Programme des cours 2015-2016
AERO0018-3  
Space experiment development
Durée :
30h Th, 30h Pr
Nombre de crédits :
Master en ingénieur civil en aérospatiale, à finalité5
Master en ingénieur civil physicien, à finalité5
Master en sciences spatiales, à finalité5
Nom du professeur :
Pierre Rochus
Langue(s) du cours :
Langue anglaise
Organisation et évaluation :
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Unités d'enseignement prérequises et corequises :
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus du cours :
Le cours a pour objectif d'introduire différentes notions de base, propres à la conception d'une charge utile spatiale et de son interaction avec le satellite.
Plusieurs concepts généraux comme l'environnement spatial, le contrôle thermique (les notions de température de puits et d'émissivité effective), la contamination, les aspects dynamiques (les notions de masses effectives et masses dynamiques), la tribologie, la compatibilité électromagnétique,   ...enseignés dans ce cours sont applicables également au niveau du satellite ou de tout autre de ses sous-systèmes.
En particulier, les sujets suivants sont traités :
  • Objectifs scientifiques de l'instrumentation spatiale à l'ASE.
  • Environnement spatial (vide, microgravité, radiations, ceintures de Van Allen, particules énergétiques, oxygène atomique, vibrations, débris, simuler l'environnement spatial...)
  • Détecteurs (particules détectables, types de détecteur, rôle de l'instrumentation spatiale, spécifications,...)
  • Contrôle thermique (radiatif, contrôle passif, contrôle actif, méthodes de contrôle, analogie électrique, différences finies, simulations numériques, tests...) 
  • Contamination (dégazage, salles blanches, spécifications, tests...)
  • Structure (lubrification, soudage à froid, environnement de lancement, couplages satellite / charge utile, couplages charge utile / composant, chocs, vibrations aléatoires, tests,...)
  • Les aspects opto-mécanique et stabilité dimensionnelle,
Le cours est agrémenté d'exemples de projets spatiaux. Par ailleurs certaines notions sont approfondies en séance de travaux pratiques : contrôle thermique et simulations numériques avec le logiciel ESATAN-TMS de l'Agence Spatiale Européenne, environnement spatial et simulations numériques avec le logiciel en ligne SPENVIS, très utilisé dans la communauté spatiale, couplage satellite / charge utile,....
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
Objet du cours
Les objectifs du cours sont:
-  donner un aperçu du contexte dans lequel travaillent les industries spatiales européennes, qui conçoivent et réalisent notamment des expériences scientifiques pour l'Agence Spatiale Européenne (ASE, ESA) ;
-  décrire les types de problèmes techniques rencontrés et la façon de travailler, qui est en quelque sorte dictée par l'ESA, au-travers de ses documents: Experiment Interface Document - EID Part A et Part C et ses normes ECSS;
-  présenter de façon plus détaillée, quelques recettes pour des problèmes techniques spécifiques choisis (un peu arbitrairement) parmi ceux que nous avons rencontrés.
Le choix des matières retenues risque de changer d'une année à l'autre en fonction:
- des réactions des étudiants, de leurs besoins, de leurs acquis, de leurs goûts 
- des besoins des industriels de la région travaillant dans ce domaine pointu. (Par exemple, pas de maîtrise d'œuvre d'un projet de l'importance d'un satellite; sauf peut-être pour de petits satellites mais plutôt  au niveau d'expériences scientifiques spatiales).
Ce cours aborde principalement les problèmes technologiques de la conception d'expériences scientifiques spatiales vues sous les aspects thermiques, mécaniques, dynamiques, contamination. Les matériaux et technologies "spécifiques au spatial", les aspects contamination et compatibilité électromagnétique (Aussi importants en électronique), le plan de développement et la philosophie des tests de vérification et de qualification seront exposés.
Même si ces aspects sont limités, aucun ne sera vu à fond; chacune de ces matières ferait l'objet d'un cours à elle seule. 
Les outils de simulation, des éléments de technique du vide et de cryogénie seront également abordés. Dans la mesure du possible, des cas vécus seront enseignés.
 
*           Les technologies spatiales n'ont rien de spécifique; ce sont leurs conditions d'utilisation qui sont très spéciales. D'autres instruments scientifiques sont également très demandeurs (CERN pour la cryogénie et les détecteurs,...)
*           Les méthodes développées peuvent évidemment être utilisées dans d'autres domaines: certaines notions comme les paramètres effectifs en dynamique ou la notion de masse dynamique des structures spatiales, ne sont pas ou peu connues dans d'autres domaines (aéronautique, automobile) alors que ce sont des notions fructueuses.
*           Le cours sera illustré par des visites, présentations vidéo, Séminaires variés.
*           Risques de recouvrements avec des matières d'autres cours ---> ce cours sera revu annuellement, en fonction des remarques des étudiants afin de minimiser ces redites.
 
 
Travaux individuels et par équipe de 2 : 4 groupes de 2
Exercices individuels en
Thermique : Echange radiatifs d'un instrument
Dynamique
Présentation seul ou en équipe de sujets spécialisés ou peu développé au cours par intérêt personnel
Visites : ESTEC, CSL, AMOS, Techspace Aero; WSL, ...
 
 
Savoirs et compétences prérequis :
Afin d'acquérir plus facilement les notions du cours, il est conseillé  (mais non obligatoire) que l'étudiant possède des prérequis en
  • Transfert de chaleur
  • Théorie des vibrations
  • Conception de satellite
  • Astrodynamique, mécanique céleste
A titre d'information, les cours correspondants enseignés à l'ULg sont :
  • « Transferts de chaleur et de matière », Prof. XX
  • « Dynamique des systèmes mécaniques », Prof. J-C. Golinval
  • « Théorie des vibrations », Prof. J-C Golinval
  • « Conception des satellites », Prof. G. Kerschen
  • « Astrodynamique », Prof. G. Kerschen
Ce cours est généralement suivi par des étudiants des deux facultés des Sciences et des Sciences aplliquées ; le contrôle des acquis générés par ce cours tiendra compte des acquis du passé et des objectifs futurs de l'étudiant.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
Le cours et les séances de travaux pratiques sont présentés oralement à l'aide de transparents. Les travaux pratiques sont réalisés en classe par les étudiants (ordinateur portable nécessaire pour utiliser les logiciels).
Mode d'enseignement présentiel.
Le cours et les séances de travaux pratiques sont présentés en classe. Certains travaux pratiques peuvent être réalisés par l'étudiant à distance afin de mieux assimiler le cours.
Des exemples concrets sont présentés et des visites peuvent être prévues
Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
Présentiel + Q&R
Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
Les références suivantes sont recommandées, à titre d'information :
« Spacecraft Systems Engineering », P.Fortescue, J.Stark, G.Swinerd
« Cours de technologie spatiale: Techniques & Technologies des Véhicules Spatiaux » CNES
" Handbook of Space Technology" Wilfried Ley/Klaus Wittmann/Willi Hallmann (Editors)
« Spacecraft Thermal Control Handbook, Vol I : Fundamental Technologies », D.G Gilmore
« Principles of Space Instrument Design », A.M. Cruise, J.A. Bowles, T.J. Patrick, C.V. Goodall
« Spacecraft Structures », J.J Wijker
« Vibration Analysis for Electronic Equipments », D.S Steinberg
« Electronic Imaging in Astronomy ; «Detectors and Instrumentation» Ian s. McLean
« Observing Photons in Space » M.C.E. Huber, A. Pauluhn, J.L. Culhane, et al. Eds.
« Astronomical Optics » Daniel J. Schroeder
« Principles of Optics » Max Born & Emil Wolf
« L'observation en Astrophysique » Pierre Léna, Daniel Rouan,
 
Modalités d'évaluation et critères :
La cote finale du cours est basée sur  :
-30% examen écrit : exercices et notions vus au cours (a livre ouvert)
-70% examen oral : questions ouvertes (à partir d'une liste de questions - à confirmer)
Stage(s) :
Des stages et des TFE directements liés au différents aspects du cours sont régulièrement proposés au CSL
Remarques organisationnelles :
Le cours se donne la plupart du temps au Centre Spatial de Liège pour permettre de voir en direct des exemples concrets. Le support du cours est écrit en français / anglais et le cours est donné en français ou anglais suivant l'audience.
Contacts :
Professeur : Pierre ROCHUS, Directeur Scientifique du CSL; prochus@ulg.ac.be 0477372388
Assistant: Lucas Salvador lsalvador@ulg.ac.be +3243824600 ext 663
Bibliothèque et Gestion des stages : Florence Defraigne. fdefraigne@ulg.ac.be  +3243824600 ext 612
Les sujets de stage et de TFE concernent les disciplines:   design thermique, design mecanique, optique, électronique, surface engineering...(Voir http://www.csl.ulg.ac.be/jcms/c_5053/en/home)