Le programme Build-a-satellite pourrait accélérer les missions spatiales de sécurité nationale

Le programme Build-a-satellite pourrait accélérer les missions spatiales de sécurité nationale

Thomas Bradshaw, ingénieur électricien et responsable du logiciel de vol, inspecte une carte informatique pour une prochaine mission de télédétection conçue pour démontrer le calcul haute performance de nouvelle génération dans l’espace. L’équipe a utilisé Valhalla, un programme de calcul haute performance basé sur Python développé aux Sandia National Laboratories, pour générer rapidement la conception du concept et estimer les performances de la mission pour la charge utile. 1 crédit

Les satellites équipés de la technologie de télédétection exécutent de nombreuses missions critiques de sécurité nationale, de la détection des explosions au suivi de la banquise, mais jusqu’à présent, il fallait des années à une équipe pour passer d’un concept à un système spatial déployable.

Valhalla, un cadre de modélisation des performances basé sur Python développé aux Sandia National Laboratories, utilise le calcul haute performance pour construire des conceptions de satellites préliminaires basées sur les exigences de la mission, puis exécute ces conceptions à travers des milliers de simulations. Les résultats des simulations alimentent une vue vidéo multidimensionnelle interactive des satellites exécutant leur mission et des centaines de tracés qui montrent à l’utilisateur la relation entre chacune des sorties et des entrées en un coup d’œil. Ces données permettent à l’utilisateur de trouver rapidement la solution qui exécute au mieux la mission.

Valhalla a déjà été utilisé pour explorer des systèmes spatiaux pour renforcer la sécurité de l’Arctique, étudier les effets de l’informatique neuromorphique sur la conception de systèmes spatiaux, simuler le suivi et la surveillance d’une hypothétique mission de sauvetage de réfugiés en mer Méditerranée et d’autres missions satellites.

James Meub, chef de projet Valhalla et ingénieur aérospatial, a déclaré qu’une équipe multidisciplinaire prend généralement des mois, voire des années, pour produire une conception préliminaire d’un satellite de télédétection ou pour déterminer comment les satellites existants fonctionneraient lors d’une nouvelle mission. L’équipe rédige les exigences de la mission en fonction de ce que les satellites devront détecter et observer, puis les ingénieurs optiques conçoivent la charge utile et les ingénieurs aérospatiaux conçoivent un véhicule hôte.

“La capacité de comprendre comment les décisions et les exigences de conception affectent ces activités simultanées est itérative, chronophage et essentielle pour produire une solution fiable”, a déclaré Meub. “Valhalla court-circuite ce processus en utilisant un calcul haute performance pour aider l’utilisateur à produire une conception préliminaire d’un satellite ou d’un système spatial en quelques semaines, et il peut également montrer comment des groupes de satellites non identiques avec des caractéristiques différentes se comporteront dans de nouvelles combinaisons et scénarios. .”

De plus en plus, un groupe de petits satellites fonctionnant comme un système au lieu d’un grand satellite est envisagé pour les missions de télédétection, a déclaré Meub.

Adaptation d’un système satellite aux exigences de la mission

Concevoir un système spatial avec Valhalla revient à personnaliser une nouvelle voiture en ligne. Un membre de l’équipe de projet visite le site Web interne Valhalla de Sandia et sélectionne les fonctionnalités et les pièces nécessaires à l’exécution de la mission. La première étape consiste à fournir à Valhalla des exigences de mission qui peuvent être analysées en objectifs quantitatifs, notamment :

  • Déterminer le niveau de fidélité et de détail requis en spécifiant si le système satellitaire devra détecter, identifier, catégoriser ou associer des objets ou des événements.
  • Sélection de la classe d’objets ou d’événements à rechercher, y compris les véhicules, les explosions, les avions, les bateaux, les débris spatiaux ou d’autres satellites.
  • Sélection de la fréquence de collecte des données ou de la fréquence à laquelle le système doit revisiter les objets ou événements cibles.
  • Sélection du modèle de mouvement de la cible. Le système devra-t-il observer la trajectoire des camions se déplaçant d’un endroit à un autre, ou devra-t-il observer une ville, une région ou un quartier d’intérêt, ou surveiller des objets ou des événements à travers le monde ?
  • Spécifier toutes les contraintes. Par exemple, le système peut devoir être compatible avec un réseau externe spécifique.
  • Sélection d’un centre d’opérations de mission pour alimenter les images et les données captées par le satellite.





Un concept préliminaire pour un satellite effectuant une mission de télédétection. Crédit : Laboratoires nationaux Sandia

Avec les exigences de la mission clairement définies, Meub a déclaré que la prochaine étape consiste à sélectionner des pièces telles que des ordinateurs de bord, des radios, des batteries, des roues de réaction, des capteurs, des réservoirs de propulsion et des propulseurs et des récepteurs GPS dans un catalogue de composants avec environ 2 500 pièces à choisir.

Valhalla prend toutes les pièces sélectionnées et crée une conception de satellite de base en utilisant des documents de contrôle d’interface codés, les meilleures pratiques d’ingénierie et une logique basée sur des règles, a-t-il déclaré. Il dimensionne la charge utile, la structure, les panneaux solaires et les batteries, optimise la masse du satellite et sa compatibilité avec divers lanceurs et génère une disposition théorique des composants internes au satellite.

Une journée dans l’espace

Valhalla remplit ensuite la conception de base dans un groupe de satellites, souvent appelé constellation, et simule le système spatial exécutant la mission en exécutant une simulation de modèle de puissance quotidienne, a déclaré Meub. La simulation compare les mesures de performance de la mission aux objectifs du système spatial et répète ce processus des milliers de fois pour trouver la meilleure conception de constellation.

Valhalla modélise également la dynamique orbitale du système et les harmoniques de gravité de la terre, de la lune et du soleil pour simuler l’environnement spatial que chaque satellite connaîtra au cours de la journée.

Meub a déclaré qu’il existe des milliers de variables et de relations à prendre en compte lors de la conception d’un système spatial pour une mission de sécurité nationale spécifique, ce qui rend la tâche bien adaptée au calcul haute performance.

“Valhalla visualise la relation entre les variables afin que l’utilisateur puisse voir comment le système spatial global est affecté lorsque des paramètres pertinents les uns pour les autres changent”, a-t-il déclaré. “Par exemple, l’altitude souhaitée du vaisseau spatial affectera la taille du télescope nécessaire et vice versa. À mesure que l’altitude du satellite augmente, le télescope doit également devenir plus puissant, mais le système aura besoin de moins de satellites pour fournir suffisamment de détection. couverture pour exécuter sa mission.

Création de visualisations de données interactives pour la prise de décision

Les données de simulation sont post-traitées dans un groupe d’unités de traitement graphique. Le GPU prend toutes les données de la simulation et les peigne pour corréler les mesures de performance sur des ensembles de variables afin de produire une hypersurface à N dimensions qui fournit à l’utilisateur des centaines de tracés, y compris une visualisation 3D de la constellation exécutant sa mission, sa revisite et sa collecte. statistiques, compatibilité des lanceurs et flux de télémétrie par satellite simulés.

“Cela permet aux utilisateurs d’analyser rapidement les données de simulation”, a déclaré Meub. “Toutes les données dans un format fiable et compréhensible. Vous pouvez voir pourquoi certaines exécutions de simulation produisent de meilleures mesures de performance que d’autres. Cela permet aux équipes de fournir des solutions de sécurité nationale pour certains projets en quelques mois plutôt qu’en quelques années.”


La mission robotique OSAM-1 de la NASA achève l’examen critique de la conception


Fourni par Sandia National Laboratories

Citation: Le programme Build-a-satellite pourrait accélérer les missions spatiales de sécurité nationale (8 juin 2022) récupéré le 8 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-build-a-satellite-fast-track-national -espace.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation loyale à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.