Relever les défis commerciaux et techniques des tests fonctionnels de l’avionique par satellite

​L’industrie spatiale connaît une transformation rapide sous l’effet des avancées technologiques et de l’augmentation des investissements des gouvernements, des entreprises privées et d’autres organisations. Alors que les pays du monde entier investissent massivement dans des programmes de conquête de la Lune, de Mars et au-delà, les entreprises privées apportent des contributions importantes dans le domaine des fusées réutilisables et de la simplification de l’accès à l’espace. Cette course à l’espace moderne est alimentée par un nombre sans précédent de constellations de satellites pour des applications telles que l’observation de la terre, la communication mondiale, la recherche scientifique et la défense.

L’évolution des technologies satellitaires est un moteur essentiel d’opportunités commerciales, d’innovation et de progrès technologique pour les entreprises qui développent des satellites. Cependant, cette transformation industrielle implique également un nombre croissant de défis commerciaux et technologiques que les entreprises et les équipes d’ingénieurs doivent relever. Le cœur d’un satellite est constitué de divers capteurs, de sous-systèmes avioniques destinés au contrôle du vol, d’électronique de puissance, de systèmes de communication et d’une charge utile unique pour la mission. Cet article aborde l’étape critique du test des systèmes avioniques par satellite tout au long du cycle de développement, en relevant les défis techniques et commerciaux et en garantissant finalement le succès de la mission.

Figure 1 : les satellites sont constitués de capteurs, de sous-systèmes avioniques, d’électronique de puissance, de systèmes de communication et d’une charge utile unique pour la mission.

​Défis liés aux tests d’avionique par satellite

​L’avionique des satellites est le composant ou le système responsable du vol du satellite et, à terme, du commandement et du contrôle d’un grand nombre d’autres systèmes satellitaires. Le test de l’avionique est une étape critique dans le développement et le lancement d’une mission satellitaire réussie. L’intensification de la concurrence sur le marché et les programmes gouvernementaux plus stricts ont entraîné une forte pression sur les coûts et les délais pour les fabricants de satellites. Par rapport aux attentes antérieures des programmes gouvernementaux, les programmes modernes sont contraints de réduire les coûts et de fournir des composants avioniques, des plate-formes, des sous-systèmes de charge utile et des satellites entièrement intégrés tout au long de la chaîne d’approvisionnement dans des délais plus courts. Pour les entreprises du New Space, la pression relative au délai de mise sur le marché est omniprésente,en raison du financement limité et de l’augmentation du nombre de nouveaux venus sur le marché. Cette pression considérable en matière de délais fait peser une charge de plus en plus lourde sur les organismes de test. Au fur et à mesure des retards de développement, les équipes de test doivent réduire leurs délais afin de respecter les dates clés du calendrier.

Figure 2 : délais idéaux d’un projet au regard de la réalité ; lorsque des retards surviennent au cours du développement, les organismes de test sont soumis à des contraintes de temps supplémentaires.

​Sur le plan technologique, assurer la fiabilité et la précision des tests est un défi majeur, tout en restant au fait des dernières avancées en matière d’avionique satellitaire et de technologies de charge utile. Compte tenu de l’évolution du marché vers des satellites en orbite terrestre basse (LEO) et des constellations de plus grande taille, les organisations d’ingénierie et de fabrication doivent également relever le défi d’augmenter les volumes de production d’un ou de plusieurs ordres de grandeur, tout en étant limitées par des ressources restreintes. Pour relever ces défis, les organisations impliquées dans les tests d’avionique par satellite doivent travailler plus étroitement et plus efficacement tout au long du cycle de vie du produit, investir dans les technologies d’automatisation et améliorer les processus organisationnels afin d’atteindre leurs objectifs commerciaux.

​L’approche de NI en matière de tests avioniques par satellite vise à optimiser l’efficacité organisationnelle et à améliorer la qualité ainsi que la fiabilité des satellites en utilisant des outils matériels et logiciels intégrés, l’automatisation des tests, et en permettant aux clients de faire des données un élément clé de leur stratégie de test. L’utilisation de systèmes d’acquisition de données, de conditionnement de signaux, de contrôle et de logiciels de test automatisés tout au long du cycle de vie du produit fait partie intégrante de cette approche. L’objectif de l’approche de NI est d’aider les ingénieurs à automatiser les tests en production des composants, à accélérer l’assemblage, l’intégration et le test (AIT) et à déplacer les activités de test plus tôt dans le processus de développement. En intégrant la gestion et l’analyse des données dans le test des composants et sous-systèmes satellitaires, il devient plus facile et plus rentable d’identifier et de résoudre les problèmes plus tôt dans le cycle de développement. NI fournit une solution complète qui rationalise le processus de test, contribue à garantir la qualité et la fiabilité et, à terme, permet aux fabricants de satellites de gagner du temps et des coûts.d’économiser du temps et de l’argent.

Figure 3 : l’approche de NI en matière de tests par satellite vise à optimiser l’efficacité organisationnelle et à améliorer la qualité ainsi que la fiabilité des satellites en utilisant des outils matériels et logiciels intégrés, l’automatisation des tests, et en permettant aux clients d’intégrer une stratégie de conception pour les tests (DFT).

​L’utilisation d’instruments définis par logiciel peut réduire les coûts globaux des équipements de test en permettant de réutiliser le même équipement et la même IP de mesure tout au long des cycles de vie de validation et de test en production. Les instruments définis par logiciel offrent une certaine flexibilité dans les tests en permettant à un seul équipement d’effectuer plusieurs fonctions ou de standardiser le matériel au sein d’une organisation. De plus, les instruments définis par logiciel facilitent l’automatisation des tests afin de minimiser les mesures manuelles et prendre en charge des volumes de production croissants. En standardisant et en réutilisant un nombre limité de ressources de test, vous pouvez vous concentrer davantage sur l’automatisation et l’amélioration des capacités de mesure, sur l’augmentation de la couverture des tests et sur le maintien des coûts à un niveau bas, tout en conservant la flexibilité.

​Sélection d’instruments de test paramétrique haute performance

​Les systèmes avioniques par satellite interagissent avec pratiquement toutes les autres parties du satellite, y compris les systèmes mécaniques et les actionneurs, les systèmes de guidage, de navigation et de contrôle (GN&C) et les systèmes d’alimentation électrique. Ces interfaces comprennent les signaux de contrôle, les signaux des capteurs, les signaux de navigation et de communication, ainsi que l’alimentation électrique. L’étendue des différents signaux d’E/S du système avionique nécessite une solution de test avec une grande variété d’instruments et de capacités. NI propose une sélection exceptionnelle d’instruments d’acquisition de données, de contrôle et d’électronique dans la plate-forme PXI pour répondre à toutes les exigences techniques d’un système avionique moderne par satellite. La plate-forme PXI permet également une approche évolutive en vue d’ajouter plus de signaux à mesure que le nombre de canaux augmente ou d’ajouter avec de nouveaux types de signaux à mesure que des composants supplémentaires sont intégrés dans un système. Le cadencement et la synchronisation PXI garantissent que la capacité de test de l’avionique par satellite peut répondre aux exigences techniques les plus strictes en termes de performances et d’échelle.

​Instrumentation à haute densité pour une large couverture des exigences

​La commutation est traditionnellement utilisée pour effectuer des mesures sur de grands ensembles de points de test, mais cela peut être simplifié avec des instruments à haute densité de canaux. Par exemple, toutes les mesures de tension ne requièrent pas l’exactitude d’un DMM, et les modules d’acquisition de données (DAQ) à haute densité peuvent supprimer le besoin de commutation dans le système de test. Les instruments disposent souvent de commutateurs internes ou d’impédances d’entrée élevées, de sorte que le recours à des commutateurs supplémentaires pour déconnecter l’instrument du DUT n’est pas nécessaire. Les E/S à haute densité permettent également des tests de validation plus approfondis, qui peuvent identifier les problèmes plus tôt dans le programme, réduisant ainsi les délais et les risques du projet. En raison de la densité et de la variété des signaux impliqués dans l’avionique par satellite, il peut être difficile de maximiser la couverture de test, tout en gardant des temps de test efficaces, mais la densité offerte par PXI permet de maximiser la couverture de test avec un impact minimal sur le temps de test, réduisant ainsi le risque du programme. La surveillance des canaux non critiques pour détecter les transitoires inattendus au moyen de canaux à faible coût et haute densité permet une couverture plus complète sans avoir besoin d’accorder à toutes les broches le même niveau d’examen et le même temps de test.  

​Selon le DUT testé, les E/S à usage général risquent de ne pas être suffisantes pour effectuer certaines mesures requises. Pour mesurer ces broches/canaux, un équipement spécialisé est mis en place ou un conditionnement de signal externe est utilisé. L’idéal est de pouvoir mesurer toutes les broches/canaux simultanément. C’est pourquoi le conditionnement du signal est couramment mis en œuvre, mais cela entraîne souvent des problèmes en matière de pérennité et de maintenance. La plate-forme PXI propose des modules avec un conditionnement de signal commun intégré pour simplifier la conception et la maintenance des systèmes de test. En plus des modules PXI, un châssis SLSC (Switch Load and Signal Conditioning) associé peut être utilisé pour répondre aux exigences de conditionnement de signal spécifiques à l’application.

​Permettre des tests et une mise à l’échelle à grande échelle

​La solution de test fonctionnel pour l’avionique satellitaire de NI propose un portefeuille complet de matériel à signaux mixtes, un logiciel d’abstraction des mesures, des moteurs de séquençage et des frameworks d’automatisation entièrement personnalisables, une infrastructure de système de test en rack et un espace pour héberger du matériel supplémentaire spécifique à l’application. Cette infrastructure permet aux systèmes de test basés sur PXI de rationaliser la conception, l’acquisition, l’assemblage et le déploiement d’un système de test essentiellement intégré, ce qui peut réduire considérablement les délais de développement des tests.  

​De plus, les interconnexions de masse permettent d’exploiter les ressources de test sur plusieurs produits et familles de produits sans modifier les ressources de test elles-mêmes. Les modifications apportées à l’adaptateur de test d’interface (ITA) permettent de minimiser, voire de ne pas modifier, les harnais de test coûteux, tout en réutilisant les ressources de test. L’utilisation d’E/S modulaires dans PXI permet aux systèmes de s’adapter au nombre de canaux requis pour le système avionique par satellite. Cela signifie que le même système conçu pour un composant peut être étendu pour répondre aux besoins des programmes futurs sans devoir acquérir un nouveau système. Ces systèmes peuvent être maintenus tout au long du cycle de vie du programme, de la conception des composants avioniques à la validation, à la production et à l’AIT, et le matériel peut être réutilisé avec des modifications logicielles pour répondre aux différents besoins en matière de tests.  

​Intégration de protocoles d’avionique numérique

​Outre la diversité des instruments nécessaires pour tester l’avionique par satellite de manière fonctionnelle, les systèmes de test requièrent souvent différents protocoles d’avionique numérique, notamment Ethernet, Serial RapidIO® et SpaceWire. L’intégration de ces interfaces dans un système de test présente souvent des risques importants pour la planification et la maintenabilité en raison du manque d’équipement commercial prêt à l’emploi (COTS) pour répondre à certaines exigences des spécifications. NI propose une approche visant à répondre à vos besoins techniques en combinant les avantages d’une solution COTS avec ceux offerts par une conception personnalisée, sans sacrifier la personnalisation requise pour répondre à vos exigences techniques. Nos outils intègrent un FPGA programmable par l’utilisateur pour une personnalisation maximale afin de répondre aux exigences de votre application. Contrairement à l’approche traditionnelle, NI fournit un point de départ de plus haut niveau, ce qui réduit la quantité d’ingénierie requise pour la création de la solution.

​Outils d’automatisation avancée et de conception interactive

La plate-forme PXI de NI facilite la mise en service, la mise au point et l’apprentissage rapide tout au long de la caractérisation entièrement automatisée jusqu’aux tests de validation d’assemblage et d’intégration. À l’aide d’outils tels que le logiciel NI InstrumentStudio™, les concepteurs et les techniciens peuvent mettre au point leur conception de manière interactive avec des instruments familiers, sans devoir recourir à la programmation. Le framework logiciel sous-jacent permet aux efforts de conception d’être utilisés dans des séquences de test automatisées en exportant les paramètres de mesure qui ont été précédemment optimisés pendant la phase de conception afin de les réutiliser dans des étapes ultérieures de tests automatisés avec des outils tels que TestStand.

​Assurer l’interopérabilité tout au long du cycle de vie

​L’un des principaux défis auxquels sont confrontées les organisations aujourd’hui est le manque de standardisation entre les fournisseurs en termes d’utilisation des frameworks logiciels, des langages de programmation et des outils d’automatisation des tests. Cette situation devient particulièrement problématique lors de l’assemblage, de l’intégration et du test (AIT) des satellites, car des tests complexes sont effectués à l’aide d’ATE provenant de plusieurs fournisseurs de composants. Pour relever ce défi, NI a adopté des outils et des approches avancés pour le partage des données et le contrôle des processus, en suivant l’évolution des besoins des clients en matière d’interopérabilité et de maintenance à distance. L’outil Remote Ability de NI tire parti de gRPC, un framework d’appel de procédure à distance (RPC) open source de haute performance, pour fournir aux organisations une interface logicielle simple entre leurs ressources de test qui favorise la compatibilité entre les langages et les environnements de programmation. En utilisant gRPC, les organisations peuvent implémenter une couche d’interopérabilité standard entre les fournisseurs et les ressources de test, ce qui permet aux fournisseurs de travailler dans le cadre de leurs flux de travail existants et d’utiliser leurs langages ainsi que leurs outils préférés.

​Livrer les produits plus rapidement grâce à la connaissance des données produit

​Les pressions du marché, telles que l’accélération des délais, un marché de plus en plus concurrentiel, l’évolution de la complexité des satellites et de la charge utile, ainsi que les coûts des investissements et de l’exploitation peuvent entraver l’efficacité de l’exécution et le succès global des entreprises de satellites. L’utilisation de stratégies de données centrées sur les produits qui impliquent la connectivité, l’analyse et l’automatisation peut aider ces organisations à maximiser la valeur commerciale des données de produits et de processus. Les stratégies de données axées centrées sur le produit intègrent les sources de données traditionnelles provenant des processus et des équipements, mais aussi d’autres sources telles que les spécifications, l’évolution de la conception, l’intégration et, surtout, les tests. Étant donné que les données sur les produits permettent de suivre le résultat, elles restent au cœur des stratégies centrées sur les produits. 

Alors que la nécessité d’une plus grande efficacité opérationnelle se fait sentir, les opérations de test doivent transformer leurs efforts en une plus grande valeur commerciale en fournissant une capacité de génération de données améliorée. Le logiciel SystemLink™ établit un lien entre les ressources de test en laboratoire et en production, permettant une gestion centralisée des systèmes et des données qu’ils produisent. Les données de test peuvent être utilisées pour surveiller les performances des composants et des systèmes satellitaires tout au long des processus de construction et d’intégration, ce qui permet d’identifier les problèmes ou les domaines à améliorer. En identifiant ces problèmes à un stade précoce, les entreprises de satellites peuvent éviter d’avoir à modifier la conception, ce qui peut entraîner des retards coûteux dans le calendrier. L’écosystème logiciel SystemLink de NI permet aux entreprises de recourir à des stratégies de gestion de données avancées en utilisant une approche logicielle et moderne pour analyser les données de conception et de test, en mettant l’accent sur la prise en compte des besoins des ingénieurs. SystemLink allie la vaste expertise logicielle de NI avec les nouvelles technologies de cloud et de machine learning afin d’aider les ingénieurs à créer rapidement de nouveaux produits et innovations.

​La complexité croissante des produits d’avionique par satellite contraint les équipes d’ingénieurs à fournir des systèmes de test plus complexes, tout en respectant des délais de plus en plus serrés. Ces pressions sont accentuées par un marché de la construction plus concurrentiel, où les économies réalisées grâce à l’excellence opérationnelle peuvent faire la différence entre une position de leader sur le marché et une lutte contre la concurrence. Pour lutter contre ces pressions, les meilleurs groupes d’ingénieurs standardisent leurs approches de test avec des frameworks réutilisables de composants COTS. Cette approche permet d’accélérer le développement, tout en garantissant l’évolutivité future.  

​NI est un leader dans le domaine du test depuis plus de 40 ans. L’approche de NI en matière de plate-forme de test combine des instruments haute performance à des outils logiciels de développement, de séquençage et de gestion des tests pour garantir le respect de vos attentes, vos délais de mise sur le marché et de vos budgets. NI vous aidera à standardiser vos processus, systèmes, logiciels et infrastructures de données afin de créer des bases solides pour les technologies de numérisation tels que l’analyse, qui tirent le meilleur parti de vos données dans le but d’améliorer les performances des produits et des opérations.

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