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Si les missions Apollo utilisaient des piles à combustible pour la fourniture d’énergie, chaque véhicule Orion utilisera un jeu de quatre panneaux solaires fournis par l’entreprise européenne Leonardo. Alessandro Fumagalli, responsable de l’ingénierie spatiale chez Leonardo, et Arnaud de Jong, directeur de l’équipe panneaux solaires d’Airbus aux Pays-Bas, nous expliquent les particularités de ces panneaux et pourquoi il sera nécessaire de les surveiller tout au long de la mission.
Après son lancement par le puissant lanceur SLS, le véhicule Orion de la Nasa vole en direction de la Lune pour une mission d’une durée de plus de 25 jours. Son retour sur Terre est prévu le 11 décembre.
Pour fonctionner tout au long de sa mission, Orion aura besoin d’une source d’énergie. Cette électricité sera fournie par « quatre panneaux solaires situés sur le module de service, contrairement aux missions Apollo dont la production d’énergie était basée sur des piles à combustible ». C’est ce que nous explique Alessandro Fumagalli, responsable de l’ingénierie spatiale chez Leonardo en charge de leur réalisation. Leonardo a également fourni les unités de contrôle et de distribution de puissance (PCDU) qui permettent le contrôle et la distribution d’énergie au véhicule spatial. Certes, cet élément n’est peut-être pas le plus « sexy » de tous les sous-systèmes du véhicule mais, il est « très particulier et critique pour le bon fonctionnement d’Orion ». Il contrôle « l’énergie générée par les panneaux solaires et la distribue à la batterie et à tous les équipements d’Orion pour leur fonctionnement. Comme le cœur pompe le sang dans le corps humain, le PCDU pompe l’électricité dans le vaisseau spatial : ce n’est pas sexy, c’est vital ».
Ces panneaux sont installés sur le module de service d’Orion. Ils ont été lancés en position pliée, « maintenus en place par un mécanisme de verrouillage spécifique qui assure la sécurité du système pendant le lancement ». Une fois en orbite, les mécanismes de verrouillage sont libérés et les quatre panneaux solaires se déploient dans une configuration en X, très caractéristique des panneaux rectangulaires. On retrouve cette configuration en X sur le véhicule de transfert automatique ATV de l’ESA, dont les panneaux solaires étaient fournis par Leonardo. Pour rappel, à l’origine du programme Orion, la Nasa envisageait des panneaux solaires ronds.
D’une masse totale de plus de 260 kilos, ces panneaux solaires, aussi appelés « ailes », sont d’une longueur de sept mètres. Ils sont chacun composés de « quatre branches dotées de trois panneaux photovoltaïques (PVA) comprenant chacun 1 242 cellules à base d’arséniure de gallium ». Au total, ces « quelque 15 000 cellules fourniront au module de service Orion une puissance de 11,1 kW pour sa mission ». Il est intéressant de noter que grâce aux « progrès technologiques réalisés depuis l’époque de la conception de l’ATV, les cellules solaires utilisées fourniront plus du double de la puissance des panneaux solaires de l’ATV, pourtant de taille similaire ».
Des panneaux solaires de conception bien plus complexe qu’elle n’y paraît
À ceux qui pensent que la conception des panneaux solaires d’Orion est somme toute assez simple, eh bien détrompez-vous ! Comme le souligne Arnaud de Jong, directeur de l’équipe panneaux solaires d’Airbus à Leyde, aux Pays-Bas, pour une mission habitée vers la Lune, les exigences « en matière de conception et de développement des panneaux solaires sont complexes ». Afin de limiter les contraintes qui s’exercent sur les panneaux lors du lancement vers l’orbite lunaire et lors du retour sur Terre, les « branches doivent être capables de s’incliner de 60 degrés, aussi bien vers l’avant que vers l’arrière. Ce large mouvement implique de concevoir des branches composées de fins panneaux solaires renforcés par des charnières et des balanciers ». Concrètement, pendant la manœuvre d’injection translunaire, « l’extrémité des branches va bouger sur une distance d’1,06 mètre ». Un risque pris très au sérieux et surveillé de près. Chacune d’elles est « dotée d’une caméra orientée vers la capsule Orion afin de surveiller ce mouvement avec précision ».
Autre point de vigilance, et non des moindres, bien que ses panneaux solaires soient conçus pour éviter les résonances avec les moteurs du module de service, les panneaux ont une certaine fréquence de résonance. Or, les moteurs du module de service sont pulsés à une certaine fréquence pour pouvoir contrôler la direction et l’attitude. La vérification de ces interférences de fréquence afin de s’assurer que les panneaux n’entrent pas en résonance, ce qui pourrait les amener à se disloquer, est un des objectifs de ce vol d’essai.
