Airbus Defence and Space

Qualification de haut vol…au sol

Simulation : La clé d’une mission réussie

Comment réussir à coup sûr un amarrage tout en douceur en orbite à 28 000 km/h ?

La réponse tient en un mot : la simulation. La mission prévue doit d’abord être menée à bien…sans quitter la salle blanche.

Le véhicule de transfert automatique ATV construit par Airbus Defence and Space pour ravitailler la Station spatiale internationale (ISS), en route pour son rendez-vous avec la Station

Le véhicule de transfert automatique ATV développé et construit par Airbus Defence and Space pour ravitailler la Station spatiale internationale (ISS), en route pour son rendez-vous avec la Station

Prenons l’exemple du véhicule de transfert automatique ATV construit par Airbus Defence and Space pour ravitailler la Station spatiale internationale (ISS). C’est l’engin spatial le plus volumineux et le plus complexe jamais développé et construit en Europe - un véhicule de ravitaillement non habité, pesant plus de 20 tonnes qui, une fois lancé, poursuit sa route vers l’ISS, à laquelle il va s’amarrer de manière entièrement autonome, avec une remarquable précision de quelques cm !

Simulation de l’ATV en phase finale d'approche avec l’ISS

Simulation de l’ATV en phase finale d'approche avec l’ISS

Mais ce n’est pas tout. L’ATV lui-même s’imbrique dans un vaste réseau interconnecté comprenant les Centres de contrôle sol à Toulouse (Contrôle de l’ATV), à Moscou (supervision de l’amarrage avec le module russe Zvezda sur l’ISS) et à Houston (Contrôle de l’ISS) et l’équipage à bord de la Station spatiale. Un réseau satellitaire permet de relayer les commandes et les données entre l’ATV, l’ISS et les trois Centres de contrôle internationaux.

Le programme ATV mobilise une pléiade de sociétés dans toute l’Europe, chargées de fournir les équipements et d’assurer les services logistiques.

Maître d’œuvre industriel du programme, Airbus Defence and Space est chargé de veiller à la bonne coordination de tous les intervenants, afin d’assurer le déroulement parfait de toutes les phases successives, de l’intégration, la qualification, le lancement, le rendez-vous puis tout au long de la mission de l’ATV, jusqu’à l’ultime séparation de l’engin et à sa désintégration contrôlée dans l’atmosphère.

Prêt à 100 % pour la mission

Lorsque l’ATV décolle à bord du lanceur Ariane 5, chaque composant et chaque acteur doit être prêt à 100 %. Airbus Defence and Space utilise l’Installation de Simulation Fonctionnelle (ISF) très sophistiquée de son site des Mureaux, en région parisienne, pour faire « voler » une réplique de l’ATV comportant la plupart de l’électronique embarquée et lui faire franchir toutes les étapes d’une mission aussi complète que virtuelle (injection en orbite, transfert d’orbite, rendez-vous et amarrage à l’ISS, opérations en phase attachée, désamarrage et séparation d’avec la Station spatiale). Il s’agit de vérifier le système complet et d’anticiper tous les scénarios nominaux et non nominaux possibles. La plate-forme ISF, avec ses centaines de câbles et d’ombilicaux, ses douzaines d’ordinateurs au sol, le tout sous l’œil attentif d’une cinquantaine d’ingénieurs, reproduit précisément tous les aspects de l’environnement fonctionnel que connaîtra l’ATV. Effectuées en « temps réel », les simulations imposent à l’engin les conditions de vol qu’il rencontrera effectivement en orbite. Durant la préparation de la mission,  toutes les anomalies et défaillances imaginables sont virtuellement injectées au cœur des simulations, afin de tester et planifier toutes les éventualités.

L’« Installation de Simulation Fonctionnelle » (ISF), la plate-forme de qualification, intégrant le simulateur et les équipements réels de l'ATV

L’« Installation de Simulation Fonctionnelle » (ISF), la plate-forme de qualification, intégrant le simulateur et les équipements réels de l'ATV

La maquette de l’ATV utilisée pour l’ISF se distingue de l’engin qui rejoindra la Station spatiale par sa structure extérieure ,ici volontairement sommaire, par contre les éléments qui constituent le « cerveau » électronique et le « système nerveux » du véhicule cargo sont connectés à la plate-forme.

La plate-forme est reliée aux interfaces du lanceur Ariane 5, à l’ISS, et aux réseaux de communication sol et satellitaires. Différents modules livrés par les partenaires industriels sont également intégrés. Le logiciel de base utilisé pour la simulation temps-réel est installé sur plus de quinze plates-formes de simulation, non seulement aux Mureaux, mais aussi à Moscou, Toulouse et Houston. Certaines d’entre elles comportant les ordinateurs embarqués, et la majeure partie des équipements réels, afin d’assurerla compatibilité électrique, la validation du logiciel de vol, la qualification du système et le développement des procédures d’intégration.

Postes de supervision et de conduite d’essais de la plate-forme de qualification ATV ISF (Installation de Simulation Fonctionnelle)

Postes de supervision et de conduite d’essais de la plate-forme de qualification ATV ISF

Outre l’engin spatial, les compétences et comportements de nombreux personnels participant au programme ATV sont également testés virtuellement. Des simulations numériques en temps réel sont réalisées pour assurer la formation des contrôleurs du Centre de contrôle toulousain, et pour mettre en œuvre d’importants exercices de simulation intégrée commune (JIS) avec les autres centres. Créant une simulation partagée dans le cadre d’une infrastructure réseau pan-européenne sécurisée, qui mobilise des centaines d’opérateurs, cette procédure intégrée permet de relier les simulateurs du Centre de contrôle de l’ATV de Toulouse et du module ISS de Moscou, avec le Centre ISS de Houston, lui aussi intégré à la boucle afin d’assurer la simulation de mission la plus complète et la plus représentative possible.

La « probe » du DRS (Docking and Refuelling System) de l’ATV sur la plate-forme de qualification

La « probe » du DRS (Docking and Refuelling System) de l’ATV sur la plate-forme de qualification

Tout au long du cycle de vie

Composantes majeures de la préparation à la mission, ces activités de simulation sont obligatoires pour l’obtention de la Flight Acceptance – l’aptitude au vol. De la conception initiale de l’ATV jusqu’aux tests d’intégration et de qualification du véhicule cargo pour la mission, chaque phase du cycle de vie va nécessiter différentes simulations. Lorsque l’ATV est en vol, les plates-formes de simulation permettent une analyse approfondie en cas d’anomalie, et sont utilisées pour valider les procédures dans l’éventualité d’imprévus. Au terme de la mission, lorsque l’ATV a regagné l’atmosphère terrestre et s’est désintégré en toute sécurité, les simulations demeurent un élément vital de l’analyse après vol…Il est alors temps de se tourner vers la campagne de qualification de la mission ATV suivante.

La simulation est un élément incontournable de la préparation à la mission

La simulation est un élément incontournable de la préparation à la mission

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