Progrès réalisés dans le domaine des Fine Steering Mirrors piézoélectriques pour les liaisons optiques intersatellitaires dans les constellations spatiales
Les communications optiques en espace libre (FSO) connaissent une expansion rapide grâce au déploiement de grandes constellations de satellites et au développement de liaisons optiques intersatellitaires (OISL) fonctionnant entre les orbites LEO, MEO et GEO. Ces architectures s’appuient sur des terminaux de communication optique (OCT) intégrant des miroirs de guidage fins/rapides (FSM) pour compenser les fluctuations de la plate-forme, les erreurs de pointage et les micro-vibrations tout en maintenant une stabilité élevée de la liaison optique. Le nouveau marché spatial émergent impose des contraintes strictes en termes de taille, de poids, de consommation d’énergie (SWaP), de coût, de fabricabilité et d’évolutivité, les programmes de constellations nécessitant des dizaines de milliers d’unités FSM.
CEDRAT TECHNOLOGIES a relevé ces défis dans le cadre du projet CONECS, en se concentrant sur le développement d’un FSM piézoélectrique qualifié pour l’espace et d’une électronique d’entraînement associée optimisée pour les environnements de constellations LEO. S’appuyant sur une longue expérience en matière de vols spatiaux, le projet a abouti à une nouvelle génération de FSM alliant des performances de pointage élevées, une grande robustesse face aux conditions de lancement et en orbite, et une rentabilité adaptée à la production en grande série.
Le P-FSM35XS, dérivé du mécanisme DTT35XS dont les performances ont été éprouvées lors de missions telles que PHARAO et PAM30, a été optimisé pour les applications New Space. La conception mise à jour permet d’augmenter la course angulaire de 27 %, pour atteindre jusqu’à 6,1 mrad, tout en conservant des bandes passantes compatibles avec les exigences de stabilisation FSO. Les améliorations apportées à la conception comprennent une détection simplifiée par jauge de contrainte en demi-pont, une compensation intégrée du décalage au niveau du mécanisme, une complexité de câblage réduite et une meilleure fabricabilité, ce qui se traduit par une fiabilité accrue et une interchangeabilité au niveau du système.
Pour des amplitudes de pointage plus importantes, le P-FSM150S offre une course mécanique pouvant atteindre 18 mrad grâce à des actionneurs piézoélectriques amplifiés (APA150S) nouvellement développés. Son support de miroir flexible innovant s’adapte à la fois aux miroirs en carbure de silicium (SiC) montés à vis pour les missions à haute fiabilité et aux miroirs en silice fondue (SiO₂) à coût optimisé pour les variantes New Space COTS. Les tests de qualification et de durée de vie démontrent une résolution inférieure à 20 µrad, des fréquences de résonance supérieures à 700 Hz, une tolérance à la charge de lancement et une durée de vie supérieure à 10⁹ cycles d’actionnement. Les tests sur banc optique confirment des améliorations significatives en matière de stabilisation du faisceau et de précision de pointage.
Ces systèmes FSM sont contrôlés par le contrôleur piézoélectrique à double canal CCBu20-NS, qui fournit un actionnement push-pull, un conditionnement des jauges de contrainte, un contrôle PID numérique en boucle fermée avec des filtres coupe-bande accordables et des interfaces de télémétrie et de télécommande intégrées. Le contrôleur prend en charge des bandes passantes en boucle fermée supérieures à 250 Hz et une tolérance au rayonnement allant jusqu’à 30 krad, ce qui permet un fonctionnement fiable dans les missions New Space LEO.
Ensemble, ces développements constituent un portefeuille FSM cohérent, évolutif et rentable de CEDRAT TECHNOLOGIES, répondant spécifiquement aux besoins de pointage et de stabilisation des constellations de communication optique SmallSat.
