Lorsque nous pensons à l’exploration spatiale, l’attention se porte souvent sur des fusées massives, des engins spatiaux élaborés et les images captivantes qu’ils renvoient à la Terre. Cependant, les parents pauvres de ces efforts sont les éléments essentiels qui garantissent que chaque partie de ces systèmes complexes communique efficacement. Les connecteurs sont l’un des composants les plus critiques permettant cette communication.
Des titanesques missions lunaires du programme Artemis aux découvertes révolutionnaires du télescope spatial James Webb, le succès de ces missions ne dépend pas seulement des prouesses d’ingénierie à grande échelle, mais également de la fiabilité et des performances des connecteurs. Ces composants omniprésents sont confrontés aux conditions extrêmes de l’espace et jouent un rôle essentiel à chaque étape, des épreuves du lancement à l’environnement hostile de l’espace.
L’exploration spatiale, qu’elle soit menée par des organisations gouvernementales ou des entreprises commerciales, fait constamment les gros titres. L’un des programmes les plus ambitieux de l’histoire spatiale récente est le programme Artemis, qui verra les humains retourner sur la Lune. Le système de lancement spatial (SLS) a réalisé sa première mission de test réussie en décembre 2022 et constitue le composant le plus important du programme. Toutefois, les dernières étapes de notre retour sur la Lune ne sont pas les seules initiatives passionnantes dans l'espace.
Si ces événements de grande envergure captivent l’imagination du public, ils ne représentent qu’une petite partie du tableau. L’exploration et l’exploitation de l’espace sont des activités quotidiennes. Plus de 200 lancements spatiaux[1] ont été réalisés en 2023 seulement, emmenant des missions scientifiques et des satellites en orbite et au-delà.
Même si les vols spatiaux sont devenus plus courants, les conditions dans lesquelles ces systèmes doivent fonctionner sont sans pareilles. L’espace représente probablement l’environnement le plus exigeant connu de l’ingénierie. Tout équipement utilisé dans les vols spatiaux est exposé à une gamme d’extrêmes, allant des températures élevées et basses et des radiations intenses aux rigueurs du processus de lancement et au vide spatial.
Le manque d’atmosphère dans l’espace est incroyablement impitoyable. Sur Terre, notre atmosphère est une couverture protectrice qui fournit pression, isolation thermique et protection contre les radiations nocives. Cette protection est supprimée dans l’espace, exposant l’équipement à des dommages potentiels.
Sans l’atmosphère pour le protéger, un objet dans l’espace reçoit la pleine puissance du rayonnement solaire. Lorsque l’équipement est bombardé par la lumière directe du soleil, sa température peut rapidement devenir dangereusement élevée. En revanche, les parties d'un vaisseau spatial qui restent dans l’ombre sont très froides. Ces extrêmes de température[2] doivent être pris en compte lors du choix des matériaux à utiliser à bord des véhicules spatiaux. D’autres sources de rayonnement, notamment les rayons cosmiques galactiques, sont hautement ionisantes et peuvent endommager des instruments délicats ou des circuits électroniques élaborés.
L’absence de pression atmosphérique entraîne également des comportements particuliers des matériaux. Les composants utilisés pour les vols spatiaux peuvent être confrontés à une série de défis qui affectent les performances. Le dégazage se produit lorsqu’un gaz emprisonné à l’intérieur d’un autre matériau est libéré. Il s’agit d’un problème courant lorsque le plastique est exposé au vide pendant un vol spatial, mais il ne se limite pas aux seuls plastiques. Certains métaux, dont le zinc et le cadmium, sont également sujets à la sublimation dans des conditions de vide, deux conditions couramment utilisées dans la conception d’équipements conventionnels.
Dans les deux cas, le gaz libéré peut causer des dommages. Il peut se condenser sur des surfaces froides telles que les optiques et les capteurs des équipements scientifiques, ce qui peut dégrader voire annihiler leur efficacité et mettre en péril l’ensemble de la mission. La NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) ont recommandé des niveaux de volume de dégazage pour les matériaux utilisés dans leurs applications spatiales. Ces recommandations jouent un rôle clé dans la sélection des composants pour les vols spatiaux.
Les composants doivent également être robustes sur le plan mécanique, car le lancement de satellites, de sondes et de vaisseaux spatiaux en orbite les expose à des accélérations et des vibrations qui peuvent causer des dommages pouvant rester invisibles pendant des mois, voire des années. Les composants en plastique doivent donc être fabriqués à partir de matériaux présentant une grande stabilité, même dans des conditions de vide.
Pour apporter des solutions à ces conditions exigeantes, les connecteurs conçus pour les vols spatiaux doivent être parmi les plus avancés de l’industrie. Fabriqués selon des normes strictes et testés pour prouver leurs performances même dans le vide spatial, ils sont la définition même des connecteurs haute fiabilité.
Si l’environnement des vols spatiaux n’est pas suffisamment exigeant à votre goût, il existe un aspect supplémentaire qui contribue aux difficultés de la conception pour les vols spatiaux : l’endurance. Qu’elles soient destinées à des fins commerciales ou scientifiques, les missions spatiales peuvent durer des années. Si un équipement tombe en panne, il est pratiquement impossible d’y accéder pour résoudre le problème. Dans ces circonstances, les concepteurs et les ingénieurs dépendent de la fiabilité de chaque composant qui compose l’équipement, aussi petit soit-il.
L’endurance joue également un rôle crucial dans la planification de la puissance. Une sonde à longue portée fonctionne avec un budget énergétique strict, et tout composant qui introduit une résistance électrique indésirable risque de compromettre la mission. Les bornes électriques des connecteurs conçus pour les applications spatiales sont fabriquées à partir de matériaux hautes performances et recouvertes d’une épaisse couche d’or, garantissant une résistance électrique minimale pour réduire les pertes de puissance.
Les contacts à faible résistance électrique offrent des avantages supplémentaires au-delà de la planification de l’alimentation. Les instruments des sondes spatiales effectuent des mesures très précises et les courants générés par ces capteurs peuvent être extrêmement faibles. Pour ces faibles courants, une faible résistance de contact est cruciale pour maximiser la probabilité de détecter des signaux critiques.
Avec l’endurance pour mot d’ordre, les connecteurs conçus pour les applications de vol spatial utilisent des matériaux qui offrent les meilleures performances possibles en réduisant les interférences. Les fabricants doivent s’assurer que la signature magnétique de tout composant est minimisée pour éviter toute interférence avec les expériences scientifiques de précision. La coque du connecteur le protège également contre les interférences électromagnétiques (EMI). Les véhicules qui doivent traverser le vide spatial ne sont pas protégés contre le rayonnement solaire, qui peut interférer avec les observations scientifiques et endommager les instruments sensibles. C’est une autre raison pour laquelle les coques des connecteurs de vol spatial sont plaquées or, ce qui offre la meilleure protection possible contre les interférences électromagnétiques dans ces circonstances.
Les connecteurs jouent un rôle souvent négligé dans les applications de vol spatial. Les véhicules spatiaux sont généralement fabriqués à partir de sous-ensembles, qui sont assemblés avant le lancement. Les connecteurs fournissent l’interface vitale entre chaque système pendant le régime de tests approfondis avant le lancement et les conditions exigeantes dans l’espace. Les connecteurs de vol spatial sont conçus selon certaines des normes les plus élevées de l’industrie de l’interconnexion et, par conséquent, représentent certains des produits les plus performants disponibles aujourd’hui.
[1]
Space Foundation Editorial Team. « The Space Report 2023 Q4 Shows Record Number of Launches for Third Year in a Row, Technological Firsts, and Heightened Focus on Policy » (Le rapport spatial du Q4 2023 : nombre record de lancements pour la troisième année consecutive, grandes premières technologiques, et attention accrue à la règlementation), 23 janvier 2024. https://www.spacefoundation.org/2024/01/23/the-space-report-2023-q4/.
[2]
Barnett, Amanda. « Temperatures Across Our Solar System » (Les températures à travers notre système solaire), 16 novembre 2023. https://science.nasa.gov/solar-system/temperatures-across-our-solar-system/
Marcel Consée
est Technical Content Specialist à Mouser Electronics EMEA. Il avait étudié la physique théorique à Munich et travaillé comme journaliste dans le monde de l'électronique pour plus que 25 ans.