Concevoir un nanosatellite pour une expérience biologique grâce à la fabrication sur mesure

SpaceDot a récemment rejoint Xometry pour plus nous en révéler sur AcubeSAT - un nanosatellite capable d'héberger une expérience biologique à grande échelle. L'équipe d'étudiants a également expliqué comment Xometry les a aidés à se procurer des pièces sur mesure et de haute qualité en quelques semaines seulement.
  • Industrie : fabrication aérospatiale
  • Procédés de fabrication utilisés : usinage CNC et impression 3D
  • Défi : Trouver des pièces légères et de haute qualité avec des matériaux adaptés à l’industrie
  • Solution : Les grandes capacités du réseau de Xometry et le moteur de devis instantané ont rendu le processus d’approvisionnement beaucoup plus rapide et plus facile à gérer

En 2019, l’équipe SpaceDot de l’Université Aristote de Thessalonique, en Grèce, a relevé le défi consistant à créer un nanosatellite qui pourrait être intégré dans un petit vaisseau spatial par des chercheurs en biologie aérospatiale pour une expérimentation intensive. En tant que preuve de concept, l’équipe a voulu développer cette plate-forme et l’utiliser pour étudier les effets de la microgravité et du rayonnement spatial sur des cellules de levure. C’est ainsi qu’est né le projet pluridisciplinaire AcubeSAT.

Le projet a rassemblé des étudiants et des chercheurs ambitieux ayant une formation en sciences STIM (sciences, technologies, ingénierie et mathématiques) et en sciences biologiques. Cependant, le groupe n’avait pas de département spatial dédié au sein de leur université où ils pouvaient être guidés par des experts et être en mesure de mener leurs expériences. C’est pourquoi l’équipe a participé à un programme de l’Agence spatiale européenne (ESA) pour recevoir de l’aide dans le domaine aérospatial. SpaceDot a été choisi parmi de nombreuses autres équipes universitaires européennes qui souhaitaient réaliser une mission spatiale pour faire partie de la troisième génération du programme du Bureau de l’éducation de l’ESA – « Fly Your Satellite 3 ! ».

Nanosatellite AcubeSAT : Au croisement de l’espace et de la biologie

George Pliakis, chef de projet chez SpaceDot, a expliqué que SpaceDot avait eu l’idée de créer une expérience biologique dans un nanosatellite après avoir réalisé que moins de 10 des 2 500 vaisseaux spatiaux envoyés dans l’espace étaient destinés à étudier un système de nature biologique, principalement en raison du défi que cela représente.

Le nanosatellite comporte un vaisseau sous pression construit en interne contenant un microscopique laboratoire sur puce. Ce bloc de forme rectangulaire comporte de nombreux canaux complexes et interconnectés qui contrôlent avec précision la distribution du liquide à une échelle microscopique. Le vaisseau comprenait 100 petites salles hébergeant des cellules de levure avec une structure d’ADN similaire à celle des cellules humaines.

3D design of the nanosatellite with an integrated laboratory
Design 3D du nanosatellite avec un laboratoire intégré

Angelos Mavropulos, le coordinateur du sous-système structurel du satellite, explique que l’expérience repose sur la puce microfluidique – un appareil utilisé dans des études dans lesquelles les canaux formant la puce sont connectés ensemble pour permettre aux fluides de passer à travers.

La puce microfluidique permettra à l’équipe d’examiner les effets du rayonnement et des conditions de microgravité en orbite terrestre basse sur les cellules. Chaque cellule contient une protéine spécifique dont le niveau de production et l’évolution seront observés. Dans le même temps, les cellules seront éclairées par un PCB LED en forme d’anneau émettant de la lumière bleue. Plus le niveau de production de la protéine est élevé, plus les cellules seront fluorescentes en réponse à la lumière.

Closeup of the microfluid chip Ⓒ SpaceDot
Gros plan sur la puce microfluidique Ⓒ SpaceDot

« En fait, tout cela est assez simple », déclare Mavropulos. « Nous avons ajouté un appareil photo haute performance qui prend des photos de ces cellules. Cela nous permet de voir à quel point les cellules sont fluorescentes et de tirer des conclusions après quelques mois », ajoute-t-il. La même expérience est en cours sur Terre, avec exactement les mêmes paramètres, pour pouvoir comparer la façon dont les cellules sont affectées par les conditions dans l’espace. L’expérience sera répétée sur trois points temporels distincts tout au long de la durée de vie de la mission.

Un seul prototype de vol destiné au vol

« Dans l’industrie du génie aérospatial, il existe deux principales approches. La première consiste à disposer d’un modèle de qualification et d’un modèle de vol. La deuxième consiste à avoir un prototype de vol (expression valise créée à partir de “ prototype ” et de “ matériel de vol ”), qui est un modèle unique pour la qualification et le vol », décrit Mavropulos. SpaceDot a décidé d’opter pour la deuxième approche, car il s’agit d’une option plus rentable et plus rapide.

Ne pas réussir à lancer le satellite lors de leur première tentative pourrait avoir un effet désastreux sur le projet. Cependant, pleinement consciente des risques encourus, l’équipe de SpaceDot a fabriqué une copie carbone du satellite qui volera en orbite. L’équipe d’ingénieurs a analysé minutieusement chaque détail du projet, des pièces mécaniques aux puces microfluidiques et au système de communication. Par la suite, ils ont commencé à s’approvisionner pour différentes pièces et à expérimenter les conditions environnementales.

Le test le plus récent a été effectué fin décembre 2022 en Belgique et fut un énorme succès. Cela leur a donné une preuve importante de plus que le nanosatellite AcubeSAT sera capable de voler dans l’espace.

Some of the SpaceDot team members in Belgium to test the antenna deployment module
Quelques-uns des membres de l’équipe SpaceDot en Belgique pour tester le module de déploiement de l’antenne

Des processus de travail stricts et traçables

En plus du défi de gérer une équipe à distance, SpaceDot a également fait face au défi majeur consistant à s’assurer que tous les composants personnalisés du satellite pourraient effectivement être produits et s’intégrer dans la structure relativement petite. Il ne s’agit pas d’un mince exploit, car le satellite doit héberger des télécommunications informatiques, des alimentations électriques, l’ensemble du laboratoire biologique et des éléments structurels pour maintenir l’architecture.

« Dans l’industrie aérospatiale, vous devez vous conformer aux processus déjà en place et vous assurer que tout ce que vous faites est répétable et traçable », ajoute Eleftheria Chatziargyriou, ingénieur du sous-système de ​​communication du projet. « Cela a constitué un autre grand défi pour le projet AcubeSAT. »

Approvisionnement rapide en pièces de haute qualité avec Xometry

Pour garantir le respect total des exigences en matière de pièces – tolérances serrées, matériaux adaptés à l’industrie aérospatiale et pièces devant être assemblées avec précision – SpaceDot a dû faire appel aux bons fournisseurs. Et Xometry était l’un d’entre eux.

Alors que les fabricants locaux ne voulaient pas entreprendre de petits projets, l’équipe a réussi à obtenir tous les composants requis en utilisant les services de fabrication de Xometry. « Xometry est l’un des meilleurs fournisseurs pour se procurer des pièces dans le domaine de l’ingénierie aérospatiale », déclare Mavropulos.

Aluminium CNC machined frame of the antenna produced by Xometry
Cadre en aluminium usiné CNC de l’antenne produite par Xometry
PEEK CNC machined features attached to the antenna manufactured by Xometry
PEEK usiné CNC présenté attachés à l’antenne fabriquée par Xometry

La capacité de Xometry à s’approvisionner en aluminium 6082 et en pièces PEEK utilisées dans le module de déploiement d’antenne du satellite a constitué une attraction majeure pour l’équipe. SpaceDot était très satisfait des composants métalliques et plastiques qu’ils ont reçus. « Notre mécanisme particulier comporte beaucoup de vis et chacune d’entre elles doit être exactement au bon endroit. Si l’une d’entre elles était mal alignée, nous aurions un problème avec toute la chaîne de montage. Mais tout s’est bien passé pendant la campagne d’essais. » dit Mavropulos.

Le moteur de devis instantané™ de Xometry a été extrêmement utile pour l’équipe pendant le processus de design. Il suffisait aux membres de l’équipe de télécharger leurs designs 3D et leurs dessins techniques sur la plate-forme en ligne. Les algorithmes basés sur l’IA leur permettent d’obtenir une estimation rapide des coûts, d’appliquer des modifications de dernière minute au design et de mettre à jour le devis en quelques clics. « L’équipe Xometry a été très rapide à répondre et nous a aidés à vérifier notre design », ajoute Mavropulos.

Assembling the different antenna parts 
Assemblage des différentes pièces de l’antenne

Lancement du satellite prévu en 2024

La prochaine étape importante du projet AcubeSAT sera le lancement du satellite en 2024. On estime que l’ensemble de la mission durera environ un an et demi. C’est le temps nécessaire pour recueillir suffisamment d’informations avec la puce microfluidique ainsi que les images que l’équipe capturera pendant l’expérience.

Dans les mois à venir, l’équipe de SpaceDot commencera à assembler le nanosatellite et passera par une autre série de tests avant le grand lancement.

À propos de SpaceDot

AcubeSAT est un projet multidisciplinaire de SpaceDot, une équipe dirigée par des étudiants et des chercheurs ambitieux provenant principalement de l’Université Aristote de Thessalonique. La mission spatiale est réalisée avec le soutien du Bureau de l’éducation de l’Agence spatiale européenne (ESA). L’équipe est l’une des trois équipes du programme « Fly Your Satellite ! » de l’ESA.

Visitez le site d’AcubeSAT : https://acubesat.spacedot.gr/

Contactez l’équipe : info@spacedot.gr 

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