22 juin 2021

Réduire les à-coups des mécanismes spatiaux

Le CSEM a mis au point un nouveau banc d’essai pour les microvibrations. Il permet de caractériser avec précision les vibrations générées dans les appareils spatiaux, tout en étudiant l’exploitation de roues de réaction à paliers magnétiques pour le contrôle d’attitude des satellites. Les vibrations de bas niveau peuvent dégrader les performances des instruments optiques de haute précision.

Satellite

Avec un dynamomètre développé sur mesure à l’interne avec des capteurs de force piézoélectriques de l’entreprise Kistler, les ingénieurs du CSEM ont pu détecter avec précision les microvibrations générées par un nouveau type de roue de réaction à palier magnétique. En mesurant minutieusement ces microvibrations, ils ont pu évaluer l’efficacité d’un algorithme de contrôle qui limite de manière active les vibrations synchrones sur toute la gamme de vitesse (Ref 1). La réduction des perturbations et de la consommation énergétique permet ainsi des vitesses de rotation plus élevées.

Avancées dans le développement de technologies spatiales de pointe

Le CSEM est partenaire de l’Agence spatiale européenne (ESA) depuis de nombreuses années. Un volet de leurs recherches communes porte sur l’élimination des vibrations qui proviennent des composants à bord des satellites. Ces (micro)vibrations peuvent causer de multiples problèmes tels qu’une consommation accrue d’énergie, une qualité d’image dégradée (dans le cadre de missions d’imagerie) et des performances limitées en matière du contrôle d’attitude du satellite.

« Pour donner une idée de l’échelle, ces vibrations sont de l’ordre du millinewton, et il est donc crucial de disposer d’une chaîne de mesure ultrasensible, avec un très faible bruit. Les capteurs et amplificateurs de charge de Kistler convenaient parfaitement à cette mission. Ils nous ont fourni des résultats de première qualité », explique Guzmán Borque Gallego, ingénieur R&D du CSEM. « La technologie de Kistler a surpassé nos attentes, elle a résisté à des contraintes qui allaient au-delà des spécifications annoncées par son fabricant. Elle est incroyablement robuste », ajoute Leopoldo Rossini, ex-responsable des installations de microvibrations au CSEM.

Avec l’apport des technologies de mesure de Kistler, les ingénieurs du CSEM ont pu étudier de manière détaillée un prototype de roue de réaction à palier magnétique produite par l’entreprise suisse Celeroton. Leur technologie de pointe est dénuée de friction, autrement dit, elle a une durée de vie virtuellement infinie. Elle peut également limiter les vibrations indésirables par régulation, ce qui lui permet d’atteindre de meilleures performances à haute vitesse, tout en restant incroyablement compacte en termes de taille et de poids (masse). A l’avenir, on peut espérer que ce type de roue de réaction soit utilisé dans les satellites pour stabiliser encore plus efficacement leur contrôle d’attitude.

Plus d’informations sur la collaboration entre le CSEM et KISTLER

Ref 1 : Nouveau filtre coupe-bande généralisé pour la suppression des vibrations harmoniques dans les systèmes de paliers magnétiques, https://ieeexplore.ieee.org/document/9364732