Il y a une trentaine d’années, un jeune ingénieur nommé Christopher Walker était à la maison le soir en train de préparer du pudding au chocolat lorsqu’il a reçu ce qui s’est avéré être un appel très fortuit de sa mère.
Répondant à l’appel, il éteignit la cuisinière et tendit une pellicule plastique sur la marmite pour garder le pudding frais. Au moment où il revint, l’air de refroidissement dans le pot avait donné à l’emballage une forme concave, et dans ce plastique déformé, il vit quelque chose – le reflet agrandi d’une ampoule au plafond – qui lui donna une idée qui pourrait révolutionner les systèmes spatiaux. détection et communication.
Cette idée est devenue le Large Balloon Reflector (LBR), un dispositif gonflable qui crée de larges ouvertures de collecte qui pèsent une fraction des antennes déployables actuelles. Aujourd’hui, avec l’aide du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA, financé par la Direction des missions de technologie spatiale de l’agence, qui soutient les innovations visionnaires provenant de diverses sources, la vision vieille de plusieurs décennies de Walker se concrétise.
Le concept transforme une partie de la surface intérieure d’une sphère gonflée en antenne parabolique. Une section comprenant environ un tiers de la surface intérieure du ballon est aluminisée, lui conférant des propriétés réfléchissantes.
Grâce au financement du NIAC et à une subvention du Laboratoire de recherche navale des États-Unis, Walker a pu développer et démontrer des technologies pour un LBR de 10 mètres de diamètre transporté vers la stratosphère par un ballon géant. À titre de comparaison, l’ouverture de l’énorme télescope spatial James Webb de la NASA mesure plus de 6,5 mètres de diamètre.
« Il n’y avait aucun autre endroit que le NIAC au sein de la NASA pour faire décoller ce projet », explique Walker, aujourd’hui professeur d’astronomie et d’ingénierie optique à l’Université de l’Arizona à Tucson. « Au début, j’avais peur de partager cette idée avec des collègues parce que cela semblait tellement fou. Vous avez besoin d’un programme au sein de la NASA qui examinera réellement les idées radicales, et c’est le NIAC. »
Les antennes paraboliques utilisent leur forme concave pour capter et concentrer le rayonnement électromagnétique. Plus le diamètre ou l’ouverture de l’antenne est grand, plus elle est efficace pour capter la lumière ou les ondes radio et transmettre des signaux radio sur de grandes distances.
En astronomie, il y a un énorme avantage à placer les télescopes au-dessus de l’atmosphère terrestre, qui a tendance à déformer ou à dégrader les signaux provenant de l’espace. Le défi réside dans le fait que les antennes traditionnelles à grand réflecteur sont lourdes, encombrantes et difficiles à ranger, ce qui entraîne des contraintes de lancement et des projets de déploiement risqués dans l’espace.
La conception LBR résout ces deux problèmes. Fabriqué à partir d’une structure en film mince, il se gonfle comme un ballon de plage, offrant une forme de parabole stable sans avoir besoin de matériel déployable volumineux et complexe, et peut se plier en un volume minuscule.
En 2018, Freefall Aerospace, une société cofondée par Walker pour développer et commercialiser la technologie, a démontré le potentiel du LBR à bord du ballon stratosphérique de la taille d’un stade de la NASA, qui transportait un modèle réduit de 3,28 pieds à une altitude de 159 000 pieds.
La prochaine étape en matière de technologie est une démonstration de communications à haut débit en orbite terrestre basse à bord d’un CubeSat à 6 unités, de la taille d’une boîte à chaussures, appelé CatSat. Il a été sélectionné pour un vol en 2019 dans le cadre de l’initiative de lancement CubeSat de la NASA. Il s’agit d’un effort conjoint impliquant la NASA, Freefall Aerospace, l’Université de l’Arizona et la Rincon Research Corporation à Tucson, en Arizona.
Après avoir atteint l’orbite terrestre basse, le système de déploiement d’antenne gonflable de CatSat se déploiera à partir de son conteneur, se gonflera jusqu’à un diamètre d’environ un pied et demi et commencera à retransmettre des photos de la Terre haute définition. La mission devrait être lancée avec plusieurs autres CubeSats sur la fusée Alpha de Firefly Aerospace dans le cadre de la mission Educational Launch of Nanosatellites (ELaNa) 43.
Un concept de mission lunaire plus ambitieux est également à l’étude. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, utiliserait l’antenne gonflable en tandem avec un nouvel instrument appelé Spectromètre Terahertz pour l’utilisation des ressources in situ, un laser miniature de haute puissance calibré avec précision pour détecter l’eau, une ressource d’exploration essentielle.
« La technologie démontrée par CatSat ouvre la porte à la possibilité de futures missions lunaires, planétaires et dans l’espace lointain utilisant CubeSats », a déclaré Walker.
Il peut être difficile de croire que tout a commencé, car l’idée d’un jeune ingénieur de dîner un soir était ce que la plupart considéreraient comme un dessert. Là encore, on pourrait dire que la preuve était dans le pudding.