Archives de la catégorie ‘Espace’

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Les satellites géostationnaires civils et militaires posent aujourd’hui de nombreux problèmes quant à leur maintenance. A 36 000 km de la Terre, il est en effet impossible d’envoyer des missions de réparation ou de mise à jour de leurs composants ; ils sont donc aujourd’hui contraints d’embarquer de nombreux systèmes redondants pour pallier d’éventuelles défaillances, et du carburant afin d’ajuster, le cas échéant, leur position. Sans mentionner l’obsolescence de la charge utile, qui est vouée à rester dans l’espace jusqu’à la fin de la vie du satellite.

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Plutôt que de multiplier les nouveaux satellites, la DARPA a lancé une nouvelle idée sous la forme d’un programme appelé Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites (RSGS). Il consiste à développer d’ici 5 ans une approche fondée sur des technologies de robotique orbitale, afin d’aller au plus près des satellites géostationnaires afin de les inspecter, de les réparer ou de remplacer certains composants devenus obsolètes.

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Le vecteur serait un RSV (robotic servicing vehicle), financé par l’industrie, alors que le lancement et le contrôle des missions seront assurés par les services de l’Etat.

L’approche repose sur un concept de bras robotisé développé par la DARPA, et baptisé FREND pour Front-end Robotics Enabling Near-term Demonstration (comme quoi la DGA – que je salue – n’a pas le monopole des acronymes complexes). Le bras a été conçu pour opérer sur des satellites non conçus à l’origine pour recevoir des opérations de maintenance.

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 Il s’agit d’un projet développé depuis 2005, et, anecdote amusante, pour le tester, la DARPA a du développer une table à air pulsé de 4m par 6m en granit, afin de reproduire le comportement des objets flottants dans le vide (photo ci-dessous).

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Le bras FREND sera amélioré, notamment d’un point de vue logiciel, en embarquant des senseurs supplémentaires, ainsi que des capacités logicielles de vision autonome pour faciliter les opérations d’appariement et de réparation. Le système met également en œuvre une simulation physique afin de générer des plans de réparation, testés au sol avant d’être transmis au RSV.

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Le programme RSGS fera l’objet d’un appel à propositions dans les prochains mois. Cette approche de partenariat public/privé pourrait mener au lancement du premier RSV dans un horizon de 5 ans.

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L’université de Nanyang (Nanyant Technology University ou NTU) à Singapour est, pour l’avoir visitée, un creuset d’innovation, avec plus de 33 000 étudiants et un classement au 13e niveau sur l’échelle mondiale. La preuve : les chercheurs du laboratoire VIRTUS de la NTU annoncent aujourd’hui avoir développé une puce SAR (Synthetic Aperture Radar – ou radar à ouverture synthétique) qui tient… sur un doigt et qui consommerait 75% de moins que les technologies conventionnelles, pour un coût de production 20x moindre.

Pour bien comprendre l’innovation, quelques précisions. Une caméra SAR coûte aujourd’hui 1 million de $ environ, pèse jusqu’à 200 kg, et consomme 1000W par heure. Il s’agit de dispositifs volumineux (jusqu’à 2m de longueur) destinés à équiper des aéronefs ou des satellites, mais capables, même en cas de couverture nuageuse ou de végétation dense, de détecter des objets de l’ordre du mètre, en utilisant une imagerie en bande X ou bande Ku (entre 8 et 12 GHz) – un petit rappel sur les bandes de fréquence utilisées dans le graphique ci-dessous.

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Les radars actuels SAR fonctionnent très bien, mais les contraintes d’encombrement et d’alimentation en énergie limitent considérablement leur emploi, notamment quand il s’agit de drones ou de véhicules autonomes légers. C’est là que l’on comprend toute l’innovation des chercheurs de la NTU : leur caméra SAR ne mesure que 2mmx3mm (ce qui, encapsulée dans un module, mène à une dimension du dispositif de 3cmx4cmx5cm) , ne pèse que 100g et ne nécessite que l’équivalent de l’alimentation d’un téléviseur LED, soit 200W/h. Et sa résolution lui permet de détecter des objets de 50cm à 11 km de hauteur. La puce, intégrée à une carte PC, apparaît ci-dessous en rouge.

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Les applications de l’innovation réalisée par la NTU vont de l’utilisation de SAR par des drones aériens aux véhicules autonomes terrestres, en passant par le développement de satellites d’imagerie plus petits et plus compacts : de l’ordre de 100 à 200kg en comparaison des satellites classiques d’imagerie dont le poids est plus proche de la tonne (ci-dessous).

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Evidemment, les candidats acquéreurs se bousculent. La NTU et l’équipe de VIRTUS dirigée par le Pr Zheng Yuanjin a déjà reçu des manifestations d’intérêt de SpaceX, Thales ou Panasonic. D’ailleurs, la puce doit être testée dans le cadre du programme satellitaire S4TIN dirigé conjointement par la NTU et Thales Alenia Space. L’exploitation commerciale devrait quant à elle intervenir d’ici 3 à 6 ans.

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Des chercheurs chinois de l’université de technologie de Guangzhou viennent de développer un « bouclier » transparent en matériau composite, capable de bloquer les radiations UV, permettant ainsi de résoudre partiellement l’un des problèmes responsables de la dégradation de l’électronique à bord des satellites ou engins spatiaux.

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En effet, au sol, nous recevons du soleil un rayonnement composé de 5% d’UV, 39% de rayonnement visible et 56% d’infrarouge, le rayonnement ultraviolet étant bloqué en grande partie par l’atmosphère et en particulier par la couche d’ozone. Mais ce rayonnement UV (B) augmente de 10% tous les 700 mètres. À 1500 m d’altitude, le rayonnement est déjà 20% plus intense qu’au niveau de la mer. Dans l’espace, il n’est pas arrêté. Or le rayonnement UV (comme toutes les radiations cosmiques) cause des dommages importants à l’électronique des engins spatiaux allant de la génération d’anomalies de fonctionnement jusqu’à la dégradation physique des composants.

Les scientifiques chinois ont annoncé avoir créé un nouveau matériau transparent, un verre à base de CeO2 (oxyde de Cerium) possédant trois propriétés remarquables : son absorption des rayonnements UV, sa transparence, et sa capacité à ralentir la dégradation des matériaux exposés au rayonnement (en fait, sa capacité à supprimer la réaction de séparation électrons/trous pour les électrons photogénérés). Oui je sais, ça pique un peu comme phrase…En gros, on supprime une activité de photocatalyse très nuisible aux matériaux exposés.

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C’est la fabrication de ce nouveau composite qui a donné le plus de fil à retordre aux chercheurs, car il s’agit en particulier de pouvoir maîtriser une technique de nanocristallisation. Pour les irréductibles de la physique des matériaux, voir l’article complet ici (et bon courage).

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L’intérêt en l’occurrence est de pouvoir appliquer cette protection sous forme de film, sur des surfaces devant rester transparentes : panneaux solaires, optiques et capteurs, … prolongeant ainsi la durée de vie des composants spatiaux, notamment des satellites militaires. On peut également imaginer l’utiliser pour des visières de nouvelle génération, car le matériau créé a montré sa capacité à protéger des cellules vivantes contre ces mêmes radiations.

Il reste néanmoins à trouver des moyens de se protéger contre les autres types de radiations ionisantes présentes dans l’espace, le milieu le plus hostile que l’on puisse trouver.

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A l’occasion du dernier Star Wars, une nouvelle de circonstance : le programme américano-israélien Arrow Weapon System vient de frapper, au propre comme au figuré, un grand coup, en interceptant avec succès un missile Silver Sparrow au-delà de l’atmosphère, au-dessus de la Méditerranée.

Le programme Arrow Weapon System ou AWS a pour objectif de procurer à Israël une protection anti-missiles balistiques courte et moyenne portée. Attention, l’acronyme n’est pas unique, on parle également du programme AWS pour Advanced Warning System, ou pour l’Aegis Weapon System.

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En l’occurrence, l’AWS, composante du National Missile Defense system d’Israël, comprend le système de missiles Arrow, le « Super Green Pine fire control radar » construit par la filiale d’IAI, Elta Systems, avec Lockheed Martin, le centre de gestion du théâtre opérationnel « Citron Tree » développé par Tadiran Electronics, and le centre de contrôle du lancement « Hazelnut Tree ». Le consortium du projet associe Boeing, Elbit Systems, et IAI (Israeli Aircraft Industries).

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L’intercepteur Arrow-3 est un missile doté de deux étages de propulsion, d’une portée de 1250 km, dont la finalité est de lancer un véhicule militaire d’interception appelé « exo-atmospheric kill vehicle » (EKV). Ce dernier est muni d’un propulseur et de capteurs optiques orientables, lui permettant de sélectionner la cible déjà désignée par le radar de contrôle au sol et de la percuter en vol. En l’occurrence, il a sélectionné une charge militaire cible éjectée par le missile Silver Sparrow, au milieu d’autres cibles leurres non pertinentes, chacune de la taille d’une bouteille d’eau.

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Au-delà des capacités d’interception, on parle donc bien de capacité de discrimination d’une cible dans l’espace. Le senseur infrarouge de l’Arrow 3 a été développé par Raytheon. Le programme américano-israélien, résultat d’un « memorandum of understanding » signé par les deux nations en 1986,  a pour objectif de procurer une protection à Israel, notamment vis-à-vis des missiles iraniens Shihab. Une véritable avancée dans ce programme, qui avait connu un échec au précédent test réalisé en 2014.

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Avez-vous vu le film « Gravity ». Si oui, vous savez ce que c’est que le syndrome Kessler : une collision en chaîne, une réaction exponentielle entre débris orbitaux, potentiellement catastrophique. Car comme le dit Alexandre Astier dans « l’Exoconférence » (que je ne saurais trop vous conseiller, même si cela dépasse largement le cadre de ce blog) : là haut, si vous rencontrez une poussière, « CarGlass, il ne répare rien du tout » (!).

Pour donner une idée, un débris spatial voyage en moyenne à dix fois la vitesse d’une balle de fusil. Et les 500 000 débris qui orbitent autour de la Terre constituent une menace considérable pour tous les systèmes en orbite (et notamment militaires). Pour en donner une idée, en 2009, un satellite russe en panne est rentré en collision avec un satellite Iridium américain, générant plus de … 2, 000 débris de taille « notable ».

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Le problème est donc (avant de parler de débarrasser l’espace de tels débris, ce qui fera l’objet d’un autre article) d’être capable de repérer, suivre et identifier ces débris. Les militaires viennent alors à la rescousse.

En premier lieu, l’US Air Force a demandé à la société Lockheed Martin de concevoir un système capable de suivre les débris en orbite. Ainsi a vu le jour le système Space Fence : un programme fondé sur des radars au sol, capables de tracker les débris en orbite.

Ce radar utilise un nouveau circuit intégré à base de semiconducteurs de nitrure de Gallium – une nouvelle technologie permettant notamment une plus grande sensibilité, et une meilleure fiabilité. Il s’agit d’un projet d’envergure : plus de 400 radars opérants dans la bande S vont scruter le ciel à compter de 2017.

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Mais ce réseau est d’ores et déjà complété par un site australien OSSTM, opérant un réseau de capteurs optiques. Cette nouvelle installation, baptisée Optical Space Services (OSS), complètera donc le projet Space Fence de Lockheed. Il s’agira de mettre en œuvre et de fusionner des systèmes à base de capteurs laser et optiques, et surtout de proposer des services en boucle courte aux opérateurs de satellites : en prévoyant la trajectoire des débris, il s’agit de reprogrammer les manœuvres satellitaires pour éviter les collisions les plus meurtrières.

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Il convient ensuite de se débarrasser des débris en orbite ; mais cela, ce sera l’objet d’un autre article dans ce blog.

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Une petite image historique, et patriotique pour changer, et pour rappeler que la France, en innovation de défense, ce n’est pas rien. Il y a cinquante ans aujourd’hui,  le 26 novembre 1965 à 15 heures 47 minutes 21 secondes, le satellite ASTERIX (initialement baptisé A1 pour Armée-1) était lancé par une fusée Diamant-A depuis le Centre Interarmées d’Essais d’Engins Spéciaux d’Hammaguir en Algérie. Avec ce lancement, la France entrait dans le club très fermé des puissances spatiales. Elle l’est toujours aujourd’hui.

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Le réseau satellitaire MUOS (Mobile User Objective System) est un réseau tactique déployé par l’US Navy afin de fournir des services sécurisés de communication mobile pour les forces américaines. Il s’agit d’une constellation de satellite géostationnaires développée par Lockheed Martin, et dont le déploiement a débuté en 2012 – le quatrième satellite a été placé sur orbite en septembre dernier.

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Au-delà des capacités usuelles de communication UHF, les spécifications sont exigeantes : le système doit fournir des capacités de communication haute performance  (voix et données simultanées) aux forces (unités conventionnelles comme forces spéciales) sur le terrain, aux moyens aériens, aux sous-marins comme aux navires de surface. Et ce, partout dans le monde. Chaque satellite doit posséder une liaison UHF classique, compatible avec les terminaux existants, et une autre charge utile permettant de fournir une nouvelle capacité WCDMA avec un débit 16x plus élevé (ce sont des satellites dits « dual payload »).

Pour ce faire, des réflecteurs conventionnels (environ 5m de diamètre) ne suffisent pas, car il faut pouvoir fournir des capacités de couverture « au-delà de la vue directe ». Pour éviter de multiplier le nombre de satellites, les sous-traitants Harris et Vanguard ont trouvé une solution originale : envoyer des réflecteurs « pliables » qui se déploient une fois le satellite en orbite.

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Ces réflecteurs sont donc nettement plus grands : 14 m de diamètre chacun ! Mais la taille ne fait pas tout (sic). En l’occurrence, le poids est un gros problème :il faut éviter d’avoir des réflecteurs trop lourds, car en ce cas, le coût du lancement du satellite devient prohibitif.

Les fabricants Harris et Vanguard ont donc développé une nouvelle technologie baptisée FMR pour « Fixed Mesh Reflector » : une structure composite de haute densité capable de réduire de 50% la masse du réflecteur, avec la même efficacité qu’une surface traditionnelle. La composition exacte de la surface développée par Vanguard est tenue secrète, mais on sait qu’elle a des propriétés de transparence optique à 80% environ, ce qui lui permet notamment de ne pas projeter d’ombres sur le satellite (pas de différences de températures à gérer, pas d’obstruction des panneaux solaires).

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Enfin, le matériau ne souffre pas des vibrations structurelles acoustiques subies par le satellite durant la poussée. Les réflecteurs sont enroulés dans le satellite pendant le lancement, et se déroulent une fois le satellite en orbite.

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Cette technologie vient donc d’être utilisée opérationnellement avec succès cette semaine: les panneaux FMR de 14m du satellite MUOS-4 ont ainsi été déployés dans l’espace. Harris a fabriqué 10 réflecteurs FMR, permettant d’équiper le prochain satellite du réseau MUOS, ainsi que d’autres satellites de communication.

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Bon, ce n’est pas de la technologie militaire à proprement parler mais une série de photos des missions Apollo 7 (premier vol d’essai habité) à Apollo 17 (1972) vient d’être rendue publique sur FlickR, et ce sont des photos fascinantes. Cela dit, le programme Apollo a causé une accélération du rythme du développement technologique, notamment en informatique et en électronique – donc on est dans le sujet de ce blog. Et puis, après tout, il faut bien se détendre.

Vous trouverez ce remarquable album sur cette page.

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Encore un nouveau programme impressionnant à la DARPA. Le projet Phoenix avait déjà permis de montrer la faisabilité du recours à la robotique en orbite pour maintenir, réparer ou assembler des satellites. La video ci-dessous présente le principe du projet.

Mais la DARPA (on rappelle : Defense Advanced Research Projects Agency) américaine veut aller plus loin, avec le projet Dragonfly, récemment attribué à la société Loral / Space Systems. Il s’agit cette fois-ci de concevoir des satellites capables de s’auto-assembler en orbite, après avoir été amenés à bord d’un véhicule spatial de transport.

L’idée est à la fois de maîtriser les coûts de maintenance et de réparation, mais également de permettre d’acheminer des systèmes trop volumineux pour être transportés assemblés par un véhicule spatial classique, comme des paraboles radio HF. Ces systèmes seront acheminés en pièces détachées, et assemblés en orbite par des robots.

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Le programme se fera en collaboration avec la NASA, et comporte une première phase de 5 mois amenant au développement d’une démonstration de faisabilité au sol, avant d’engager des essais en vol.

Ce projet se rapproche d’un programme conduit par les sociétés Nanoracks et Made in Space, visant à utiliser des capacités d’impression 3D déployables en orbite. Les sociétés ont déjà proposé de développer des satellites à façon via des technologies d’impression 3D. L’étape suivante consiste à proposer un service appelé « Stash and Deploy », afin de construire des composants satellitaires en orbite basse.

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Des initiatives se multiplient dans le domaine, avec en ligne de mire une réduction des coûts (déjà bien engagée si l’on regarde les offres de sociétés comme SpaceX), une simplification de la maintenance, et une augmentation de la complexité des systèmes déployables en orbite.

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Une petite remarque liminaire : oui, le rythme des articles diminue un peu – j’essaie de vous préparer moralement à mes prochaines vacances. Donc on diminue en douceur pour les accros.

Et donc : après le robot gonflable (voir l’article ici), voici les terminaux satellites gonflables de GATR technologies. La société (américaine) est spécialisée dans les terminaux satellitaires ultra-portables. Fondée en 2004, elle est issue de deux contrats SBIR (small business innovative recherche) américains, respectivement avec le Space and Missile Defense Command (SMDC) et les Air Force Research Labs (AFRL).

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La société développe des terminaux gonflables, de diamètres allant de 1.2m (23 kg, rentrant dans un sac à dos de 75l) à 4 m pour les plus volumineux. Ils opèrent en bande Ku (pour la version de 1,2m), avec un débit de 2 à 10Mbps, ce dernier nécessitant une amplification supplémentaire. Les autres diamètres (typiquement 2,4m) opèrent dans les bandes Ku, Ka, C et X.

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Il s’agit en fait d’une innovation de design, avec un dome gonflable autour d’une parabole pliable – une idée simple, encore fallait-il la concevoir. La mise en service prend moins de 30 minutes. Après emploi, le système 2.4 m tient dans de simples valises (5 pour deux bandes, 2 si le système opère sur une seule bande).

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L’US Marine Corps vient de signer un contrat de 11 millions de $ pour acquérir 32 systèmes 2,4 m capables d’opérer en bandes X et Ku.