Voilà ce que Heidi a dans le ventre – Suisse, nation spatiale épisode 2

Martin Jud

16/3/2020

Après l'atterrissage en catastrophe de TELL, les étudiants relèvent leurs manches et construisent une deuxième fusée. HEIDI est née et presque chacune de ses pièces a été développée en interne.

Après TELL, voici HEIDI. La deuxième fusée de l'équipe ARIS est censée redresser la situation et tout mieux faire lors de la plus grande compétition d'ingénierie au monde pour la construction de fusées, la Spaceport America Cup.

Si vous avez manqué l'explosion de la fusée TELL et que vous souhaitez connaître les objectifs d'ARIS, vous trouverez l'épisode 1 ici :

Fusée HEIDI : 2e essai et augmentation de personnel

Paul Prantl, né en 1993, fait déjà partie des « vieux » de l'équipe. Il est étudiant en master d'ingénierie mécanique et a rejoint le projet de fusée trois mois avant le lancement de TELL. Au début, Paul s'occupait de la structure et de la construction légère de la fusée. Il travaille aujourd'hui comme System Engineer et est chargé de veiller à ce que toutes les interfaces et les sous-projets s'harmonisent. Il a accepté de me parler du projet HEIDI de son point de vue.

En juin 2018, il n'aura pas connaissance de l'échec de la fusée TELL. Ce jour là il dansait au Southside Festival en Allemagne. Malheureusement, le réseau de téléphonie mobile est coupé pendant le festival, c'est pourquoi il n'entend parler de la panne que deux jours plus tard :

« Au début, tout ce que j'ai ressenti, c'est de la pitié pour l'équipe. Je me suis alors demandé ce qui avait bien pu se passer. Ce n'est qu'après que j'ai, moi aussi, pleuré cette belle fusée. »

Mais les étudiants n'ont pas à être tristes longtemps, car grâce à TELL, ils ont une bonne base pour un deuxième projet. Je veux que Paul me dise comment l'équipe s'attaque à un nouveau projet de fusée :

« En septembre 2018, l'équipe ARIS – composée d'étudiants de l'ETH, de l'HSLU et de la ZHAW – s'est réunie pour la première fois dans le cadre du projet HEIDI. Nous avons élaboré un premier concept et nous nous sommes donné jusqu'à fin octobre pour le peaufiner et développer des designs alternatifs. Puis un premier examen de concept a suivi ; nous avons présenté nos idées aux professeurs et aux sponsors – tous nos partenaires. Des représentants de Ruag Space, Sauber Aerodynamik et Maxon Motor étaient parmi les personnes présentes. »

« Grâce aux réactions positives suites au Concept Review, nous avons commencé en novembre à travailler sur un design détaillé pour chaque sous-système. Début décembre a suivi le Critical Design Review, où les dessins CAO de la fusée ont déjà été montrés et discutés. Ensuite, en nous basant sur le retour d'information, nous avons pu compléter les dessins sur la technologie et le design. Cela devait être fait avant Noël afin que nos sponsors potentiels puissent être contactés et informés en janvier. »

D'ailleurs, l'équipe construit toujours la fusée en double afin d'avoir un plan de rechange dans le pire des cas. Le projet global comprend également le développement d'un moteur propre, qui doit être utilisé pour la première fois en 2021. Le coût annuel total d'ARIS est estimé à 300 000 CHF. Ce montant comprend également les pièces fabriquées et les services sponsorisés. Par exemple, Sauber Aerodynamik soutient le projet en fournissant la soufflerie de la Formule 1.

HEIDI en détail : voilà comment la fusée est construite

Parallèlement aux demandes de sponsoring, la mise en œuvre des plans de la fusée terminée commence aussi en janvier 2019. Le projet est divisé en petits groupes spécialisés. Tout le monde sait exactement ce qu'il doit faire. Néanmoins, et malgré le grand plaisir du travail, la construction et la programmation sont tout sauf du gâteau. Il n'est pas rare que des étudiants travaillent bénévolement jusque tard dans la nuit. D'une part, cela se produit lorsque le travail est aussi agréable qu'un passe-temps et, d'autre part, lorsque l'atmosphère au sein de l'équipe est très familière.

La construction de HEIDI se déroule bien – aussi grâce aux expériences tirées du projet TELL. La deuxième fusée ARIS sera terminée mi-mars 2019.

HEIDI mesure 278 centimètres de long et a un diamètre de 15 centimètres. Quatre kilogrammes sont prévus pour la charge utile que représentent les trois expériences, et la fusée pèse 24 kilogrammes. De la structure aux ailerons en passant par le frein à air, le contrôleur et le système de récupération avec deux parachutes – tout, sauf le moteur de la fusée, a été développé en interne.

Les ailerons (fins)

Les trois ailerons situés à l'extrémité de la fusée utilisent le flux d'air pendant le vol. Ils constituent un élément de contrôle important qui permet de mettre et de maintenir la fusée sur sa trajectoire, et de stabiliser le vol. Tant que la fusée reste dans l'atmosphère terrestre, les ailerons l'empêchent de s'écarter de son itinéraire. Dans l'espace, les fusées ont besoin de jets de contrôle supplémentaires pour se diriger en raison du manque d'atmosphère.

Moteur signé Aerotech (motor)

Le seul élément qui ait été développé en externe est le moteur. Il s'agit d'un Aerotech M2400 à combustible solide. En combinaison avec les freins à air, HEIDI est censée monter à exactement 10 000 pieds (3048 mètres). La durée de combustion du moteur n'est que de 3,3 secondes. La vitesse maximale prévue est de 1000 km/h. À titre de comparaison : une Lotus Exige Cup 430 atteint 100 km/h en 3,3 secondes.

La fusée volera donc avec une accélération dix fois supérieure à celle de la voiture sportive, juste en dessous du mur du son (1062 km/h). La force maximale attendue du moteur est de 3400 Newtons. C'est à peu près la même force qu'il faudrait déployer pour maintenir en l'air une télécabine 8 places de 340 kilogrammes. En ce qui concerne l'accélération, jusqu'à 11 G sont attendus. Si l'on considère qu'une personne qui n'a pas été spécialement formée peut devenir inconsciente à seulement 5 ou 6 G, 11 G sont une pression énorme. D'ailleurs, un pilote de chasse doit pouvoir supporter jusqu'à 9 G à court terme.

Freins à air (air brakes)

Pour que la fusée atteigne l'altitude cible prédéfinie aussi précisément que possible, elle a besoin de freins à air. Les freins à air de la fusée sont comparables aux volets d'atterrissage d'un avion. Lorsqu'ils sortent, ils augmentent la traînée de l'objet volant, ce qui entraîne une réduction de la vitesse.

Avionique (avionics)

L'avionique contient – à part le système de récupération – toute l'électronique nécessaire pour contrôler la fusée. L'avionique comprend les systèmes de contrôle de vol, y compris le pilote automatique, les systèmes de communication, les équipements de navigation, les capteurs et autres systèmes de mission.

Recovery electronics et parachutes (recovery electronics & parachutes)

Comme la fusée est censée être réutilisable, elle a besoin d'un système de récupération. Il s'agit de composants électroniques et physiques qui ouvrent deux parachutes à des moments prédéfinis.

D'abord, le parachute de freinage s'ouvre au sommet pour la stabilisation. Puis, à 400 mètres, le parachute principal s'ouvre et ramène doucement la fusée au sol. La force de choc des parachutes ne doit pas être sous-estimée. La construction doit pouvoir résister à 1,2 kilonewton pour le parachute de freinage et à 5,6 kilonewtons pour le parachute principal.

Point de séparation (separation point)

Une fois que la fusée a atteint l'altitude cible, elle est divisée en deux parties au point de séparation pour libérer les parachutes.

Expériences CubeSat (experiments)

Cubesat est un format mondial de nanosatellites à faible coût. HEIDI dispose d'un espace pour trois de ces CubeSats. Pour la Spaceport America Cup, les trois places seront occupées par trois expériences de grande valeur scientifique.

Les expériences suivantes sont prévues :

1. expérience blindsight menée par un ingénieur électricien de l'ETH : calculer la trajectoire de vol à l'aide de capteurs d'accélération ;
2. expérience Zero-G-Microsope menée par un ingénieur en mécanique de l'HSLU : analyse de cellules animales (cellules de cartilage bovin) lors d'une grande accélération ;
3. expérience sur l'énergie propre menée par un physicien de l'ETH : production d'électricité par vibration.

HEIDI : survivras-tu au vol d'essai ?

Je trouve formidable que des cellules de cartilage bovin soient examinées à environ 11 G dans HEIDI. J'aimerais en savoir plus sur ce sujet et sur les autres expériences, mais je crains de devoir reporter cela. Parce que le héros héroïne de cette histoire est HEIDI. Et son histoire se termine d'une manière brillante.

Heureusement, les étudiants et Paul ont beaucoup d'endurance pour tout me raconter en détail. Sans me douter que je vais bientôt me battre pour ravaler mes larmes après de la vidéo du vol final de HEIDI, je me repose confortablement dans mon dossier, mange un petit ours en gélatine de bœuf, appuie sur le bouton lecture de l'enregistreur audio et écoute les histoires de Paul sur le troisième acte.

Découvrez dans le troisième épisode comment la fusée se comporte dans la soufflerie de la Formule 1 et pendant les vols d'essai. Et comment HEIDI énerve certaines personnes en Suisse et en émerveille d'autres dans le désert du Nouveau-Mexique.

Martin Jud

Senior Editor

martin.jud@digitecgalaxus.ch

Le baiser quotidien de la muse stimule ma créativité. Si elle m’oublie, j’essaie de retrouver ma créativité en rêvant pour faire en sorte que mes rêves dévorent ma vie afin que la vie ne dévore mes rêves.

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