CUSP : Nouvelles Perspectives en Recherche Solaire

Le projet CUbesat Solar Polarimeter (CUSP) consiste à lancer deux petits satellites, appelés CubeSats, dans l’espace pour étudier les éruptions solaires. Ces CubeSats vont mesurer comment la lumière des éruptions solaires est polarisée, ce qui peut donner des infos importantes sur le comportement du Soleil, surtout sur la façon dont l’énergie et les particules sont libérées pendant ces événements. Ces infos sont cruciales pour comprendre la météo spatiale, qui peut affecter la technologie et la vie sur Terre.

Le projet est approuvé par l’Agence spatiale italienne et doit passer à la prochaine phase de développement en 2024. Les CubeSats utiliseront un instrument spécial qui repose sur une technique appelée Diffusion Compton pour rassembler les données nécessaires.

#Objectifs de Design

Concevoir un CubeSat comporte beaucoup de défis. Ces petits satellites doivent respecter des limites strictes de taille et de poids tout en répondant aux besoins scientifiques. Un design mécanique solide est essentiel pour s'assurer que les instruments fonctionnent correctement et atteignent les objectifs de la mission. Ça implique de bien choisir les matériaux et les composants structurels qui composent le CubeSat.

Le design de la mission passera par plusieurs phases. Au début, un modèle simplifié du CubeSat a été créé pour établir une base. Ce modèle va aider à guider le développement des satellites pendant que les ingénieurs évaluent et optimisent chaque partie.

#Flux de travail et logiciels utilisés

Pour ce projet, plusieurs outils logiciels sont utilisés pour aider dans le processus de conception et d’analyse :

• SolidWorks est un programme qui permet aux ingénieurs de créer des modèles 3D détaillés de pièces et d'assemblages. C'est utile pour visualiser des systèmes mécaniques complexes et vérifier qu'ils s'emboîtent bien.
• ANSYS est un ensemble d'applications de simulation et d’analyse. Dans ANSYS, plusieurs outils spécifiques sont utilisés :
  • SpaceClaim permet de créer des modèles solides rapidement.
  • Meshing génère la grille utilisée pour les Simulations, important pour analyser comment les matériaux réagiront sous différentes conditions.
  • Workbench relie tous les différents outils logiciels et aide à gérer le flux de travail.
• Thermica est un programme spécialisé pour l’Analyse thermique, s’assurant que le CubeSat peut résister à des températures extrêmes dans l’espace.

Chaque logiciel joue un rôle pour créer une image unifiée de la façon dont le vaisseau spatial fonctionnera.

#Conception et sélection des matériaux

Le design mécanique du CubeSat se concentre sur la création d'une structure solide et légère. La Charge utile consiste en divers composants qui travaillent ensemble pour collecter des données pendant la mission. Les composants incluent des interfaces en aluminium, un logement de protection, des détecteurs spécialisés et des filtres.

L’équipe a soigneusement sélectionné les matériaux pour chaque partie en fonction de leurs propriétés mécaniques, s'assurant qu'ils peuvent supporter les contraintes et les températures prévues pendant la mission.

#Simulation et analyse

Avant de construire le CubeSat, de nombreuses simulations informatiques sont réalisées. Ces simulations aident les ingénieurs à évaluer comment le design va performer dans diverses conditions. Les simulations incluent :

1. Analyse quasi-statique : Cela simule des stress mécaniques extrêmes, appliquant des forces pour voir comment la structure résiste.
2. Analyse de vibration aléatoire : Ça s’assure que la structure peut gérer les vibrations rencontrées pendant le lancement. Ces analyses sont basées sur des normes établies pour garantir la sécurité.
3. Analyse thermo-élastique : Cela vérifie comment les charges thermiques de l'espace affectent les matériaux. Le CubeSat va subir à la fois de la chaleur extrême et du froid, donc comprendre ces effets est crucial.
4. Analyse modale : Cela regarde comment la structure vibre et s’assure qu'elle ne dépasse pas certaines limites.

Ces analyses sont vitales pour confirmer que le CubeSat peut résister à son environnement.

#Résultats et améliorations

Les résultats des simulations ont été prometteurs jusqu'à présent. Le CubeSat a montré qu’il peut gérer les stresses mécaniques attendues. L’analyse modale a confirmé que le design respecte les exigences nécessaires pour la vibration. Cependant, certaines zones, notamment le cadre du scintillateur et les points de connexion à la plateforme, ont montré un besoin de redesign.

Pour répondre à ces constatations, un redesign préliminaire a été entrepris. Les ingénieurs ont utilisé des techniques de modélisation innovantes pour créer de nouvelles versions des composants qui montraient des faiblesses. Cette optimisation itérative aide à améliorer la résistance et la durabilité globales du CubeSat.

#Démonstrateur technologique

Pour valider les designs mis à jour, un démonstrateur technologique a été créé. C'est une version plus petite du CubeSat qui incorpore les composants optimisés. Cela permet aux ingénieurs de tester comment les nouveaux designs fonctionnent dans des conditions réelles.

En utilisant des techniques de fabrication avancées comme l'impression 3D, les pièces du démonstrateur peuvent être produites avec une haute précision. Cette flexibilité de production permet des ajustements rapides basés sur les résultats de chaque cycle de test.

#Conclusion et prochaines étapes

L'approche structurée utilisée dans le projet CUSP a considérablement amélioré le design de la charge utile du CubeSat. En se concentrant sur l’analyse, l’optimisation et les tests, l’équipe du projet renforce la fiabilité et l’efficacité de la mission.

À l’avenir, des analyses détaillées supplémentaires seront menées, et l’équipe continuera à apporter des ajustements basés sur les résultats du démonstrateur technologique. Des tests environnementaux seront également effectués pour s’assurer que le design final peut résister aux défis uniques de l’espace.

Globalement, cette mission vise à fournir des données précieuses sur les éruptions solaires et la météo spatiale, ce qui pourrait avoir un impact profond sur notre compréhension du Soleil et de ses effets sur la Terre.