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Astronautique

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L'activité spatiale au niveau mondial s'est considérablement intensifiée et diversifiée ces dix dernières années. Les innovations technologiques réduisent aujourd'hui le coût de l'accès à l'espace et de l'utilisation de celui-ci, permettant ainsi le lancement de nouvelles missions et applications. Par ailleurs, le secteur spatial voit arriver un nombre croissant de nouveaux acteurs et pays intéressés, ainsi qu'un afflux de capitaux privés toujours en augmentation. Le secteur spatial est aujourd'hui un domaine d'activité humaine de plus en plus viable sur le plan commercial et mobilise actuellement une grande diversité d'acteurs publics et privés sur tous les continents qui s'engagent dans un large éventail d'activités en amont et en aval. Les domaines d'innovation actifs en astronautique comprennent les systèmes qui assurent la propulsion, l'alimentation en électricité, le contrôle des engins spatiaux et la survie à bord, ainsi que la détection, la surveillance et l'élimination des débris spatiaux.

Systèmes de propulsion

Le système de propulsion est le principal système de mobilité de tout engin spatial. Sa principale fonction est de produire la poussée nécessaire au lancement, à la mise en orbite, aux changements et au maintien d'orbites, au contrôle de la position, au maintien de la station, au contrôle d'attitude, aux opérations de proximité, à l'évitement des collisions, à l'élimination en fin de vie ou encore aux manœuvres dans l'espace lointain, notamment la descente et l'atterrissage. La capacité à effectuer ces tâches avec une grande précision est une exigence essentielle pour de nombreuses missions spatiales.

Systèmes de propulsion à propergol liquide

Dans les engins spatiaux, les systèmes de propulsion peuvent utiliser des propergols liquides seuls (monoergols) ou en combinaison (biergols) pour fournir la poussée.

Systèmes de propulsion à propergol liquide

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Systèmes de propulsion à propergol solide

Les systèmes de propulsion solide utilisent généralement un mélange solide de carburant et de comburant à auto-combustion, et sont principalement utilisés dans les étages booster ou les étages principaux des systèmes de lanceurs.

Systèmes de propulsion à propergol solide

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Systèmes de propulsion à air et hybrides

Les systèmes à air comprimé créent une poussée en utilisant l'air d'admission pour brûler un propergol : les exemples les plus connus sont les statoréacteurs et les superstatoréacteurs.

Systèmes de propulsion à air et hybrides

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Systèmes électrostatiques

Les systèmes électrostatiques tels que les propulseurs à effet Hall, les moteurs ioniques à grille et les propulseurs à émission de champ accélèrent les ions de manière électrostatique pour produire une poussée.

Systèmes électrostatiques

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Systèmes électrothermiques

Dans les systèmes de propulsion électrothermiques, les gaz sont chauffés et expansés à travers une tuyère. Les résistojets et les arcjets en sont des exemples.

Systèmes électrothermiques

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Systèmes électromagnétiques

Les systèmes de propulsion électromagnétique accélèrent le plasma par l'interaction de champs électriques et magnétiques : les propulseurs magnétoplasmadynamiques et les propulseurs à plasma pulsé en sont des exemples.

Systèmes électromagnétiques

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Systèmes de propulsion solaire thermique

Ces systèmes utilisent l'énergie solaire thermique pour chauffer un propergol.

Systèmes de propulsion solaire thermique

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Systèmes de propulsion nucléaire

Ces systèmes utilisent des réactions nucléaires pour produire la poussée. En général, un réacteur nucléaire est utilisé pour chauffer un fluide de travail à une température élevée ou pour générer de l'énergie électrique afin d'actionner un propulseur électrique.

Systèmes de propulsion nucléaire

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Systèmes de propulsion par voile solaire

Les systèmes de propulsion par voile solaire sont bien adaptés aux vols spatiaux de longue durée. Ils utilisent la pression de radiation, telle que celle du vent solaire, qui agit sur les surfaces des engins spatiaux.

Systèmes de propulsion par voile solaire

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Systèmes de propulsion captive

Tethered propulsion systems make use of long cables for propulsion: examples include momentum exchange tethers, electrodynamic tethers and tethered formations.

Systèmes de propulsion captive

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L'alimentation électrique des engins spatiaux

Cette catégorie recouvre la production d'électricité pour les engins spatiaux, sa conversion et son stockage. La conception du sous-système d'alimentation électrique peut s'appuyer sur un large éventail de technologies et d'options de mise en œuvre. Pour produire de l'énergie électrique, les panneaux solaires sont largement utilisés et d'autres options incluent les piles à combustible ou les réacteurs nucléaires. Des batteries permettent de stocker l'énergie à bord de l'engin. D'autres matériels et logiciels assureront le contrôle et la distribution de l'énergie à l'intérieur de l'engin spatial.

Architecture des systèmes d'alimentation électrique

Les topologies des systèmes d'alimentation sont conçues pour répondre aux besoins en énergie des missions en intégrant plusieurs fonctions telles que la production d'énergie, la distribution, le stockage et les systèmes de gestion.

Architecture des systèmes d'alimentation électrique

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Technologie des générateurs photovoltaïques

Photovoltaic generators use radiation to generate spacecraft electrical power. Important aspects include supports and fixations, mechanisms to deploy solar panels, and electrical and thermal management of solar panels.

Technologie des générateurs photovoltaïques

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Technologies des piles à combustible

Les technologies des piles à combustible utilisent des réactions chimiques, généralement avec de l'hydrogène et de l'oxygène, pour produire de l'électricité à bord de l'engin spatial.

Technologies des piles à combustible

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Technologies des générateurs nucléaires et thermoélectriques

Les technologies permettant de générer de l'énergie électrique à bord des engins spatiaux à partir de l'énergie thermique, générée par le soleil et des réacteurs nucléaires, sont également utilisées dans les applications spatiales.

Technologies des générateurs nucléaires et thermoélectriques

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Technologies électrochimiques pour stocker l'énergie

Des batteries permettent de stocker l'énergie à bord de l'engin spatial. Les domaines d'innovation recouvrent l'agencement et l'intégration de cellules électrochimiques sur et dans les engins spatiaux, ainsi que leur gestion électrique et thermique.

Technologies électrochimiques pour stocker l'énergie

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Technologies mécaniques pour stocker l'énergie

Les technologies mécaniques pour le stockage de l'énergie à bord d'un engin spatial couvrent les aspects relatifs à la structure des dispositifs de stockage d'énergie ainsi qu'à leur contrôle et leur régulation. Les volants d'inertie sont un exemple bien connu de stockage mécanique de l'énergie à bord d'engins spatiaux.

Technologies mécaniques pour stocker l'énergie

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Contrôle des systèmes spatiaux

Le contrôle des systèmes spatiaux couvre les technologies et les méthodes qui permettent aux engins spatiaux de déterminer et de contrôler leur attitude et leur orbite. Le système de contrôle d'attitude et d'orbite (SCAO) permet d'identifier l'orientation d'un engin spatial, de calculer les commandes nécessaires pour le stabiliser ou le réorienter, de contrôler son état de rotation et d'orienter les systèmes embarqués dans les directions souhaitées au cours de la mission. Le système de guidage, de navigation et de contrôle (GNC) contribue quant à lui à définir et à contrôler l'orbite de l'engin spatial pour atteindre une orbite ou une position finale (p. ex. de transfert, de ralliement orbital, de repositionnement et interplanétaire) ou pour surmonter une perturbation.

Architecture des systèmes SCAO et GNC

La catégorie Architectures du système de contrôle d'attitude et d'orbite (SCAO) et de contrôle de guidage et de navigation (GNC) recouvre la conception de systèmes et l'intégration de composants pour permettre un contrôle précis de l'orientation, de la navigation et de l'attitude.

Architecture des systèmes SCAO et GNC

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Autonomie et détection, isolation et récupération des pannes (FDIR)

L'autonomie et la détection, l'isolation et la récupération des défaillances (FDIR) sont des fonctions essentielles, en particulier pour les missions non habitées avec de longues périodes sans contact ou avec un contact intermittent entre la station au sol et l'engin spatial.

Autonomie et détection, isolation et récupération des pannes (FDIR)

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Technologies GNC pour l'entrée, la descente et l'atterrissage

Les technologies GNC pour l'entrée, la descente et l'atterrissage couvrent des technologies telles que le freinage et l'atterrissage de précision.

Technologies GNC pour l'entrée, la descente et l'atterrissage

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Technologies GNC pour la navigation, le ralliement orbital, l'amarrage ou la capture

Les systèmes de guidage et de contrôle de la navigation pour la navigation, le ralliement orbital et l'amarrage des engins spatiaux sont des systèmes essentiels pour de nombreuses missions spatiales, notamment celles d'élimination des débris.

Technologies GNC pour la navigation, le ralliement orbital, l'amarrage ou la capture

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Technologies de pointage de haute précision

Les technologies de pointage de haute précision assurent la communication, la collecte de données et le ciblage précis des instruments embarqués.

Technologies de pointage de haute précision

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Capteurs optiques des systèmes SCAO et GNC

Les capteurs optiques tels que les capteurs solaires, stellaires et d'horizon sont utilisés pour déterminer l'orientation de l'engin spatial par rapport aux points de référence célestes et fournissent des données d'entrée aux systèmes SCAO et GNC.

Capteurs optiques des systèmes SCAO et GNC

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Capteurs magnétiques et inertiels des systèmes SCAO et GNC

Les capteurs inertiels, tels que les gyroscopes et les accéléromètres, et les capteurs magnétiques, tels que les magnétomètres, déterminent l'attitude de l'engin spatial.

Capteurs magnétiques et inertiels des systèmes SCAO et GNC

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Actionneurs magnétiques et inertiels des systèmes SCAO et GNC

Les actionneurs inertiels et magnétiques contrôlent l'attitude de l'engin spatial : les roues de réaction et les torqueurs magnétiques en sont des exemples.

Actionneurs magnétiques et inertiels des systèmes SCAO et GNC

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Survie

La catégorie Survie couvre les structures d'habitation et de logement de l'équipage ou des passagers, ainsi que la protection contre les rayonnements ionisants, les ions ou le plasma dans les engins spatiaux habités. Sont également concernées les combinaisons pour activités extravéhiculaires (EVA) ou combinaisons spatiales, qui sont essentielles pour que les astronautes puissent effectuer des activités en dehors de l'engin spatial. Ces combinaisons protègent les astronautes contre les températures extrêmes, le vide, les micrométéorites et les rayonnements, tout en leur permettant de se déplacer. Les combinaisons EVA assurent généralement une pression interne stable et comprennent des systèmes de contrôle thermique et de survie. En outre, les systèmes de contrôle des conditions environnementales et de vie à bord des engins spatiaux sont également couverts par les systèmes de survie.

Technologies des structures primaires et secondaires des engins spatiaux habités

Les aspects structurels des engins spatiaux habités comprennent la conception et les détails de construction des modules d'habitation et des cabines pour l'équipage et les passagers des véhicules interplanétaires et des stations spatiales.

Technologies des structures primaires et secondaires des engins spatiaux habités

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Combinaisons d'EVA

La catégorie combinaisons d'EVA couvre de nombreux aspects relatifs aux vêtements utilisés dans l'espace, allant d'éléments de protection aux systèmes de survie intégrés aux combinaisons d'EVA.

Combinaisons d'EVA

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Contrôle de l'environnement et des conditions de vie

Les systèmes de contrôle des paramètres environnementaux à l'intérieur des engins spatiaux comprennent des dispositifs de traitement de l'atmosphère à l'intérieur des vaisseaux habités, tels que des générateurs d'oxygène et des dispositifs de climatisation et de contrôle de la température.

Contrôle de l'environnement et des conditions de vie

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Débris spatiaux

La grande majorité des objets actuellement en orbite sont des débris spatiaux. Selon la définition du Comité de coordination inter-institutionnelle sur les débris spatiaux (IADC), les débris spatiaux englobent tous les objets synthétiques non fonctionnels, y compris des fragments et des composants, en orbite terrestre ou rentrant dans l'atmosphère. Les satellites en fonctionnement ne représentent que 7 % des objets spatiaux de plus de 10 cm et une proportion négligeable de la population totale d'objets dans l'espace. Les débris spatiaux constituent un risque pour la sécurité des engins spatiaux, en particulier sur les orbites proches de la Terre. Les domaines d'innovation actifs dans le contexte des débris spatiaux sont la détection et la surveillance des objets spatiaux ainsi que les technologies liées à l'élimination des débris.

Mesures radar depuis la Terre des débris et des météorites

Les mesures terrestres utilisent généralement des technologies radar ou optiques pour identifier, observer et suivre les débris, ainsi que des techniques de détermination de l'orbite. Cette section se concentre sur la technologie de mesure radar depuis la Terre.

Mesures radar depuis la Terre des débris et des météorites

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Mesures optiques depuis la Terre des débris et des météorites

Les mesures terrestres utilisent généralement des technologies radar ou optiques pour identifier, observer et suivre les débris, ainsi que des techniques de détermination de l'orbite. Cette section se concentre sur la technologie de mesure optique depuis la Terre.

Mesures optiques depuis la Terre des débris et des météorites

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Mesures radar et optiques in situ des débris et des météorites

Les mesures radar et optiques effectuées dans l'espace constituent une autre catégorie de techniques d'identification, d'observation et de suivi des débris.

Mesures radar et optiques in situ des débris et des météorites

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Élimination des débris

Les techniques et les engins spatiaux destinés à l'élimination des débris spatiaux constituent un domaine de développement actif, notamment les techniques et les systèmes de ralliement orbital, de capture et de désorbitation des débris.

Élimination des débris

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