Nouveau système de simulation du futur vol en formation dans l’espace

10 septembre 2010

Toute mission dans l’espace est difficile et l’opération d’arrimage de deux engins spatiaux se révèle délicate. Mais réussir à faire voler plusieurs satellites en formation est vraiment un exercice de haute voltige.

Précisément, un nouveau logiciel de simulation permet à l’ESA et à des équipes industrielles de se faire la main pour les missions à venir qui impliquent plusieurs satellites, à commencer par celle de Proba-3.

Il est malaisé de se rendre compte du degré de difficulté du vol en formation: séparer sur orbite des pièces de matériel qui coûtent plusieurs millions d’euros, puis manoeuvrer l’une et l’autre dans l’espace à la vitesse de plusieurs kilomètres par seconde pour qu’elles se maintiennent éloignées de quelques mètres et qu’elles gardent l’une par rapport à l’autre leurs positions respectives de façon précise. La perte de contrôle de l’une des parties de la formation, même momentanément, et c’est la mission qui risque d’être perdue.

La dynamique orbitale impose que les trajectoires des éléments du vol en formation font qu’elles se croisent autour de la Terre. Il faut en tenir compte dans la simulation. Surtout que des tâches spécifiques ne peuvent être réalisées que lors de vols en formation. Un nouvel outil de calcul informatique contribue à leur maîtrise.

C’est le Formation Flying Test Bed ou simulateur du vol en formation. Il s’agit d’une suite de logiciels qui sont mis en oeuvre dans des ordinateurs interconnectés dans le but de simuler tous les aspects d’une mission de vol en formation. Cette nouvelle installation, supervisée par la Division Software Systems de l’ESA à l’ESTEC, aux Pays-Bas, s’apparente aux bancs d’essais d’avionique. Avec cette différence qu’il peut simuler le fonctionnement du logiciel de plus d’un engin spatial à la fois.

“C’est un simulateur générique destiné aux missions de vol en formation, qui impliquent deux, jusqu’à cinq à six engins spatiaux” explique Raffaella Franco de la section ESA de modélisation et vérification des systèmes.

“Effectuer des simulations fait partie d’une activité intensive sur ordinateur, mais essayer de simuler simultanément l’ordinateur de bord de plus d’un engin spatial fait que le logiciel ne va pas fonctionner sur une simple unité de programmation CPU. Il faut, en plus, simuler le reste du satellite ainsi que les systèmes associés au sol et les liaisons inter-satellites”.

“Le simulateur du vol en formation fait usage d’une architecture de haut niveau HLA (High Level Architecture), qui permet de répartir le logiciel sur plusieurs calculateurs, sans remettre en cause l’expérience de l’utilisateur”.

Le banc d’essais informatique servira à mettre en évidence les aspects opérationnels du vol en formation, à savoir la gestion de la mission et du satellite, la navigation et le contrôle, la détection des erreurs, l’isolation, la récupération et les liaisons inter-satellites.

L’installation informatique a des applications tout au long de toutes les étapes du cycle de vie d’un projet: depuis l’évaluation du design pendant les études préliminaires de Phase-B jusqu’à la validation du logiciel de bord, ainsi que l’ensemble du système pendant les phases suivantes d’intégration et d’essais.

Il peut être employé pour entraîner les contrôleurs du vol des satellites, préparer les procédures opérationnelles et on peut s’en servir comme outil pour faire face à une situation d’urgence qui nécessite un dépannage, lorsque la mission se déroule sur orbite.

Le simulateur est compatible avec le standard Simulation Model Portability (SMP) qui fait en sorte que des modèles de simulations se trouvent répartis sur des systèmes différents. L’ESA, comme chef d’orchestre d’outils de simulation spatiale, a dirigé le développement du SMP grâce à la coopération européenne pour la standardisation des systèmes spatiaux.

Pour le développement de l’outil de simulation, un modèle de démonstration a été élaboré sur base de ce qui est développé pour Proba-3, la première mission de vol en formation de l’ESA. Cette mission est prévue pour être lancée en 2014–15. Les deux satellites de la mission Proba-3 doivent évoluer ensemble pour réaliser le premier coronographe en orbite : l’un des satellites permet par rapport à l’autre de créer de façon stable une éclipse artificielle du Soleil, de façon à ce que soient observés de très petits détails au sein de la couronne solaire.

Le simulateur du vol en formation a été mis au point par la société belge Spacebel, qui est par ailleurs responsable du logiciel de vol de Proba-3. Le projet est financé via le programme GSTP (General Support Technology Programme) de l’ESA, dont l’objectif est de faire évoluer les prototypes de base vers du matériel opérationnel.

En général, toutes les applications qu’on ne peut actuellement réaliser à cause des contraintes dans les dimensions du satellite sont rendues possible en recourant au vol en formation.

Outre l’occultation du soleil, on a d’autres applications prometteuses qui impliquent un angle d’ouverture exceptionnel dans le cadre de missions d’astronomie optique ou en radioastronomie: en combinant les signaux qui proviennent de plusieurs petits satellites, il est possible de produire des images qui ont une résolution équivalente à celle d’un télescope géant. Il faut que ces satellites puissent maintenir leurs positions l’un par l’autre de façon précise.

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