Les microdrones à la DET (Direction de l'expertise technique)

10/10/2017
Publication REE REE 2005-10
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-10:20209
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Résumé

Les microdrones à la DET  (Direction de l'expertise technique)

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. Dossier) TÉLÉMESURES : DOMAINE TECHNIQUE ESSENTIEL DES ESSAIS EN VOL Les microdrones à la DET (Direction de l'expertise technique) Par David FILLIATI, Aurélien GODIN', Nicolas TESSAUDI DGA/DEP/CEP,DGA/DET/ETASz, DGAIDETILRBA 3 Mots clés A icrod rones, Robotique, Expertise, Evaluation Les drones, ces avions sans pilotes, sont devenus des systèmes incontournables dans le domaine de l'observation et du renseignement militaire. Ces drones se déclinent maintenant en des versions légères et simples à mettre en oeuvre par un fantassin pour obtenir un renseignement de proximité en temps réel. Nous présentons les développements entrepris dans ce domaine par la Délégation r, " générale pour 'armement. Introduction La Direction de l'expertise technique (DET) de la Délégation générale pour l'armement (DGA) met en place depuis 2002 un ensemble de compétences et de moyens, afin de répondre aux besoins d'essais et d'assistance à maîtrise d'ouvrage des actions lancées par les services de programme de la DGA dans le domaine des micro et minidrones. Ces engins volants de petite taille, pilotés à distance ou autonomes, sont destinés à assister le combattant dans sa progression en milieu hostile, en particulier en environnement urbain, voire à l'intérieur de bâtiments ou de tunnels. Les compétences spécifiques mises en place complètent et s'appuient sur l'expertise existante sur les systèmes d'armes et de forces concernés par ces engins : maîtrise du milieu aéroterrestre et observation-renseignement. 2. Actions DGA en cours La DGA a défini quatre générations de mini et micro- Zn drones. La première génération regroupe les minidrones à voilure fixe, et correspond aux minidrones actuellement en service dans les forces armées à travers le monde, qui volent en espace ouvert. La deuxième génération corres- pond à des minidrones capables de vol stationnaire et de vol à basse altitude en zone urbaine. La troisième géné- ration regroupera des microdrones capables de voler en intérieur. Finalement, la quatrième génération regroupe un ensemble de concepts plus futuristes. 1 Z, ( MAV2G 'J - ) () 1 -mAv3G MAV4G - 1 Insecte _, ,¢ f ,· erhfciel W i - 4 " *400W ?fltl> ?U (i 201 Figure 1. Les générations de iiiicrodroiies définies par la DGA. ESSENTIE SYNOPSIS Les mtcrodronessont des engins volants de petites dimensions utilisés par des fantassins pour obtenir en temps réel des informations sur leur environnement proche. Cessystèmes sont en plein développement, et pourraient dans le futur intervenir dans les zones urbainesou à intérieur de bâtiments. Cet article présente es différentes technologies impliquées dans ces systèmes et les actions mises en placepar la Délégationgénéra- le pour l'armement dans ce domaine, en termes d'études, d'expertise et d'évaluation. Micro-UAVsare smallflying devicesusedby dismounted soldiers to obtain real-time informationon their close environment. These systems are rapidlyevolvingand could be used in urban areaor inside buildings.This article presents the technologies involved in these systems and the studies, expertisesand evaluationsmade in this area by the DélégationGénéralepour l'Armement. REE No 10 Novembre 2005 Les microdrones à la DET (Direction de expertise technique Les minidrones de la première génération, en service à travers le monde dans de nombreuses forces armées, sont typiquement des drones à voilure fixe, d'envergure de l'ordre du mètre et qui sont utilisés pour des missions d'observation sur une portée de plusieurs kilomètres. Dans cette catégorie, la DGA conduit actuellement l'ac- quisition de drones pour l'armée de terre dans le cadre de l'opération DRAC (Drone de reconnaissance au contact). /J , Figbire 2. Drone à voilure toumante carénée développé par la société Bertin technologies. La seconde génération est l'objet de la plupart des études amont en cours. L'objectif est de fournir une capacité de vol à basse altitude en milieu urbain (entre les bâtiments) afin de pouvoir observer à travers une fenêtre par exemple. La majorité des projets appartenant à cette génération font appel à des voilures tournantes. Un pro- totype de drone à voilure tournante carénée, incluant une capacité d'évitement d'obstacles pour le vol en milieu urbain, est en cours de développement par la société Bertin Technologies dans le cadre d'un programme d'étu- de amont de la DGA. Les premiers vols ont été réalisés en 2004 et 2005. De nouveaux développements et d'autres essais en vol sont prévus en 2006. Concernant cette seconde génération, la DGA sponsorise également un concours de minidrones, organisé par l'ONERA (http ://concours-drones.onera.fr). Dans cette compétition internationale, 18 équipes issues d'écoles d'ingénieurs et d'universités ont été financées pour développer des prototypes de minidrones capables de vol stationnaire dans un milieu urbain. La compétition finale après deux ans de développement s'est déroulée au mois de sep- tembre 2005. Elle a consisté en une mission de recon- naissance et d'observation en milieu urbain. Sur le plan de la coopération européenne, un contrat devrait être notifié courant 2005 pour développer un système de drone miniature capable de vol stationnaire et de vol de croisière rapide. Les nations intervenantes sont la France, l'Italie, la Norvège et l'Espagne. Pour la troisième génération, les missions sont envi- sagées à l'intérieur de bâtiments, ce qui conduit à envisa- ger des voilures tournantes, mais aussi des modes de vol plus futuristes tels que les ailes battantes. Les besoins en termes de perception de l'environnement et de contrôle deviennent également très difficiles à satisfaire. Dans cette optique plusieurs actions ont été lancées dans le domaine des MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems, systèmes mécaniques conçus par des techniques dérivées de l'industrie microélectronique) et de la robo- tique inspirée de la biologie pour évaluer le potentiel de ces technologies pour les microdrones futurs. Le domaine étant très prospectif, avec un large domaine de technologies évoluant très rapidement, la DGA a lancé une étude pour la définition d'un outil de prototypage virtuel pour les minirobots et les microdrones. Cet outil de prototypage permettra la capitalisation des connaissances et des modèles de sous-systèmes pouvant être inclus dans des microdrones, afin de pouvoir conduire des études sur l'impact des performances de ces sous-systèmes sur la per- formance globale de la mission, et ainsi d'être en mesure d'orienter efficacement les développements futurs. . '.''` "etia'Me. ,. ; ..· ·': zü' ' qe sx " s_.m'° xvc y,. ,: in r,g.,,`F.- " x) r - s ·s m. :M ·üYqF'7.. . °Fv 111 7 3p 1 ï .r " `e'^.e °`fit' pru,.. z" rt. aY.· :,. Y R'mY,, · ,, R^ i3 yF.k-. ? '1 !x, _ ï' _ `f :k pa e x^ m .W',rt.u. · .,'yy s.,F Yi !'3 hi. M ;;!, ., > " ;: .. " r j· s t'$Y'. ;: Figure 3. Prototype d'ailes battantes réalisées en technologie MEMS par la société SJLMACH. Finalement, la quatrième génération dans laquelle peuvent se placer des systèmes se rapprochant d'insectes artificiels est le sujet d'études préliminaires sur des aspects particuliers. Ainsi, un premier prototype d'ailes battantes en silicium imitant les ailes de libellules a été développé par la société SILMACH en utilisant la tech- nologie MEMS, qui permet de répartir des actionneurs sur toute la surface des ailes. Il a ainsi été démontré que la construction de telles ailes réalisant un mouvement de battement était possible. Les travaux portent actuellement sur le contrôle du battement afin de produire une force de portance et la conception d'une structure plus complète REE No 10 Novembre 2005 m Dossier TÉEÉMESURES : DOMAINE TECHNIQUE ESSENTIEE DES ESSAIS EN VOL combinant des microbatteries avec le corps central de cet insecte artificiel. 3. Les centres de la DET Depuis 2002, plusieurs centres d'expertise et d'essai de la DET ont été impliqués dans le développement des microdrones. Conduisant ces actions, le Centre d'expertise parisien (CEP) a initié en 2002 un projet fédérateur pour ses départements sur ce sujet. Son objectif est de développer une capacité d'expertise à la DGA, essentiellement pour les deuxième et troisième générations de microdrones. Pour faire face aux nombreux challenges technologiques liés au haut degré d'autonomie et d'intégration néces- saires et aux différentes contraintes d'emploi (compacité, robustesse, discrétion), le projet s'appuie sur les compé- tences des différents départements techniques du CEP. L'équipe travaillant sur la robotique et la perception est impliquée dans la définition et l'évaluation des capteurs potentiels dans les domaines optiques, infrarouge, radar ou laser, et des algorithmes incluant la détection et l'évi- tement d'obstacles, la modélisation de l'environnement, le mosaïquage d'images et la détection et le suivi de cibles. Cette équipe travaille également sur la simulation de ces systèmes et de leurs sous-systèmes pour l'évaluation globale des performances en utilisant des outils de prototypage. Le département matériaux est également impliqué dans l'évaluation des potentialités des technologies MEMS pour la structure et la propulsion des microdrones. Le Laboratoire de recherches balistiques et aérodyna- miques (LRBA) apporte ses compétences dans le domaine de l'évaluation globale des performances d'un point de vue opérationnel. Cela inclut l'intégration de toutes les chaînes fonctionnelles, de la planification de mission à la précision de la désignation de cible. Le but est de déter- miner lequel des sous-systèmes limite la performance globale. C'est obtenu essentiellement par des simulations qui placent les drones dans un environnement opérationnel réaliste. Le LRBA conduit également des études sur la chaîne de navigation, guidage, pilotage. Le domaine de ces études va des microsenseurs inertiels aux systèmes de navigation miniature complets. Le LRBA a ainsi créé le Laboratoire de navigation autonome afin d'évaluer et développer ces nouvelles technologies de navigation, guidage et pilotage. Ce laboratoire est impliqué dans le développement de nouvelles méthodes de fusion de capteurs pour la localisation et la navigation, dans l'utili- sation de la vision pour la localisation et la navigation, dans la navigation collaborative d'une flotte de robots hétérogènes, et dans les techniques de navigation, guidage, pilotage inspirées de la biologie. Enfin, l'Établissement technique d'Angers (ETAS) utilise ses infrastructures d'évaluation de petits robots en zone urbaine pour évaluer des microdrones. Il bénéficie de ses relations proches avec les forces armées pour pro- poser des scénarios d'évaluation représentatifs. L'équipe robotique est plus particulièrement impliquée, à travers ses connaissances des systèmes automatisés et des moyens de simulation hybrides pour la validation de concept. Enfin, l'ETAS travaille à l'intégration cohéren- te des microdrones dans les futurs systèmes d'armes, tout en prenant en compte les exigences d'interaction avec les opérateurs pour faciliter leur mise en oeuvre. E-i a u e u r s DavidFilliatestdiplôméde l'Ecolepolytechnique en 1997et a soutenu sa thèse sur la navigationen robotique mobileà l'Université Pierre et MarieCurieParis VIen2001.Depuis2002, Il est expert en robotiqueterrestre et microdronespour la Délégation générale pour l'armement au Centred'expertise parisien.Sesactivitésportentprincipalement sur la perception et l'apprentissage pourlarobotique. AurélienGodinestdiplômede l'Ecoledes minesde Parisen 2002puisa rejointlaDélégation générale pourl'armement.Ses activitésauseinde l'équiperobotiquede l'établissement tech- niqued'Angers consistent principalement en expertiseet au test des systèmesrobotisésterrestres.Ces interventionsse sont naturellement étenduesà l'évaluation des mini et micro- dronesquidoiventéquiperl'ArméedeTerre. Nicolas Tessaud estdiplôméde l'Ecole polytechnique en 1999 puis de l'Ecole nationale supérieurede l'aéronautiqueet de l'espaceen2001.II devieni ensuiteingénieur pourlaDélégation générale pourl'armement auLaboratoire derecherches enbalis- tiqueet aérodynamique. Il réalisel'expertisede laperformance globaledes systèmesde dronesvis-à-vsde leur mission,du microdrone jusqu'audroneEuroMALE. REE W 10 Novembre 2005