Robusta-1B (acronyme pour ) est un nanosatellite au standard CubeSat développé par le Centre spatial universitaire de l'université Montpellier-II, dont l'objectif est de tester la dégradation de composants électroniques en technologie bipolaire lorsqu'ils sont soumis aux radiations en environnement spatial. Il est la version améliorée de Robusta qui a été mis en orbite par le lanceur européen Vega le .
C’est un projet réalisé en partenariat avec le Centre national d'études spatiales (CNES) dans le cadre du programme JANUSProgramme JANUS , sur aiit.insa-toulouse.fr. visant à soutenir le développement des nanosatellites étudiant en France.
Historique du projet
Robusta-1A
À la suite d'un appel à idées appelé EXPRESSO. (Expérimentations et projets étudiants dans le domaine des systèmes orbitaux et ballons stratosphériques), lancé par le CNES en 2006, les étudiants et enseignants de l'université ont élaboré un nanosatellite du nom de Robusta embarquant une expérience scientifique.
De 2007 à 2012, plusieurs composantes de l'université , dont la faculté des sciences, l'Institut universitaire de technologie de Nîmes (ou IUT-30) et l'école d'ingénieurs Polytech, ont travaillé à la conception, à la réalisation, à l'intégration et aux tests de Robusta dont la mise en orbite a été effectuée le par le lanceur européen Vega à partir du port spatial de Kourou en Guyane française.
Le projet incluait aussi la réalisation d'une station sol radio-amateur (call sign KJE, F) dédiée à la communication avec Robusta. Cette station sol, aussi conçue et gérée par les étudiants de l’université , a été mise à niveau et reste opérationnelle pour Robusta-1B.
Robusta-1B La version 1B est une évolution de Robusta qui, à la suite d'une anomalie sur le système de recharge de la batterie, a cessé de fonctionner quelques jours après son lancementAncien site web Robusta : https://web.archive.org/web/20130814173904/http://www.ies.univ-montp2.fr/robusta/satellite/. Il est le produit d’un important travail d’analyse sur les causes de défaillances de Robusta et bénéficie de toute l'expérience acquise.
Il s'agit à nouveau d'un satellite répondant au standard cubesat 1U qui autorise désormais les caractéristiques suivantes : dimensions : × × ; masse max : ; puissance max : .
Le projet a démarré en et a été retenu en , ainsi que quatre autres projets européens et un canadien, pour participer au programme (FYS). de l'Agence spatiale européenne (ESA). Pendant six mois, l’équipe a ainsi pu bénéficier d’un suivi technique et d’une formation accélérée aux méthodes de tests fonctionnels et de gestion documentaire.
La carte expérience de Robusta-1B est similaire à celle de la FRP (), la charge utile française qui sera embarquée sur le satellite franco-russe Baumanets-2 développée par le Centre spatial universitaire dans le cadre du projet FRIENDS (), un partenariat avec le CNES et l'université Bauman de Moscou.
Il s'agit d'une expérience visant à mesurer la dégradation de composants électroniques en technologie bipolaire dans l'espace.
Objectifs pédagogiques
Robusta-1B est un projet entièrement conçu et réalisé à partir de composants et de matériaux commerciaux (off the shelf components) par les étudiants et leurs encadrants de l'université Montpellier au travers de quatre de ses composantes : la faculté des sciences, l'IUT de Nîmes, l'IUT de Montpellier et l'École d'ingénieurs Polytech.
Ce projet fait appel à des étudiants des niveaux DUT (Diplôme universitaire de technologie) à de l'université dans sa partie conception, réalisation et tests. Il sera fait appel à des doctorants et post-doctorants pour analyser les résultats obtenus en vol.
Il est demandé aux étudiants d'utiliser les compétences techniques particulières à leurs cursus en y intégrant les contraintes environnementales du domaine spatial ainsi qu'une démarche projet et qualité identique à celle suivie par les agences spatiales françaises et européennes.
Les points clés de la formation dans le cadre de ce projet sont : compétences techniques appliquées transversalité des champs disciplinaires respect de la Loi sur les opérations spatiales (LOS) démarche qualité (conforme aux méthodes de travail de l'ESA, standard ECSS) gestion de projet gestion documentaire communication en anglais
Les étudiants bénéficient ainsi d'une expérience pratique sur un projet d'envergure soutenu par le CNES et l’ESA..
Objectifs scientifiques
Dans l'environnement spatial les composants électroniques sont soumis à d'importantes doses de radiations. Ces irradiations peuvent occasionner des dysfonctionnements, voire des défaillances, et il est important pour la préparation des futures missions spatiales d’évaluer la fiabilité des composants embarqués.
Robusta-1B embarque des amplificateurs opérationnels (AO) et des comparateurs de tension dont les paramètres électriques et fonctionnels seront mesurés ainsi que la dose de radiations reçue et la température à bord.
Les données concernant la dégradation des composants électroniques mesurée dans l'espace seront transmises par le sous-système radiocommunication du satellite vers la station sol du Centre spatial et mises à disposition des chercheurs. Les résultats en vol seront comparés aux résultats obtenus lors de tests réalisés au sol en utilisant la méthode de test accélérée dite « des débits commutés Boch, J.; Gonzalez Velo, Y.; Saigne, F.; Roche, N. J.-H.; Schrimpf, R. D.; Vaille, J.-R.; Dusseau, L.; Chatry, C.; Lorfevre, E.; Ecoffet, R.; Touboul, A. D., The Use of a Dose-Rate Switching Technique to Characterize Bipolar Devices, Nuclear Science, IEEE Transactions on, vol.56, , , décembre 2009. J. Boch, Y. Gonzalez Velo, F. Saigné, N. J-H. Roche, S. Perez, R. D. Schrimpf, J.-R. Vaillé, L. Dusseau, J. Mekki, E. Lorfevre, R. Ecoffet,ELDRS: Optimization Tool for the Switched Dose Rate Technique, IEEE Trans. On Nucl. Sci. 58 (6), , décembre 2011» développée par le groupe RadiaC de l'Institut d'électronique du Sud (IES) en partenariat avec le CNES. Cette méthode permet de reproduire, en un temps très court, les conditions d’irradiation en vol caractérisées par un très faible débit et une durée très longue (plusieurs années). Ces résultats devraient permettre de démontrer la représentativité d’une telle méthode accélérée et de valider son applicabilité dans le cadre d’une norme de test de type ECSS.
Acteurs du projet Le CSU est aujourd'hui installé sur deux sites : le site de Montpellier, campus Triolet et dès 2015 au du campus Saint-Priest Le site de Nîmes, hébergé par l'IUT-30, composante de l’université de Montpellier.
L'étude et la réalisation de chaque sous-système de Robusta-1B ont été confiées à une composante différente de l'université en fonction des disciplines enseignées à ses étudiants. Les composantes sont constituées de départements thématiques d’enseignement.
Les départements impliqués à ce jour dans le projet ROBUSTA-1B sont : le département génie mécanique et productique (GMP) de l'IUT de Nîmes, chargé de la conception et de la réalisation de la structure en aluminium et de toutes les pièces ou outils nécessaires aux différentes étapes jusqu’à la réalisation des tests environnementaux le département Génie électrique informatique et industrielle (GEII) de l'IUT de Nîmes, chargé du sous-système énergie : carte puissance, gestion de l'énergie de la batterie et des cellules solaires mais aussi de la conception assistée par ordinateur (CAO) générale du satellite le département électronique robotique et informatique industrielle (ERII) de Polytech'Montpellier a été chargé de la réalisation du sous-système gestion des données au sein de la faculté des sciences, les étudiants de électronique, électrotechnique et automatique (EEA) et du master eeA parcours SFIS (Sûreté de fonctionnement en ingénierie spatiale) et parcours OH (optoélectronique, hyperfréquences) sont responsables de la gestion du projet, de la partie radiocommunication et de la station sol.
La coordination entre les différentes équipes est assurée par un chef de projet étudiant supervisé par un enseignant titulaire dans le cadre de la réalisation d’un stage de SFIS. La méthodologie de travail, issue des programmes Janus du CNES et FYS de l'ESA, fournit à chacun un cadre normalisé et prévoit des échéances à respecter. Cette méthodologie impose des réunions d'avancement ainsi que la rédaction et l’actualisation d’une documentation détaillée.
L'implication constante des chefs de projets et le cadre rigoureux des méthodes de travail permettent la gestion précise d'un projet pourtant réparti sur plusieurs sites, plusieurs niveaux de formation et des compétences multiples.
Projet Robusta-1B
Généralités Robusta-1B est similaire à Robusta sur de nombreux points mais il n'est pas pour autant son clone. Après une année passée à analyser le retour d'expérience de Robusta pour déterminer les causes de sa défaillance et identifier les éléments à améliorer, plusieurs modifications ont été décidées. La carte radiocommunication en particulier a été entièrement repensée à partir de modules hybrides intégrés en lieu et place du système en composants discrets de Robusta. En outre, les performances des générateurs solaires sont à présent supervisées. Enfin, le logiciel de bord a été réécrit pour optimiser la mémoire disponible et améliorer la sûreté de fonctionnementRobusta-1b, sur janus.cnes.fr..
L'orbite de Robusta-1B est de type LEO (, orbite basse) afin de respecter la Loi sur les opérations spatiales (LOS). Il survole Montpellier deux fois par jour. Le satellite a été lancé le par une fusée PSLV de l'ISRO.
Déroulement du projet Du retour d’expérience de Robusta-1A à la production de Robusta-1B Le projet Robusta-1B a débuté lors du retour d’expérience de Robusta-1A. Après avoir analysé les causes probables d’erreurs de Robusta-1A, l’équipe a souhaité réaliser une nouvelle version qui bénéficie des corrections appliquées à Robusta-1A.
De la production de Robusta-1B à l’intégration au programme ESA Une fois les corrections mises en œuvre et testées, une nouvelle maquette était prête à subir les tests nécessaires à l’intégration sur un lanceur. C’est à cette étape que l’Éducation Office de l’ESA a lancé son programme pour accompagner les équipes disposant d’un satellite monté dans les phases délicates de tests et d’intégration sur un lanceur. Les tests à réaliser sur le satellite entièrement assemblé sont de deux types : les tests fonctionnels qui consistent à vérifier que l’ensemble des fonctions attendues seront disponibles, et les tests environnementaux qui consistent à vérifier le bon fonctionnement du satellite dans un environnement particulièrement hostile similaire à celui rencontré dans l’espace.
Du programme ESA aux tests fonctionnels Avec le soutien de l’Éducation Office de l’ESA dans le cadre du programme , l’équipe projet a réalisé une revue qui consiste à vérifier la validité de l’ensemble de la documentation technique. Les plans de tests incluant notamment les spécifications de tests et les procédures de tests ont été finalisés et validés par l’ESA. À l’issue de cette étape, le satellite a été jugé apte à passer en phase de tests.
Des tests fonctionnels aux tests environnementaux Les tests fonctionnels du système consistent notamment à vérifier le bon fonctionnement des interfaces entre les sous-systèmes et la bonne coordination dans les séquences de la mission. Tour à tour, chaque fonctionnalité du satellite est testée et les résultats de test sont reportés dans un rapport de test qui statue sur la réussite des tests fonctionnels et la poursuite vers les tests environnementaux.
Des tests environnementaux à la campagne de lancement