Le système de protection thermique ablative multifonctionnel tridimensionnel (3D-MAT) est un matériau de protection thermique développé comme composant essentiel d’Orion, le tout nouveau vaisseau spatial de la NASA construit pour les missions humaines dans l’espace lointain. Il est capable de maintenir un haut niveau de résistance tout en supportant des températures extrêmes lors de sa rentrée dans l’atmosphère terrestre à la fin des missions Artemis sur la Lune.
3D-MAT est devenu un élément technologique essentiel de la campagne Artemis de la NASA qui établira les bases d’une exploration scientifique à long terme sur la Lune et préparera les expéditions humaines vers Mars, pour le bénéfice de tous.
Le projet 3D-MAT est né d’un problème technique lors des premières conceptions du vaisseau spatial Orion. Le coussin de compression – l’interface de connexion entre le module d’équipage, où résident les astronautes, et le module de service transportant l’énergie, la propulsion, les fournitures, etc. – présentait des problèmes lors du premier vol d’essai d’Orion, Exploration Flight Test-1, en 2014.
Les ingénieurs de la NASA ont réalisé qu’ils devaient trouver un nouveau matériau pour le coussin de compression, capable de maintenir ensemble ces différents composants d’Orion tout en résistant aux températures extrêmement élevées de la rentrée atmosphérique. L’utilisation d’un tissage 3D pour les matériaux de bouclier thermique de la NASA avait été explorée, mais après la découverte du besoin d’un nouveau matériau pour le coussin de compression, le développement s’est rapidement intensifié.
Cela a conduit à l’évolution du 3D-MAT, un matériau tissé avec du fil de quartz et de la résine d’ester de cyanate dans un design tridimensionnel unique. Le fil de quartz utilisé ressemble à une version plus avancée de l’isolant en fibre de verre que vous pourriez avoir dans votre grenier, et la résine est essentiellement une colle de haute technologie. Ces matériaux aérospatiaux disponibles dans le commerce ont été choisis pour leur capacité à conserver leur résistance et à retenir la chaleur à des températures extrêmement élevées.
3D-MAT est tissé avec un métier à tisser spécialisé, qui emballe les fils étroitement ensemble, puis injecté de résine à l’aide d’un processus sous pression unique. Le résultat est un matériau haute performance extrêmement efficace pour maintenir sa résistance lorsqu’il fait chaud, tout en isolant la chaleur du vaisseau spatial qu’il protège.
En trois ans, 3D-MAT est passé d’un concept initial à un matériau bien développé et a maintenant été intégré à la campagne phare Artemis de la NASA. L’utilisation du 3D-MAT dans le coussin de compression du vaisseau spatial Orion lors de la mission réussie Artemis I a démontré le rôle essentiel de ce matériau dans les efforts de vols spatiaux habités de la NASA.
Ce développement a été rendu possible dans un laps de temps si court grâce à la collaboration de l’équipe avec de petites entreprises, notamment Bally Ribbon Mills, qui a développé le processus de tissage, et San Diego Composites, qui a co-développé la procédure d’infusion de résine avec la NASA.
L’équipe à l’origine de son développement a remporté le prix de l’invention de l’année de la NASA, un honneur prestigieux reconnaissant à quel point le 3D-MAT était essentiel au succès du vol Artemis et à quel point il est important pour les futures missions Artemis de la NASA. L’équipe d’inventeurs reconnue comprend Jay Feldman et Ethiraj Venkatapathy du centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie, Curt Wilkinson de Bally Ribbon Mills et Ken Mercer de Dynovas.
3D-MAT a également des applications au-delà de la NASA. Les capacités de traitement des matériaux permises par 3D-MAT ont donné naissance à d’autres produits tels que des pièces structurelles pour les voitures de course de Formule 1 et des carters de moteurs de fusée. Plusieurs utilisations potentielles du 3D-MAT dans les véhicules aérospatiaux commerciaux et dans la défense sont en cours d’évaluation en fonction de ses propriétés et de ses performances.