Test de décharge pour antenne de lanceur

14 juin 2023

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par l'Agence spatiale européenne

Maintenir un lanceur en vol connecté au sol est l’une des tâches les plus difficiles qu’une antenne puisse accomplir. Faire face à des températures élevées, des vibrations et du sillage atmosphérique est déjà assez difficile, mais le changement des niveaux de pression atmosphérique lorsque le lanceur se dirige vers le vide de l'espace (et potentiellement retour) peut entraîner des décharges électriques dangereuses appelées corona, qui sont testées ici.

La conception de l'antenne testée au laboratoire de radiofréquences haute puissance de l'ESA à Valence, en Espagne, fait partie d'un quatuor qui est sur le point d'être mis en service sur le micro-lanceur sous-orbital espagnol Miura 1, développé par la société PLD Space. Mais les quatre antennes font également l’objet d’une campagne de tests distincte afin de les qualifier pour des utilisations futures plus larges.

"Il existe quatre types d'antennes différents, chacune étant installée par paires à bord de Miura 1", explique Victoria Iza, ingénieure des antennes de l'ESA.

"L'une est une antenne de signal satellite de navigation mondiale, utilisant les signaux de navigation par satellite pour suivre la position du lanceur ; l'autre est une antenne en bande S pour transmettre la télémétrie ainsi que des antennes en bande C et UHF qui servent toutes deux au système de sécurité qui terminera le vol en toute sécurité dans en cas de dysfonctionnement, fonctionnant en redondance.

"Construit par la société espagnole Anteral, ce quatuor d'antennes diélectriques conformes, chacune ayant à peu près la taille d'un smartphone et conçue pour s'adapter autour de la coque de l'étage supérieur, a déjà été qualifiée comme faisant partie de la baie avionique de la Miura 1. Mais avec "Le nombre de petits lanceurs européens augmentant rapidement, soutenu par le programme Boost ! de l'ESA, il existe un potentiel pour que ces antennes trouvent des utilisations plus larges, elles sont donc soumises à un programme de qualification distinct."

Réalisées dans le cadre du programme technologique de soutien général de l'ESA, qui contribue au développement de nouveaux produits prometteurs pour l'espace et le marché libre, les antennes sont actuellement soumises à des tests environnementaux, notamment sous vide thermique où elles sont exposées à un vide soutenu et à des températures extrêmes, ainsi qu'à des tests de vibration.

Ces antennes doivent résister à des environnements thermomécaniques difficiles pendant le lancement, le vol orbital et l'éventuel retour sur Terre. Le projet a donc été soutenu du côté de l'ESA par l'ingénieur en structures Goncalo Rodrigues et l'ingénieur thermique Miguel Copano.

Les principaux facteurs de stress sont les vibrations propagées par les moteurs à réaction du lanceur, les chocs résultant de la séparation du carénage et des étages, ainsi que les températures extrêmes résultant des flux aérothermiques et, une fois en orbite, de l'exposition alternée au soleil et à l'espace froid.

Pour vérifier que les conceptions d'antennes peuvent non seulement survivre mais continuer à fonctionner comme prévu, l'équipe a utilisé une combinaison de simulations informatiques et d'installations de test au sol, notamment des agitateurs électromagnétiques, des tables de pyrochocs et des chambres à vide thermique.

"La plupart des tests ont été effectués à l'Université publique de Navarre, UPNA, mais le laboratoire de radiofréquences haute puissance de l'ESA a été utilisé pour les tests de décharge corona", ajoute Victoria.

"Lorsqu'une antenne radiofréquence est entourée d'une quantité résiduelle d'atmosphère - comme lorsqu'un lanceur quitte ou retourne dans une atmosphère planétaire - alors il est possible que cet air soit ionisé par le signal radio, risquant de provoquer des dommages semblables à ceux d'un éclair. décharge.

"Les antennes ont été placées dans ce conteneur en verre afin que les niveaux d'air ambiant puissent être modifiés pendant que les antennes sont en fonctionnement ; le verre n'entrave pas les signaux radio. Notre campagne de tests complète se terminera bientôt et, espérons-le, aidera les antennes à trouver de nouveaux marchés. , pas seulement pour les lanceurs : par exemple, leur robustesse démontrée signifie qu'ils pourraient également être utilisés à bord d'atterrisseurs planétaires.