Dans cet article, nous allons vous expliquer comment sont choisis les composants électroniques et les capteurs d’images de nos viseurs d’étoiles afin de proposer le meilleur compromis performance/durée de vie/prix, tout en garantissant la fiabilité et la tenue aux radiations.
Nous le voyons aujourd’hui, le lead time et la capacité à livrer les équipements de satellites, y compris les viseurs d’étoiles, tend à se réduire à quelques semaines pour répondre aux nouvelles contraintes économiques du NewSpace. Dans ce contexte, comment proposer dans des délais réduits une offre de qualité répondant aux besoins ?
- Les nouveaux besoins du Newspace
En 2019, SODERN est le premier équipementier au monde à lancer la production et la commercialisation d’un viseur d’étoiles compact, fiable, standardisé et disponible sur étagère. D’abord destiné à la constellation OneWeb, il révolutionne le marché du NewSpace. Le besoin pour des petits viseurs performants, accessibles et rapidement livrables s’est rapidement élargi à tous les fabricants de satellites allant de 6U à 500 kg.
Auriga™ a été conçu en tenant compte de 4 critères fondamentaux : la compacité, la robustesse sur l’intégralité de la voûte céleste, la possibilité d’en produire plusieurs milliers par an et la tenue aux radiations pour garantir des durées de mission allant jusqu’à 10 ans en LEO et 15 ans en GEO.
- Une production industrielle et fiable pour garantir la meilleure offre
Dès le début de la conception du viseur Auriga™, SODERN a mis au centre de sa stratégie la capacité à livrer 2 000 viseurs par an. Pour cela, il a fallu penser dès la conception du produit, à son industrialisation en choisissant la supply chain la plus robuste et agile possible. L’entreprise a donc fait le choix non pas d’utiliser des composants issus de fonderies Hi-Rel, mais d’upscreener des composants de grade automotive sans compromis sur la fiabilité.
Ce choix permet de garantir aux clients l’accès à un produit compétitif, basé sur une supply chain habituée aux volumes et aux courts lead time.
Comment ? Depuis plus de 60 ans, SODERN, Société d’Etudes et de Réalisations Nucléaires, a développé en interne des compétences uniques dans l’étude et l’analyse des phénomènes radiatifs avec une équipe d’experts reconnus, et notamment de physiciens experts en interactions fondamentales et en particules élémentaires, qui font également de SODERN un fournisseur de sources de neutrons au meilleur niveau mondial.
Ce cœur de compétences a permis entre autres de participer à la conception de missions spatiales emblématiques dans des environnements extrêmement radiatifs et en travaillant avec des clients exigeants. Les missions vers Jupiter Juice (caméras de navigation spécialisées et viseurs d’étoiles Hydra) et Europa Clipper (Viseurs d’étoiles Hydra modifiés pour une meilleure tenue en radiations) en sont de bons exemples. Cette expertise a amené à identifier qu’une électronique qui tolère 35 krad, est le juste besoin pour des clients dont les missions LEO, MEO, GEO n’excèdent généralement pas 15 ans.
- Tous les composants électroniques et les capteurs d’images utilisés sont upscreenés.
Le capteur d’images et tous les composants électroniques utilisés dans le viseur Auriga™ sont upscreenés. Ceux-ci font l’objet d’un tri rigoureux, notamment à l’aide d’un test de vieillissement accéléré systématique et de caractérisations électriques sur toute la plage de température d’utilisation de l’équipement. Les composants électriques qui ne correspondent pas aux critères de sélection sont rejetés, et non utilisés pour la production. Ce tri garantit la fiabilité de tous les équipements produits. De même, tous les lots de composants approvisionnés sont soumis à des essais radiatifs et environnementaux, de manière à assurer leur qualité de fabrication et leur tenue jusqu’à une dose ionisante de 35 krad.
Si l’on regarde de plus près, sur la durée de vie d’une mission de 15 ans, les premiers phénomènes radiatifs qui réduisent la performance et donc potentiellement la durée de vie de la mission sont plutôt les dégâts de déplacement provoqués par les protons. Ceux-ci vont avoir pour effet de diminuer les performances du détecteur en dégradant son rapport signal sur bruit, indépendamment de la tolérance à la dose ionisante du détecteur.
C’est là que la clé a été de développer des algorithmes de prétraitements d’images propriétaires associés à une électronique de proximité pour compenser ces dégradations. Une autre technique mais dont le bilan est beaucoup plus couteux d’un point de vue consommation électrique est de refroidir le capteur d’images, ce que SODERN a décidé de ne pas privilégier. Ensuite, le choix d’un capteur d’images avec de petits pixels et des photodiodes de volume réduit, contrairement à la majorité des viseurs d’étoiles de la concurrence, a été crucial, également car plus le volume des photodiodes est faible et moins le détecteur est sensible aux dégâts de déplacement provoqués par les protons.
- Quels critères regarder pour évaluer la tenue aux radiations ?
En résumé, le niveau de tolérance à la dose ionisante (souvent exprimé en krad dans les datasheets) ou l’utilisation d’une fonderie de grade spatial ne garantissent pas à eux seuls la tenue globale aux effets de la radiation. Pour la majorité des missions d’une durée inférieure à 15 ans, les facteurs les plus impactants et limitants seront les dégâts de déplacement provoqués par les protons. Un détecteur fiabilisé pouvant tolérer 35 krad sera donc dans la plupart des cas meilleur qu’un détecteur supportant 100 krad mais souffrant de sa faiblesse à la tenue aux protons sans algorithmes de prétraitement d’images puissants adaptés.
Forts de ces compromis, depuis 2019, plus de 1 250 satellites sont équipés des viseurs de SODERN cumulant plus de 30 millions d’heures de vol avec 100% de succès mission. Forte de sa supply chain et de ses avancées technologiques, SODERN livre en moyenne 400 viseurs Auriga™ par an hors constellation dans le monde entier, avec un lead time inférieur à 1 mois.
