30 Septembre 2010

DECLIC

DECLIC est un équipement multi-utilisateur dédié à l'étude du comportement des fluides critiques à basse et haute température, de la réactivité chimique en eau supercritique, de la solidification directionnelle d'alliages transparents, et plus généralement de média transparents en micro-pesanteur à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS).

La physique des fluides critiques a été l'un des principaux sujets des recherches en science de la matière effectuées à bord de la station russe MIR ou lors des missions Spacelab de l'ESA et de la NASA. Le succès de ces travaux a conduit le CNES à décider de financer, dans le cadre de son programme national d'exploitation de l'ISS, le développement d'un instrument, DECLIC (acronyme pour Dispositif d'Etude de la Croissance et des LIquides Critiques).

DECLIC est un mini-laboratoire contenant un grand nombre de diagnostics optiques pour l'étude des milieux transparents, et qui peut recevoir des modules enfichables destinés au déroulement de diverses expériences. Pour l'instant, trois modules ont été développés.

Il est installé depuis octobre 2009 dans un EXPRESS RACK (structure d'acceuil NASA pour les charges utiles scientifiques) à bord du module Japonais de l'ISS.

Segment Spatial


L'instrument DECLIC est composé de 3 éléments découpés en deux "tiroirs" qui peuvent être insérés dans un EXPRESS rack :

 

  • Boîtier Expérience (EXL)


Le tiroir supérieur est appelé "Experiment Locker" (EXL). Il contient le banc optique DECLIC qui reçoit l'insert de l'expérience dans lequel le matériau à étudier est conditionné. Ce banc optique contient tous les senseurs optiques et opto-électroniques nécessaires pour réaliser les mesures à un faible ou haut débit d'acquisition.

 

  • Boîtier Electronique (ELL)


Le tiroir inférieur, appelé "Electronic Locker" (ELL), contient tous les systèmes électriques et électroniques nécessaires au fonctionnement autonome de l'équipement aussi bien qu'en interaction avec l'équipe scientifique depuis le Centre Utilisateur (concept de télé-science).

  • Les Inserts


Un insert comprend de l'électronique et un thermostat qui abrite la cellule échantillon  également appelé cartouche, contenant le matériau étudié. L'électronique et le thermostat fournissent ensemble l'environnement (température) et les stimuli (trempe, gradient de température, impulsion de chaleur, ...) nécessaires à l'expérience. En raison de la limitation de l'espace disponible dans l'insert (environ 200 x 200 x 400 mm), et parce ce que l'environnement thermique ne convient pas à la précision de la mesure, une extension électronique de l'insert est installée dans l'ELL, elle est nommée électronique de régulation centrale.

Dans une première approche, trois insert sont prévus. Cet ensemble initial sera complété par de futurs conteneurs d'expérience.

Les inserts et accessoires (jeu de câbles, disques dur extractibles) sont transportés en orbite et redescendus dans un sac de rangement.

Pour réaliser une expérience, l'insert dédié est installé dans l'EXL par l'équipage.

L'insert ALI

  • Un module appelé "Alice Like Insert (ALI)" est dédié à la poursuite des travaux effectués avec l'instrument ALICE dans la station MIR : observation de la transformation Gaz-liquide au voisinage du point critique du SF6 , étude de l'effet Piston, c'est-à-dire la transmission rapide et homogène de la puissance thermique injectée dans un fluide critique soumis à un chauffage pariétal (depuis la paroie de la cellule).
L'insert DSI

  • Un deuxième module , appelé "Directional Solidification Insert (DSI)", est dédié à l'observation des microstructures qui se forment à l'interface liquide-solide lors de la solidification d'un matériau transparent. Ceci permet de simuler les alliages métalliques avec l'avantage de n'avoir à transférer au sol que des images et non des échantillons très lourds, dont le transport sur l'orbite et le retour sur Terre accroîtrait considérablement le coût des missions.De plus, de multiples cycles de fusion-solidification peuvent être effectués avec ces matériaux, permettant de mener des études paramétriques.
L'insert HTI

  • Le troisième module enfin, appelé "High Temperature Insert (HTI)", est destiné à l'étude du transfert de chaleur et de masse dans l'eau supercritique, à haute température et à haute pression, et la mesure de ses propriétés physiques.
    Ces recherches auront des retombées dans le domaine des technologies propres de production d'énergie et de traitement des déchets. L'industrie spatiale est également intéressée car confrontée à la maîtrise de la gestion des fluides placés dans des conditions critiques, comme dans les réservoirs de stockage de xénon pour les propulseurs électriques, ou dans les tuyauteries d'alimentation des moteurs cryotechniques par exemple.

Concept de fonctionnement



L'équipement DECLIC a été conçu pour fournir une autonomie maximale tout en utilisant au minimum l'interface avec l'EXPRESS rack. DECLIC profite des ressources fournies par le système EXPRESS .

L'équipement DECLIC gère le conditionnement de l'énergie, les communications, les commandes/contrôle, le stockage des données, et de multiples capacités optiques flexibles en support pour chaque expérience. Les capacités de transmission de données au sol sont cependant limitées par les capacités de l'ISS .

L'équipement DECLIC est utilisé depuis le CADMOS, Centre d'Aide au Développement en Micropesanteur et Opération Spatiales, localisé au CNES Toulouse, France.

L'équipage est intervenu pour installer l'équipement avec l'insert initial et intervient de façon ponctuelle pour changer l'insert et/ou le disque dur amovible qui contient l'intéralité des données, DECLIC sera utilisé au minimum de 4 à 6 mois par an pour justifier son installation permanente à bord de l'ISS pour une durée minimum de 2-3 ans.


L'échange d'expérience est prévu mais la fréquence des échanges dépendra de l'accès au programme, des lancements, des récupérations et des possibilités de stockage en orbite.

DECLIC est conçu pour fonctionner automatiquement grâce à des programmes (ou scripts) chargés en mémoire interne. La télécommande des expériences est prévue pour les opérations de téléscience qui permettentt des interactions en quasi temps réel avec l'expérience en vol quand cela est possible et requis. La télécommande permet de modifier des paramètres des séquences d'expérience, partiellement ou totalement, en fonction des analyses scientifiques au sol.

La transmission de données au sol est actuellement la ressource limité qui doit être partagée avec les autres utilisateurs. Le stockage des images sur les disques durs DECLIC est prévu et des disques durs amovibles sont également disponibles pour permettre l'enregistrement de grandes quantités de données et leur récupération en priorité lors du retour des astronautes au sol.

Comprendre les objectifs de la mission Declic

Interview de G. Pont, responsable de mission DECLIC

Segment Sol

Les opérations liées aux expériences en vol (envoi de tétécommandes, réception de télémesures, interface avec les équipes NASA...) sont réalisées en temps réel depuis le CADMOS (Toulouse, FRANCE) Les scientifiques peuvent suivre en temps réel les opérations depuis leur, laboratoire grâce à des moyens spécifiques mis à leur disposition.

Le CADMOS se situe sur le site du CNES (Toulouse, France). Il fournit des possibilités complètes d'opérations de téléscience (voix, video, télémesure, commande, ...) à la communauté scientifique.

Les laboratoires du CADMOS, hébergeant les modèles sol (Modèle d'Ingénierie et Modèle de Laboratoire), permettent aux développeurs de nouveaux inserts et aux scientifiques de tester et de valider, respectivement, leurs équipements et leurs expériences. Ces modèles sont également utilisés par les équipes du CADMOS pour valider les scripts et les procédures.

Dans la salle de contrôle, des zones dédiées à chaque charge utile permettent aux utilisateurs de réaliser des opérations en temps réel, de s'entrainer, de réaliser des simulations ou de tester des développements.

Caractéristiques principales

 

  • Observation longitudinale et transversale
  • Observation directe dans le champ de vue Ø 12 mm - Résolution 10 mm
  • Mesure de la transmission de la lumière avec ombre de grille pour la turbidité et le gradient d'indice
  • Mesure de dispersion de la lumière à petits angles
  • Mesure de dispersion de la lumière à grands angles
  • Champ de vue microscope 1 mm - Résolution 5 mm
  • Interférométrie le long de l'axe de croissance - Résolution 16 µm
  • Mécanismes d'étirement de classe µG : 0,3 à 30 µm / s
  • Deux caméras haute résolution 1000 x 1000 pixels, 12 Hz
  • Caméra à grande vitesse1000 x 1000 pixels, 450 Hz
  • ou 500 x 1000 pixels, 900 Hz
  • Laser He-Ne - 633 nm
  • Diodes d'illumination : longueur d'onde 670 nm
  • Piezo-actionneur
  • Régulation thermique 1 µk - Stabilité à long terme 5 µk/h (Ambiante à 70°C)
  • Régulation thermique 1 mk (100°C à 600°C)
  • Stimuli intérieur des cellules d'échantillon
  • Eléments Peltier haute et basse température et contrôle des résistances de chauffage.

 

Publications

Voir aussi