La NASA lance un institut de recherche sur les technologies spatiales pour la fabrication additive métallique

Dec 31, 2023

17 avril 2023

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La NASA a annoncé qu'elle créerait deux nouveaux instituts pour développer des technologies dans des domaines critiques de l'ingénierie et de la recherche sur le climat. Les nouveaux instituts de recherche sur les technologies spatiales (STRI) s'appuieront sur des équipes dirigées par des universités américaines pour créer des programmes de recherche et de développement technologique multidisciplinaires essentiels à l'avenir de la NASA. En réunissant la science, l'ingénierie et d'autres disciplines des universités, de l'industrie et des organisations à but non lucratif, les instituts visent à avoir un impact sur les futures capacités aérospatiales grâce à des investissements dans les technologies de pointe.

L'un des instituts de recherche (le Quantum Pathways Institute) se concentrera sur la technologie de détection quantique à l'appui de la recherche sur le climat. L'autre (l'Institute for Model-Based Qualification & Certification of Additive Manufacturing, ou IMQCAM) travaillera à améliorer la compréhension et contribuera à permettre une certification rapide des pièces métalliques créées à l'aide de techniques de fabrication additive.

"Nous sommes ravis de tirer parti de l'expertise de ces équipes multi-universitaires pour créer une technologie répondant à certains de nos besoins les plus urgents", a déclaré Jim Reuter, administrateur associé de la direction des missions de technologie spatiale de l'agence au siège de la NASA à Washington. "Leur travail permettra à la science de nouvelle génération d'étudier notre planète et d'élargir l'utilisation de pièces métalliques imprimées en 3D pour les vols spatiaux avec une modélisation de pointe."

Chaque institut recevra jusqu'à 15 millions de dollars sur cinq ans.

L'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh, en Pennsylvanie, dirigera l'Institut pour la qualification et la certification basées sur les modèles de la fabrication additive (IMQCAM) visant à améliorer les modèles informatiques de pièces métalliques fabriquées de manière additive et à étendre leur utilité dans les applications de vol spatial. L'institut sera co-dirigé par l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland.

La fabrication additive métallique peut être utilisée pour des applications telles que les moteurs de fusée, ce qui donne plus de flexibilité pour créer de nouvelles pièces lorsque les conceptions changent. La technologie pourrait également être utilisée dans un avant-poste humain sur la Lune, où apporter des pièces préfabriquées serait coûteux et contraignant. Cependant, une certification et une utilisation efficaces de ces pièces nécessitent des prédictions de haute précision de leurs caractéristiques.

"La structure interne de ce type de pièce est très différente de ce qui est produit par toute autre méthode", a ajouté Tony Rollett, chercheur principal de l'institut et professeur US Steel d'ingénierie métallurgique et de science des matériaux à l'Université Carnegie Mellon. "L'institut se concentrera sur la création des modèles dont la NASA et d'autres acteurs de l'industrie auraient besoin pour utiliser ces pièces au quotidien."

Des modèles informatiques détaillés, connus sous le nom de jumeaux numériques, permettront aux ingénieurs de comprendre les capacités et les limites des pièces, telles que le degré de contrainte que les pièces peuvent subir avant de se casser. Ces modèles fourniront la prévisibilité des propriétés des pièces en fonction de leur traitement, ce qui est essentiel pour certifier les pièces à utiliser. L'institut développera des jumeaux numériques pour les pièces de fabrication additive fabriquées à partir de matériaux de vol spatial couramment utilisés pour la fabrication additive, ainsi que l'évaluation et la modélisation de nouveaux matériaux.

Somnath Ghosh, professeur Michael G Callas en génie civil et des systèmes à la Whiting School of Engineering de l'Université Johns Hopkins, sera le co-chercheur principal et co-dirigera l'institut, avec Rollett. Parmi les autres partenaires de l'institut figurent l'Université Vanderbilt, l'Université du Texas à San Antonio, l'Université de Virginie, l'Université Case Western Reserve, le Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins, le Southwest Research Institute et Pratt & Whitney.

L'Université du Texas à Austin dirigera le Quantum Pathways Institute, qui se concentrera sur l'avancement de la technologie de détection quantique pour les applications des sciences de la Terre de nouvelle génération. Une telle technologie permettrait une nouvelle compréhension de notre planète et des effets du changement climatique.

Les capteurs quantiques utilisent les principes de la physique quantique pour potentiellement collecter des données plus précises et permettre des mesures scientifiques sans précédent. Ces capteurs pourraient être particulièrement utiles pour les satellites en orbite autour de la Terre pour collecter des données sur les changements de masse – un type de mesure qui peut indiquer aux scientifiques comment la glace, les océans et les eaux terrestres se déplacent et changent. Bien que la physique et la technologie de base des capteurs quantiques aient fait leurs preuves dans leur concept, des travaux sont nécessaires pour développer des capteurs quantiques avec les précisions nécessaires pour les besoins scientifiques de la prochaine génération lors des missions spatiales.

"Les méthodes de détection quantique se sont révélées très prometteuses dans les domaines de l'informatique, des communications et maintenant des applications de télédétection en sciences de la Terre", a déclaré le Dr Srinivas Bettadpur, chercheur principal de l'institut et professeur d'ingénierie aérospatiale et de mécanique de l'ingénierie à l'Université du Texas. à Austin. "Notre intention est de faire progresser cette technologie et de la préparer pour l'espace dès que possible."

L'institut travaillera à faire progresser la physique sous-jacente aux capteurs quantiques, à concevoir comment ces capteurs pourraient être construits pour les missions spatiales et à comprendre comment la conception des missions et l'ingénierie des systèmes devraient s'adapter pour s'adapter à cette nouvelle technologie.

Les partenaires de l'institut comprennent l'Université du Colorado à Boulder ; Université de Californie, Santa Barbara; Institut de technologie de Californie ; et l'Institut national des normes et de la technologie.

www.nasa.gov

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