'espace. »

Produits

Micromoteurs C.C.
2232 ... SR
Commutation métaux précieux
Détails sur le produit
Fiche technique (PDF)
Codeurs
IEH3-4096
codeurs magnétiques, sorties digitales, 3 canaux, 256 - 4096 impulsions par tour
Détails sur le produit
Fiche technique (PDF)
Réducteurs planétaires
20/1R
Détails sur le produit
Fiche technique (PDF)

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