Aperçu des Télémétries

Que sont les paquets de télémétrie ?

Le segment spatial d'une mission (plus simplement connu comme "le satellite") génère toujours une large quantité de données différentes, qui doivent être transférées au segment sol (station de communication) via une communication radio. Ces données qui sont envoyées depuis l'espace vers la Terre (lien descendant) sont appelées "télémétries". Elles peuvent être de différentes sortes, allant des données scientifiques constituant l'objet principal de la mission aux données de maintenance, utilisée pour vérifier le bon fonctionnement du satellite, en passant par des rapport d'erreurs ou d'évènements.

La mission PicSat utilise un standard de communication par paquets inspiré du standard CCSDS (Comité Consultatif pour les Systèmes de Données Spatiales) utilisé par les grandes missions spatiales, mais largement remanié pour les besoins spécifiques d'une mission au format CubeSat. Dans le cadre de ce standard, un paquet est l'unité élémentaire de communication, qui peut être transmise et reçue. Un paquet peut contenir plusieurs points de données, mais nécessairement du même type (par exemple, les données scientifiques ne sont jamais mélangées à des données de maintenance). Du point de vue de la communication radio, un paquet est considéré comme absolument indivisible. Si un paquet est tronqué à l'émission ou à la réception, il ne peut pas être lu, et toutes les données qu'il contient sont perdues.

Catégories des paquets de télémétrie

• ADCS actuator (actuateurs ADCS) : ces paquets contiennent des données concernant les différents actuateurs du système de détermination et de contrôle d'attitude (l'attitude d'un satellite correspond à son orientation dans l'espace). Ils peuvent être considérés comme faisant partie des paquets dits "de maintenance", utilisés pour vérifier l'état de santé du satellite.
• ADCS attitude (attitude ADCS) : ces paquets proviennent aussi du système de contrôle d'attitude (ADCS), mais contiennent des données relatives à l'attitude (orientation) courante du satellite.
• ADCS sensor (senseurs ADCS) : ces paquets contiennent des données renvoyées par les capteurs du système de contrôle d'attitude (senseur stellaire, magnétomètres, etc.)
• ADCS standard : on trouve dans ces paquets la télémétrie dite "standard" de l'ADCS (système de contrôle d'attitude). Les données contenues sont importantes pour vérifier l'état de fonctionnement du système, et son mode actuel d'opération.
• beacon (balise) : la balise est un paquet émis automatiquement par le satellite, toutes les 10 secondes. La balise contient toute une série de données relatives aux différents sous-systèmes du satellite, et est essentielle à la vérification de son bon fonctionnement. Comme il s'agit aussi du seul paquet émis régulièrement sans demande explicite du sol, la balise est aussi un moyen de savoir quand le satellite est en visibilité de la station sol, donc quand la communication est possible. Ces paquets peuvent être reçus par n'importe qui ayant une station de réception fonctionnelle, même rudimentaire.
• boot error report (rapport d'erreur au démarrage) : ces paquets sont émis automatiquement au démarrage de l'ordinateur de bord.
• counters (compteurs) : ces paquets contiennent une liste de compteurs permettant d'identifier les données stockées à bord du satellite. Ils sont utiles pour la préparation des opérations de téléchargement des données.
• datalist (liste de données) : cette catégorie est similaire à la précédente, avec des informations supplémentaires sur la nature des données stockées à bord.
• dump answer data : une catégorie utilisée pour récupérer de larges quantités de données du satellite, lorsque celles-ci ne tiennent pas dans un paquet de réponse à télécommande, et n'ont pas de catégorie dédiée (par exemple, la lecture des octets bruts contenus dans la mémoire du satellite génère des paquets de ce type).
• exe acknowledgement(accusé d'exécution) : ces paquets font parties des trois catégories d'accusés automatiquement émis par le satellite à réception d'une commande envoyées depuis le sol. Les accusés d'exécution contiennent un code indiquant si la commande envoyée a été correctement exécutée à bord, ou si une erreur a été rencontrée.
• event report (rapport d'évènement) : les rapports d'évènements sont utilisés pour notifier le centre de contrôle d'évènements notables apparus à bord du satellite (dépassements mémoires, problèmes sur un bus de communication, etc.)
• flux mean (données scientifiques - flux moyen) : ces paquets contiennent une partie des données scientifiques qui font l'objet de la mission. Ils sont utilisés pour envoyer au sol la mesure de photométrie (brillance) moyenne de l'étoile cible. L'interprétation correcte de ces paquets nécessite aussi l'accès aux paquets "flux variance".
• flux variance (données scientifiques - variance du flux) : techniquement, ces paquets contiennent la matrice de variance-covariance du flux mesurés sur chacune des positions du motif de modulation de l'algorithme de suivi de la charge-utile. Plus simplement, ces paquets contiennent des données importantes liées à la précision de pointage de l'instrument scientifique, et donc sur les corrections à appliquer sur les paquets "flux mean" pour obtenir des mesures précises de la brillance de l'étoile.
• fmt acknowledgement (accusé de format) : il s'agit d'un accusé (paquet émis automatiquement à réception d'une commande envoyée par le sol), indiquant si le format du paquet de télécommande reçu a été ou non reconnu comme valide.
• HF science (données scientifiques brutes, à haute-fréquence) : cette catégorie est utilisée pour envoyer les données scientifiques brutes, telles qu'obtenues directement par la charge-utile scientifique. Ce sont des données à haute fréquence (1000 Hz). Leur volume important rend impossible leur récupération complète par le sol. Ces paquets sont donc stockées à bord, mais seuls quelques morceaux seront téléchargés au cours de la mission, lors des opérations de réglage de l'instrument scientifique.
• house keeping (données de maintenance) : ces données sont importantes pour vérifier la bonne santé du satellite. Ces paquets contiennent beaucoup plus d'informations que la balise, mais ne sont pas envoyés automatiquement par le satellite, et doivent être explicitement demandés par le centre de contrôle.
• L1 housekeeper (maintenance, niveau 1) : d'autres données de maintenance, concernant des éléments de plus haut niveau au sein de l'ordinateur de bord. Cette catégorie est en fait essentiellement conçues comme un moyen d'ajouter de nouvelles données de maintenance au cours de la mission, non prévues initialement.
• patch list segment (liste des segments de mise à jour) : Aïe ! Si le satellite émet des paquets de ce type, c'est que les choses vont mal ! Ces paquets contiennent la liste des morceaux reçus d'une mise à jour du logiciel embarqué. En quelques sortes, c'est un équivalent de la barre de chargement de la mise à jour Windows. Ils ne sont émis que lorsqu'une opération de mise à jour du logiciel est en cours.
• pld beacon (balise charge-utile) : dans le même esprit que la balise du satellite, la balise de la charge-utile est émise automatiquement, et contient des données sur l'état de l'instrument scientifique. Tout comme la balise satellite, elle peut être reçue par n'importe qui, mais elle n'est pas toujours active.
• payload HK (données de maintenance charge-utile) : encore un peu de données de maintenance ! Après tout, quand on aime, on ne compte pas... Ces données sont acquises à relativement haute fréquence (typiquement toutes les seconds) par les différents capteurs de l'électronique de la charge-utile. Il s'agit essentiellement de mesures de températures et de tensions électriques. Ces paquets sont importants, car certaines des données qu'ils contiennent sont nécessaires pour corriger le mesure scientifique de la photométrie de l'étoile de certains biais instrumentaux.
• pld report (rapport charge-utile) : cette catégorie a été prévue au début de la mission, mais n'a jamais été utilisée en pratique.
• rec acknowledgment (accusé de réception) : une des familles d'accusés, automatiquement émis à réception d'un commande envoyée par le sol. Cet accusé indique simplement que le commande a été reçue.
• SD filelist (liste de fichiers en carte SD) : Non, ce n'est pas une blague, les données sont bel et bien stockées à bord du satellite sur une carte SD, comme dans un téléphone portable ou un appareil photo ! Ces paquets contiennent tout simplement la liste des fichiers enregistrés sur la carte (aux habitués de Linux : oui, nous avons vraiment implémenté un "ls de l'espace" !)
• scheduler Fifo (file de plannification) : contient la liste des opérations actuellement plannifiés par l'ordinateur de bord.
• tc answer (réponse à télécommande) : cette catégorie a été conçue comme un moyen générique d'empaqueter les réponses immédiates aux télécommandes envoyées par le sol. En conséquence, ces paquets peuvent contenir différents types de données, selon la nature de la commande envoyée.

Quel est le devenir d'un paquet de télémétrie ?

De nombreuses données sont constamment générées par le satellite et ses sous-systèmes (les capteurs font des mesures, le processeur traite les données scientifiques, des rapports d'évènements sont générés, des informations importantes sur les modes d'opération sont stockées en mémoire, etc.). Ces données à bord du satellite ne peuvent pas être analysées par nos équipes de scientifiques Terriens tant qu'elles ne sont pas physiquement au sol. Pour les ramener ici-bas, la seule possibilité est d'utiliser l'émetteur radio à bord du satellite. Mais pour que toutes ces données puissent être correctement récupérées au sol, 600 km en dessous du satellite, il faut qu'elles soient rangées et organisées avant d'être envoyées. Les données sont donc agrégées par l'ordinateur de bord du satellite, puis groupées dans des paquets homogènes. Ces paquets ont une taille typique de 200 octets, et peuvent être directement envoyés vers la Terre, ou bien enregistrés sur la carte SD pour être récupérés plus tard.

Lorsqu'un paquet est transmis par le satellite, et reçu par une station sur Terre, les données sont d'abord dépaquetées et lues automatiquement par un ordinateur, avant d'être enregistrées dans une base de données dédiée, située au LESIA, à Meudon. Les données de la base peuvent ensuite lues par notre logiciel de réduction de données, puis analysées par notre équipe. La base de donnée est aussi directement interrogée par ce site internet pour former les différents tableaux et graphiques que vous pouvez y trouver.

Si vous avez mis en place votre propre station de réception, et avez commencé à recevoir des paquets de données PicSat et à nous les envoyer, vous avez aussi accès à vos données dépaquetées dans notre base. Vous pouvez utiliser notre page de téléchargement (disponible après le lancement) pour obtenir une copie vos données, et en faire ce que voulez : elles vous appartiennent !