Projet FENRIR, une plateforme modulaire pour les expériences en microgravité

Rendre la recherche spatiale plus accessible

Fondé à l’université de technologie de Luleå en Suède, le projet FENRIR s’inscrit dans le programme REXUS/BEXUS, une initiative conjointe du Centre aérospatial allemand (DLR) et de l’Agence spatiale suédoise (SNSA), avec le soutien de l’Agence spatiale européenne (ESA). Ce programme offre aux étudiants européens l’opportunité de concevoir, construire et lancer des expériences à bord de fusées-sondes suborbitales, leur offrant ainsi une expérience concrète en recherche aérospatiale.

Le projet réunit une équipe pluridisciplinaire d’étudiants de la LTU, répartis en cinq départements spécialisés : mécanique, électronique, logiciel, sciences & charge utile, et gestion. Depuis sa création, 25 membres ont contribué au projet, dont 16 travaillent actuellement sur place à Kiruna, en Suède. Leur effort collectif vise à relever des défis d’ingénierie complexes tout en garantissant la réutilisabilité de la plateforme pour de futures missions.

L’ambition de l’équipe est de développer une solution modulaire et accessible pour les expériences en microgravité, dans la lignée des succès précédents de la LTU. La FFU est conçue pour être larguée à l’apogée de la fusée (~80 km d’altitude), offrant ainsi environ 70 secondes de microgravité aux chercheurs. Ce système leur permet de se concentrer uniquement sur leurs expériences, sans avoir à redévelopper une nouvelle plateforme à chaque mission.

Pour assurer une récupération sécurisée, la FFU intègre un système de déploiement de parachute contrôlé. Sa structure modulaire, combinée à un système de stabilisation d’attitude (ATSS – Attitude Stabilisation System) et une charge utile à matériaux à changement de phase (PCM – Phase Change Material), en fait une plateforme de recherche adaptable pour de futures études en microgravité.

Inspiré de précédents projets menés à la LTU, FENRIR s’inscrit dans la continuité du projet ASTER, un autre programme du REXUS/BEXUS axé sur le contrôle précis de l’attitude des unités en chute libre. Alors qu’ASTER se concentrait sur une stabilisation ultra-précise, FENRIR met l’accent sur la modularité, permettant aux chercheurs d’adapter et d’intégrer différentes charges utiles scientifiques sans avoir à repenser toute la plateforme.

L’équipe FENRIR en pleine intégration de l’Unité de Vol Libre (FFU), réalisant des diagnostics électroniques et des tests d’assemblage. La structure en aluminium usinée CNC et les composants électroniques internes sont minutieusement vérifiés pour garantir des performances optimales avant le lancement. ©

The Free-Falling Unit (FFU) housed within its cylindrical module, featuring CNC-machined aluminium components that provide structural integrity and precision for deployment from the REXUS 34 rocket.©

ATSS : une stabilisation optimisée pour la microgravité

L’une des innovations majeures de FENRIR réside dans son système de stabilisation d’attitude (ATSS), conçu pour minimiser la vitesse angulaire pendant la descente afin d’assurer un environnement stable en microgravité. L’ATSS repose sur trois roues à réaction montées perpendiculairement, qui stockent et redistribuent le moment cinétique, réduisant ainsi efficacement la rotation de la FFU.

En limitant le mouvement de rotation, l’ATSS améliore les conditions expérimentales, permettant la réalisation d’études en microgravité avec une précision accrue. Contrairement à d’anciens systèmes qui exigeaient un contrôle complexe de l’attitude, la solution adoptée par FENRIR garantit une stabilité optimale tout en conservant une conception modulable, prête pour les futures recherches.

PCM : étude des matériaux à changement de phase dans l’espace

L’Unité de Vol Libre (FFU) embarque également une charge utile dédiée aux matériaux à changement de phase (PCM). Cette expérience vise à observer comment ces matériaux passent de l’état solide à l’état liquide en microgravité. La technologie PCM est couramment utilisée dans les systèmes de régulation thermique des engins spatiaux, car elle permet d’absorber et de restituer la chaleur. Cependant, son comportement en microgravité reste encore peu étudié.

Pour combler cette lacune, l’équipe de FENRIR a développé un module expérimental spécifique, composé de :

• Une fenêtre d’observation transparente permettant aux caméras embarquées d’enregistrer le processus de transition de phase.
• Un toit en cuivre et un élément chauffant, assurant un contrôle précis des changements d’état.
• Quatre capteurs de température internes, surveillant en temps réel la répartition de la chaleur et l’évolution des phases.

L’expérience PCM, combinée au système de stabilisation ATSS, offrira des données précieuses sur la gestion thermique en environnement spatial. Ces résultats contribueront à l’amélioration des systèmes de contrôle thermique des futurs engins spatiaux et à la recherche en microgravité.

En intégrant les charges utiles ATSS et PCM, FENRIR propose une plateforme polyvalente pour les études en microgravité. Son architecture modulaire facilite l’expérimentation en permettant aux chercheurs de mener des tests sans avoir à concevoir de nouveaux systèmes à chaque mission.

Composants de précision fournis par Xometry, incluant des plaques en aluminium usinées CNC et des carters de moteur sur mesure, essentiels à l’intégrité structurelle et aux performances de l’Unité de Vol Libre (FFU) du projet FENRIR. ©

Comment Xometry a contribué à concrétiser le projet FENRIR

La fabrication de composants destinés à l’espace impose des exigences extrêmes en matière de précision, de tolérances et de délais de production. Pour relever ces défis, l’équipe FENRIR s’est appuyée sur l’expertise de Xometry en usinage CNC et impression 3D avancée. Xometry a fourni des pièces critiques pour la FFU, conformes aux standards aérospatiaux, tout en réduisant considérablement les délais de fabrication.

« Le soutien de nos partenaires a été essentiel pour surmonter les défis liés à la conception d’une plateforme aussi complexe », explique Eric Almqvist, responsable du département mécanique du projet FENRIR. Grâce au moteur de devis instantané, l’équipe a également pu optimiser ses conceptions en fonction des contraintes de fabrication.

Le choix des matériaux a été un point clé du projet. L’équipe devait trouver le bon compromis entre résistance et légèreté, afin de supporter les charges vibratoires du lancement tout en minimisant la masse de l’expérience. De plus, un isolement électromagnétique était nécessaire pour protéger les cartes électroniques et éviter toute interférence avec les instruments embarqués.

Après une phase de prototypage en interne, les ingénieurs de Xometry ont aidé l’équipe à affiner leurs conceptions pour améliorer la fabricabilité et l’efficacité de la production. Les pièces fabriquées par Xometry seront directement utilisées sur la fusée-sonde REXUS 34, respectant ainsi les exigences strictes du secteur aérospatial.

Xometry a fourni plusieurs composants essentiels pour le système de stabilisation ATSS et d’autres sous-systèmes, notamment :

• Des plaques murales en aluminium usinées, constituant la structure du cube de la FFU et intégrant un boîtier isolant électromagnétiquement pour protéger l’électronique.
• Un support de fixation en acier inoxydable usiné, capable de maintenir une charge utile de 3 kg à une rotation de 4 Hz, garantissant la stabilité en vol.
• Une roue de rotor usinée, élément clé du système de roue à réaction de l’ATSS.
• Un support de moteur imprimé en 3D par DMLS, optimisé pour offrir un excellent rapport résistance/poids en microgravité.

Grâce à la combinaison de l’usinage CNC et de l’impression 3D, l’équipe de FENRIR a pu obtenir des composants parfaitement adaptés à ses besoins, conciliant fabricabilité et performance. En collaborant avec Xometry, ils ont réussi à relever leurs défis de conception tout en respectant leur calendrier de développement.

Fabrication de précision pour l’aérospatiale

L’équipe de FENRIR s’est appuyée sur le moteur de devis instantané de Xometry pour simplifier le processus de conception. Grâce aux retours en temps réel et aux estimations de coûts, ils ont pu optimiser leurs designs pour la fabricabilité tout en respectant leur budget.

« Le moteur de devis instantané nous a permis de comparer rapidement différents procédés de fabrication et d’affiner nos conceptions plus facilement », explique Eric Almqvist. « Pour les pièces simples, il nous a fait gagner un temps précieux, tandis que les composants plus complexes ont bénéficié des conseils techniques des ingénieurs de Xometry. »

Les pièces fournies par Xometry se sont parfaitement intégrées aux assemblages finaux, répondant aux normes rigoureuses du secteur aérospatial. Cette précision a considérablement accéléré le calendrier du projet, permettant à l’équipe de commencer les tests et l’intégration plus tôt que prévu.

« Nous avons été impressionnés par la fluidité du processus, de la demande de devis à la livraison », partage Eric. « La capacité de Xometry à fournir des pièces de haute qualité dans les délais a été essentielle à notre succès. »

Dernière ligne droite : les prochaines étapes du projet FENRIR

Avec le lancement de REXUS 34 prévu en mars 2025, l’équipe de FENRIR finalise les préparatifs pour garantir que leur plateforme soit prête pour la mission. Après le vol, ils analyseront les résultats expérimentaux et publieront leurs conclusions, apportant des contributions précieuses à la recherche en microgravité et aux technologies spatiales.

Bien que le projet FENRIR touche à sa fin, l’équipe reste convaincue de la valeur de Xometry pour les futurs projets de la LTU. « Le soutien de Xometry a été inestimable, et nous sommes certains que d’autres équipes de la LTU tireront parti de leurs services dans le futur », conclut Eric.

Site : https://project-fenrir.netlify.app/

Contact: fenrir.ltu@gmail.com