Les étages supérieurs des lanceurs spatiaux sont généralement chargés de capteurs qui pourraient théoriquement dire aux ingénieurs tout ce qu'ils doivent savoir sur l'état du lanceur et les vulnérabilités possibles. Encore, les capacités de calcul embarqué limitées et la bande passante au sol ont jusqu'à présent rendu impossible l'acquisition de la plupart de ces données.

C'est dans ce contexte qu'est né le projet MaMMoTH-Up (Massively Extended Modular Monitoring for Upper Stages). En 42 mois, le consortium du projet s'est fixé pour objectif d'augmenter la quantité de données surveillées par un facteur de plus de 2 500.

Mess Jan-Gerd, coordinateur du projet pour le compte du Centre aérospatial allemand, discute des réalisations du projet avant son achèvement en août 2018.

Pourquoi est-il important de recueillir plus de données sur les étages supérieurs des lanceurs ?

L'un de nos principaux objectifs est de fournir plus d'informations sur l'environnement du lanceur. Ceci est important pour mieux comprendre les conditions auxquelles il est soumis, mais surtout la contrainte mécanique résultante à laquelle tout le système doit faire face.

Les données acquises proviennent de la thermique, pression, vibration, capteurs de choc et d'accélération ainsi que des jauges de contrainte. Il contribuera à optimiser le système lui-même et permettra également des développements futurs en termes de stabilité, réduction de poids et sécurité. Ceci est particulièrement important pour les matériaux nouvellement introduits tels que la fibre de carbone, car nous ne pouvons exploiter leur plein potentiel que si nous comprenons parfaitement leur comportement en conditions opérationnelles.

Qu'est-ce qui rend la collecte de ces données si difficile à réaliser ?

Le matériel du lanceur existant et sa chaîne de télémétrie, bien que éprouvé et fiable, sont limités dans leurs performances en termes de puissance de calcul et de bande passante.

Les mises à jour de l'un ou l'autre de ces éléments sont très coûteuses car elles impliquent une requalification coûteuse et prolongée de l'ensemble du lanceur, ainsi que des investissements substantiels dans les infrastructures au sol.

Comment proposez-vous de surmonter ce problème et qu'est-ce qui, selon vous, rend votre approche particulièrement innovante ?

Notre approche consiste à introduire un système modulaire qui peut être facilement adapté et étendu pour se conformer aux exigences spécifiques de la mission. Il est peu invasif, et en même temps minimise les risques pour la mission nominale du lanceur.

En utilisant des composants du commerce (COTS) dans un environnement protégé, la puissance de calcul du matériel embarqué peut être considérablement augmentée. Cela nous permet d'introduire des algorithmes intelligents de sélection et de compression de données qui optimisent la quantité d'informations utiles pour le lien de télémétrie existant. En introduisant davantage d'interfaces série largement utilisées comme RS422 et CAN-bus, nous veillons également à ce que les futurs développements et modules (caméras, capteurs sans fil, etc.) peuvent utiliser le système développé.

Le démonstrateur a-t-il répondu à vos attentes initiales ?

A ce point, le démonstrateur a passé les tests de qualification nécessaires pour être utilisable sur un lanceur ARIANE 5 en terme de thermo-vide, dépressurisation rapide et CEM. Les tests de vibration sont toujours en attente, mais les tests seront effectués au cours des prochains mois, avant la fin du projet.

D'un point de vue fonctionnel, tout le système a été assemblé, et des simulations de mission basées sur les profils de vol d'ARIANE 5 ont été menées avec succès. Alors que la sélection des données est toujours un sujet d'actualité à la fois dans la recherche et la mise en œuvre, la compression des données ainsi que tous les mécanismes d'allocation et de transmission des données des capteurs sont en place et ont été testés avec succès.

Jusqu'où pensez-vous pouvoir aller ? Avez-vous déjà atteint la phase de vol de démonstration ?

Un modèle de qualification est désormais facilement intégré et subit des tests de qualification représentatifs comme un véritable matériel de vol. Nous sommes, donc, confiant que nous pouvons atteindre TRL 5/6 d'ici la fin du projet.

Quels sont vos projets de commercialisation, et quels seront, selon vous, vos principaux arguments de vente face à des concurrents potentiels ?

Au meilleur de notre connaissance, il n'existe actuellement aucun autre système qui puisse à la fois augmenter de manière modulaire les capacités du lanceur en termes d'acquisition de données tout en introduisant une plate-forme extensible pour tester de nouvelles technologies dans un environnement sûr pendant le vol. Cela crée un tout nouveau cas d'utilisation pour le lanceur.

Quels sont vos plans de suivi, si seulement?

Nous prévoyons de demander un financement supplémentaire d'Horizon 2020 et de l'ESA dans le cadre d'une vérification et d'une démonstration en orbite, afin de prouver l'applicabilité de notre approche.

En outre, une adaptation à ARIANE 6 pourrait être envisageable, qui comprendrait non seulement un futur vol, mais également l'application du système MaMMoTH-Up lors des tests au sol du système et du sous-système. Cela augmenterait les capacités d'acquisition de données des installations de qualification.