Connecteurs compacts et robustes essentiels dans la dernière mission de déploiement de GAUSS CubeSat

Le coût financier de la mise en orbite d'un satellite a empêché de nombreuses petites organisations de participer à l'industrie spatiale. Cependant, le transport de plusieurs satellites sur la même fusée - ou covoiturage - (utilisation partagée) rend l'envoi de leur matériel dans l'espace beaucoup plus pratique et abordable pour les instituts universitaires et les PME. Cela signifie que le secteur spatial ne doit plus être l'apanage des grands consortiums spatiaux.

L'une des entreprises qui réalise le partage de l'espace est GAUSS Srl (Groupe d'Astrodynamique pour l'Utilisation des Systèmes Spatiaux). Basée en Italie, GAUSS est issue de l'École d'ingénierie aérospatiale de l'Université de la Sapienza à Rome et se consacre au développement de microsatellites depuis les années 1990. Depuis 2012, elle est au service de l'industrie spatiale en tant qu'entreprise privée, utilisant la technologie propre développé à l'origine à l'université, ainsi que de faire leurs propres percées en ingénierie. En plus de la conception et de la production de matériel microsatellite, il est également responsable de l'analyse des missions pour les missions en orbite terrestre basse (LEO), en orbite géostationnaire (GEO) et interplanétaires, ainsi que de diverses opérations de suivi au sol.

L'un des principaux objectifs de GAUSS est de réduire les niveaux d'investissement financier que les instituts universitaires et les petites entreprises doivent faire pour participer à des projets liés à l'espace. Cela a conduit l'entreprise à introduire la plate-forme UNISAT en 2013, qui a changé la donne. UNISAT représentait une nouveauté dans le secteur, puisqu'il permettait la mise en orbite de satellites tiers. Au cours des années qui ont suivi, plusieurs unités UNISAT différentes ont été lancées en orbite, chacune déployant par la suite un certain nombre de CubeSats et de PocketQubes à des fins de recherche scientifique et d'utilisation pédagogique.

Cette forme de « covoiturage » a rendu plus pratique et abordable l'installation de matériel dans l'espace, avec des économies de coûts de 30 à 35 % par rapport aux autres lancements. En plus d'un prix plus attractif, les instituts universitaires n'ont pas à se soucier de préparer toute la documentation pour l'agence de lancement, ni d'acheter leur propre mécanisme de déploiement, car GAUSS s'occupe de tout cela. Ils ont également un meilleur contrôle sur le moment du lancement, l'orientation et le suivi de leur pico/nano-satellite après le lancement, avec un déploiement précis et sûr de chaque élément sur une orbite solaire synchrone (SSO).

Avec leur dernier projet UNISAT, UNISAT-7, l'équipe d'ingénierie de GAUSS a voulu faire passer le concept au niveau supérieur. Ils devaient augmenter la capacité de charge utile afin de pouvoir transporter plus de pointes et de nano-satellites dans l'espace, ainsi que de faire plus de place pour des instruments expérimentaux supplémentaires. Le succès d'UNISAT-7 dépendait de sa simplicité de construction, car cela leur permettrait d'augmenter la charge utile.

Le vaisseau spatial UNISAT-7 devait être très compact, avec des dimensions de seulement 50 mm x 50 mm x 50 mm. Il aurait une masse totale au lancement de 32 kg, dont 15 kg iraient vers la charge utile qu'il devait transporter dans l'espace. Par conséquent, il est essentiel de maintenir le poids de tout le matériel constitutif à un faible niveau. Pour ce faire, il a été construit avec un cadre en aluminium de qualité aéronautique en forme de nid d'abeille avec des peaux en fibre de carbone. Des cellules solaires montées sur le corps ont été ajoutées à l'extérieur pour fournir toute l'énergie nécessaire.

Pour accélérer le temps de développement, les ingénieurs de GAUSS ont utilisé des composants prêts à l'emploi dans la mesure du possible. Ces composants ont été complétés par l'utilisation de matériel open source spécialement modifié pour faire face aux environnements spatiaux difficiles.

Étant donné qu'UNISAT-7 devait fonctionner pendant une période d'environ 3 à 5 ans, tous les composants devaient supporter un fonctionnement à long terme. Par conséquent, la fiabilité continue était essentielle. De plus, ces composants devaient être très résistants aux chocs et aux vibrations lors du lancement. En plus de faire face aux exigences de charge utile déjà notées, ils devaient également être compacts et légers, car l'espace disponible était très réduit.

Lors de la sélection des connecteurs qui seraient incorporés dans UNISAT-7, il était nécessaire de couvrir tous les attributs que nous venons d'indiquer. Après avoir examiné les produits de différents fournisseurs, il est devenu clair pour les ingénieurs de GAUSS que la série Datamate de Harwin répondait le mieux à leurs besoins d'interconnexion. Ces connecteurs à haute fiabilité (Hi-Rel) seraient utilisés à la fois pour la transmission de données et de puissance. L'ordinateur de bord (OBC), l'unité de conditionnement et de distribution d'énergie (PCDU), le système d'alimentation électronique (EPS), le déploiement du mécanisme de porte, etc.

Les connecteurs Datamate et Datamate Mix-Tek de Harwin sont bien adaptés pour une utilisation dans les applications spatiales et ont une longue histoire dans ce domaine. Avec un faible encombrement, ces composants au pas de 2 mm occupent un minimum d'espace sur la carte. Testés pour les vibrations 20G et les chocs 100G, ils peuvent résister aux conditions extrêmes rencontrées lors du lancement, avec les contacts en cuivre au béryllium à 4 doigts toujours capables de maintenir une connexion aux surfaces de contact. Les contacts des unités Datamate standard ont une capacité de courant de 3A, tandis que les contacts Datamate Mix-Tek peuvent fournir jusqu'à 40A de courant. La capacité à résister à des températures allant jusqu'à 125 °C, ainsi que les propriétés de faible dégazage sont également très avantageuses. Divers mécanismes de verrouillage existent pour assurer la rétention de l'interconnexion.

"Tant en termes de coût que de logistique, notre plate-forme UNISAT présente de réels avantages par rapport aux méthodes de lancement conventionnelles pour des missions aux ressources et au budget limités", a expliqué Riccardo Di Roberto, responsable de l'ingénierie UNISAT-7 chez GAUSS. « Mais pour assurer le succès de nos missions, nous devons avoir accès à une technologie performante et robuste. Après avoir envisagé de nombreuses possibilités différentes, il nous a semblé clair que la spécification des connecteurs Harwin Datamate résolvait bon nombre de nos problèmes. Ces composants nous ont fourni une connectivité garantie et ont pu faire face aux conditions inflexibles qui se sont produites. En conséquence, ils apparaissent dans presque tous les sous-systèmes UNISAT-7.'

"En recherchant les options possibles, nous avons pu obtenir de nombreuses informations utiles sur le site Web de Harwin, ce qui nous a aidés à trouver la meilleure option pour nos besoins particuliers", ajoute-t-il. « Les échantillons que nous avons demandés ont été reçus rapidement, ce qui nous a permis de commencer à travailler sur le prototypage presque immédiatement. Nous avons également pu obtenir des conseils techniques utiles du service technique de Harwin au fur et à mesure de l'avancement des travaux de développement."

UNISAT-7 a été envoyé dans l'espace via le vaisseau spatial russe Soyouz-2-1a le 22 mars 2021 depuis le centre de lancement de Baïkonour au Kazakhstan. Une fois en orbite, les deux CubeSats et les trois PocketQubes qu'ils transportaient (avec des tailles allant de 1/3U à 1U et de 1P à 6P) ont été déployés avec succès et reçus par leurs propriétaires respectifs. Ceux-ci effectueront désormais une variété de tâches scientifiques différentes, y compris l'analyse des rayonnements RF et multispectraux, la validation des dispositifs photovoltaïques et électroniques dans l'espace, etc. En plus de servir de système de déploiement pour les pico/nano-satellites en orbite, UNISAT-7 sera également utilisé pour la recherche sur les débris spatiaux et les travaux d'essai sur site.

GAUSS effectue actuellement des travaux préliminaires sur UNISAT-8, et la société développe également du matériel pour diverses futures missions interplanétaires. L'équipe est convaincue que ces projets lui donneront l'opportunité de retravailler avec Harwin sous peu.

Par Eneko Ansoleaga, BDM, Europe du Sud, harwin