Jauge de carburant prototype pour Orbit

Les liquides ne se comportent pas aussi bien dans l'espace que sur Terre. À l'intérieur d'un vaisseau spatial, la microgravité permet aux liquides de flotter et de flotter librement. Ce comportement a rendu la quantité de carburant dans les satellites difficile à cerner, mais un nouveau prototype de jauge de carburant pourrait offrir une solution. La jauge peut recréer numériquement la forme 3D d'un fluide en fonction de ses propriétés électriques. La conception pourrait potentiellement fournir aux opérateurs de satellites des mesures fiables qui aideraient à empêcher les satellites d'entrer en collision et à les maintenir opérationnels plus longtemps.

Laisser le réservoir d'un satellite s'assécher pourrait le laisser bloqué sur son orbite d'origine sans carburant pour éviter de percuter d'autres satellites et de produire de dangereux nuages ​​de débris. Pour réduire la probabilité de collision, les opérateurs économisent les dernières gouttes de carburant pour éjecter les satellites sur une orbite cimetière à des centaines de kilomètres des engins spatiaux en fonctionnement. Cependant, ils peuvent gaspiller du carburant dans le processus.

Pendant des décennies, mesurer le carburant dans l'espace n'a pas été une science exacte. L'une des méthodes les plus fréquemment utilisées consiste à estimer la quantité de carburant brûlée à chaque poussée et à soustraire cette quantité du volume de carburant dans le réservoir. Cette méthode est assez précise au départ lorsqu'un réservoir est presque plein mais l'erreur de chaque estimation se poursuit sur la suivante, s'aggravant à chaque poussée. Au moment où un réservoir est bas, les estimations ressemblent davantage à des suppositions approximatives et peuvent manquer la cible jusqu'à 10 %. Sans mesures fiables, les opérateurs peuvent envoyer des satellites avec du carburant encore dans le réservoir vers une retraite anticipée, laissant potentiellement une somme d'argent considérable sur la table.

Le concept de la nouvelle jauge utilise une technique d'imagerie 3D peu coûteuse connue sous le nom de tomographie volumique capacitive électrique (ECVT). Comme un tomodensitomètre, l'ECVT peut approximer la forme d'un objet en prenant des mesures sous différents angles. Mais au lieu de tirer des rayons X, les électrodes émettent des champs électriques et mesurent la capacité de l'objet à stocker une charge électrique, ou capacité.

Les chercheurs ont produit des électrodes de capteur en utilisant un processus appelé lithographie douce dans lequel ils ont imprimé des motifs d'encre sur des feuilles de cuivre avec un support en plastique flexible. Ensuite, un produit chimique corrosif a découpé le cuivre exposé, laissant derrière lui les bandes de métal souhaitées. L'équipe a tapissé l'intérieur d'un conteneur en forme d'œuf inspiré de l'un des réservoirs de carburant de la NASA avec les capteurs flexibles. Dans tout l'intérieur du réservoir, les champs électriques émis par chaque capteur peuvent être captés par les autres. Mais la quantité de ces champs qui finissent par être transmis dépend de la capacité de tout matériau se trouvant à l'intérieur du réservoir.

Pour tester à quoi pourraient ressembler les capacités de jaugeage du carburant du nouveau système dans l'espace, les chercheurs ont suspendu un ballon rempli de liquide dans le réservoir, imitant une goutte de liquide en microgravité.

De nombreux liquides couramment utilisés pour propulser les satellites et les engins spatiaux, tels que l'hydrogène liquide et l'hydrazine, sont hautement inflammables dans l'atmosphère riche en oxygène de la Terre. Les chercheurs ont donc choisi de tester quelque chose de plus stable. Ils ont rempli les ballons d'un fluide caloporteur, normalement utilisé pour stocker ou dissiper l'énergie thermique dans les processus industriels, car il imitait étroitement les propriétés électriques du combustible spatial.

Les chercheurs ont activé le système et transmis les données de capacité à un ordinateur qui a produit une série d'images 2D cartographiant l'emplacement du fluide sur toute la longueur du réservoir. Une fois compilées, les images ont donné lieu à un rendu 3D du ballon avec un diamètre différent de moins de 6 % du diamètre réel du ballon.