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La NASA a développé et testé une antenne imprimée en 3D pour démontrer une solution peu coûteuse pour transmettre des données scientifiques vers la Terre. Testée en vol à l’aide d’un ballon météo atmosphérique, cette antenne pourrait ouvrir la voie à l’utilisation de l’impression 3D comme solution de développement rentable pour le nombre croissant de missions scientifiques et d’exploration.
Impression 3D
La majeure partie de l’antenne imprimée en 3D est constituée d’un matériau polymère rempli de céramique, accordable et à faible résistance électrique. Pour cette démonstration, les ingénieurs de Réseau spatial proche de la NASA a conçu et construit une antenne imprimée en 3D, l’a testée avec les satellites relais du réseau, puis l’a fait voler à bord d’un ballon météo.
À l’aide d’une imprimante fournie par Fortify, l’équipe a pu contrôler plusieurs propriétés électromagnétiques et mécaniques, ce qui n’est pas possible avec les processus d’impression 3D standards. Une fois l’imprimante acquise, cette technologie a permis à l’équipe de concevoir et d’imprimer une antenne pour le ballon en quelques heures seulement, notamment en utilisant l’une des nombreuses imprimantes à encre conductrice pour produire la partie conductrice du ballon. ‘antenne.
L’équipe a conçu et construit une antenne dipôle magnétoélectrique imprimée en 3D et l’a testée en vol à l’aide d’un ballon météo. Une antenne dipôle, couramment utilisée en radio et en télécommunications, est composée de deux « pôles » qui créent un diagramme de rayonnement semblable à la forme d’un beignet.
Essais
Cette antenne, fruit d’une collaboration entre des ingénieurs de Programme de ballons scientifiques de la NASA et du programme Communications et navigation spatiales (SCaN), a été conçu pour démontrer des capacités de conception et de fabrication à faible coût.
Après fabrication, l’antenne a été assemblée et testée à Centre de vol spatial Goddard à la NASA, Greenbelt, Maryland, dans une chambre anéchoïque électromagnétique.
La chambre anéchoïque, la salle la plus silencieuse du Goddard Center, est un espace protégé conçu pour bloquer les ondes électromagnétiques externes et réduire leur émission vers le monde extérieur. Il élimine les échos et les réflexions des ondes électromagnétiques afin de simuler le calme relatif de l’espace.
Pour préparer les tests, Alex Moricette, stagiaire à la NASA, a installé l’antenne sur le mât de la chambre anéchoïque. L’équipe a utilisé la chambre pour évaluer les performances de l’antenne dans un environnement de simulation spatiale et s’assurer qu’elle fonctionnait correctement.
-Une fois les tests terminés, les ingénieurs spécialisés dans les antennes ont effectué les derniers tests sur le terrain avant le lancement depuis le Installation de ballons scientifiques Columbia de la NASA, en Palestine, au Texas.
L’équipe a coordonné les liaisons avec la flotte relais du Réseau spatial proche afin de tester la capacité de l’antenne imprimée en 3D à transmettre et recevoir des données.
Les performances ont été surveillées en envoyant des signaux entre l’antenne imprimée en 3D et le système de communication standard du ballon, une antenne satellite typique. Les deux antennes ont été testées sous différents angles et à différentes altitudes. En comparant l’antenne imprimée en 3D à l’antenne standard, l’équipe a établi une base de référence pour des performances optimales.
En vol
Pendant le vol, le ballon météo équipé de l’antenne imprimée en 3D a été soumis à des tests de survie environnementale à 30 000 mètres d’altitude puis récupéré en toute sécurité.
Pendant des décennies, le Programme de ballons scientifiques de la NASA, gérée par le Installation de vol de Wallops en Virginie, utilise des ballons pour transporter des charges scientifiques dans l’atmosphère. Les ballons météorologiques transportent des instruments qui mesurent la pression atmosphérique, la température, l’humidité ainsi que la vitesse et la direction du vent. Les informations collectées sont transmises à une station au sol pour être utilisées dans les missions.
Cette démonstration a confirmé les résultats attendus par l’équipe : grâce aux capacités de prototypage et de production rapides de l’impression 3D, la NASA peut concevoir et fabriquer des antennes de communications performantes, adaptées aux spécifications des missions, plus rapidement que jamais.
L’intégration de ces avancées technologiques modernes est essentielle pour que la NASA puisse réduire les coûts des plates-formes existantes et faciliter les missions futures.
Le Réseau spatial proche est financé par le bureau du programme Communications et navigation spatiales (SCaN) au siège de la NASA à Washington. Le réseau est exploité à partir de Centre de vol spatial Goddard de la NASA, à Greenbelt, Maryland.
