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ISAE-SUPAERO - en tant que centre de formation par la #recherche, de formation à la recherche et d’innovation - dispose de nombreux équipements de recherche utilisés au sein de ses 6 départements de recherche.
Aujourd’hui, nous vous présentons le #P68 !
Depuis 2018, le centre des opérations aériennes de l’ISAE-SUPAERO est équipé d’un bimoteur Vulcanair P68 Observer 2 pour enseigner aux étudiants de l’ISAE-SUPAERO la mécanique du vol, les techniques d’essais en vol et la réalisation de projets de recherche.
Cet avion dispose d’un système de télémétrie permettant de suivre les paramètres de vol en temps réel depuis les salles de cours du Campus. Polyvalent avec une charge utile importante, il peut embarquer divers capteurs grâce à une trappe sous le fuselage. Il dispose également d’une instrumentation unique pour les activités de recherche et de capteurs pour le suivi des pilotes (eye trackers à distance, caméra de scène, etc.) synchronisés avec les paramètres de vol. Il permet d’estimer les états attentionnels et cognitifs des pilotes (fatigue, distraction, inattention, engagement, etc.) en temps réel pendant le vol.

L’ISAE-SUPAERO a reçu la visite du professeur Shine S R de l’Indian Institute of Space Science and Technology (IIST) les 7 et 8 décembre. L’ISAE-SUPAERO a signé en 2020 un accord de co #coopération avec l’Indian Institute of Space Science and Technology et cette visite fut une occasion parfaite pour discuter sur l’approfondissement des collaborations en #formation et #recherche entre nos deux institutions.
ISAE-SUPAERO et IIST coopèrent déjà depuis 4 ans dans le cadre des projets académiques collaboratifs franco-indiens, impliquant les étudiants de l’ISAE-SUPAERO et de l’IIST sur des sujets en lien avec les missions d’exploration spatiale et avec la participation des experts du CNES, de l’IRAP et de l’agence spatiale indienne (ISRO) !

Cette vidéo et cet audio montrent les résultats obtenus par le rover martien Persévérance de la NASA et son microphone SuperCam lors de l’enregistrement des sons d’un tourbillon de poussière martien passé à sa verticale le 27 septembre 2021, le 215e jour martien ou sol, de la mission. Le tourbillon de poussière mesurait 25 mètres de large pour au moins 118 mètres de haut, et se déplaçait à 19 km/h environ.
C’est la première fois qu’un tel enregistrement est réalisé, car capturer un tourbillon de poussière demande un peu de chance. En effet, il a survolé le rover au moment où tous les capteurs de Persévérance mesurant le vent, la pression, la température et la poussière plus la caméra NavigationXXX (Navcam) étaient en marche.
Cela a permis aux scientifiques de combiner les sons, les images et les données atmosphériques. La combinaison unique de ces données, ainsi que la modélisation atmosphérique, ont permis aux chercheurs d’estimer les dimensions du tourbillon de poussière.
Les scientifiques ne peuvent pas prédire précisément le passage de ces vortex. Les rovers comme Persévérance et Curiosity les surveillent régulièrement. Lorsque les scientifiques constatent qu’ils sont plus fréquents à un certain moment de la journée ou qu’ils s’approchent d’une certaine direction, ils concentrent leur surveillance pour tenter d’attraper un tourbillon de poussière avec tous les capteurs à leur disposition.
> Pour mieux comprendre la vidéo, elle montre trois rangées d’images :
 la rangée du haut est une image brute de la surface martienne prise par la NavcamSuperCam ; bien que la caméra soit capable de prendre des couleurs, elle prend des images en noir et blanc lorsqu’elle recherche des tourbillons de poussière afin de réduire la quantité de données renvoyées vers la Terre (la plupart des images reviennent sans tourbillon de poussière détecté).
 la rangée du milieu montre la même image traitée avec un logiciel de détection des changements pour indiquer où le mouvement s’est produit au fil du temps ; la couleur est utilisée pour montrer la densité de la poussière, allant du bleu (bruit à la poussière de faible densité) au jaune en passant par le violet. Les zones où le mouvement est détecté sont indiquées par la couleur, le violet correspondant à un mouvement léger et le blanc à un mouvement plus rapide.
 la dernière ligne est un graphique montrant l’amplitude du son provenant du microphone de SuperCam et une chute soudaine de la pression atmosphérique enregistrée par la suite de capteurs de Perseverance, appelée Mars Environmental Dynamics Analyzer, fournie par le Centro de Astrobiología (CAB) à l’Instituto Nacional de Tecnica Aeroespacial à Madrid et l’amplitude du son provenant du microphone de SuperCam .
Un objectif clé de la mission de Persévérance sur Mars est l’astrobiologie, notamment la recherche de signes de vie microbienne ancienne. Le rover caractérisera la géologie et le climat passé de la planète, ouvrira la voie à l’exploration humaine de la planète rouge et sera la première mission à collecter et à mettre en cache de la roche et du régolithe martiens (roche brisée et poussière).

Dans le cadre de ses activités de recherche, l’ISAE-SUPAERO développe des composants et des systèmes électroniques pour applications scientifiques et spatiales. L’Espace est un milieu très agressif, notamment, car les particules de haute énergie émises par le soleil ou piégées dans les ceintures de radiation menacent la santé des astronautes, les propriétés des matériaux et le bon fonctionnement des puces électroniques.
Afin de reproduire en laboratoire les effets de ces rayonnements ionisants sur les technologies électroniques, l’ISAE-SUPAERO s’est doté d’une cabine d’irradiation aux rayons X dont l’énergie peut aller jusqu’à 320 keV. Cette vidéo présente une utilisation classique de cet équipement : un composant électronique à tester est placé dans la chambre d’irradiation, le tube à rayons X est mis sous tension, et les effets sur le fonctionnement du composant (ici un capteur d’image) sont observés et mesurés en temps réel.

Les drones et les nanosatellites trouvent de nombreuses applications dans les secteurs des médias, de l’industrie, de l’agriculture ou encore des télécommunications. Ces deux types de plateformes ont pour contrainte commune d’embarquer des systèmes complexes dans un volume réduit. Un des éléments clés des systèmes de communication embarqués est l’antenne qui doit, elle aussi, être compacte et légère.
L’ISAE-SUPAERO, en collaboration avec l’ENAC et la société ANYWAVES, développe actuellement des antennes diélectriques réalisées par impression 3D de céramique répondant aux critères exigeants d’intégration sur drones et nanosatellites. Grâce à la chambre anéchoïque disponible à l’ISAE-SUPAERO, les chercheurs impliqués dans le développement de ces antennes originales peuvent caractériser leurs propriétés en rayonnement avec précision et ainsi valider les nouvelles solutions technologiques proposées.

La soufflerie de visualisations est la seule soufflerie à conduit ouvert du département. Contrairement aux souffleries à conduit de retour, dans lesquelles l’air recircule dans le conduit, ici l’air est capté à l’extérieur du bâtiment, circule dans la soufflerie puis est évacué à l’extérieur grâce à un compresseur centrifuge à aspiration placé en sortie de la soufflerie.
Cette soufflerie est ainsi particulièrement adaptée à l’étude des pertubations d’écoulement : les pertubations maitrisées et bien qualifiées générées dans la veine d’essais sont ensuite évacuées sans venir modifier les conditions entrantes dans la soufflerie.
La veine d’essais de la soufflerie mesure 45 cm de côté et 3 m de long. Les vitesses peuvent atteindre 35 m/s. Sans aucune pertubation, la géométrie et traitement du conduit (filtres, nid d’abeilles et grilles fines) garantissent une bonne homogénéité spatiale et temporelle de l’écoulement qui présente un taux de turbulence voisin de 0.3%.
Ici, des volets oscillants sont placés en extrémité de veine d’essai pour générer des variations temporelles quasi-sinusoïdales maîtrisées de la vitesse de l’écoulement. Les pertes de charges associées à la fermeture des volets peuvent assurer une perte violente de plus de 50% de la vitesse longitudinale.
De telles perturbations aérologiques peuvent être enregistrées au cours d’un vol de faible altitude, particulièrement en environnement urbain pour lequel la présence de bâtiments accentue l’intensité des fluctuations du vent apparent. Ainsi, un drone évoluant à une dizaine de m/s est susceptible de rencontrer des rafales de vent de grande extension spatiale et d’amplitude similaire à sa propre vitesse d’avancement. Les propriétés et les effets de la turbulence atmosphérique sur les performances en vol de ces aeronefs légers, de petites tailles et de faible vitesse d’avancement sont donc très différents de ce qui est classiquement connu pour des avions de lignes. L’enjeu est de concevoir des drones, microdrones, nanodrones robustes aux rafales de vent.
Nous étudions actuellement la réponse aérodynamique instationnaire d’une aile soumise à une variation sinusoïdale du vent incident. Les dimensions de l’aile et vitesses étudiées sont représentatives d’un vol de microdrone en environnement urbain.
Les propriétés désirées de la rafale de vent sont assurés par un pilotage adapté des volets oscillants. L’écoulement instationnaire est caractérisé finement à l’aide d’une sonde fil chaud placée en entrée de veine d’essai. La rafale retenue présente une vitesse moyenne de 10m/s avec des variations de +/- 4m/s sur une période de 0.8 s.
Nous mesurons les performances globales aérodynamiques en relevant les évolutions temporelles des efforts de portance, traînée et moment de tangage pour différents angles d’incidence de vol.
Pour analyser l’origine de ces performances, il faut bien qualifier et comprendre la physique de l’écoulement autour de la maquette et sa réponse face aux variations de vitesse incidente. La Vélocimétrie par Images de Particules (PIV), fournit les champs de vitesses instantanés de l’écoulement. Par un post-traitement adapté, nous pouvons en extraire la dynamique de l’écoulement lors des rafales de vent.

Avec l’émergence du « New Space », de plus en plus de CubeSats sont lancés. Sur ces petites plateformes (les CubeSats sont constitués d’un ou plusieurs cubes standards de 10 cm de côté), plusieurs sous-systèmes doivent coexister. Si les solutions de propulsion électrique permettent de gagner de l’espace et du poids à bord, leur compatibilité électromagnétique avec les systèmes de communication embarqués est encore aujourd’hui questionnée.
L’ISAE-SUPAERO, en collaboration avec le CNES et le LAPLACE, développe actuellement des outils de simulation ainsi que des méthodes de caractérisation afin de fournir aux ingénieurs des outils de dimensionnement des CubeSats et des moyens d’essais efficaces pour répondre à cette problématique. Ce banc expérimental développé à l’ISAE-SUPAERO permet la caractérisation d’une décharge plasma représentative d’un propulseur électrique, ainsi que la mesure de ses interactions avec des signaux micro-ondes générés par des antennes de communication à proximité. Finalement, les données expérimentales obtenues permettront de calibrer les outils d’analyse numérique actuellement développés par nos équipes.