RKS produit des composants pour les systèmes de navigation inertielle

Les spécialistes du Centre de microélectronique de la holding Russian Space Systems (RKS, qui fait partie de Roscosmos) ont développé une technologie de traitement par lots de microcomposants en quartz et en silicium pour accéléromètres et gyroscopes, les produits les plus importants pour la navigation et le contrôle dans les équipements spatiaux et aéronautiques.

La tâche de navigation, déterminant l'emplacement d'un objet par rapport au système de coordonnées de référence, a été résolue depuis le moment où un humain a commencé à se déplacer.

La distance parcourue et l'emplacement ont été calculés à l'aide d'outils tels qu'un sextant et des calculs simples. L'ère de l'aviation et de l'astronautique a permis de résoudre le problème de la navigation inertielle - navigation relative à un système de coordonnées inertiel - automatiquement à l'aide de systèmes embarqués.

L'évolution des systèmes de navigation

Depuis plus d'un demi-siècle, les systèmes de navigation inertielle ont subi d'énormes changements : des plates-formes gyrostabilisées (GSP) de 80 kilogrammes aux systèmes de navigation inertielle strapdown (SINS) pesant des dizaines de kilogrammes. Les systèmes calculent une solution de navigation basée sur les signaux des capteurs de vitesse angulaire et des accéléromètres. Les gyroscopes laser, à fibre optique et à ondes à deux degrés, réglés dynamiquement, sont utilisés comme capteurs de vitesse angulaire.

Pour mesurer l'accélération apparente, des intégrateurs d'accélération linéaire gyroscopiques, des accéléromètres à pendule et à quartz sont utilisés. Si dans les GSP la plate-forme elle-même est un intégrateur analogique, alors dans les SINS, le problème est résolu à l'aide d'ordinateurs numériques.

Évidemment, des dispositifs avec de telles masses et dimensions ne peuvent pas être installés sur des produits miniatures, tels qu'un quadricoptère, un petit vaisseau spatial ou un vaisseau spatial de type CubeSat. Même pour une voiture, de tels appareils sont surdimensionnés. Pour de tels objets, des solutions appropriées sont nécessaires - compactes, légères et avec un haut degré d'autonomie.

Gyroscopes micromécaniques

Pour les produits miniatures, où il est permis d'augmenter la précision des informations en faveur de la masse, la direction des gyroscopes micromécaniques et des dispositifs basés sur eux est en cours de développement. Un gyroscope micromécanique de la taille d'une boîte d'allumettes fournit aux produits des mesures de vitesse angulaire et d'accélération apparente. Cependant, comme les autres gyroscopes, le gyroscope micromécanique est un produit de haute technologie, dont la fabrication est associée à un certain nombre de difficultés.

Les technologies de production de gyroscopes micromécaniques sont similaires à celles de production de produits radioélectriques, les normes topologiques mondiales ont déjà atteint le niveau de 0,35 micromètre. Avec une forte demande de capteurs inertiels miniatures, il y a des difficultés dans le développement de nouvelles technologies de fabrication et une pénurie de fabrications en série d'éléments sensibles. Un certain nombre d'entreprises russes de ce créneau produisent individuellement de tels microcomposants, cependant, chaque produit a ses propres dimensions géométriques, ils doivent ensuite être affinés et laborieusement mis aux normes requises dans l'espace.

Les technologies RKS domestiques (russes)

En réponse à ce problème, RKS a développé des technologies de groupe, lorsque des éléments sensibles de même géométrie sont fabriqués sur une même plaque. Une production de masse innovante permettra de s'éloigner de la pratique de la production "manuelle" pièce par pièce. La principale caractéristique des méthodes développées à RKS est d'augmenter la précision et la répétabilité des dimensions géométriques des microstructures massives.

Le lancement de la nouvelle production a montré que le rendement en microcomposants adaptés correspondant à la documentation de conception atteint 70%, alors qu'avec d'autres méthodes ces chiffres ne dépassent pas 30%. Grâce au savoir-faire utilisé à RKS, la précision des éléments en silicium du système microélectromécanique des accéléromètres et des gyroscopes a été atteinte jusqu'à 1 micromètre et la précision du micro-usinage des éléments sensibles au quartz a été multipliée par 5 par rapport aux technologies traditionnelles.

Application des microsystèmes

Les nouveaux accéléromètres et gyroscopes seront de haute précision et de petite taille - le poids et la consommation d'énergie des satellites diminueront. Les paramètres obtenus ouvrent des perspectives pour leur fonctionnement dans des conditions difficiles de l'espace extra-atmosphérique. Ces dispositifs seront utilisés dans les systèmes de contrôle et de navigation autonomes des lanceurs, sur les orbiteurs, les modules interplanétaires et de descente. À l'avenir, ils deviendront la base de gyroscopes et d'accéléromètres innovants pour des engins spatiaux prometteurs, des cubesats aux stations interplanétaires.

Les microcomposants de haute technologie ont, par ailleurs, un grand potentiel commercial, car ils sont largement utilisés dans des domaines non spatiaux. Par exemple, ils sont également utilisés dans le forage pétrolier, le transport, l'aviation, les systèmes aériens et terrestres sans pilote, les machines industrielles et divers appareils portables. Une haute précision de fabrication permettra de les utiliser dans des appareils de classe de navigation et un segment plus large de technologie haut de gamme.

Le traitement mathématique des informations provenant de gyroscopes micromécaniques, d'un récepteur de signal de système de navigation par satellite et de suiveurs d'étoiles permet de déterminer les paramètres de navigation avec une grande précision, ce qui est nécessaire au fonctionnement d'un système de contrôle de mouvement d'engin spatial. La solution RKS combine un système informatique sur puce, associé à un récepteur de navigation, des gyroscopes micromécaniques et des informations provenant de capteurs d'étoiles - un tel système miniature avec traitement conjoint des informations primaires et des méthodes de filtrage fournira une solution complète au problème de navigation.

Source et crédit photographique: RKS/Roscosmos