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JFPDA – 12 mai 2006 LAUTONOMIE BORD, EVOLUTION ET TENDANCES Marie-Claire CHARMEAU, Dominique SEGUELA.

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1 JFPDA – 12 mai 2006 LAUTONOMIE BORD, EVOLUTION ET TENDANCES Marie-Claire CHARMEAU, Dominique SEGUELA

2 JFPDA 12 mai Architecture classique de commande-contrôle Centre de contrôleCentre de mission surveillance et commande récupération des données mission Introduction

3 JFPDA 12 mai si on disposait dun satellite en visibilité permanente dune station sol dune liaison bord/sol de capacité illimitée dun nombre illimité dopérateurs dune capacité de réaction immédiate...il ny aurait pas dintelligence à bord ! Introduction

4 JFPDA 12 mai mais... les satellites ne sont pas en visibilité permanente contraintes géométriques (satellites à défilement), opérationnelles et budgétaires (réseau sol, centre de contrôle), disponibilité de la liaison bord/sol la liaison bord/sol a une capacité limitée contraintes techniques et légales (largeur de la bande de fréquence) les opérateurs sont en nombre limité contraintes budgétaires le temps de réaction nécessaire peut être incompatible avec la durée dune boucle bord/sol le coût global de lintelligence bord est élevé meilleur « compromis bord/sol » à trouver pour chaque mission oui, mais... Introduction

5 JFPDA 12 mai Pourquoi rendre les satellites plus autonomes ? Pour réduire le coût des opérations Hier et aujourdhui contrôle continu ou pseudo continu pour les satellites dapplications (7j/7, 24h/24) heures et jours ouvrés pour les missions scientifiques Demain ou après-demain opérations nominales assurées en autonome à bord (yc pannes connues et reconfigurations) compte-rendu synthétique régulier : « tout va bien » si pb grave, liaison bord-sol à linitiative du satellite et alerte opérateur Limites coût de validation système autonome / coût opérations système fiable de détection et dalerte (satellite + relais et stations) maintien des compétences des opérateurs

6 JFPDA 12 mai Pourquoi rendre les satellites plus autonomes ? Pour améliorer la disponibilité Hier et aujourdhui le FDI est fait par le bord, le R par le sol le satellite se met dans un état sain en attendant une reprise par le sol durée dindisponibilité mission = jours Demain ou après-demain tout le FDIR est fait à bord la mission continue, éventuellement dégradée le sol est averti, pour une possible modification en différé Limites difficulté diagnostic fin, choix nouvelle configuration coût de validation FDIR à bord / indisponibilité mission puissance de calcul embarquable maintien des compétences des opérateurs

7 JFPDA 12 mai Pourquoi rendre les satellites plus autonomes ? Pour améliorer la réactivité Hier et aujourdhui la planification de la programmation est faite au sol la programmation est souvent faite au sol délai de réaction : heures Demain ou après-demain programmation de haut niveau par le sol (par objectifs) prise en compte dévénements détectés à bord pour (re)planification autonome Limites identification fiable des événements validation complète impossible puissance de calcul embarquable

8 JFPDA 12 mai Pourquoi rendre les satellites plus autonomes ? Parce quon na pas le choix Sondes lointaines boucle bord/sol = minutes, voire heures programmation mission autonome FDIR autonome notion de « fail op » : ne pas interrompre les opérations nominales même en cas de panne (ex: insertion en orbite Martienne) Vols en formation contrôle positions relatives à haute fréquence SCAO autonome ( COA Demeter) communications inter-satellites la formation est vue comme un seul objet Nouvelles missions Très forte réactivité détection et observation de phénomènes non prévisibles (ex : SWIFT pour les sursauts Gamma)

9 JFPDA 12 mai Evolution du niveau de dialogue bord-sol 1970 nombre de commandes commandes immédiates plans de TC datées macro- commandes OBCPrequêtes services bord nécessaires pour ce niveau de dialogue gestion du temps décomposition en commandes élémentaires interprète bord planification bord SPOT 1 < 100 TC Myriade 350 TC Télécom NG 3000 TC ATV > 5000 TC

10 JFPDA 12 mai Evolution de lautonomie bord (1) 1970 datation pas de date bord date bord recalé par le sol chaque jour date fournie par le bord (DORIS, GPS) 1970 orbite pas dorbite bord orbite bord recalée par le sol chaque jour navigateur bord « hors boucle » navigateur bord « dans la boucle » 1970 attitude satellite spinné stabilisation 3 axes senseurs dattitude autonomes séquence dacquisition autonome

11 JFPDA 12 mai Evolution de lautonomie bord (2) 1970 guidage pas de guidage guidage calculé par le sol guidage bord à partir des données navigateur 1970 charge utile simple (on/off) 1970 traitement de pannes ?mode survie et reconfiguration par le sol robustesse (fail-ops) ou repli graduel, stratégies de repli charges utiles de plus en plus sophistiquées avec calculateur dédié et traitement bord

12 JFPDA 12 mai image tirée de nmp.jpl.nasa.gov Les étapes vers une autonomie avancée DS1 EO la NASA lance le New Millennium Program pour tester en vol les technologies du futur ST6 ST5 axe fort sur lautonomie équipe de spécialistes en I.A. Objectif initial: réduire le coût des opérations tolérance aux fautes intelligence artificielle logiciel nouvelle génération technologies clés

13 JFPDA 12 mai Deep Space One, pionnière de lautonomie Première du programme, la sonde Deep Space One, lancée en octobre 1998 Approche radicale sur lautonomie Impacts système et culturel sous-estimés Le Remote Agent fut finalement réduit à une expérimentation en vol dune semaine Remote Agent Mission Manager Mode ID and Reconfig Planner / Scheduler Smart Executive Planning Experts (incl. Navigation) Fault Monitors Real-Time Execution contraintes Objectifs prédéfinis superviseur de lexécution gestion des anomalies / diagnostic Résultats mitigés, mais ça marche! poursuite et amélioration des technologies

14 JFPDA 12 mai Le projet Techsat 21 (1) Trois satellites radar volant en formation pour former un seul instrument virtuel Traitement bord des données, détection d'événements, de changement MIR Model-based Identification Reconfiguration Superviseur d'exécution robuste en SCL* * SCL = Spacecraft Command Language Planification continue CASPER Gestion de la formation et des manoeuvres Projet mené par lUS Air Force Autonomous Sciencecraft Constellation fourni par le JPL Initialement prévu pour fin 2004

15 JFPDA 12 mai Exemple de scénario de démonstration envisagé Surveillance d'un écoulement de lave à Hawaï Liste des cibles à surveiller CASPER Plan 1 image précédente détection de changement Nouvel objectif: image haute résolution de la nouvelle zone CASPER Plan 2 SCL Exécution du plan manoeuvres prises de vue tri des données vidage Le projet Techsat 21 (2)

16 JFPDA 12 mai Le satellite EO-1 de la NASA eo1.gsfc.nasa.gov

17 JFPDA 12 mai Autonomous Sciencecraft Experiment sur EO-1 Instrument Hyperion utilisé pour détecter -glace -neige -inondations -points chauds -nuages Même principe que pour Techsat 21 mais un seul satellite opérationnel depuis novembre 2004 entre nov 2004 et juillet 2005: 2600 prises de vue autonomes nombre événements captés volume de données transmis multiplié par 100 coûts dopération réduits Hyperion image collected near Cheyenne, WY displaying partly cloudy conditions with high thin clouds over snow covered hilly terrain. bleu= sans nuages orange= nuages daltitude gris= nuages bas Validation of On-board Cloud Cover Assessment Using EO-1 extrait de:Dan Mandl, Michael Griffin

18 JFPDA 12 mai Tendances DS1EO-1 (ASE) PROBA SWIFT ESA NASA planification bord diagnostic bord RAXCASPER PROBA IDEAEUROPA MIRLIVINGSTONELIVINGSTONE2

19 JFPDA 12 mai Algorithmes de décision embarquables Planification Diagnostic Coopération multi-agents pour constellation ou essaim Axes de recherche Architecture décisionnelle / architecture logicielle Intégration dalgorithmes de décision dans une architecture bord Modèles de connaissance: comment assurer la cohérence? Validation darchitectures complexes

20 JFPDA 12 mai Facteurs humains Comment lever les obstacles au passage à une autonomie avancée? Evolution des rôles, partage des responsabilités, maintien des compétences Axes de recherche Démonstration démonstration en vol de contrôle dorbite autonome (2005) démonstrateur sol de satellite autonome


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