MATLAB et Simulink pour les systèmes spatiaux

MATLAB® et Simulink® offrent aux ingénieurs de l'industrie aérospatiale des fonctionnalités qui accélèrent le processus de développement et optimisent la communication entre les équipes. Les ingénieurs systèmes et sous-systèmes utilisent MATLAB et Simulink pour :

  • Effectuer à bien des validations de mission basées sur des exigences dans le domaine temporel
  • Exécuter des simulations de Monte-Carlo au niveau du système à l'aide de modèles d'engins spatiaux pluridisciplinaires
  • Réaliser des études de compromis pour le dimensionnement de l'engin spatial et la sélection du matériel
  • Analyser les données de télémétrie et de charge utile des engins spatiaux
  • Concevoir des algorithmes de guidage, navigation et contrôle (GNC) détaillés
  • Modéliser des sous-systèmes d'alimentation photovoltaïque (PV) et concevoir les composants d'électronique de puissance
  • Analyser les sous-systèmes RF et de communications numériques et déployer les algorithmes sur FPGA
  • Générer du code C et C++ embarqué conforme aux normes de l'industrie spatiale
  • Effectuer les activités de vérification et de validation du logiciel de vol

« MATLAB et Simulink nous ont permis de réaliser une économie d'environ 90 % sur les coûts par rapport à l'alternative que nous avions envisagée, tout en nous apportant la flexibilité nécessaire en termes de codage pour développer nos propres modules et comprendre parfaitement les hypothèses formulées, ce qui est essentiel pour communiquer les résultats aux autres équipes. »

Patrick Harvey, Virgin Orbit

Utiliser MATLAB et Simulink pour les systèmes spatiaux

Guidage, navigation et contrôle (GNC)

Grâce à MATLAB et Simulink, les ingénieurs peuvent tester leurs algorithmes de contrôle en utilisant des modèles de simulation avant l'implémentation, ce qui leur permet de réaliser des designs complexes sans recourir à des prototypes onéreux. Ils peuvent concevoir plusieurs configurations physiques, comme par exemple l'architecture commune d'un bus pour le design d'un satellite. Dans un même environnement, les ingénieurs :

  • Construisent et partagent les modèles GNC
  • Intègrent et simulent l'impact des modifications du design mécanique et des contrôles au niveau du système
  • Réutilisent automatiquement le code de vol généré et les cas de test
  • Intègrent de nouveaux designs aux designs et outils existants.

Système d'électronique de puissance

Les ingénieurs en systèmes d'électronique de puissance utilisent MATLAB et Simulink pour des tâches telles que la réalisation de simulations pour l'analyse du profil de puissance de la mission, la prédiction des impacts système du vieillissement des batteries et la conception détaillée des composants électriques, tels que les convertisseurs DC/DC.

Ils peuvent rapidement modéliser les composants et systèmes électriques voulus, tels que panneaux solaires et régulateurs de tension, à l'aide des blocs fournis, ou créer des blocs personnalisés là où si le design le nécessite. Les ingénieurs peuvent ensuite simuler le modèle pour résoudre les systèmes d'équations complexes sous-jacents sans écrire de code de bas niveau, et visualiser immédiatement les résultats. Ils peuvent également inclure des effets thermiques et d'attitude dans leurs modèles pour effectuer des simulations multi-domaines au sein d'un seul et même environnement.

Systèmes de communications

Les ingénieurs en systèmes de communications utilisent MATLAB et Simulink comme environnement de conception commun pour développer, analyser et implémenter les systèmes de communications de l'engin spatial. Ils peuvent utiliser MATLAB et Simulink pour prototyper les éléments de la chaîne du signal, y compris les éléments RF, antenne et numériques. Le travail des différentes équipes peut être ensuite fusionné dans un modèle exécutable au niveau du système.

Les ingénieurs peuvent  explorer rapidement les imperfections au niveau du système et étudier différents scénarios de simulation difficiles à produire en laboratoire.  À mesure que le design évolue, ils peuvent générer automatiquement du code C pour les processeurs embarqués ou du code HDL pour les FPGA.

Ingénierie système

Les ingénieurs système utilisent MATLAB et Simulink pour mener à bien leurs analyses dynamiques. Ils utilisent des modèles exécutables d'engins spatiaux et de systèmes au sol multi-domaines pour la validation et la vérification des exigences, et sont en mesure de communiquer des informations concernant le comportement et les performances au niveau du système qu'une analyse statique est à elle seule dans l'incapacité de fournir.

Les ingénieurs système peuvent tracer les exigences à partir des spécifications de haut niveau, surveiller leur implémentation détaillée dans le design et assurer leur suivi dans le code source généré automatiquement. Ils peuvent mapper les exigences à des cas de tests et mesurer automatiquement leur couverture à mesure que les cas de test sont exécutés.

Ils peuvent également créer des rapports personnalisés et automatisés pour la documentation et les tests du design.

Ingénierie logicielle pour la conformité aux normes spatiales

Les ingénieurs en aérospatial et logiciel sont tenus de se conformer à un large éventail de normes qui régissent leurs processus de développement. Avec MATLAB et Simulink, les ingénieurs sont en mesure de se conformer aux normes utilisées dans le monde entier, telles que les spécifications NPR 7150.2 (exigences en ingénierie logicielle de la NASA) et ECSS-E-40 (European Cooperation for Space Standardization, ingénierie spatiale – logiciel).

Les ingénieurs peuvent réaliser des tests unitaires basés sur les exigences et s'appuyer sur des contrôles automatisés de conformité aux normes de modélisation pour s'assurer que les algorithmes de leur logiciel de vol sont prêts pour la production. Ils peuvent ensuite générer automatiquement le code C et C++ à partir des modèles et utiliser l'analyse statique de code, des méthodes formelles et des fonctionnalités de revue du code pour vérifier la conformité à des normes telles que la spécification MISRA.

Ils sont également en mesure de démontrer l'absence d'erreurs à l'exécution et d'automatiser l'inspection de leur code. Les ingénieurs peuvent automatiser la génération des artefacts de certification à chaque étape, y compris les documents de conception du logiciel, les métriques et les exigences. 

Modélisez, simulez et visualisez les satellites CubeSat

La bibliothèque de simulation CubeSat pour Aerospace Blockset™ vous permet de modéliser, simuler, analyser et visualiser le mouvement et les dynamiques des satellites CubeSat. Pour démarrer avec les simulations CubeSat, vous pouvez utiliser les modèles ou les exemples de la bibliothèque prêts pour la simulation. Recherchez le terme « CubeSat » dans Add-On Explorer sur le bureau MATLAB pour trouver et installer la bibliothèque.

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