Les futures missions planétaires pourraient explorer à des températures extrêmement froides qui entravent les engins spatiaux existants, grâce à un projet en cours de développement au JPL.
Lorsque la NASA reviendra sur la Lune avec Artemis, l’agence et ses partenaires atteindront des régions inexplorées de la surface lunaire autour du pôle Sud, où il peut faire beaucoup plus froid la nuit que même sur Mars glacial. De telles conditions de surface seraient un défi pour les engins spatiaux actuels, qui dépendent de radiateurs énergivores pour rester au chaud.
Une démonstration technologique en cours de développement au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud pourrait offrir une solution qui permettrait l’exploration dans l’obscurité de la nuit lunaire, une période qui s’étend sur environ 14 jours terrestres. Le projet, qui a récemment été testé au JPL, s’appelle Cold Operable Lunar Deployable Arm (COLDArm). Il combine plusieurs nouvelles technologies pour créer un système de bras robotisé qui peut fonctionner à des températures aussi basses que moins 280 degrés Fahrenheit (moins 173 degrés Celsius).
« Pour aller sur la lune, nous devons pouvoir fonctionner à des températures plus froides, en particulier pendant la nuit lunaire, sans utiliser de radiateurs », a déclaré Ryan McCormick, chercheur principal du projet. « COLDArm permettrait aux missions de continuer à travailler et à mener des activités scientifiques même dans des environnements cryogéniques extrêmes. »
Pour expliquer le projet, McCormick rappelle une scène du film de 1991 « Terminator 2 : Le Jugement dernier » dans laquelle un androïde hostile fait de métal liquide est arrêté à froid – littéralement gelé – par un déversement géant d’azote liquide. « Le méchant ne peut pas travailler à ces températures, mais COLDArm le peut », a déclaré McCormick.
Bien que COLDArm ne fonctionnera pas dans l’azote liquide, il pourrait fonctionner sur un atterrisseur envoyé dans un monde océanique gelé comme la lune Europa de Jupiter, où son manque de pièces chauffées aurait l’avantage supplémentaire de permettre la collecte de matériaux volatils sans affecter de manière significative la température. d’échantillons. Cela pourrait libérer environ deux heures de temps et jusqu’à 30% du budget énergétique d’une mission quotidienne que les rovers martiens comme Curiosity et Perseverance dépensent pour réchauffer leurs bras robotiques afin que leurs engrenages ne se stressent pas et ne se cassent pas dans le froid.
Le bras de 6 pieds 6 pouces (2 mètres) est équipé de deux caméras disponibles dans le commerce pour la cartographie 3D qui ont le même capteur d’imagerie qui est intégré dans la caméra couleur de 13 mégapixels utilisée par l’hélicoptère Ingenuity Mars de la NASA, l’un des nombreux technologies COLDArm s’adapte à partir du petit giravion. Une variété d’accessoires et de petits instruments pourraient aller à l’extrémité du bras, y compris une pelle en titane imprimée en 3D pour collecter des échantillons à la surface d’un corps céleste. Comme le bras de l’atterrisseur InSight Mars de la NASA, COLDArm pourrait également déployer des instruments à la surface.
En septembre dernier, dans un banc d’essai du JPL rempli de matériau pour simuler le régolithe lunaire (roche brisée et poussière sur la lune), COLDArm a réalisé avec succès des expériences qui ont évalué sa capacité à recueillir des données sur les propriétés de ce régolithe. Maintenant, COLDArm a été envoyé pour effectuer les mêmes tests rigoureux dans des conditions spatiales auxquelles chaque mission est confrontée. Il vise un lancement à la fin des années 2020.
Qu’est-ce qui fait fonctionner COLDarm
Plusieurs nouvelles technologies clés permettent au système COLDArm de fonctionner dans des environnements extrêmes. Premièrement, le bras utilise des engrenages en verre métallique massif, un matériau métallique solide avec une composition et une structure uniques qui le rendent plus résistant que la céramique et deux fois plus résistant que l’acier, avec de meilleures propriétés élastiques que les deux. Ces engrenages ne nécessitent aucune lubrification ou chauffage pour fonctionner dans le froid.
Parce que les contrôleurs de moteur froid du bras n’ont pas besoin d’être maintenus au chaud dans un boîtier électronique près du cœur du vaisseau spatial, ils peuvent être installés plus près des instruments scientifiques, ne nécessitant aucune isolation et un câblage moins lourd.
Et un capteur intégré dans le « poignet » de COLDArm donne un retour au bras, lui permettant de « sentir » ce qu’il fait dans toutes les directions, comme un humain secouant une clé dans un trou de serrure et tournant la serrure. Ce dispositif, appelé capteur de couple de force à six axes, peut également fonctionner dans des conditions de froid extrême.
En plus d’utiliser des caméras conçues pour un usage commercial, COLDArm exploite une autre technologie qui a fait ses preuves à bord d’Ingenuity : un processeur puissant semblable à ceux utilisés dans les smartphones grand public et un logiciel de vol open source, appelé F Prime, que JPL a développé. Comme l’hélicoptère de Mars, COLDArm pourrait fonctionner de manière autonome, effectuer des tâches et collecter des images et des données de capteurs sans entrée en temps réel des contrôleurs de mission sur Terre.
Motiv Space Systems, un partenaire de COLDArm, a développé les contrôleurs de moteur froid et a également construit des sections du bras et l’a assemblé à partir de pièces fournies par JPL dans les installations de la société à Pasadena, en Californie.