Le projet SPACESUITE-Ô a pour but d’améliorer la prédiction des effets de l’environnement spatial en se focalisant sur 4 thèmes : la charge de surface, la charge interne, les évènements singuliers et la prévision de l’érosion induite par la propulsion électrique.
Le projet SPACESUITE-Ô est cofinancé par l’Union Européenne
(Fonds Européen de Développement Régional) et la région Occitanie.
Il est développé en partenariat avec ARTENUM.
Au cours de ces dernières années, les retours d’expériences des systèmes embarqués dans le domaine du spatial ont permis de mettre en avant la nécessité de prendre en compte les contraintes liées à l’environnement radiatif de plus en plus tôt dans le processus de design. Or, cette contrainte « Environnement radiatif » fait référence à de multiples effets et différentes physiques rassemblés sous un même terme. Il en résulte qu’aucun outil actuel ne permet d’estimer la contrainte « environnement radiatif » dans son ensemble, notamment à cause de l’aspect multi-physique des moyens à mettre en œuvre. Différents projets ont été lancés par nos partenaires institutionnels (ESA, CNES et UE) afin de progresser vers des plateformes logicielles multi-physiques visant à répondre aux besoins industriels. Le Département Physique, Instrumentation, Environnement et Espace (DPHY) de l’ONERA Toulouse dispose d’un ensemble de compétences et de solutions permettant de répondre à cette problématique.
Le sujet de l’environnement radiatif et de ses effets sur les systèmes embarqués est devenu d’autant plus sensible que de nouveaux questionnements sont apparus ces dernières années dans le domaine du spatial et de l’avionique. Les principaux domaines auxquels ce projet de recherche veut apporter des solutions adéquates sont les plateformes satellites tout-électrique pour les missions EOR (Electric Orbit Rising), le satellite « Low Cost » et la problématique des composants de plus en plus intégrés.
Dans un premier temps, l’ONERA et la société ARTENUM ont dessiné le projet SPACESUITE qui vise à porter vers une plus large communauté d’utilisateurs les cœurs numériques et physiques développés par l’une et l’autre des entités. Il a alors été proposé de suivre le modèle expérimenté avec succès depuis plusieurs années pour le logiciel SPIS : développement concerté de briques logicielles et mise sur le marché d’offres commerciales attenantes (formation, support, études). En parallèle, l’ONERA a lancé le projet de recherche interne amont dénommé SMART-EYES afin de proposer une modélisation avancée et cohérente de ces différents effets physiques pour progresser vers l’outil de modélisation de demain. Le projet SPACESUITE-Ô vise quant à lui à étendre et valoriser le partenariat en adressant ensemble quatre thématiques : la charge interne, les évènements singuliers, la charge de surface et l’érosion par les propulseurs électriques. Les missions de type EOR sont un exemple concret et servent de fil conducteur à nos études. Toutefois d’autres applications ont vu le jour durant le travail.
Le développement de ce projet inclut les étapes suivantes
- Identification du besoin : identifier les nouvelles problématiques liées aux effets et les couplages physiques à envisager.
- Amélioration des modèles : faire évoluer les modèles et les méthodes pour la prédiction des effets.
- Validation des modèles et des spécifications : valider les nouveaux modèles d’effet ou leurs améliorations.
- Valorisation : valoriser les nouvelles modélisations des effets au travers de la suite logicielle SpaceSuite et mettre en œuvre ces modèles
Le volet « Charge de surface » : la simulation de la charge d’un satellite le long de sa trajectoire EOR a permis d’identifier et de lever certaines des difficultés dans la modélisation du plasma des propulseurs avec le satellite et l’environnement spatial. Un modèle de restitution du taux d’érosion des panneaux solaires le long de l’orbite a été développé.
Orbite de transfert modélisée durant le projet
ARF-ELECTRA par le DPHY et le DTIS de l’ONERA.
La partie bleue et la partie noire sont respectivement
les phases où le satellite est au soleil et en éclipse
Modélisation du potentiel plasma autour des propulseurs
électriques d’une mission EOR, permettant de calculer les
trajectoires des ions et leur impact sur les parois du satellite
en termes d’érosion
Le volet « Charge interne » : la simulation d’une situation à risque (câble spatial) a été effectuée avec le logiciel SPIS-IC et fera l’objet d’efforts supplémentaires pour simuler l’effet d’un environnement qui varie le long de l’orbite. Il est aussi envisagé de poursuivre les efforts dans la comparaison avec d’autres codes sur une géométrie de test simplifiée.
Carte de débit de dose normalisée dans une
échelle de couleurs logarithmique pour différents
bins d'énergie irradiant un câble spatial
Cartes de débit de dose (Rads/s) et de charge (A/m3)
du câble simplifié
Représentation graphique d’un câble simple irradié au sommet par une source carrée
Le volet « Évènements singuliers » a donné lieu à une première version de la chaîne de calcul SEE_U. Elle a été utilisée pour simuler le taux d’évènements sur une mission de type cubesat en orbite basse, proche de la mission CROCUS en cours de définition par l’ONERA et le Centre Spatial de l’École Polytechnique. Il est maintenant envisagé de diffuser une 2ème version pour élargir le champ des applications.
X-Cubsat QB50 modélisé avec EDGE (logiciel ARTENUM)
Contact : jean-charles.mateo_velez @ onera.fr
