Parce qu’il n’existe pas de jauge à carburant pour vaisseau spatial
Il peut être difficile de surveiller les niveaux de carburant dans l’espace, et cela peut être coûteux.
Laissez un satellite se vider de son carburant et vous le laissez sur son orbite d’origine sans propulsion pour éviter qu’il ne s’écrase contre des objets. Si vous retenez plus de carburant que nécessaire, vous risquez de gaspiller beaucoup d’argent en abandonnant un satellite avec du carburant à bord.
Image d’entête : tableau de bord de la navette Endeavour en orbite autour de la Terre. (NASA)
Le problème, bien sûr, est que la microgravité à l’intérieur d’un vaisseau spatial permet au liquide de circuler/ flotter librement.
Un moyen courant de le suivre est d’estimer la quantité de carburant consommée à chaque propulsion et de soustraire cette quantité du volume dans le réservoir.
Cependant, les ingénieurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) aux États-Unis affirment que si cette méthode est assez précise lorsque le réservoir est presque plein, les estimations ressemblent davantage à des suppositions grossières et peuvent finalement rater la cible de 10 %, l’erreur de chaque estimation se répercutant sur la suivante.
La solution pourrait se trouver dans leur nouvelle idée de jauge à carburant, décrite dans une étude publiée cette semaine (lien plus bas), qui permet de recréer numériquement la forme 3D d’un fluide en fonction de ses propriétés électriques.
Le concept, conçu à l’origine par Manohar Deshpande de la NASA, fait appel à une technique d’imagerie peu coûteuse connue sous le nom de tomographie volumique à capacité électrique (ECVT pour Electrical capacitance volume tomography).
Comme un scanner, l’ECVT peut se rapprocher de la forme d’un objet en prenant des mesures sous différents angles. Mais au lieu de capter des rayons X, les électrodes émettent des champs électriques et mesurent la capacité de l’objet à stocker une charge électrique, ou capacité.
M. Deshpande a ensuite travaillé avec Nick Dagalakis et ses collègues dans la salle blanche du NanoFab, au Centre pour la science et la technologie à l’échelle nanométrique du NIST, pour mettre au point un prototype.
Ils ont d’abord produit des capteurs à l’aide d’un procédé appelé lithographie douce, dans lequel ils ont imprimé des motifs d’encre sur des feuilles de cuivre avec un support en plastique souple. Ensuite, un produit chimique corrosif a découpé le cuivre exposé, laissant derrière lui les bandes de métal désirées.
Ensuite, ils ont tapissé l’intérieur d’un récipient en forme d’œuf, inspiré d’un des réservoirs de carburant de la NASA, avec les capteurs souples. À l’intérieur du réservoir, les champs électriques émis par chaque capteur pouvaient être reçus par les autres, mais la quantité de ces champs qui était transmise dépendait de la capacitance du matériau se trouvant à l’intérieur du réservoir.
L’intérieur du prototype de réservoir de carburant est tapissé d’électrodes souples, chacune capable d’émettre des champs électriques (flèches jaunes) qui s’affaiblissent lorsqu’elles passent à travers le ballon rempli de fluide caloporteur (HT-90). Les électrodes captent les champs générés par les autres, affaiblis ou à pleine puissance. En combinant les mesures de chaque paire d’électrodes, la jauge peut estimer l’emplacement et le volume du ballon. (N. Hanacek/ NIST)
Selon Dagalakis :
Si vous n’avez pas de carburant, vous avez la meilleure transmission, et si vous avez du carburant, vous allez avoir une mesure plus basse, parce que le carburant absorbe l’onde électromagnétique.
Nous mesurons la différence de transmission pour chaque paire de capteurs possible, et en combinant toutes ces mesures, vous pouvez savoir où il y a et où il n’y a pas de carburant et créer une image en 3D.
Il est encore tôt, selon Dagalakis, mais c’est « un bon point de départ”, et le système ECVT pourrait aider à surmonter d’autres défis dans l’espace et il ajoute :
Cette technologie pourrait être utilisée pour surveiller en permanence l’écoulement des fluides dans les nombreux tuyaux à bord de la Station spatiale internationale et pour étudier comment les petites forces des fluides en suspension peuvent modifier la trajectoire des engins spatiaux et des satellites.
L’étude publiée dans The Journal of Spacecraft and Rockets : Flexible Assemblies of Electrocapacitive Volume Tomographic Sensors for Gauging Fuel of Spacecraft et présentée sur le site du National Institute of Standards and Technology : NIST Designs a Prototype Fuel Gauge for Orbit.
