Publié le 23 octobre 2015 - par

Le Compute Module embarque dans CubeSats

sat_deploiement_250pxLes CubeSats sont un type de satellite miniature dont la taille avoisine celle d’une boîte à chaussures. Ils sont fabriqués facilement à partir de matériel non prévu pour l’aéronautique.
Comme les CubeSats utilisent des technologies largement diffusées, il n’y a plus besoin d’être un gouvernement ou une société spatiale pour envoyer un satellite en orbite : la construction d’un CubeSat est à la portée d’un individu, d’une université ou d’autres organisations. La petite taille du Compute Module Raspberry Pi en fait un élément approprié à cette application très excitante, et aujourd’hui je vous présente la traduction de cet article publié sur raspberrypi.org par l’Université de Surrey qui vous en dira plus…

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Le CubeSat « Estcube-1 2012-12-27 » par Erik Kulu, ESTCube-1 team — Transféré de et.wikipedia à Commons.. Sous licence Domaine public via Wikimedia Commons.

Le Centre spatial de Surrey, Chris Bridges et CubeSats

DrChrisBridges_minLe Dr Chris Bridges pilote le groupe de traitement des données de l’ordinateur de bord sur le satellite, au SSC (Surrey Space Center) de l’université de Surrey. Il fait des recherches et enseigne l’informatique (matériel et logiciel) pour obtenir un traitement informatique fiable dans l’environnement hostile et rempli de rayonnements de l’espace. Chris est aussi un radio-amateur passionné, avec une penchant pour le développement de presque toute l’électronique spatiale et il dit à tout le monde que le ciel n’est très certainement pas la limite. Il a participé depuis le début du projet Astro Pi dès 2014, car il a travaillé sur de nombreux projets de vols spatiaux mettant en œuvre  des Raspberry Pi. Il a réalisé les essais thermiques et les tests sous vide sur ces systèmes avec ses élèves.

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STRaND-1 prêt pour l’envol Février 2013 avec Shaun Kenyon, le Dr Peter Shaw et le Dr Chris Bridges | Photo Surrey Satellite Technology Ltd

Avec Surrey Satellite Technology Ltd, il a conçu, construit, programmé, lancé et exploité le premier CubeSat du Royaume-Uni, appelé STRaND1. La mission STRaND1 a pour objectif de former de nouveaux chercheurs et des étudiants ainsi que de lancer de nouvelles charges utiles à bord de CubeSats, y compris un smartphone. L’équipe est fière de la présentation enthousiaste que les magazines BBC et New Scientist on fait du premier «téléphone-SAT» au monde!

Le Raspberry Pi dans l’espace : pour détecter d’autres CubeSats

L’espace est un environnement hostile où il est difficile de garantir le fonctionnement fiable d’un ordinateur pendant une longue période. Le rayonnement cosmique interfère avec les transistors et la mémoire de l’ordinateur et peut provoquer un bit-flip (changer l’état d’un seul bit de 0 à 1 ou de 1 à 0), provoquant une erreur logicielle appelée single event upset (chez nous on dit qu’il a planté 😉 ;

Chris déclare : « La résolution de ce problème coûte généralement très cher, mais on peut réduire les coûts en utilisant du matériel commercial. Petit, puissant, et pas cher, soutenu par une large communauté, le Raspberry Pi est la solution évidente dans ce cas, à condition qu’il puisse fonctionner de façon fiable dans l’espace.« 

Les CubeSats et les nano-satellites sont d’excellents outils pédagogiques utilisés dans le monde entier – pour que les étudiants, les formateurs et les chercheurs en apprennent davantage sur la Terre, et explorent plus loin dans notre système solaire. Pour moi, la nouvelle technologie que je voudrais essayer s’oriente vers de meilleurs composants informatiques – et le Raspberry Pi correspond tout à fait à ce qu’on attend ici.

Dirigé par le professeur Craig Underwood au Centre spatial de Surrey, Chris travaille sur l’ordinateur de bord des missions STRaND2 et AAReST CubeSat, avec le CalTech et le Jet Propulsion Laboratory de la NASA aux États-Unis. Ces missions CubeSat exigent la détection d’autres CubeSats pour des expériences de rendez-vous et d’amarrage, ainsi que pour des manœuvres d’évitement de collision.

Ces CubeSats emploient des technologies de mesure de distance par LASER (LIDAR) pour mesurer la distance des objets proches. Cela fonctionne en éclairant la cible avec un faisceau laser puis en analysant la lumière réfléchie pour calculer la distance de la cible.

Richard Duke, un étudiant post-licence, a réalisé cela avec un Raspberry Pi, une Microsoft Kinect ordinaire et des pilotes Linux qu’il a réécrit lui même. Il travaille maintenant au Centre spatial de Surrey en tant qu’ingénieur logiciel. Si vous êtes intéressé(e) vous pouvez trouver des informations détaillées dans le document de Craig et Chris sur AAReST publié dans Acta Astronautica et leur article sur STRaND2 à la Conférence Aéronautique IEEE/AIAA.

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Concept AAReST montrant le lancement de quatre CubeSat (à gauche), la configuration initiale (au milieu) et la configuration finale (à droite) après le succès des manœuvres d’amarrage en vol.

Richard déclare :

Le projet m’a permis d’acquérir des connaissances techniques dans le monde réel en pilotes matériels Linux et dans la construction complète d’un ensemble de capteurs LIDAR. l’utilisation de composants à faible coût, mais avec de bonnes performances comme le Raspberry Pi dans les vols spatiaux est une partie extrêmement excitante de la technologie. Ça été une fantastique expérience, que de faire partie du développement de projets spatiaux réels dans le cadre de ma maîtrise.

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Un Raspberry Pi modèle B au sommet de ce CubeSat LIDAR

Voici une vidéo de la réalisation de Richard, montrant un CubeSat commandé par un Raspberry Pi Model B sur une plate-forme de test sans frottement. Il envoie l’information LIDAR via WiFi vers un ordinateur portable sous Windows qui les traite. L’algorithme de détection autonome obtient la position de la cible (de l’obstacle), la boîte en carton de la Kinect, seize fois par seconde. Vous pouvez même entendre le bruit de la propulsion de l’air comprimé expulsé par le CubeSat quand il s’approche de la cible pour éviter une collision.

 

Le Compute Module Raspberry Pi : la fiabilité grâce à la redondance

Un des moyens pour qu’un Raspberry Pi puisse fonctionner de façon fiable dans l’espace est d’utiliser la redondance : si plusieurs Raspberry Pi sont utilisés, alors si l’un d’eux devait planter, un autre peut prendre le relais (le même système était utilisé sur la navette spatiale). Les étudiants du Centre spatial de Surrey ont développé plusieurs systèmes informatiques embarqués en utilisant cette méthode,

Le plus petit des CubeSat mesure exactement 10x10x10cm – 1 litre ( il est appelé 1U), et le plus grand mesure 10x10x34cm (3U). Comme l’espace disponible est primordial dans un CubeSat, Oliver Launchbury-Clark, étudiant de premier cycle, a développé un nouvel ordinateur de bord spécifiquement pour la mission AAReST CubeSat. Conçu avec KiCad (un outil de conception de circuit imprimé open-source), la carte d’Oliver est compatible PC/104 et embarque deux Compute Module Raspberry Pi et un microcontrôleur MSP430 qui fournit un certain nombre de fonctions pour une consommation ultra faible.

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Le Raspberry Pi présente un grand intérêt dans l’espace, pour la programmation et de l’ingénierie en général car c’est un système accessible pour les étudiants de tous âges, qui leur permet d’exécuter leurs programmes dans l’espace.

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Le calculateur embarqué du CubeSat, avec ses deux Compute Module Raspberry Pi

CubeSats : élargir l’accès à l’espace

La construction des CubeSats est aussi difficile que la construction d’un satellite complète – mais la possibilité d’utiliser des technologies récentes et bien soutenues par une communauté signifie que l’accès ne se limite plus aux programmes spatiaux gouvernementaux ou à ceux des grandes entreprises spatiales. Maintenant, les universités et les particuliers peuvent également se lancer sur ces projets ambitieux.

Craig et Chris ont visité le Caltech à Pasadena (Etats-Unis) et ont eu la chance de visiter le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Septembre 2015. Chris écrit,

C’est un endroit qui vous inspire vraiment – et nous devons maintenant fabriquer et améliorer le logiciel pour répondre à tous les besoins de la mission.

Lors de la Conférence SmallSat dans l’Utah, il a été annoncé que le lancement de la mission AAReST  est prévu en 2018 – c’est juste une des nombreuses missions CubeSat sur lesquelles la NASA travaille.

Le tweet ci-dessous montre les différentes missions CubeSat prévues (lignes) ainsi que les dates de lancement prévues (colonnes). Pour plus d’informations, cliquez ici.

Un grand merci à la Fondation Raspberry Pi pour le don des Raspberry Pi et d’un Compute Module qui ont permis de démarrer le développement. Chris essayera d’amener plus d’étudiants de Surrey à s’impliquer pour créer de nouveaux logiciels avec des partenaires américains n’hésitez pas à entrer en contact avec lui pour l’aider à développer leur gamme de CubeSats !

Traduction d’après un article de raspberrypi.org

Sources

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À propos François MOCQ

Électronicien d'origine, devenu informaticien, et passionné de nouvelles technologies, formateur en maintenance informatique puis en Réseau et Télécommunications. Dès son arrivée sur le marché, le potentiel offert par Raspberry Pi m’a enthousiasmé j'ai rapidement créé un blog dédié à ce nano-ordinateur (www.framboise314.fr) pour partager cette passion. .

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