Module de balayage vectoriel MEMS avec résistance accrue aux vibrations et aux chocs pour applications spatiales

Les scanners vectoriels du Fraunhofer IPMS sont désormais adaptés à une utilisation dans l'espace.

Module de balayage vectoriel MEMS avec suspension amortie pour le fonctionnement dans l'espace. © Fraunhofer IPMS / Module de balayage vectoriel MEMS avec suspension amortie pour une utilisation dans l'espace. © Fraunhofer IPMS

Les galvanoscanners offrent jusqu'à présent des services fiables dans la communication optique dans l'espace ou lors de l'observation de la Terre via LIDAR. À l'avenir, ces systèmes pourraient cependant être remplacés par des systèmes plus petits et plus compacts avec des scanners MEMS. L'institut Fraunhofer pour les microsystèmes photonique IPMS a développé, en collaboration avec des partenaires dans le cadre du projet MiniLIDAR Scanmodule financé par le ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du Climat (BMWK), des modules qui ont maintenant été rendus adaptés à l'espace. Ceux-ci seront présentés pour la première fois à LASER 2025, du 24 au 27 juin 2025, à Munich (stand commun Fraunhofer, stand n° 415, dans la Halle A2).

Dans de nombreuses applications dans l'espace, des miroirs vecteurs sont nécessaires pour dévier la lumière laser : pour le raccordement des engins spatiaux à la station spatiale (rendez-vous), lors de la navigation de robots de service autonomes et de véhicules autonomes ou dans de petits satellites pour le suivi dynamique d'objets. Au sein du projet MiniLiDAR, l'institut Fraunhofer IPMS a maintenant rendu opérationnel un module de scanner vecteur MEMS prêt pour l'espace.

Le module se compose d'un scanner vecteur MEMS 2D intégré de manière hybride, qui fonctionne grâce à une commande électromagnétique. Il possède un miroir relativement grand avec un diamètre de 5 mm, suspendu de manière cardanique. Cela permet au scanner d'atteindre de grands angles de déviation 2D quasi-statiques allant jusqu'à ±13° (mécaniquement) autour d'un point de pivot commun. Cela permet un large champ de balayage de 52° x 52° (champ de vision) avec une grande dynamique de positionnement et une résolution optique, tout en simplifiant la conception du système optique.

Le Dr Thilo Sandner, chef de groupe des composants et systèmes micro-optiques actifs au Fraunhofer IPMS, est optimiste : « Le nouveau module de balayage peut désormais résister sans dommage à un lancement de fusée grâce à son support amorti. Grâce à une conception ingénieuse, le module est très compact par rapport aux scanners galvanométriques conventionnels, ce qui permet d'économiser de l'espace dans l'ensemble du système optique et de consommer environ dix fois moins d'énergie, ce qui réduit également les coûts du système. En raison de sa conception à l'état solide (sans roulements mécaniques à frottement), il est stable à long terme et sans usure. »

Le projet MiniLiDAR implique la société Jena-Optronik GmbH, forte de son expérience de longue date dans l'aérospatiale, qui est responsable du système complet LIDAR. L'institut Fraunhofer IPMS a apporté son savoir-faire unique en matière de conception de miroirs et de modules MEMS, jusqu'à l'assemblage micromécanique automatisé de haute précision. Ainsi, il a été possible d'atteindre la robustesse nécessaire pour une résistance élevée aux chocs et aux vibrations.

Plusieurs partenaires industriels et de projet ont déjà manifesté leur intérêt pour l'utilisation de tels modules. En dehors de l'espace, ces modules de balayage peuvent également être utilisés pour le diagnostic médical ainsi que pour la thérapie au laser en ophtalmologie. Grâce à une plaque de miroir plus épaisse, les miroirs conviennent également pour des revêtements diélectriques hautement réfléchissants avec une grande planéité, leur permettant de résister à des puissances laser plus élevées et à des énergies de pulsation plus importantes. Ils sont désormais également utilisables, par exemple, dans le marquage laser. De plus, les miroirs de scanner peuvent jouer un rôle important dans la communication optique en espace libre (FSO). Les chercheurs attendent avec impatience d'autres applications passionnantes pour lesquelles ils pourront optimiser ces miroirs de scanner polyvalents MEMS.