De l’atrophie musculaire à la perte osseuse, les astronautes sont confrontés à un certain nombre de risques pour leur santé lorsqu’ils sont dans l’espace.
Il est facile de comprendre pourquoi.
Le corps humain dépend de la gravité terrestre pour faire travailler les muscles et soutenir d’autres fonctions.
Il s'agit d'un problème particulièrement grave pour les astronautes effectuant de longues missions. Il suffit de regarder les astronautes de la NASA Barry « Butch » Wilmore et Sunita « Suni » Williams, qui ont passé neuf mois à bord de la Station spatiale internationale. Tous deux sont revenus sur Terre avec une diminution de la masse musculaire, des problèmes d’équilibre, une accumulation de liquide et bien plus encore.
Les astronautes dans l'espace tentent de contrecarrer les effets négatifs de la microgravité en utilisant des équipements d'exercice spécialisés, mais les options disponibles ne parviennent toujours pas à prévenir réellement la perte musculaire ou osseuse à bien des égards.
Une équipe de chercheurs comprenant Jeffery Lipton, professeur de génie mécanique et industriel à la Northeastern University, vient peut-être de proposer la meilleure solution à ce jour pour résoudre le problème – et ils se sont tournés vers la géométrie pour y parvenir.
Lipton et ses collègues ont créé une nouvelle classe de structures déployables qui pourraient un jour être utilisées pour créer des habitats spatiaux artificiels de gravité permettant aux astronautes d'entretenir leurs muscles lors de missions de longue durée.
Ces structures déployables à taux d'expansion élevé, ou HERDS, sont composées d'une série de fermes extensibles en forme de triangle, ou PET, qui utilisent un mécanisme à base de ciseaux pour se rétracter et se développer.
Ces systèmes sont suffisamment petits – tant en taille qu’en poids – pour être stockés de manière compacte sur un vaisseau spatial, mais sont capables de s’étendre sur un kilomètre de longueur et de fonctionner correctement à des vitesses de rotation élevées.
Lipton et ses collègues ont testé cette année le HERDS en microgravité à bord d'un vol parabolique, un type de vol qui simule un voyage dans l'espace. Le voyage était un test du matériel, mais aussi une opportunité pour l'équipe d'affiner le côté logiciel, dit-il.
« Vous devez prouver que vous disposez d'un très bon moyen de modéliser ces systèmes, et vous ne pouvez pas vraiment les modéliser uniquement sur Terre », dit-il. « Nous voulions nous assurer que nous pouvions créer un modèle logiciel capable de capturer avec précision la dynamique et les excentricités individuelles de ces assemblages complexes de pièces mobiles. »
C'était certainement une expérience unique, explique Lipton.
« Le plus fou, c'était de passer du zéro G au 2G », dit-il. « En zéro G, cela semble naturel, comme rien du tout.
« Mais tout votre sens du mouvement est erroné. Une fois, j'ai poussé trop fort et j'ai foncé droit dans le plafond. Une fois que vous avez compris, vous avez simplement appris à pousser doucement et à rouler jusqu'à l'endroit où vous vouliez aller. Cependant, lorsque les 2G sont arrivés, vous ne pouviez et ne vouliez pas bouger. »
Mais les applications potentielles du système HERDS s'étendent au-delà de la simple exploration spatiale, explique Lipton. Cette technologie pourrait être utilisée pour créer des éléments tels que des civières déployables, des tours de téléphonie mobile temporaires et des mises en scène de concerts.
« Les structures déployables ont un large éventail d'utilisations, à chaque fois que vous avez besoin d'introduire quelque chose dans une petite zone ou dans un petit volume, puis de l'étendre de l'autre côté », explique-t-il.
D'autres méthodes de structure de déploiement utilisées dans le passé comportent des compromis majeurs, a expliqué Lipton. Les structures déployables attachées sont construites à l'aide de cordes ou de sangles, par exemple, qui « sont excellentes tant qu'elles sont tendues, mais dès qu'elles se relâchent, elles sont dangereuses », explique Lipton.
Ce qui distingue les HERDS, c'est qu'ils sont en sécurité, qu'ils soient déployés ou stockés à plat, et qu'ils possèdent la rigidité et la rigidité nécessaires pour supporter des charges lourdes comme celles des humains, dit-il.
Maintenant que Lipton et ses collègues disposent de meilleures données de modélisation pour la structure, ils vont redoubler d'efforts pour réduire les risques liés à la technologie.
« Personne ne passera de là à : « OK, construisons cet habitat spatial pour les astronautes ». C'est trop risqué et trop cher », dit-il. « Maintenant, nous devons rechercher différentes applications que nous pouvons réaliser à la fois sur Terre et dans l'espace avec nos structures déployables et nos logiciels afin de pouvoir renforcer la confiance en cela et déployer des éléments plus importants et éventuellement conduire à cette structure à l'échelle kilométrique dans l'espace. »
