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Prototype de système optique à résolution extrême

En réponse au criant besoin de hausser la résolution et la couverture des systèmes d’imagerie air-sol et espace-sol, les domaines de l’aérospatiale et de la défense ont développé une norme encadrant la charge utile des dispositifs d’imagerie de haute précision pour qu’ils soient compacts, légers et stables dans les conditions ambiantes auxquels ils sont exposés.

Défense aérospatiale
Tim Pope
Date  Juin 2020

En aérospatiale, on entend par charge utile tout composant d’un véhicule spatial conçu spécifiquement pour la collecte et la transmission des données de mission. Les charges utiles optiques sont utilisées à des fins de surveillance et d’observation. Il s’agit, par exemple, de l’appareil d’imagerie du spectre visible et multispectrale de la mission Sentinel-2, des appareils d’imagerie infrarouge multispectrale et à large bande dont seront équipés les satellites Earthcare destinés à la collecte de données scientifiques ou les satellites militaires équipés de systèmes d’imagerie à très haute résolution spatiale.

Plusieurs raisons motivent l’amélioration des charges utiles optiques. Les nouveaux capteurs à forte densité de pixels peuvent produire une imagerie longue portée de très haute résolution, mais seulement avec de l’équipement optique et optomécanique adapté. C’est le cas pour les caméras du spectre visible et infrarouge. Or, l’imagerie à longue portée nécessite de l’équipement optique de grande taille. C’est pourquoi, afin de réduire les charges utiles qui équiperont les plateformes aéroportées et les satellites, il est impératif de rendre les structures optomécaniques aussi compactes et légères que possible.

L’efficacité de l’équipement optique repose sur un alignement de précision et la résistance aux vibrations et aux fluctuations de température. Au chapitre des fluctuations de température, les gradients thermiques induits dans la structure optomécanique, qui peuvent être jusqu’à dix fois plus importants que les fluctuations isothermiques, représentent le principal risque. En conditions ambiantes, il devient difficile d’assurer l’efficacité des charges utiles haute résolution.

Ces considérations sont particulièrement importantes pour les drones et les caméras aéroportées et spatiales, dont les bilans de volume et de masse sont très limités et exigent une structure optomécanique légère. À cela s’ajoutent les fortes vibrations et les grandes fluctuations de température auxquelles ces dispositifs sont exposés, que ce soit au cours du lancement ou en raison de la dynamique de vol ou des gradients thermiques ou, encore, de l’exposition périodique au réchauffement solaire dans le vide spatial.

Comment relever ces défis? En partie avec la conception de structures optomécaniques alliant des matériaux intelligents et des matériaux légers de pointe, comme le polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP), pour assurer la stabilité dimensionnelle dans des conditions normales et de survie. En effet, un composant en CFRP est environ cent fois moins sensible aux gradients thermiques qu’un composant de forme similaire en aluminium. Il serait donc judicieux d’envisager le polymère renforcé de fibres de carbone pour la conception de dispositifs optiques destinés à l’espace, qui sont sensibles aux distorsions thermiques et dont le volume excède un pied cube.

Parmi les autres solutions à envisager, mentionnons l’utilisation de concepts et de positionnements optiques et optomécaniques avancés, des approches avancées pour l’alignement robuste et de haute précision des composants, et des configurations optiques avancées pour assurer la stabilité dimensionnelle des montages de suivi optique sur une large plage de température. L’alignement par hexapode et projecteur de cibles (dispositif de mesure des coordonnées [CMM]), utilisé en tandem avec un logiciel perfectionné d’alignement optique haute précision, en sont des exemples.

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INO possède une expérience éprouvée de la conception de solutions matérielles fondées sur ces principes. Par exemple, nous avons conçu et fabriqué une caméra infrarouge dans les bandes infrarouge moyen (MWIR) compacte et stable pour un module stabilisé et un banc optique fait de polymère renforcé de fibres de carbone ultrastable pour une charge utile de satellite. Le premier est conçu pour produire des images MWIR stables et à haute résolution pour un usage tactique, et le second, des données de haute qualité à partir d’un dispositif d’imagerie compact et léger monté sur un petit satellite à faible coût.

Vous pouvez compter sur notre équipe pour découvrir les territoires technologiques inexplorés, mettre à votre disposition notre expertise et continuer d’être votre partenaire de choix pour la conception, le prototypage et la production de solutions parfaitement adaptées à vos exigences les plus rigoureuses.

N’hésitez pas à communiquer avec moi pour discuter du développement de charges utiles optiques, d’un partenariat avec INO ou pour en savoir plus.

À propos de l'auteur

Tim Pope

Gestionnaire Développement des affaires - INO Ontario

Tim Pope a travaillé sur plusieurs projets de développement de capteurs et systèmes d’imagerie dans les domaines civils, militaires et spatiaux, dont l’instrument NIRST qui était sur le satellite SAC-D/Aquarius de la NASA-CONAE et le radiomètre à large bande sur le satellite Earthcare de l’ESA.  Présentement, il travaille en étroite collaboration avec plusieurs clients d’INO et participe également à plusieurs projets de développement de systèmes optiques.

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