Dossier de clôture : Fusex Padmée 2010

Dossier de clôture
Projet Padmée et Eole

CLES-FACIL

Année scolaire 2008/2009

SOMMAIRE

SOMMAIRE ..................................................................................................................... 1
LISTE DES MEMBRES 2008-2009 ............................................................................................. 3
INTRODUCTION : PRESENTATION DES OBJECTIFS DES PROJETS ......................................................... 4
I) RECAPITULATIF DE L’EXPERIENCE ACQUISE AU COURS DES ANNEES PRECEDENTES ....................... 4
II) DESCRIPTIF DES PROJETS DE L’ANNEE ............................................................................ 4
LE CANSAT YODA / EOLE .................................................................................................... 5
I) MISSIONS ET OBJECTIFS............................................................................................. 5
II) MECANIQUE ......................................................................................................... 5
ARCHITECTURE GLOBALE ............................................................................................. 5
IMPLANTATION DANS LA FUSEE....................................................................................... 6
MISE EN ŒUVRE ........................................................................................................ 6
SYSTEME DE DIRECTION ............................................................................................... 7
III) ELECTRONIQUE DU CANSAT ................................................................................... 7
CAPTEUR GPS .......................................................................................................... 7
CAPTEUR D’EJECTION : ............................................................................................... 7
CAPTEUR DE TEMPERATURE : ........................................................................................ 7
SERVOMOTEUR : ....................................................................................................... 7
EMETTEUR/RECEPTEUR :............................................................................................. 8
CARTE PRINCIPALE : ................................................................................................... 8
SCHEMA D’INTEGRATION : ........................................................................................... 9
IV) ELECTRONIQUE DE LA MALLETTE DE RECEPTION : ......................................................... 9
CARTE PRINCIPALE : ................................................................................................... 9
CARTE ALIMENTATION : .............................................................................................. 9
ORDINATEUR PORTABLE : ............................................................................................ 9
V) INFORMATIQUE ................................................................................................... 10
MICROCONTROLEUR DU CANSAT : ............................................................................... 10
LOGICIEL DE TELEMESURE : ......................................................................................... 10
ALGORITHME DE CONTROLE DE VOL ............................................................................. 11
VI) RESULTATS ..................................................................................................... 11
LACHER DU BALLON (COMPETITION NATIONALE) : 100M .................................................... 11
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EJECTION DE LA FUSEE A 900M D’ALTITUDE ..................................................................... 12
FUSEX PADMEE ........................................................................................................... 13
I) MISSION ET OBJECTIFS ............................................................................................ 13
II) MECANIQUE ....................................................................................................... 13
III) ELECTRONIQUE ................................................................................................ 13
CARTE MINUTERIE: .................................................................................................. 13
CARTE TELEMESURE : ................................................................................................ 13
CARTE DE MESURE ET D’EXPERIENCE : ............................................................................ 14
SCHEMA D’INTEGRATION : ......................................................................................... 15
IV) INFORMATIQUE ................................................................................................ 16
LOGICIEL TELEMESURE :............................................................................................. 16
V) RESULTATS DE LA TELEMESURE ................................................................................. 17
COURBE DE LA VITESSE : ............................................................................................ 17
COURBE DE L’ALTITUDE :........................................................................................... 18

1

COURBE DE L’ACCELERATION : .................................................................................... 18
TRAJECTOIRE DE LA FUSEE : ........................................................................................ 19
VI) CONCLUSION .................................................................................................. 19
CONCLUSION ............................................................................................................. 20
I) RESULTATS GENERAUX ........................................................................................... 20
II) A AMELIORER ...................................................................................................... 20

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2

2008-
LISTE DES MEMBRES 2008-2009

Ils ont participés à la réalisation des projets réalisés au CLES-FACIL pendant l’année 2008-2009 :

Mécanique
Sylvain Tanguy
Rafik Meziani
Guillaume Carles
Julie Dermu
Damien Lieber
Karim Mrad
Nicolas Praly

Electronique
Florent Bouchoux
Benjamin Anderson
Raphaël Antoine
Sébastien Bonnart
Mathieu Riedinger
Mohamed Serraye
Pietro Sternativo

Informatique
Bertrand Mandrin
Gabe Arnold
Ludovic Bertrand
Jérémy Carnus
André Machado de Oliveira
Damien Malric
Mohamed Mokhtari
Mathieu Napoli

Philippe Roudot

Bureau du CLES-FACIL lors de l’exercice 2008-2009 :

• Sylvain Tanguy, Président
• Florent Bouchoux, Trésorier
• Mathieu Riedenger, Secrétaire

3

INTRODUCTION : PRESENTATION DES OBJECTIFS DES PROJETS
OBJECTIFS

I) Récapitulatif de l’expérience acquise au cours des années
précédentes

Depuis 42 ans, le Cles Facil s’acharne à construire des fusées chaque année plus innovantes. C’est
pourquoi, en plus de la traditionnelle fusée expérimentale, notre équipe réalise depuis trois ans un CanSat. Née
en 2006, l’idée d’intégrer ce module éjecté à l’apogée de la trajectoire de vol de la fusée a persistée jusque cette
année. Ce module embarqué a toutefois nettement évolué ainsi que le lanceur et son système d’éjection.

L’idée première de l’année 2009-2010 a été de participer à la compétition Internationale de CanSat
organisée par le LEEM, prévue courant avril 2009 aux alentours de Madrid. Ainsi, l’organisation de l’année a été
modifiée par rapport aux années précédentes. Nous nous sommes tout d’abord concentrés sur la réalisation du
Cansat puis sur celle de la fusée. Afin de participer à la compétition internationale, notre Cansat devait entrer
dans la catégorie « International Class », c’est-à-dire respecter des contraintes de dimensions et de masse (voir
section expérience embarquée), une première pour le club.

Le défi était lancé ! Terminer à temps le Cansat pour le lancement à Madrid tout en lançant la conception
de la fusée lanceur de Cansat.

II) Descriptif des projets de l’année

Très ambitieuse, l’équipe s’est fixé plusieurs objectifs :

- Préparer un Cansat entrant dans la Classe Internationale, respectant la mission « Come Back » pour la
Compétition Internationale Cansat à Madrid en avril 2009
- Concevoir un lanceur de Cansat en parallèle intégrant des instruments de mesure du comportement de la
fusée lors de l’éjection du module afin de participer à la traditionnelle campagne de lancements de
fusées expérimentales se déroulant fin août au CELM (Centre d’Essais de Lancement de
Missiles) de Biscarosse (une première, les précédents lancements s’étant déroulés sur le camp
militaire de La Courtine, dans le Massif Central). Dossier de clôture | CLES-FACIL |PADMEE | EOLE
- Reprendre les défauts éventuellement constatés sur le Cansat après son lancement en avril afin de
participer cette fois à la Compétition Nationale Française de Cansat durant le C’Space
(dénomination de la campagne de lancement à Biscarosse).

Forts d’une solide équipe constituée dès le début de l’année, cette année 2008/2009 se promettait intense et
pleine de nouvelles expériences.

4

LE CANSAT YODA / EOLE
I) Missions et objectifs
Participer à la compétition Internationale Cansat en avril 2009 à Madrid était notre première préoccupation.
Lors de l’inscription, plusieurs choix de projets s’ouvraient à nous. Nous nous sommes alors préoccupés des
missions suivantes :

- International Class : cette classe impose des limites de dimensions et de masse à notre Cansat
(contrairement à l’Open Class où les restrictions sont plus larges). Cette classe est imposée afin de
participer à la compétition internationale. Les contraintes à respecter sont les suivantes :
o Dimensions de la structure : cylindre de diamètre 66mm pour 115mm de hauteur
o Masse maximale : 350gr
o Vitesse de descente : comprise entre 5 et 15 m/s

- Mission choisie : plusieurs missions étaient proposées, sondage atmosphérique, relevés telluriques,…
et mission Come Back. C’est pour poursuivre dans la continuité des précédents projets du club que nous
nous sommes imposés cette mission Come Back. Il s’agit d’intégrer au module un système lui permettant
de se diriger dans les airs sans moyen de propulsion vers une cible au sol. L’équipe dont le Cansat atterrit
le plus près de la cible remporte le concours.

Jusque mi-février, nous nous sommes essentiellement concentrés sur la conception et la réalisation de ce
nouveau type de Cansat. Alors que quelques détails restaient à régler au niveau de l’algorithme de vol,
l’organisation de la compétition décide de reporter la compétition à l’année suivante (soit avril 2010) pour cause
de problèmes internes. Déçu de ne pouvoir tester notre prototype lors de cette compétition, nous n’avons pas
désespéré, puisque nous aurions toujours l’occasion de réaliser deux lancers : lors de la Compétition Nationale et
dans notre fusée.

II) Mécanique
A r c h it ec t u r e gl ob a l e

GPS

Carte de contrôle

Roue du
servomoteur

Accus

Radio

5

Im p la nt at io n d an s l a f us é e


M is e e n œ u v re
- Lâcher d’un ballon monté à 150m lors de la compétition Nationale Cansat 2010 sur le site du CELM de
Biscarosse.

6

- Ejection de la fusée Padmé du Cles Facil à 910m d’altitude à la campagne 2008-2009 au CELM de
Biscarosse.

S y s t èm e d e d i re c t i on
o Vitesse de descente prévue pour notre Cansat : 3,5 m/s

Un système de parachute éjectable a été mis en place. Une fois le module éjecté, le parachute s’ouvre, stabilise
l’ensemble et le ralenti, puis est éjecté. Se faisant, il ouvre les liens qui retiennent prisonnière la voile de
parapente qui peut alors s’ouvrir et prendre le contrôle du module.

III) Electronique du Cansat

C a pt eu r G PS : Un GPS U-blox LEA-5H est installé dans le CanSat. Avec une vitesse de 4Hz, il permet au
CanSat de connaître sa position à tout moment, ce qui est essentielle pour le guidage vers la cible (Come-back

mission). Le GPS est relié à la carte principal du CanSat par liaison série.

C a pt eu r d ’ éj ec t i o n : L’algorithme de vol du CanSat à besoin de savoir si la CanSat a été éjecté de la fusée ou
bien de la nacelle. Le système mis en place est basé sur la détection de l’intensité lumineuse. Ainsi comme capteur
de lumière, nous utilisons une photorésistance. Nous avons donc également défini un seuil de lumière, modélisant
l’éjection ou non.

C a pt eu r d e t e m pé r at u re : Le capteur de température est une thermistance. Après calibrage, nous
obtenons la température avec une précision de 0.3 degré. Il est à noter que les erreurs de mesure sont à la fois lié
au capteur lui-même mais aussi au convertisseur analogique-numérique intégré dans le microcontrôleur de la
carte principale.

S e r v om ot eu r : Il permet l’asservissement du parachute du CanSat. Il provoque ainsi des virages à droite ou à
gauche. Il s’agit d’un servomoteur analogique de type PWM.

7

E m et t eu r/ R éc e pt e ur : Il s’agit d’un émetteur/récepteur Hactech LN96. La modulation est numérique
(FSK) et la puissance émise est de 300mW à la fréquence de 869,4Mhz. Il permet ainsi une liaison à la fois
montante et descendante entre le CanSat et la valise de réception au sol.

C a rt e P ri nc i p al e : elle se compose d’un microcontrôleur Atmega 324P et d’une mémoire. La fréquence du
quart est de 20Mhz. L’objectif du microcontrôleur est multiple : récupérer et interpréter les donnes GPS, capteur
d’éjection et température, gérer l’algorithme de vol et l’asservissement du servomoteur pour assurer le guidage,
gérer l’émission vers la station sol des données du CanSat ainsi que réceptionner les ordres provenant de la station
sol (mise à jour du seuil d’éjection, formatage mémoire, mise à jour des coordonnées de la cible à atteindre)

Schéma :


8

S c h ém a d ’ i nt é gr at i o n :

IV) Electronique de la mallette de réception :

Elle assure la télémesure du CanSat de manière complément autonome (aucun besoin d’alimentation secteur) :

C a rt e p ri nc i p al e : il s’agit d’une carte permettant à la fois de pouvoir reprogrammer le microcontrôleur du
CanSat et de réceptionner la télémesure du CanSat. On peut également prendre le contrôle manuel à l’aide d’un
joystick du servomoteur installé sur la CanSat afin d’effectuer, pour des tests, des essais de direction en vol.

C a rt e a li m e nt at i on : elle gère l’alimentation de la carte principale, de l’ordinateur, de la batterie du CanSat
afin de la recharger, de la batterie de la mallette. Dans le cas ou la mallette est raccordée au secteur, elle se charge
de recharger les batteries si besoin est.

O r d in at e u r po rt ab l e : Cet ordinateur permet l’acquisition (avec le port série) des données émises par le
CanSat sur le logiciel développé au club.

9

Schéma de l’ensemble :

V) Informatique

M i c r oc o nt r ô le u r d u C anS at :
Le programme est écrit en C, et compilé avec WinAVR permettant de créer le fichier HEX pour Atmega

La programme permet de :

- Gérer le status interne du CanSat via les différents capteurs et jumper : savoir si le CanSat a été éjecté, si Dossier de clôture | CLES-FACIL |PADMEE | EOLE
les commandes manuelles sont activés, d’activer ou désactiver la radio, de formater la carte mémoire
- D’enregistrer la température
- Avec les données du GPS, calculer la trajectoire de vol suivant un algorithme puis asservir le
servomoteur

L og ic i e l d e t él ém es u re :
Il est développé en C++, sous Borland C++ builder :

Le logiciel réceptionne les trames envoyées par la CanSat, il les décode, vérifie l’intégrité des données puis les
affiches à l’écran !

L’intégrité des données est vérifiés par checksum, dans le cas ou la trame reçue n’est pas valide, alors le CanSat
renvoi la trame et ceci jusqu'à 4 fois.

Le logiciel permet également d’envoyer des ordres au CanSat, comme par exemple la position du moteur afin
d’effectuer des tests d’asservissements.

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Toutes les données sont enregistrées dans un fichier Excel, qui est donc directement exploitable.

Vue du logiciel :

A l g or it hm e d e c ont r ôl e d e v ol
Méthode de l’aigle :

Les coordonnées GPS de la cible sont entrées dans le microcontrôleur avant le décollage ou le lâcher. Une fois le
module éjecté, à l’aide du GPS intégré, un cap est défini entre la position actuelle et la cible à atteindre au sol. Si
la cible est trop proche par rapport à la vitesse de descente (ce qui arrive dans la plupart des cas), on applique la
méthode de l’aigle. Un cercle fictif de rayon 50m et de centre la cible à atteindre est calculé. Le module est alors
dirigé afin de suivre la tangente à ce cercle. Une fois sur le cercle, le module le suit jusqu’à ce qu’il atteigne une
altitude suffisamment basse pour atteindre son point de chute. Il converge alors vers le centre du cercle.

VI) Résultats
L âc h e r d u b al lo n ( Com pé t it io n N at i o na le ) : 1 0 0 m
- Parapente : le système de ralentissement et de stabilisation par parachute n’a pas été mis en œuvre ici,
car la vitesse initiale du module est nulle. De plus, il faut que la voile s’ouvre le plus rapidement possible
afin de prendre le contrôle immédiatement. L’ouverture se fait quasi-instantanément, le pliage ayant été
optimisé dans ce sens (voir vidéos du vol). La voile se gonfle correctement, mais est légèrement
surdimensionnée. De ce fait, le module a plus tendance à s’éloigner, et le module a du mal à revenir vers
la cible atterrissage à 53m du point prévu.
- Des soucis de captage des satellites par le GPS ont occasionnés des coupures dans la transmission des
ordres, rendant un peu plus difficile le guidage.

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E j ec t i on d e l a f us é e à 9 0 0 m d ’a lt it ud e
- Parapente : à cause de la trop grande vitesse de la fusée lors de l’éjection, le parachute n’a pas eu le
temps de stabiliser le module avant de se détacher, entrainant une chute du module dans les mêmes
conditions que Guy (2006-2007) vol en cercles sur le plan horizontal.
- L’algorithme de vol n’a pas pu être testé à cause de l’instabilité du module


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FUSEX PADMEE

I) Mission et objectifs

II) Mécanique

III) Electronique
C a rt e m in ut e r i e : Il y a dans la fusée 2 cartes minuterie : une pour la porte parachute, l’autre pour la porte
d’éjection du CanSat. Chaque carte commande un électroaimant et des leds de visualisation d’état. Le contrôle est
assuré par microcontrôleur Atmega 88P. Chaque carte peut être reliée par liaison SPI (via optocoupleur) à la carte
de télémesure afin de transmettre au sol l’état de minuterie : attente, déclenchement ou ouverture. A chaque
instant, le temps écoulé depuis le déclenchement de la minuterie est sauvegardé dans la mémoire interne du
microcontrôleur : ainsi en cas de reset de microcontrôleur, l’ouverture des portes n’est pas mise en défaut.

Schéma :

C a rt e t él ém es u r e : elle est relié par bus SPI à carte minuterie et à la carte expérience. Elle permet ainsi de
centraliser toutes les données mesurées par ces 3 cartes. Puis elle créer la trame de transmission et l’émet via le
module de transmission numérique Hactech LN96 (300mW de puissance en FSK sur la fréquence 869.65Mhz)

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Schéma :

C a rt e d e m es ur e et d ’ ex p é r ie nc e : elle se compose également d’un microcontrôleur Atmega88P. Elle
comporte un accéléromètre de marque Sparkfun 3 axes +- 6g et est également relié à un GPS U-blox LEA-5H.
Cette carte communique par bus SPI avec la carte télémesure, transmettant ainsi les données GPS et la valeurs de
l’accélération sur 3 axes. Elle permet ainsi de déterminer le facteur de charge au décollage et connaitre à tous
instants la position de la fusée, notamment pour la récupération.

Schéma :

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S c h ém a d ’ i nt é gr at i o n :

IV) Informatique Dossier de clôture | CLES-FACIL |PADMEE | EOLE

L og ic i e l t él ém es u r e :
Il est développé en C++, sous Borland C++ Builder :

Le logiciel réceptionne les trames envoyées par la fusée, il les décode, vérifie l’intégrité des données puis les
affiches à l’écran !

L’intégrité des données est vérifiées par checksum, dans le cas ou la trame reçue n’est pas valide, alors la fusée
renvoi la trame et ceci jusqu'à 4 fois.

Toutes les données sont enregistrées dans un fichier Excel, qui est donc directement exploitable.

Vue du logiciel :

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V) Résultats de la télémesure

C o u rb e d e la v it es s e :

17

C o u rb e d e l’a lt it ud e :

C o u rb e d e l’ac c é l ér at i on :


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T r a je c t o i re d e l a f us ée :

VI) Exploitation et Conclusion

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CONCLUSION

I) Résultats généraux

II) A améliorer


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