L’étude et la réalisation de l’alimentation du futur satellite SATEDU ont été confiées à l’équipe de l’ADREF13 en particulier F11GVK Max , F1BQR Pierre , F5DKJ Jean-claude , en relation avec un étudiant(Norbert) de la Licence Professionnelle d’Ingénierie Informatique et le Lycée Technique du REMPART.

La mission qui nous a été confiée devait répondre à des critères précis (sortant parfois des concepts classiques de l’électronicien de base) définis par l’équipe de l’AMSAT et son chef de projet Ghislain RUY F1HDD.

Les principales caractéristiques du satellite sont :

-Le satellite est de forme cubique d’environ 30 cm de côté ; 5 faces sont équipées de panneaux solaires (la 6 ième étant la fixation au lanceur).

-L’orbite est prévue à 600km ,ce qui donne une période d’environ 96 minutes , un temps d’éclipse de 35min et un temps d’illumination de 61min .

-La puissance disponible par panneau sera de l’ordre de 10 watts, comme le satellite sera en rotation sur lui même le maximum de puissance pourra être de l’ordre de 17 watts.

Les principaux critères a respecter sont les suivants :

• L’alimentation sera AUTONOME ;
• Sa seule commande extérieure sera la commande de mise en marche à la séparation du lanceur avec une temporisation de 30 s .

• Les panneaux solaires seront déconnectés jusqu'à la séparation du lanceur + 30s.
• En cas de retard au lancement un dispositif de sécurité doit garder déconnectés les panneaux solaires pendant 1 mois ,ce même dispositif servira en cas de défaillance de la commande de mise en marche.
• Température de travail -25°C , +65°C
• Tension de sortie +5v , 4A et +9v , 4A
• Les batteries seront au NiCd nombres 8 éléments de 7Ah
• Puissance électrique moyenne disponible par orbite 3.9 w.
• Puissance crête de la charge utile 20w.
• Prévoir un système de mesure de courants , de tensions des panneaux et des batteries sur un bus SPI.

- Rendement impératif de 80% pour les convertisseurs

Deux types de panneaux sont proposés :

• type silicium , avec une cellule de 10.778cm² , un panneau comprenant 2x32 cellules un panneau donnant 14v et 0.778A soit 11.6w en début de vie et 12v et 0.72 soit 8.6w en fin de vie
• Type Arseniure de gallium avec une cellule de 19.5cm², un panneau comprenant 4x7 cellules un panneau donnant 13.6v et 0.98A soit 13.4w en BOL et 12v et 0.9A soit 11.6w en EOL

Le choix sera fonction des propositions commerciales avec une préférence pour le 2ieme type .

Pour l’étude du prototype l’ADREF13 a financé l’achat d’un panneau solaire modèle TGM 750-12v de 12 w environ

Les batteries ont été fournies par Max F11GVK et la structure mécanique a été faite par F1BQR, la carte prototype par F5DKJ.

SCHEMA SYNOPTIQUE -DESCRIPTION

DESCRIPTION DES DIFFERENTS ELEMENTS

Mesure des courants panneaux solaires et batteries :

Pour mesurer ces courants on utilise en série entre la sortie des panneaux ou devant la batterie un composant MAX471 qui permet de fournir une tension proportionnelle au courant débité ,cette tension est référencée à la masse . Ce composant utilise un montage à amplificateur différentiel.

Pour une sécurité supplémentaire ce composant est doublé devant les panneaux solaires.

La valeur de sortie est de 1v/A.

Régulateur et gestion de la charge des batteries :

La régulation et la gestion de la charge est contrôlée par un circuit MAX 1640EEE , ce composant est un système à charge à courant constant .

Le courant de charge et la tension maximum de sortie sont programmées par des résistances , la tension maximum d’un élément NiCd en fin de charge étant de 1.45v , nous avons dans notre cas tension maximum égale à 8x1.45v=11.60v .

Convertisseur –régulateur pour l’obtention du +5v :

Nous avons choisi un composant à découpage STEP-DOWN le LT 1374-5 .Celui -ci permet d’avoir +5v avec 4A avec un rendement de près de 85%.

Convertisseur –régulateur pour l’obtention du +9v :

Ici le problème se complique (merci Ghislain). En effet le pack de batterie peut voir sa tension depuis le minimum 8x1v=8v et maximum 8x1.45v=11.6v. La première solution a été d’utiliser un composant STEP-UP jusqu'à 15v ,puis un composant STEP-DOWN pour +9v. A ce moment le rendement global de l’alimentation tombe à 60% donc inacceptable d’après les critères donnés. Il a donc fallu se tourner vers un convertisseur dit " Buck/Boost " qui permet avec une seule inductance et un transistor Mosfet de réaliser ce montage.

Le circuit est un LTC1625 avec des transistors Mosfet en découpage (IRF7201), le rendement atteint 83% mais est limité en courant ,on a donc doublé le convertisseur sur la carte d’essai.

Les batteries :

Les batteries sont du type NiCd (8 éléments de 1.2v 7Ah) ce qui permet d’envisager à pleine charge une capacité de 67 wh. Afin d’éviter au maximum l’effet mémoire (tension inverse) lorsqu’ un ou deux éléments deviennent défectueux .L’ensemble est équipé avec des diodes Schottky de puissance

Système de mesure des courants et tensions :

Ce système utilise un convertisseur analogique digital MAX186 . Il s ‘agit d’un circuit 8 voies analogiques .

Ce sous -ensemble ne fait que mesurer et envoyer sur le bus SPI les valeurs brutes . Les conversions d’échelle seront faites par le logiciel du calculateur de bord (à chacun ses problèmes hi !)

Dispositif de sécurité de commutation des panneaux solaires :

Dispositif de mise en service :

Le dispositif intègre deux fonctions :

- Une fonction de mise en service temporisée à 30secondes après le détachement du lanceur.

- Une deuxième fonction de mise en service 30 jours plus tard qui vient en complément ,ou en sécurité , dans le cas ou la première n’aurait pas fonctionné.

Le choix de 30s est imposée pour ne pas perturber la charge principale (les payeurs du lancement).

Le choix de 30jours est celui du cas le plus défavorable où le lanceur reste sur le pas de tir .Après on démonte tout ! ! ! !

Fonction de mise en service à 30s :

Ce système détecte l’ouverture d’un contact et déclenche un temporisateur de 30s qui active un relais statique qui permet la commutation des panneaux solaires. L’alimentation est faite par une pile au lithium .

Dans le cas ou le système ne détecte pas l’ouverture du contact on passe à la fonction 30jours .

Remarque : comme ce système marche par manque de courant , inévitablement à la mort de la pile le relais statique commutera les panneaux.

Fonction de mise en service à 30jours :

Ce système alimente un relais statique par une deuxième pile au lithium qui est calculée pour durer 30jours . Au bout de ce temps le relais retrouve sa fonction N.O ( normalement ouvert )qui commute les panneaux solaires.

Cette étude et la réalisation du prototype nous a apporté un savoir -faire important dans des domaines peu connu pour nous , il a fallu beaucoup se documenter , beaucoup de mail avec le chef de projet ( encore merci Ghislain pour ta disponibilité) ,mais cela vaut vraiment la peine .

Nous envisageons d’utiliser cette étude pour de futures balises terrestres autonomes.

Maintenant on passe à la réalisation de la carte de vol ,autre savoir faire ! ! et surtout on attend avec grande confiance le futur décollage .