Propulsion satellitaire du dernier kilomètre - Innovation spatiale

L’importance stratégique des technologies satellitaires pour la sécurité européenne et sa capacité de défense ne cesse de croître. Parce qu’elles constituent un élément essentiel des infrastructures critiques, l’Agence spatiale européenne (ESA) soutient activement des initiatives, des projets et des entreprises comme la start-up GATE Space, basée en Basse-Autriche et à Vienne. Sa technologie de propulsion verte, brevetée, dédiée au repositionnement et à la manœuvrabilité des satellites, effectuera pour la première fois sa mission en 2026 dans l’environnement pour lequel elle a été conçue : l’espace.

Et là-haut, elle doit fonctionner du premier coup. D’un côté, parce que les investissements consentis par les fabricants de satellites et les entreprises spatiales sont considérables. De l’autre, parce qu’aucune intervention ou correction en cours de mission n’est possible en orbite.

« Nous savons que notre système fonctionnera. Nous l’avons testé de manière approfondie sur des prototypes complets au sol, et nous avons anticipé tous les scénarios imaginables grâce à d’innombrables simulations », affirme Moritz Novak, CEO et fondateur de GATE Space.

Le fondateur et CEO Moritz Novak explique, en échangeant avec Irene Reichl de CADFEM Austria, l’importance de la simulation chez GATE Space. | © CADFEM

Mobilité dans de nouvelles dimensions

Avec cette forme de mobilité spatiale, Moritz Novak et son équipe ouvrent de nouvelles voies. Pour l’expliquer, il utilise une comparaison simple : le principe est celui d’un bus urbain qui dépose ses passagers à un arrêt, d’où ils parcourent seuls le dernier kilomètre jusqu’à leur destination. Chez GATE Space, la ville est l’espace, le bus est la fusée porteuse, et les passagers sont les satellites, qui doivent encore atteindre leur position orbitale individuelle.

Ce « dernier kilomètre », c’est-à-dire le repositionnement des satellites dans l’espace, a toujours été une manœuvre particulièrement complexe. GATE Space comble cette lacune grâce à son système de propulsion innovant, qui permet aux satellites d’atteindre leur orbite optimale en moins de vingt-quatre heures. Il s’agit de petits moteurs-fusées fonctionnant à l’éthane et au protoxyde d’azote. Les gaz sont injectés dans une chambre de combustion via un injecteur breveté, puis enflammés. Il en résulte une flamme pouvant atteindre deux mètres, qui génère la poussée permettant d’orienter le satellite dans la bonne direction.

Les moteurs-fusées de GATE Space acheminent les satellites vers leur position opérationnelle. L’injecteur breveté y joue un rôle essentiel. | © GATE Space

Fiabilité maximale dans d’innombrables scénarios

Le système de propulsion est le premier de ce type et a été breveté par GATE Space. Comme souvent pour les technologies disruptives, il existe peu de références ou d’expériences antérieures sur lesquelles s’appuyer. En revanche, le nombre de scénarios de charge potentiels est extrêmement élevé, et le système doit tous les supporter. À cela s’ajoutent les importants investissements des clients, associés à une faible tolérance au risque, ainsi que l’impossibilité de réaliser des corrections rapides.

Comment GATE Space a t elle procédé pour transformer une idée en une innovation fiable à 100 % dans des conditions aussi exigeantes ? Selon Moritz Novak, la réponse est simple : le travail d’équipe. La collaboration étroite et interdisciplinaire entre experts internes et externes est pour lui l’un des facteurs clés du succès. L’autre facteur réside dans l’usage de méthodes de développement modernes.

Analyses réelles et scénarios virtuels

L’équipe de GATE Space mise sur le prototypage rapide et sur la simulation pour développer ses produits. « Nous construisons des prototypes très précis, que nous testons ensuite intensivement, jusqu’à leur destruction, sur notre propre banc d’essai. Ce mode de développement rapide nous donne un retour immédiat et fiable », explique Moritz Novak. « Voir de nos propres yeux que le matériel fonctionne nous apporte une certitude, car cela exclut les erreurs de calcul. Et s’il ne fonctionne pas, cela constitue un retour honnête indiquant que le design n’était pas suffisamment abouti. »

Et la simulation ? « Les simulations sont indispensables pour notre approche. Elles nous permettent d’étudier rapidement et à moindre coût différents designs et scénarios à l’aide de prototypes virtuels. Nous pouvons ainsi anticiper précisément les performances de nos produits et concevoir immédiatement les bons prototypes », résume Moritz Novak.

Déjà à l’époque où lui et certains membres de l’équipe étudiaient à l’Université technique de Vienne, ils avaient appris à utiliser Ansys et à apprécier l’expertise de CADFEM. Ils avaient alors constitué une équipe étudiante travaillant sur le développement de satellites et de moteurs-fusées. Les connaissances acquises dans le domaine de la simulation, ainsi que les liens étroits avec CADFEM, profitent encore aujourd’hui à GATE Space dans l’utilisation des licences du programme Ansys Startup.

Sur le banc d’essai de GATE Space, les moteurs-fusées sont testés de manière exhaustive sous diverses contraintes. Les décisions reposent sur les résultats des tests et des simulations Ansys. | © GATE Space

Large spectre de simulations

Les usages sont variés, mais concernent le plus souvent des questions de mécanique des structures. Lors du lancement de la fusée, les satellites groupés à bord, y compris le système de propulsion de GATE Space, sont soumis à de fortes forces et vibrations que la structure doit supporter. Ces contraintes sont analysées en amont, puis les mesures nécessaires sont mises en œuvre dans les prototypes réels. Si un satellite ou même un seul composant – par exemple le système de propulsion – échoue au lancement, un effet domino (appelé « pairing ») peut se produire et endommager d'autres satellites.

De nombreux petits éléments structurels sont également simulés, comme les joints de l’injecteur. Outre la mécanique des structures, l’analyse des phénomènes d’écoulement joue aussi un rôle, par exemple le comportement des fluides dans les réservoirs ou dans le système d’injection.

Vision

Les produits et technologies développés par GATE Space offrent un fort potentiel pour de nouvelles applications. L’entreprise souhaite permettre à ses clients de manœuvrer leurs satellites de manière flexible dans l’espace. Cela inclut les missions interplanétaires, l’évitement actif de collisions grâce à des manœuvres autonomes, ou encore la désorbitation désormais obligatoire des satellites en fin de vie.

Moritz Novak déclare : « Nous regardons l’avenir avec beaucoup d’enthousiasme. Les évolutions technologiques dans la mobilité ont toujours transformé le monde, du développement de la roue à la machine à vapeur jusqu’à l’automatisation. Nous sommes ravis de contribuer à faire évoluer la mobilité dans l’espace. »

L’équipe de 21 personnes de GATE Space travaille à la mobilité spatiale de demain. | © GATE Space

CADFEM meets Moritz Novak

Dans cet échange avec CADFEM, Moritz Novak, fondateur et CEO de GATE Space, partage d’autres perspectives sur la start up, ses défis et ses objectifs. Il explique également comment l’industrie spatiale d’aujourd’hui (« New Space ») se distingue de celle d’hier (« Old Space »).