PF : Plate-formes

Les activités R&T de l’objectif Plates-Formes ont pour but de faire évoluer les plates-formes satellites (de toute taille, c’est-à-dire du nanosatellite au satellite géostationnaire) afin de répondre aux besoins de performances et de compétitivité et de préparer les missions futures. Elles adressent aussi les aérostats pour des besoins de performances.

Elles visent à faire émerger les techniques et les technologies nécessaires pour atteindre cet objectif et à développer les compétences métiers nationales. Elles se placent en amont ou en accompagnement des autres programmes de recherche nationaux ou de l’ESA et de l’Union Européenne.

Pour ce qui concernent les technologies critiques, elles recherchent également une indépendance européenne, tout en favorisant des solutions compétitives.

De manière générale, il faut noter le contexte international de forte compétitivité ; ainsi les exigences de coûts de possession et de délais de réalisation deviennent de plus en plus prioritaires.

Dans le domaine du développement des Plates-Formes, certaines tendances se dessinent ou se confirment, qui méritent d’être accompagnées.

En parallèle de la propulsion chimique, on a assisté depuis plusieurs années à l’essor de la propulsion électrique que ce soit sur les grosses ou les petites plates-formes, permettant un gain de masse, un accroissement de charge utile et une réduction des coûts d’acquisition et d’exploitation.

On assiste également à l’implémentation de nouveaux SoC (System on Chip) très performants qui permettent d’accroître de manière inédite les capacités de traitements à bord et une intégration poussée de fonctions, révolutionnant ainsi l’architecture avionique. Le contrôle numérique tend également à s’étendre pour optimiser les chaînes fonctionnelles bord.

Que ce soit pour les processeurs, les cellules photovoltaïques, les batteries, la conversion d’énergie, ... le spatial tend à s’approprier de plus en plus les technologies issues du domaine terrestre.

La miniaturisation des équipements qui a favorisé le développement des plates-formes nanosats (< 50kg) fait émerger la gamme smallsat (~ 100-150kg) et profite à toutes les plates-formes.

Les techniques de fabrication additive pour leur part continuent d’investir la conception et le design des satellites permettant par exemple l’optimisation structurelle ou l’intégration de fonctions.

Les activités liées à la LOS (Loi relative aux Opérations Spatiales) restent soutenues et impactent également le design des satellites.

L’Objectif se décline en quatre Axes :

PF1: Plates-Formes Géostationnaires,
PF2: Plates-Formes LEO/MEO,
PF4: Ballons,
PF5: Techniques et Technologies Clés Transverses.

PF1 : PLATES-FORMES GEOSTATIONNAIRES

L’Axe Plates-Formes Géostationnaires vise à faire évoluer les plates-formes actuelles de satellites géostationnaires (sous-systèmes et équipements) pour répondre aux besoins de performances et de compétitivité dans un secteur fortement concurrentiel, et à étudier de nouveaux concepts adaptés aux marchés futurs.

Il existe une demande d’augmentation de la puissance pour la charge utile et de la propulsion électrique, passant par la résolution des problématiques de génération, de conversion et de dissipation d’énergie, ou de contrôle SCAO. En parallèle un intérêt croissant apparaît pour la mise en service sur des orbites GEO de plates-formes plus petites (smallGEO, nanosat) avec des problématiques nouvelles de tenue et de qualifications aux environnements spécifiques ainsi que des besoins d’agilité.

Les activités liées à la LOS (Loi relative aux Opérations Spatiales) adressent notamment l’exigence de réalisation des opérations de retrait de service, de passivation fluidique et de passivation électrique, afin de limiter les risques de génération de débris.

Les activités proposées dans ce cadre et pour le PPRT doivent donc se situer logiquement en amont des développements réalisés dans les programmes nationaux PEGASE, ONESAT, … et ARTES.

PF2 : PLATES-FORMES LEO/MEO

L’Axe Plates-Formes LEO/MEO concerne les plates-formes de satellites en orbite basse ou moyenne (sous-systèmes et équipements) d’observation de la Terre, de télécommunications ou scientifiques, et couvre les champs d’intérêt actuels des constellations et des nanosats/smallsats.

Les projets de grandes constellations de télécommunications ou d’observation qui voient le jour ou sont en développement modifient sensiblement l’approche technico-économique traditionnelle en s’orientant résolument vers l’utilisation de COTS, la production de masse et la réduction importante des coûts et délais de production.

Le marché des nanosats et smallsats est, selon les observations et prévisions, en pleine expansion, favorisé par la miniaturisation des équipements et tiré par les constellations, avec de nouveaux et nombreux acteurs mondiaux. Les capacités de déploiement de structures (panneaux solaires, appendices, radiateurs, senseurs…), que ce soit pour la Plate-Forme ou la Charge Utile, permettront d’accroitre significativement leurs performances. En parallèle, l’offre de lancement semble se constituer.

Pour ce qui concerne précisément les nanosats le CNES favorise le développement d’une filière nationale de plates-formes et d’équipements associés.

A noter également l’intérêt grandissant pour le concept d’essaim de satellites où les performances et l’intelligence sont distribuées.

Les activités liées à la LOS (Loi relative aux Opérations Spatiales), comme pour les plates-formes GEO, adressent notamment l’exigence de réalisation des opérations de retrait de service, de passivation fluidique et de passivation électrique, afin de limiter les risques de génération de débris. La LOS exige en plus pour les plates-formes LEO une durée maximale de rentrée et un risque limité vis-à-vis de la population nécessitant soit un design favorisant la désintégration, soit une rentrée contrôlée. En parallèle, les études portant sur l’amélioration des modèles de désintégration lors de la rentrée doivent se poursuivre.

PF 4 : BALLONS

La France est un des rares pays au monde à disposer de moyens opérationnels (véhicules porteurs, infrastructures sol et capacités opérationnelles) pour des missions sous ballons au profit des communautés scientifiques nationales et internationales.

L’Axe Ballons vise à développer et optimiser la gamme des ballons en termes de durée de vol, de capacité d’emport et de fiabilité. Ces objectifs nécessitent l’amélioration des modèles de comportement mécanique des aérostats dans les différentes phases de vol, l’évolution des matières premières et des concepts de l’enveloppe, le développement d’équipements et d’une instrumentation spécifiques basés sur des concepts nouveaux.

L’Axe comporte également un volet qui a pour but de limiter l’impact environnemental des activités Ballons.

PF 5 : TECHNIQUES ET TECHNOLOGIES CLES TRANSVERSES

L’Axe Techniques et Technologies Clés Transverses regroupe les activités s’appliquant à l’ensemble des plates-formes et visant à faire émerger de nouvelles techniques et technologies, potentiellement en rupture ou techno-push, au profit des plates-formes actuelles ou pour les besoins futurs.

Synthèse Plate-Formes

En synthèse, le plan R&T 2022 pour l’Objectif Plates-Formes met l’accent sur les points suivants :

Conception visant à réduire la durée de cycle de développement/réalisation des satellites (équipements, sous-systèmes, logiciels, AIT) en adoptant notamment des principes de généricité, de standardisation et de flexibilité. Pour l’AIT en optimisant le processus de tests et en simplifiant l’instrumentation des essais.
Recherche de solutions améliorant la robustesse, la performance et la fiabilité des équipements Plateformes nanosats.
Recherche d’une synergie entre les techniques de production des P/F LEO/MEO et GEO.
Recherche de solutions technologiques en rupture amenant à la réduction des coûts, de la masse, de la consommation électrique et du volume.
Utilisation des nouveaux composants et processeurs COTS, permettant une intégration poussée des avioniques.
Conception des plates-formes faisant appel à la fabrication additive, permettant l’optimisation structurelle ou la co-intégration de fonctions.
Dans le même esprit de simplification et d’allègement de la P/F, optimisation de l’architecture et de la performance de la chaîne SCAO, mise en œuvre du concept de modularité des équipements, standardisation et réduction du harnais et du RTU (Remote Terminal Unit), etc.
Recherche de nouvelles solutions technologiques permettant l’accroissement des performances des sous-systèmes et équipements ou leur fiabilité (énergie massique des batteries, performance des cellules solaires, capacités des mémoires, etc.).
Introduction du contrôle numérique pour optimiser les chaînes fonctionnelles bord.
Recherche de solutions de déploiement de structures notamment pour les petites P/F.
Recherche de solutions fiabilisant les opérations de retrait de service et amélioration des méthodes de calcul de fiabilité.
Concernant les ballons, amélioration des modèles de comportement mécanique des enveloppes dans les différentes phases de vol et développement d’équipements et d’une instrumentation spécifiques associés.
Evolution de la gamme des ballons ouverts pour des nacelles charge utile légères et des vols de plus longue durée (système sauvegarde de destruction de l’enveloppe et technique de lâcher).

Nota : les sujets portant sur le SCAO d’un point de vue algorithmes sont traités dans l’objectif Système Bord/Sol.

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