Services d'essais et de validation

NGC offre des services d’essais et de validation d’algorithmes et de logiciels de guidage, de navigation et de commande (GNC). Ces services peuvent être fournis à l’aide des simulateurs haute-fidélité de NGC ou à l’aide du NGCLAB, les installations de simulation avec équipements matériels (hardware-in-the-loop) de NGC.

SIMULATEURS

Le développement de logiciels de système de commande d’attitude et d’orbite (SCAO) pour les missions spatiales s’appuie sur un processus de validation au sol exhaustif avant que ces logiciels ne soient embarqués dans les engins spatiaux. Le logiciel de simulation du satellite et de son environnement (RWSW – Real-World Software) est le principal instrument que NGC utilise pour concevoir et valider les logiciels GNC-SCAO. Le logiciel de simulation de NGC a été validé dans le cadre des derniers programmes de vol PROBA et il est devenu un outil fiable dans la prévision du comportement des satellites en orbite. On l’utilise régulièrement pour prévoir les effets des modifications apportées aux paramètres avant qu’on ne les applique au logiciel de vol.

Le logiciel RWSW est une représentation haute-fidélité dans un environnement de simulation par ordinateur (MATLAB-Simulink ou MATRIX-X-SystemBuild) des capteurs, des comportements dynamiques et des actionneurs de l’engin spatial, ainsi que des comportements dynamiques ou cinématiques d’autres corps (Soleil, Terre, Lune, etc.) qui ont un effet sur le comportement dynamique de l’engin spatial. La modélisation des comportements dynamiques d’un engin spatial tient également compte des perturbations environnementales qui agissent sur la translation et l’attitude de ce dernier : le champ gravitationnel non sphérique de la Terre, les gradients de gravité, la pression de radiation du Soleil, la traînée atmosphérique, la gravité de la Lune et du Soleil, etc.

NGC a une vaste collection de modules de RWSW (modèles de capteurs, d’actionneurs et de modèles dynamiques). Ces composantes peuvent être utilisées pour créer de manière efficace un simulateur adapté à une mission particulière. La collection de modules RWSW de NGC est compatible avec une vaste gamme de capteurs (p. ex., suiveur stellaire, centrale inertielle, Lidar, caméra, magnétomètre, détecteur d’horizon terrestre, détecteur solaire) et d’actionneurs (p. ex., roues à réaction, propulseurs, générateurs de couple magnétique).

En plus d’utiliser les modules RWSW de haute-fidélité pour développer et valider le logiciel SCAO-GNC de satellites en orbite terrestre, NGC les emploie pour valider les logiciels GNC de missions d’exploration planétaire (orbiteurs, modules atterrisseurs et astromobiles). Le simulateur modélise toutes les phases de la mission de l’orbite terrestre à l’entrée, la descente et l’atterrissage sur le corps planétaire de destination (p. ex. Lune, Mars). Le simulateur de NGC est également utilisé pour simuler des rendez-vous orbitaux autonomes.

Le simulateur permet l’exécution de scénarios d’essais particuliers et de simulations Monte Carlo. Le processus de validation est hautement automatisé et très efficace. Par exemple, les outils de simulation les plus récents de NGC permettent de générer les scripts de test directement du protocole d’essai et d’exécuter les essais à partir d’une seule commande.

LABORATOIRE NGC

En plus des simulateurs logiciels, NGC possède une installation de simulation sur équipements matériels (HIL –Hardware-in-the-loop) : NGCLAB.

Le NGCLAB, mis au point et exploité par NGC, est situé à Sherbrooke, Québec, Canada. Ce laboratoire abrite plusieurs instruments de haute technologie qui permettent d’effectuer des essais en environnement réaliste, avec l’objectif ultime de valider leur rendement avant l’utilisation dans l’espace. Le NGCLAB a vu le jour en avril 2007 lorsque l’une de ses composantes essentielles, l’installation pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF – Landing Dynamic Test Facility), a été mise sur pied dans le cadre du projet LAPS-3 financé par l’Agence spatiale canadienne (ASC).

Le NGCLAB couvre une surface totale de 3 360 pieds carrés et il est composé d’un poste de commande, de 4 postes de travail et d’un parc informatique de 4 ordinateurs de bureau, 1 microprocesseur semblable à ceux installés dans les engins spatiaux et 1 ordinateur portable. Il comporte un système de sécurité de haute technologie conforme en tout point aux normes établies par l’Association canadienne de normalisation sur l’exploitation de robots industriels.

Le NGCLAB comprend deux équipements principaux : l’installation pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF – Landing Dynamic Test Facility) et l’actionneur à trois degrés de liberté pour les simulations de manœuvres de rendez-vous.

Survol du NGCLAB
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Installation pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF)

L’installation pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF – Landing Dynamic Test Facility) vise à combler l’écart entre les simulations par ordinateur et les dispendieux essais en vol par fusée ou hélicoptère. Ainsi, il s’agit d’une installation intermédiaire de validation en temps réel, au moyen d’équipements matériels et logiciels entre les simulations purement numériques et les essais en vol. Elle reproduit la dernière phase d’un scénario d’atterrissage planétaire dans un environnement contrôlé et avec une grande répétabilité.

Au départ, l’installation a été conçue pour valider des algorithmes de guidage, navigation et commande de descente par Lidar pour l’atterrissage sur Mars. Depuis ce temps, l’installation a étendu ses fonctions à des applications de navigation par caméra relative à la surface et elle a été adaptée à d’autres types de scénarios d’atterrissage (Lune) et de capteurs (caméra). Elle est également conçue pour interagir avec des microprocesseurs spatioqualifiés qui contiennent les algorithmes de GNC codés à tester en haute-fidélité.

L’installation (LDTF – Landing Dynamic Test Facility) utilise un robot industriel KUKA KR 30-3 sur un axe linéaire de 15 mètres entièrement contrôlé en temps réel par un poste d’ordinateur afin de reproduire des essais d’atterrissage sur une échelle spatiale et une échelle de temps définie. Des maquettes de la surface de Mars et de la Lune font également partie intégrante de l’installation. La reproduction des surfaces de Mars et de la Lune permet de valider les algorithmes d’atterrissage en douceur par évitement d’obstacles et de détermination de la vélocité horizontale.

NGCLAB

L’installation pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF) du NGCLAB

Rendez-vous

Le NGCLAB est équipé d’un actionneur à trois degrés de liberté qui peut être utilisé conjointement avec le robot industriel pour simuler une manœuvre de rendez-vous orbital dans la phase terminale de la capture.

NGCLAB Orbital Rendezvous Equipment

L’équipement de rendez-vous orbital du NGCLAB