Prototypages avec DOCKS

DOCKS est un agrégateur de modules de calculs, tous gratuits et validés, pour la production de scénarios de missions spatiales pour nanosatellites. DOCKS est adapté aux missions en espace interplanétaire, en contexte de croisière ou pour des opérations à proximité d’un corps complexe (un astéroïde double, par exemple).

Edition 06/2021 : Les modules de DOCKS seront mis en ligne progressivement. La dernière version (v6.1) du module "Propagator" de DOCKS est disponible dès maintenant (**). Télécharger d’ici.

Les nouvelles versions des modules EPS (v6.0.1) et Intervisibilité (v2.0) sont également en ligne. Abonnez-vous à la newsletter via le pied de page pour rester informé des nouveautés DOCKS.

Service à distance : Un service à distance pour DOCKS est désormais opérationnel. Plus aucun soucis de téléchargement ou d’installation, déposez simplement vos fichiers de configuration et obtenez les sorties en un rien de temps. En savoir plus ici.

Les fonctions de DOCKS sont résumées ci-dessous. La procédure d’installation est fournie dans le README des modules respectifs et cible les plateformes Linux Ubuntu et MS-Windows. L’installation peut également se faire sur une machine virtuelle (par exemple une machine virtuelle VirtualBox sur un ordinateur MS-Windows, Linux ou Mac). Nous mettons aussi un place un support à l’adresse docks.contact (at) obspm.fr . DOCKS est développé en python et devrait être compatible avec tous les systèmes d’exploitation. Cependant, il n’est testé qu’avec Linux et Windows OS. De plus, DOCKS est ouvert à la communauté open source en licence GPL. Des librairies de plusieurs origines sont incluses (*) : Numpy, AstroPy, Poliastro, PyQuaternion, Quaternion, AstroQuery, pyKEP, Scipy et SpiceyPy.

Fonctions générales de DOCKS :

  • fabrication d’un scenario de mission pour visualisations 3D dans VTS, logiciel gratuit du CNES qui comprend également le célèbre moteur 3D gratuit CELESTIA
  • lancement de modules spécialisés (ci-dessous, stand-alone) et actualisation associée du scenario VTS
  • production des sorties au standard CCSDS-CIC / VTS
  • le service à distance est utilisable en cas d’ordinateur incompatible avec DOCKS

Modules de DOCKS qui seront mis en ligne progressivement :

  • Propagator Deep Space : Générer une éphéméride de trajectoire en ICRS ou Ecliptique vraie propagée depuis des conditions initiales par méthode RK4 (intervalles de temps constants) ou par méthode RKF45 (intervalles adaptés aux courbures de la trajectoire). Considère les perturbations dues aux masses ponctuelles ou aux corps non sphériques, à la pression du rayonnement solaire et/ou à la poussée continue. Ce module (**) accepte vos propres modèles gravitationnels complexes pour produire, par exemple, des trajectoires à proximité d’astéroïdes non sphériques.
  • CONIC : Générer une éphéméride de positions pour une orbite Keplerienne produite en ICRS planéto-centrique ou dans un autre repère standard (SSB-centrique ou Héliocentrique, ICRS ou Ecliptique vraie).
  • Intervisibility : Générer une éphéméride de l’intervisibilité avec une cible terrestre (élévation sur l’horizon, éclipses) et de l’atténuation de propagation (hors gains d’antennes et d’atmosphère).
  • Electric Power System : Générer une éphéméride de la puissance à bord pour un scénario de mission avec des modèles de fonctionnement des systèmes, batteries, panneaux solaires, télécom...
  • Datalink : Générer une éphéméride de volume de données à bord basée sur une modélisation simple des Intervisibilités avec une ou des stations sol.
  • Quaternions : Générer une éphéméride de quaternions simples pour pointage inertiel, rotation uniforme ou poursuite de station sol.
  • ADCS : convertir une éphéméride de quaternions dans un repère par rotation fixe vers un autre repère, par exemple passer dans le repère d’un instrument à partir des quaternions de la plateforme. Couplage à propulsion continue et basé sur des lois de commande standard. Générez des taux de balayage.

Vous pouvez déjà participer au développement de DOCKS en testant et en nous transmettant vos avis : bugs, suggestions, benchmark & tests. Pour les plus experts, le code est ouvert et vous pouvez nous proposer des améliorations.

(*) Contributeurs : nous remercions les auteurs des librairies python Numpy, AstroPy, Poliastro, PyQuaternion, Quaternion, Spiceypy, Scipy et AstroQuery, de Celestia, ainsi que les auteurs de VTS et STELA au CNES, de pyKEP à l’ESA et dans les laboratoires partenaires et NAIF pour les kernels spice. Les contributeurs directs à DOCKS sont les suivants à ce jour Audrey Porquet, Hao-Chih Jim Lin, Thomas Gascard, Nima Traore, Zacharie Barrou-Dumont, Guillaume Thebault, Nicolas Bochard, Edouard Leicht, Florian Jousseaume, Gary Quinsac, Laëtitia Lebec, Claire Castell, Janis Dalbins, Thibault Delrieu, Sébastien Durand, coordination par Rashika Jain et Boris Segret.

(**) Propagateur deep space en Beta-Release : validation encore partielle. Dans certains cas non Képlériens (N-corps) des dérives non expliquées sont observées sur le moyen terme (plusieurs mois). Attention, l’emploi de Modèles Gravitationnels Complexes (CGM) n’est pas entièrement validé car il dépend de chaque auteur de CGM. Les repères non inertiels utilisables sont limités, le SSB ICRS est privilégié. Un modèle simplifié de pression de radiation solaire est inclus. Enfin, la poussée continue est incluse mais non validée dans les scénarios complexes.



Salle PROMESS

PROMESS est une salle à double utilisation, en pédagogie ou en ingénierie. Le sigle signifie "PROfils de Mission et Enseignements en Sciences Spatiales". Dans sa configuration pour les enseignements, PROMESS a été livrée à l’UFE à la rentrée 2016. Elle sert aussi depuis 2017 aux campagnes d’ingénierie concourante de CENSUS.

Dans cette configuration d’ingénierie, une équipe projet est invitée pour une campagne d’ingénierie de 5 à 10 sessions d’une demi-journée, alternant des séances plénières d’ingénierie concourante et des sessions de modélisation des systèmes (MBSE, "Model-based System Engineering"). La campagne est concentrée sur une semaine ou au contraire répartie sur un rythme moins intense. Le but est d’explorer le "champ des possibles" (Trade Space) de la mission spatiale envisagée afin d’augmenter son niveau de maturité.

Deux vues de PROMESS lors d’une campagne pour BIRDY-1 en 2017 (g.à dr. : N.Bochard étudiant M1, G.Quinsac doctorant PSL, B.Segret animateur PROMESS, M.Agnan chef de projet)

Avec l’appui de l’équipe CENSUS, le chef de projet organise le planning des sessions selon les priorités et la maturité du projet. Une équipe est constituée pour la campagne, éventuellement renforcée par des experts en ingénierie spatiale. L’objectif scientifique et le profil de mission sont examinés sur la base de modèles de dimensionnement, disponibles ou développés et affinés entre les sessions. La suite logicielle DOCKS est utilisée pour interfacer tous les modèles disponibles, y compris ceux développés par les participants avec leurs propres outils, et les rendre visualisables par VTS, un logiciel gratuit du CNES. Un Cloud permet l’échange et la capitalisation des modèles au sein de l’équipe.

Les sessions parcourent ainsi les points clé du projet : manifeste, objectif scientifique, spécifications de haut niveau, concepts de mesure et d’opération, décomposition en sous-systèmes, budgets systèmes, analyse de risque. Le processus s’inspire du "modèle en SPIRALE" popularisé par le CDF de l’ESA comme fil conducteur des travaux.



TestPOD 3U

Un TestPOD permet de tester un CubeSat sous vibrations et sous chocs en vue de le qualifier pour un lancement fusée. Il permet aussi de s’assurer très tôt que le CubeSat respecte les tolérances de dimension du déployeur standard. Mais en plus de tout ça, notre TestPOD nous sert également pour les tests thermiques en cuve SimEnOm.

Notre TestPOD 3U est adapté à la qualification des CubeSats 1U, 2U et 3U. Il a été réalisé et offert par notre partenaire NCKU à Taïwan. Son originalité est d’avoir un système de rail interne quasi-dynamique (QDRS) qui rattrape le jeu de certains déployeurs (Nanoracks). Une plaque d’interface réalisée sur mesure permet de le fixer sur la table vibrante de la Plateforme d’Intégration et de Tests (PIT) à l’Observatoire de Saint-Quentin-en-Yvelines (OVSQ). D’autres plaques d’interfaces pourront être réalisées si besoin. Une campagne de tests à la PIT en 03/2017 a permis de caractériser en détails son comportement en vibrations.

Nous l’avons aussi utilisé pour les tests sous vide et en cyclages thermiques du modèle de vol de PICSAT, le nanosat soutenu par ESEP qui doit voler en 2017. Dans ce but une nouvelle plaque d’interface dédiée à la cuve SimEnom du LESIA a été réalisée, puis le TestPOD a été nettoyé, tous ses pas de vis "borgnes" ont été ouverts, le tout a ensuite été dégazé. Les tests ont duré jour et nuit pendant 6 jours en 08/2017, le CubeSat est ressorti en bonne santé et le TestPOD a été très apprécié !

Ainsi, le TestPOD est désormais opérationnel pour les CubeSats aussi bien en vibrations à la PIT qu’en vide thermique dans la cuve SimEnOm.



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