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TRACE, acronyme de TRAnspiration Cooling Experiment, vise à tester une technologie de refroidissement par transpiration pour les boucliers thermiques. L’expérience repose sur une unité autonome (FFU) larguée depuis une fusée pour mesurer la dissipation thermique lors de la rentrée atmosphérique à des vitesses pouvant atteindre Mach 3,2. L’objectif est d’optimiser la gestion thermique des engins spatiaux lors de leur retour sur Terre. Le refroidissement par transpiration représente une alternative réutilisable et efficace aux boucliers thermiques classiques, ouvrant la voie à une réduction des coûts et des matériaux nécessaires pour les missions futures.
Refroidissement par transpiration : une alternative prometteuse
Les boucliers thermiques sont cruciaux pour les engins spatiaux destinés à atterrir sur d’autres planètes ou à revenir sur Terre. Ils dissipent l’énergie cinétique générée par la rentrée orbitale, protégeant ainsi la structure des charges aérodynamiques et thermiques extrêmes. Aujourd’hui, les systèmes de protection thermique sont souvent à usage unique ou nécessitent une maintenance complexe, limitant leur réutilisabilité dans un contexte où la durabilité est essentielle.
Le refroidissement par transpiration constitue une révolution par rapport aux systèmes ablatifs, qui utilisent la pyrolyse destructrice pour gérer la chaleur. Un gaz est expulsé à travers la surface de l’engin, formant une couche protectrice qui réduit les charges thermiques extrêmes durant la rentrée.
TRACE : de l’idée au prototype
TRACE trouve son origine dans un mémoire de licence mené en collaboration avec le Centre aérospatial allemand (DLR). Cette première étude explorait la faisabilité d’un système de refroidissement par transpiration pour une application sur une fusée REXUS. À partir de cette base théorique, nous avons fixé des objectifs expérimentaux concrets, transformant ces concepts en composants testables.
Le développement du projet TRACE a nécessité de surmonter plusieurs défis techniques :
- Miniaturisation : Intégrer tous les systèmes dans une capsule compacte sans compromis sur les performances.
- Déploiement du parachute : Garantir une ouverture stable et contrôlée à des vitesses supersoniques.
- Aérodynamique : Optimiser la forme de la capsule pour réduire la traînée et maintenir une trajectoire stable.
- Délais de production : Réorganiser les plannings pour continuer à avancer malgré les retards imprévus.
Une innovation technique majeure
TRACE intègre des avancées techniques de pointe pour répondre aux exigences extrêmes des tests en rentrée atmosphérique. La capsule est conçue pour atteindre Mach 3, générant des conditions thermiques intenses dans l’atmosphère dense, permettant ainsi de tester le système de refroidissement. Son coefficient balistique élevé garantit une stabilité et une vitesse maintenue tout au long de la descente.
Le système de refroidissement par transpiration utilise de l’argon pour protéger les surfaces exposées à la chaleur, préservant la structure des charges thermiques sévères. De plus, un parachute supersonique, capable de se déployer à Mach 2 à environ 10 km d’altitude, assure une descente contrôlée et la transmission fiable des données.
TRACE se distingue par ses caractéristiques novatrices, comme l’intégration d’un des premiers tests en vol d’un système de refroidissement par transpiration pour boucliers thermiques. Son design compact, réalisé en impression 3D métal à partir de titane Grade 5 (Ti6Al4V), illustre la précision et la polyvalence des procédés de fabrication additive avancés.
De plus, le parachute supersonique, conçu pour un déploiement à Mach 2, garantit une descente sécurisée et permet une transmission de données fiable, même dans des conditions de vitesse extrême.
Conseils pour les innovateurs de demain
Nous sommes fiers d’avoir mené TRACE à son lancement depuis Esrange (Suède) en mars 2024. Ce succès a demandé une précision technique exceptionnelle et un engagement sans faille. Les défis rencontrés ont renforcé la résilience de notre équipe et ont rendu cette expérience particulièrement enrichissante.
Pour la suite, nous préparons TRACER, une évolution de TRACE intégrée directement à la fusée. Ce projet permettra de tester plusieurs fluides de refroidissement et de simplifier l’accessibilité des composants.
Pour toute équipe débutant un projet similaire, notre conseil est de prototyper et tester le plus tôt possible. Adoptez une approche itérative et agile, en restant flexible face aux résultats. C’est la clé pour réussir tout projet ambitieux.
En savoir plus sur le projet TRACE et l’université Space Team Aachen.
Et vous ? Avez-vous travaillé sur des systèmes pour l’aérospatiale, comme la gestion thermique ou la propulsion ? Partagez vos idées et expériences pour créer les prochaines générations d’engins spatiaux réutilisables !
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