CNES Mag n°40 jan/fév/mar 2009
CNES Mag n°40 jan/fév/mar 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°40 de jan/fév/mar 2009

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Centre National d'Études Spatiales

  • Format : (210 x 280) mm

  • Nombre de pages : 72

  • Taille du fichier PDF : 8,9 Mo

  • Dans ce numéro : l'innovation spatiale au service de la société.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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ERATJ news TUBES À ONDES PROGRESSIVES Au TOP des signaux de radiofréquence Les laboratoires du CNES ont acquis une compétence reconnue dans le domaine des micro-ondes, notamment les tubes à ondes progressives (TOP) utilisés pour les satellites scientifiques et de télécommunications. Intégrés dans une charge utile de satellite, les TOPs permettent d’amplifier le signal radiofréquence qui sera émis au travers d’une antenne. Associée à une bonne connaissance des systèmes, cette expertise permet d’orienter et de soutenir les études de R&T liées à cet équipement. Les différentes études menées jusqu’à présent ont porté sur l’amélioration de la conception des différents sous-ensembles, contraints par les exigences spécifiques du spatial (masse, volume, consommation, fiabilité). Les niveaux de puissance en sortie du TOP ont ainsi pu être augmentés. Le rendement dans les bandes de fréquence pour lesquelles le marché des satellites de télécommunication est porteur (les bandes Ku (12-14 GHz) et Ka (18-22 GHz) a été amélioré. La contribution du CNES a ainsi permis à Thales Electron Devices de se positionner au premier rang mondial des fournisseurs de TOPs spatiaux. Capitalisée par le laboratoire hyperfréquence, l’expertise accumulée par le CNES joue un rôle majeur dans le domaine des fortes puissances. En lien avec les services de la Sous-direction radiofréquence, le laboratoire continue à contribuer, par ses moyens spécifiques, à des évolutions du design et à des optimisations du fonctionnement des TOPs. Le maintien de l’effort de recherche permettra l’amélioration constante des performances et participera ainsi à l’augmentation nécessaire de la capacité de la liaison de télécommunications par satellite. TRAVELLING-WAVE TUBES Excellence in radiofrequency signals CNES laboratories have gained proven expertise in microwave technologies over the years, particularly in travelling-wave tubes (TWTs) for science and telecom satellites. Part of the satellite payload, TWTs amplify the RF signal for transmission via the antenna. This expertise and the agency’s extensive systems knowledge guide and support R&T studies to improve the design of the subassemblies, which are subject to the mass, volume, reliability and power constraints of the space environment. TWT output power levels have been increased, particularly in the frequency bands associated with the high-growth satellite telecoms segment : K u (12-14 GHz) and K a (18-22 GHz). Thanks to CNES’s contribution to these developments, Thales Electron Devices has become a world-leading supplier of TWTs for space applications. Leveraged through its microwave laboratory, CNES’s accumulated expertise plays a major role in the high-power segment. In liaison with the RF Subdirectorate, the laboratory is working to evolve TWT design and efficiency. A sustained research effort will help to achievethe constant improvement in performance and higher levels of transmission capacity needed for future telecom applications. Parasol joue les prolongations Lancé le 18 décembre 2004 pour une mission de deux ans largement remplie, Parasol est prolongé jusqu’à la mi-2010. Jour après jour, ce microsatellite poursuit sa collecte de données en concertation avec les différents instruments de l’A-train afin de mieux comprendre le rôle des nuages et des aérosols dans le bilan thermique de notre planète. Toutes ces informations à l’échelle du globe nous renseignent sur les variabilités saisonnières, et à plus long terme sur les tendances des propriétés des aérosols ou de celles des nuages. Utilisées conjointement avec des modèles de climat ou de chimie-transport, elles permettent d’en valider les processus, soit radiatifs soit dynamiques. Parasol mission extended Launched on 18 December 2004, Parasol has more than fulfilled its two-year mission, now extended to mid-2010. The microsatellite collects data in conjunction with the other A-Train satellites to help us better understand the role of clouds and aerosols in our planet’s heat balance. These global data provide valuable insight into seasonal variability and the longer-termevolution of cloud and aerosol properties. Used with climate and chemical transport models, they also serve to validate the associated radiative and dynamic processes. www.cnes.fr http://www.cnes.fr/webmag 14/cnesmag JANVIER 2009
Au cœur de l’innovation Nano/Quand les ballons font la chaîne Souples, économiques, évolutifs… les ballons font partie intégrante du paysage du CNES, lequel anime de nombreuses campagnes pour des missions scientifiques ou technologiques. Parmi les différents types mis en œuvre, les ballons troposphériques évoluent dans les basses couches atmosphériques et sont les alliés précieux des services météorologiques. « Le système est rodé, mais pour optimiser l’offre scientifique, nous avons lancé en 2004 une étude R&T. Via des ballons de très petite taille, il paraissait possible d’améliorer les performances du système à coût constant », précise Nicolas Verdier, responsable des systèmes aérostatiques au CNES. Techniquement, la difficulté était de maintenir la liaison avec des ballons distants de plusieurs centaines de kilomètres, au-delà de la visibilité radio, en consommant un minimum d’énergie. « L’idée du vol en formation, utilisé pour les satellites, m’a paru reproductible pour les ballons », poursuit-il. De l’idée à la réalité, de nombreux petits ballons sont passés sur son écran d’ordinateur jusqu’à ce que le principe général soit validé. Un protocole multifonctions En réduisant la masse des ballons à quelques centaines de grammes et en multipliant leur nombre, Nicolas Verdier obtient un réseau qui permet un grand nombre de mesures sur une zone donnée : chaque ballon ne parle qu’à son voisin et, de proche en proche, renvoie ses données vers une station fixe ou mobile. Sous cette architecture simple, la chaîne cache dans ses mininacelles des logiciels très sophistiqués. Sur la base d’un cahier des charges précis, la PME Able in Europe et le CNES ont travaillé sur un protocole validé sur ordinateur, puis consolidé par la réalisation de prototypes. Ce protocole a fait l’objet d’un dépôt de brevet ; le dossier est actuellement en instruction. Peu coûteuse en énergie, cette solution met en œuvre des enveloppes de faible volume très robustes. La taille de leur nacelle est quasi celle d’une boîte d’allumettes. Baptisé Nano (Nano Aerostat Network for Observation), ce réseau de ballons offre déjà de belles perspectives dans les applications concrètes envisagées. Selon son inventeur, « dans le domaine de la météorologie et de l’étude de l’atmosphère, Nano pourrait offrir des données précieuses sur le bassin méditerranéen ou se glisser au plus près de l’œil des cyclones tropicaux. Mais le protocole en lui-même pourrait aussi trouver des utilisations proches des services au public. Les services de sécurité, entre autres, pourraient y avoir recours dans la surveillance des feux de forêt ». Le catalogue pourrait encore s’élargir car le concept Nano peut aussi offrir des services de localisation. u LILIANE FEUILLERAC pour le/for CNES R L’innovation est le domaine d’excellence du spatial… à moins que ce ne soit l’inverse. CNES Mag innove donc en ouvrant, pour ses lecteurs, une nouvelle rubrique consacrée aux innovations ! Pourquoi, comment et quelles applications concrètes découlent du patient travail de recherche… CNES Mag vous en dit plus. Innovation is where space really excels, or maybe that should read the other way round… Either way, CNES Mag is forging ahead, too, with this all-new column dedicated to ground-breaking advances. We step into the world of research to bring you the why, the how and the resulting real-world applications. INSIDE INNOVATION Balloon-borne observation in chain configuration Flexible, scalable and economical, balloons are integral to CNES operations. Tropospheric balloons operate in the lower layers of the atmosphere and are a vital ally of weather services around the world. « The CNES system works well, but to further enhance our services for the science community we launched an R&T study in 2004. Basically, there was scope to improve system performance without increasing costs by using a much smaller type of balloon, » explains Nicolas Verdier, in charge of these aerostat systems at CNES. The big technical challenge was to maintain the link with balloons at ranges of several hundred kilometres beyond radio visibility while minimizing power consumption. « To overcome these inherent difficulties, I sought to replicate the concept of satellite formation flying, » he continues. To get from concept to reality, he studied many models of small balloons on his screen to make the general principle workable. Multifunction protocol By reducing balloon mass to just a few hundred grams but using more of them, Nicolas Verdier created a network of balloon-borne sensors allowing extensive observations in a given area. Each balloon communicates with its immediate neighbour only, passing data down the chain to a fixed or mobile receiving station. Behind the simple architecture of this chain of mini-gondolas lies some highly sophisticated software. Working to precise specifications, CNES teamedwith an SME called Able in Europe to develop a computervalidated protocol and consolidate it through a series of prototypes. A patent application for the protocol is currently being assessed. The solution uses robust low-volume envelopes and requires only minimal power. The gondola is not much bigger than a matchbox. Called NANO (Nano Aerostat Network for Observation), this chain configuration offers excellent prospects in a range of real-world applications. According to its inventor, « NANO can provide valuable data for meteorology and atmosphere research in the Mediterranean basin, or even return observations close to the eye of a tropical storm. The protocol itself could equally be exploited in areas of public service. In civil protection, for example, it could be used to monitor forest fires. And in healthcare, potential roles include tracking people with cognitive disorders. » The NANO concept could also be extended to location-based services. JANVIER 2009 cnesmag/15



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