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NOTE DE L'ÉDITEUR
Cet article est la version actualisée et complétée de l’article E3572 intitulé « Conception de cartes pour équipements spatialisables» rédigé par Claude DREVON et José ALDEGUER paru en 2005.
RÉSUMÉ
Les cartes électroniques pour les applications spatiales (satellites) exigent un niveau élevé de fiabilité et une tenue à des contraintes environnementales sévères spécifiques du domaine spatial. L’article présente les différentes exigences à respecter pour garantir la fiabilité et pour assurer la mission. Les environnements que subissent les cartes électroniques sont détaillés en quatre parties : les sollicitations de type mécanique, thermique, rayonnement et radiatif. Tous ces aspects imposent des limitations technologiques au niveau des matériaux de base, des moyens et des outils. Une attention particulière sera portée sur les règles de conception et les procédés de fabrication des cartes électroniques incluant les contrôles de fiabilité.
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Lire l’articleAuteur(s)
-
David VIALA : Responsable bureau d’études cartes électroniques-équipements numériques, - Thales Alenia Space, - Thales, Toulouse, France
INTRODUCTION
Les cartes électroniques doivent répondre à un critère de niveau de fiabilité de 15 ans en vol pour les missions géostationnaires, dans un environnement spécifique en termes mécaniques, thermiques, rayonnements et radiatifs. De plus, le stockage et le conditionnement au sol avant d’être en vol peuvent durer plusieurs mois voire années. Cette longévité est parfois limitée à quelques années pour des missions plus scientifiques sur des orbites basses de type Leo stationnaire.
Ce qui était vrai dans les années 2000, concernant les faibles quantités inhérentes au marché spatial ne permettant pas de profiter de l’effet de masse nécessaire à l’introduction de nouvelles technologies ou limites technologiques, n’est plus le cas maintenant. En effet, même si la notion de série n’existe pas comme dans les domaines automobile ou grand public (exemple de la téléphonie mobile), les volumes se comptant par dizaines d’unités, il est primordial d’embarquer les nouvelles technologies, afin de disposer d’équipements électroniques performants répondant au besoin des clients. Les applications sont diverses, commerciales ou militaires, elles concernent la navigation, l’optique et les télécommunications. Les opérateurs de satellites doivent disposer en vol de solutions flexibles à forte capacité.
Suite à une description des contraintes environnementales, l’article détaille le domaine de qualification pour les technologies des cartes électroniques qui couvre trois domaines :
-
le support de base qui est le circuit imprimé (PCB) ;
-
les composants électroniques et non électroniques assemblés sur le PCB ;
-
les modes d’assemblage (brasage, collage, vissage…).
Les principales règles de conception et d’industrialisation sont illustrées, leur respect est primordial pour garantir un niveau de fiabilité conforme au besoin des missions spatiales.
Les points majeurs concernant les contraintes environnementales sont détaillés dans un premier temps. Puis, sont analysées les phases de développement souvent itératives. Les étapes principales pour la réalisation des cartes électroniques et une accentuation sur les contrôles sont présentées en fin du document.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des sigles utilisés.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2005 par Claude DREVON, José ALDEGUER
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1. Contraintes environnementales
1.1 Mécanique
Les équipements électroniques subissent des vibrations au moment du lancement de la fusée, et des chocs lors de l’éjection du satellite de la coiffe (sommet de la fusée) et également lors du déploiement des panneaux suite aux déclenchements des boulons pyrotechniques. Les aspects thermomécaniques liés à des phénomènes de fatigue sont évoqués au paragraphe 1.3.
L’origine des sollicitations mécaniques résulte de trois phases consécutives :
-
la phase de lancement au cours de laquelle les sollicitations sont essentiellement liées à la technologie et aux performances du lanceur ;
-
la phase de mise à poste du satellite sur son orbite au cours de laquelle les sollicitations sont essentiellement liées à la technologie et aux performances du satellite ;
-
la phase de vie en orbite (phase pendant laquelle le satellite effectue sa mission) au cours de laquelle les sollicitations sont essentiellement liées à la technologie du satellite, mais aussi à la nature de l’orbite (orbite géostationnaire, à défilement…), donc à celle de la mission.
Les différents environnements mécaniques induits peuvent se résumer de la façon suivante :
-
des accélérations dites « statiques » ou très basse fréquence, induites par la poussée au décollage ;
-
des vibrations dites « sinus » basse fréquence (f < 100 Hz) : des oscillations de poussée entretenues par un couplage mécanique fluide-structure. Il s’agit de vibrations au niveau des pompes et des écoulements de propergol, couplées éventuellement avec les fréquences longitudinales du lanceur ;
-
des vibrations transitoires basse fréquence : des phénomènes vibratoires liés aux rafales de vent et aux extinctions de poussée ;
-
des vibrations acoustiques (f < 10 kHz) : des phénomènes vibratoires liés au bruit des moteurs et au bruit aérodynamique ;
-
des vibrations aléatoires (f < 2 000 Hz, tableau ...
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Contraintes environnementales
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALAY-EDDINE (M.) - Méthode d’analyse des cartes électroniques soumises à des vibrations environnementales. - [E 3 954] (2013).
-
(2) - CADALEN (E.) - Conception et fabrication des circuits imprimés rigides. - [E 3 342] (2013).
-
(3) - * - Cartes électroniques : technologies et conception [42287210].
-
(4) - COLONNA CECCALDI (M.) - Cartes imprimées. - [E 3 910] (1988).
-
(5) - LEROSE (S.) - Intégrité de signal et compatibilité électromagnétique (CEM) des cartes électroniques. - [E 3 455] (2015).
-
(6) - POUPON (G.) - Procédés de packaging et d’interconnexion de composants électroniques. - [E 3 401]...
http://www.iftec.fr http://www.cnes.fr
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Salons :
IPC APEX EXPO (États-Unis)
ELECRONICA (Munich – Allemagne)
Journées RT CNES (Centre national d'études spatial)
HAUT DE PAGE
ECSS-Q-ST-70-60C, ECSS standards for PCB.
ECC-E-ST-10C, ECSS standards for system engineering general requirements.
MIL-STD-883, MIL standards for test method for Microcircuits.
IPC-1-610, IPC standards electronics assembly.
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