Missions Spatiales

NGC Aérospatiale Ltée a fourni le logiciel de guidage, navigation et commande autonomes de quatre satellites actuellement en service et se prépare à d’autres missions spatiales présentement à différentes étapes du développement.

Missions Spatiales

UN CHEF DE FILE DANS LA COMMANDE DE VÉHICULES SPATIAUX

En tant que chef de file mondial dans la conception de logiciels de guidage, navigation et commande de véhicules spatiaux, NGC a accumulé près de deux décennies de réussites en matière d’opérations de vol en continu pour quatre satellites distincts : PROBA-1, PROBA-2, PROBA-V et Sentinelle-3A.

NGC a énormément fait progresser les technologies aérospatiales, car il a créé une nouvelle génération de satellites qui intègrent pour la première fois l’intelligence embarquée et l’autonomie dans l’exploitation de satellites scientifiques et d’observation terrestre. NGC a ainsi augmenté la fiabilité et l’efficacité des satellites et il en a réduit les coûts d’exploitation.

UNE EXCELLENTE RÉPUTATION EN MATIÈRE D’INNOVATIONS PRATIQUES

NGC Aérospatiale Ltée est à l’origine de deux percées majeures en matière de conception et d’exploitation de satellites :

  • le passage des fonctionnalités intelligentes de guidage, de navigation et de commande de la station au sol à l’ordinateur de bord, ce qui réduit ainsi les coûts liés à l’exploitation du satellite;
  • le développement d’outils autonomes et assistés par ordinateur pour la conception et la validation de logiciels embarqués, ce qui réduit ainsi les coûts liés au développement de logiciels.

UN HISTORIQUE DE MISSIONS SPATIALES RÉUSSIES

NGC Aérospatiale Ltée a mis son expertise unique au service des programmes spatiaux suivants :

  • les satellites PROBA, soit la démonstration de l’autonomie des véhicules spatiaux,
  • le satellite Sentinel-3, un satellite opérationnel d’observation terrestre,
  • la mission Lunar Lander (atterrisseur lunaire), l’atterrissage sécuritaire et de haute précision sur la Lune.

LES SATELLITES PROBA

Le projet d’autonomie embarquée PROBA (PRoject for On-Board Autonomy) est un programme de démonstration de technologie de l’Agence spatiale européenne destiné à la validation en orbite de technologies spatiales novatrices, plus particulièrement à la démonstration de l’autonomie embarquée. Le logiciel de guidage, navigation et commande (GNC) est au cœur de l’intelligence des engins spatiaux PROBA et il est essentiel à leur haut degré d’autonomie embarquée.

NGC Aérospatiale Ltée a apporté son expertise à la réalisation de trois satellites PROBA actuellement en orbite. PROBA-1 a été lancé le 22 octobre 2001 sur une mission d’observation terrestre destinée à l’analyse des changements climatiques. PROBA-2, un satellite d’observation solaire, étudie l’influence des activités du Soleil sur notre environnement depuis son lancement en date du 2 novembre 2009. PROBA-V, pour PROBA-Végétation, a été lancé avec succès en mai 2013 afin de commencer sa mission sur l’étude de l’évolution naturelle de la végétation de la Terre. Les trois satellites fonctionnent toujours très bien et ils fournissent aux chercheurs des données scientifiques précieuses.

PROBA-1

NGC a tracé un tout nouveau paradigme à la fois dans la conception et dans l’exploitation d’engins spatiaux, à commencer par l’engin spatial PROBA-1 lancé en 2001, toujours en service, dans le cadre d’une mission prolongée bien au-delà de la durée de vie prévue de deux ans. NGC était le sous-traitant de Verhaert Space (maintenant QinetiQ Space) pour le développement, la mise en œuvre et la validation du logiciel de GNC d’attitude et d’orbite autonomes de PROBA-1, un engin spatial agile et hautement autonome. PROBA-1 était le premier engin spatial européen entièrement autonome, nécessitant peu d’intervention à partir de la station de commande au sol. Autre première dans le contexte de l’ESA, le logiciel de GNC de vol de NGC a été entièrement conçu, développé et validé à l’aide d’outils de génie logiciel assistés par ordinateur (CASE), utilisant la génération automatique du logiciel de vol et une conception entièrement à base de modèles (model-based design).

Les fonctionnalités inédites apportées par NGC au logiciel GNC de l’engin spatial PROBA-1 comprennent entre autres les éléments suivants :

  • la détermination autonome de l’attitude sans gyromètre avec correction des retards de mesures des capteurs,
  • la détermination autonome de l’orbite avec correction des retards de mesures des capteurs,
  • la prédiction d’événements orbitaux (p. ex., entrée en éclipse ou sortie),
  • la prédiction du survol de cibles et de stations au sol au cours des prochaines 24 heures,
  • la production à bord de profils d’attitude commandés, y compris pendant la prise d’images, laquelle nécessite le balayage de la même région cible à cinq reprises à 1/5 de la vitesse nominale de balayage longitudinal,
  • l’orientation du satellite par rapport à la Terre et au Soleil sans capteurs terrestre ou solaire,
  • la gestion autonome du moment cinétique angulaire total de l’engin spatial.

Consultez la page PROBA-1 de l’ESA pour plus d’informations sur la mission.

PROBA-1

Le satellite PROBA-1 (© ESA, source)

PROBA-2

NGC a travaillé une fois de plus sous la direction de Verhaert Space (maintenant QinetiQ Space) au développement, à la mise en œuvre et à la validation d’un logiciel de GNC autonome d’attitude et d’orbite pour l’engin spatial PROBA-2. Le satellite PROBA-2 a commencé son périple dans l’espace le 2 novembre 2009 afin d’accomplir sa mission à double vocation de découverte scientifique et de démonstration technologique. Le satellite de 130 kg a été placé avec succès dans son orbite héliosynchrone à une altitude de 700 km. PROBA-2, de la taille d’un gros téléviseur et dont la consommation en énergie est similaire à celle d’une ampoule de 60 watts, comprend à son bord quatre expériences scientifiques (deux dans le domaine de la météorologie de l’espace et deux pour l’observation solaire), ainsi que 17 innovations technologiques pour fins de validation en orbite.

En plus de réutiliser et d’améliorer les fonctionnalités inédites déjà présentes dans le logiciel GNC de PROBA-1 et énumérées précédemment, NGC a ajouté les fonctionnalités inédites suivantes au logiciel de SCAO de PROBA-2 :

  • six expériences en vol de SCAO, notamment la détermination d’attitude et d’orbite par filtre de Kalman non parfumé, la loi de commande expérimentale des trois axes du satellite par capteurs et actionneurs magnétiques seulement et l’estimation autonome à bord du couple lié aux perturbations environnementales;
  • la production autonome de profils d’attitude pour l’observation du Soleil, notamment le pointage précis vers n’importe quelle région du Soleil commandé par l’utilisateur et la rotation à grand angle autour de la ligne de vision de la charge utile à quatre reprises par orbite afin d’éviter l’aveuglement des capteurs stellaires.

Consultez la page PROBA-2 de l’ESA pour plus d’informations sur la mission.

PROBA-2

Le satellite PROBA-2 (© ESA – P. Carril 2009, source)

PROBA-V

En tant que sous-traitant de QinetiQ Space, NGC a développé, mis en œuvre et validé le logiciel de GNC autonome d’attitude et d’orbite pour l’engin spatial PROBA-V. PROBA-V, pour PROBA-Végétation, permet de poursuivre la collecte des données recueillies par les instruments Végétation des satellites Spot-4 et Spot-5. Tous les deux jours, les trois télescopes imageurs multibandes de PROBA-V couvrent la masse continentale complète de la Terre et recueillent des données sur la santé de notre planète, son climat et sa végétation. La grande quantité de données recueillies au cours de la durée de vie orbitale de deux ans et demi du satellite servira à surveiller les eaux de surface, les terres agricoles, la désertification et la déforestation dans le but d’assurer l’approvisionnement en nourriture aux prochaines générations.

Le satellite de 140 kg, faisant moins d’un mètre cube, fonctionne à une altitude de 820 km, dans une orbite héliosynchrone qui maintient une orientation constante par rapport au Soleil, ce qui lui permet donc d’obtenir des images de haute qualité. Les caméras multibandes fonctionnent à une résolution de 100 m avec une fauchée de 2 250 km.

Les fonctionnalités inédites du logiciel de SCAO du PROBA-V par rapport à celui de PROBA-1 et de PROBA-2 comprennent les éléments suivants :

  • la prédiction hautement efficace des survols de zones terrestres et maritimes pour l’activation ou la désactivation autonome de la charge utile au-dessus des zones terrestres ou maritimes (voir l’animation ci-dessous),
  • la manœuvre autonome de pointage optimal vers le Soleil,
  • le pointage géodésique autonome avec pilotage optionnel de compensation en lacet de la rotation de la Terre
  • l’évitement du passage des roues à réaction à une vitesse nulle lors de la prise d’images à l’aide de seulement trois roues à réaction,
  • l’évitement automatique d’attitudes interdites lors de manœuvres à grand angle,
  • le mode sans échec de pointage à trois axes par capteurs et actionneurs magnétiques.

Consultez la page PROBA-V de l’ESA pour plus d’informations sur la mission.

Animation de PROBA-V où l’on voit l’activation et la désactivation autonome de la charge utile au-dessus des zones terrestres et maritimes (© ESA)

PROBA-V

Le satellite PROBA-V (© ESA – P. Carril 2012, source)

PROBA-3

NGC a également mis son expertise au service d’un quatrième projet de la série PROBA, la mission PROBA-3. PROBA-3 est en cours de développement et son lancement est prévu en 2017. Deux satellites PROBA-3 sont en cours de conception : l’Occulter, un satellite dont la mission est de bloquer les émissions de lumière très intenses en provenance du disque solaire principal, ainsi que le Coronagraph, dont la mission scientifique est de s’aligner avec précision sur l’Occulter et le Soleil pour observer la couronne solaire. En plus de cet objectif scientifique, PROBA-3 aura également la mission technologique d’effectuer la démonstration en orbite du vol en formation de satellites. NGC s’occupe du logiciel de GNC de l’engin spatial (SC-GNC).

Consultez la page PROBA-3 de l’ESA pour plus d’informations sur la mission.

PROBA-3 Formation Flying Mission

Mission de vol en formation des satellites PROBA-3
(© ESA – P. Carril 2013, source)

Sentinel-3

NGC a été choisi par le maître d’oeuvre de l’engin spatial Sentinel-3 pour apporter son expertise dans la conception et la validation du système de commande d’attitude et d’orbite (SCAO) de l’engin spatial. Les Sentinel de l’Agence spatiale européenne (Sentinel-1, Sentinel-2 et Sentinel-3) feront partie de la première série de satellites en service pour répondre aux besoins en observation terrestre établis dans le programme Global Monitoring for Environment and Security (GMES – surveillance de la planète pour l’environnement et la sécurité) de l’Union européenne et de l’Agence spatiale européenne. La paire de satellites Sentinel-3 assurera une surveillance globale, fréquente et en temps quasi réel des océans, des glaces et des continents. Le satellite Sentinel-3A a été lancé en février 2016.

Sur le plan du SCAO, la principale innovation consiste à mettre en place, dans cette mission opérationnelle, une autonomie comparable à celle des satellites PROBA. Afin de permettre le transfert de la technologie des satellites PROBA vers Sentinel-3, les ingénieurs de NGC s’occupent des fonctionnalités de guidage d’attitude et de navigation en orbite, ainsi que de la conception et la validation du mode de fonctionnement normal, c’est-à-dire le mode de mission. Ce projet montre les compétences et les habiletés de NGC à développer des logiciels de vol autonome. Le logiciel de SCAO du Sentinel-3 est conçu et codé en MATLAB-Simulink. Les fonctionnalités du SCAO sont également traduites automatiquement en code C afin d’être intégrées au logiciel embarqué.

Consultez la page SENTINEL-3 de l’ESA pour plus d’informations sur la mission.

MISSION LUNAR LANDER (ATTERRISSEUR LUNAIRE)

La participation de NGC à la phase B de la mission Lunar Lander de l’Agence spatiale européenne est composée de trois volets :

  • En sous-traitance pour Astrium (maintenant Airbus Space), le maître d’oeuvre, NGC s’occupait du développement de la phase B du logiciel de SCAO de l’engin spatial Lunar Lander. NGC a développé et validé un logiciel prototype de SCAO en MATLAB-Simulink chargé de commander l’attitude du module atterrisseur et les manœuvres de commande de la vitesse, allant de la séparation du lanceur dans l’orbite de la Terre à l’initiation de l’orbite de descente vers la Lune.
  • NGC s’occupait également, à titre de sous-traitant, du développement de la phase B des systèmes de guidage et de commande et de détection et d’évitement d’obstacles pour le segment de descente et d’atterrissage autonomes. NGC a conçu le scénario de référence de descente et d’atterrissage, a développé le logiciel et l’a validé dans un environnement de simulation de bout en bout. Une nouveauté remarquable de ce concept est la fusion des données des caméras et du Lidar, après compensation du mouvement, dans l’évaluation des obstacles topographiques et autres risques à la surface.
  • Enfin, NGC a précisé la définition des spécifications au niveau système du capteur Lidar. En sous-traitance pour Neptec Design Group, NGC a participé aux études d’évaluations des différentes options de conception pour estimer le rendement global des capteurs et les effets sur le bilans systèmes de différents paramètres de conception des capteurs

Consultez la page Lunar Lander de l’ESA pour plus d’informations sur la mission.