Pour Modules Atterrisseurs

NGC propose des solutions logicielles GNC habilitant l’autonomie des modules atterrisseurs planétaires qui couvrent toutes les étapes de l’atterrissage, de la désorbitation jusqu’au contact avec le sol. Cette expertise porte plus particulièrement sur les systèmes autonomes qui ont recours à la détection et à l’évitement d’obstacles (HDA) ainsi qu’à la navigation visuelle lors des scénarios d’atterrissage de précision. NGC propose de tels systèmes pour les missions d’exploration sur la Lune, sur Mars et sur les astéroïdes.

Guidage, navigation et commande des modules atterrisseurs

Applications pour l’alunissage

NGC fournit des services de bout en bout pour la conception et la mise en œuvre du logiciel GNC pour les missions d’alunissage autonomes, notamment la navigation inertielle et visuelle, la détection et l’évitement d’obstacles par télédétection Lidar, la conception de trajectoires, ainsi que pour le guidage et la commande du freinage, des atterrissages en douceur et de précision. Ces services ont été élaborés dans le cadre d’une série évolutive de programmes de développement des technologies menés par l’Agence spatiale canadienne (ASC), ainsi que des programmes des missions et des études de conception appuyées par l’Agence spatiale européenne (ASE/ESA).

Module d’atterrissage lunaire de l’ESA (représentation artistique) (© ESA, Source)

Applications pour les atterrissages sur Mars

NGC assure la conception et la mise en œuvre de bout en bout du logiciel GNC pour les missions d’atterrissage sur Mars, ce qui comprend notamment le guidage de l’entrée dans l’atmosphère, la navigation inertielle, la détection en temps réel des paramètres atmosphériques, le guidage adaptatif de l’angle de vol de la trajectoire, la commande de l’angle de roulis et la détection et l’évitement d’obstacles par télédétection Lidar.

Concept de la mission de prélèvement d’échantillons sur Mars (représentation artistique) (© ESA, Source)

Applications pour l’exploration d’astéroïdes

L’expertise de NGC s’étend à la conception, à la validation et à l’analyse de logiciels GNC pour les missions de rendez-vous avec des astéroïdes ou de déviation de leur trajectoire.

Image de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko prise par la caméra de navigation de Rosetta (© ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0, Source)

Concept préliminaire de la mission Don Quijote pour dévier la trajectoire d’astéroïdes (© ESA – AOES Medialab, Source)

Navigation visuelle

Afin de répondre aux exigences des futures missions d’exploration planétaire en matière d’atterrissage de précision, NGC propose un logiciel de traitement d’images de pointe pour la navigation relative à la surface qui couvre à la fois la navigation absolue (détermination du positionnement inertiel absolu, de la vélocité et de l’orientation) et la navigation relative (détermination des mouvements en surface). La navigation absolue s’effectue en appariant les cratères détectés par la caméra avec une carte des cratères embarquée, tandis que la navigation relative consiste à comparer des images successives. Des algorithmes à filtre de Kalman étendu viennent compléter le logiciel de traitement d’images afin de fournir une estimation d’états en temps réel durant la descente. La technologie mise de l’avant pour les atterrissages partage plusieurs éléments avec les technologies de navigation visuelle utilisées par les astromobiles.

Navigation relative avec suivi des caractéristiques

Navigation absolue avec détection et appariement des cratères

Navigation par télédétection Lidar

NGC a été la première entreprise à utiliser les technologies de télédétection Lidar pour le calcul du positionnement à des fins d’atterrissage. Cette technologie détermine la position du module d’atterrissage par rapport à la carte en comparant une scanographie Lidar traitée à la carte référence pour la zone concernée. Ces solutions ont aussi été élargies aux astromobiles

Navigation par télédétection Lidar

Simulateurs techniques de haute fidélité

Afin de vérifier et de valider les logiciels de vol autonome avant le lancement d’un véhicule spatial, NGC crée des simulateurs à fidélité basse, moyenne ou élevée selon les applications. Ces simulateurs techniques consistent en une représentation numérique sur ordinateur des capteurs, des actionneurs, des dynamiques et de l’environnement de l’engin spatial afin que son comportement en circuit fermé puisse être reproduit fidèlement et que sa performance dans l’environnement spatial réel puisse être prédite avec un degré de précision et de fiabilité élevé. Les simulateurs à fidélité basse et moyenne sont généralement utilisés aux étapes de conception d’un engin spatial et demandent une évaluation approximative de la stabilité et de la performance. Les simulateurs à fidélité élevée entrent en jeu aux étapes ultérieures d’un projet, dans lesquelles les analyses paramétrique et statistique du système sont évaluées en fonction de sa robustesse et de sa sensibilité face à l’incertitude des paramètres et aux conditions opérationnelles et environnementales variables. Ces différents simulateurs comprennent notamment :

• les dynamiques orbitale et de l’attitude d’un engin spatial en orbite
• les dynamiques orbitale et de l’attitude des engins spatiaux qui volent en formation
• les dynamiques orbitale et de l’attitude des engins spatiaux aux étapes de rendez-vous et de capture
• les dynamiques couplées de l’attitude et de la trajectoire des engins d’atterrissage

Émulateurs matériels de haute fidélité

À titre de complément et d’extension des simulations par ordinateur, le laboratoire de NGC NGCLAB fournit les émulateurs et l’équipement nécessaires pour effectuer des simulations sur de véritables équipements matériels (HIL – Hardware-in-the-Loop). L’objectif principal de ces simulations HIL est de plonger le logiciel de vol dans les conditions opérationnelles réalistes représentatives de l’environnement à venir qui comprennent les mesures relevées par un vrai capteur et la puissance de traitement en temps réel d’un ordinateur matériel aux performance semblables à celui qui sera installé dans les engins spatiaux. Certains processus physiques sont si complexes qu’ils ne peuvent pas être modélisés et reproduits fidèlement (p. ex., mesures des distances des surfaces complexes par télédétection Lidar), de sorte que l’utilisation de véritables capteurs physiques permet de contourner cette difficulté. En outre, ces processus physiques complexes demandent une telle puissance de calcul qu’il devient impossible d’effectuer des simulations en temps réel. Utiliser de véritables équipements permet d’éviter le problème.

Parmi les divers équipements du NGCLAB, on retrouve les installations pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF – Landing Dynamic Test Facility), un bras mécanique à six degrés de liberté monté sur un système de rail qui imite à l’échelle le mouvement en circuit fermé d’un engin d’atterrissage planétaire en utilisant dans la boucle de rétroaction de véritables capteurs (caméras, Lidar, centrale inertielle), ainsi qu’un processeur aux performances semblables à celui qui sera installé dans les engins spatiaux.

Installations pour les essais sur les dynamiques d’atterrissage (LDTF – Landing Dynamic Test Facility)