16 Janvier 2012

Dossier Justificatif d'Utilisation - AP-12

Justifier un point particulier de la définition relatif aux composants EEE

A. Objet

Comme indiqué dans le chapitre I-7 "Dossier de Justification de la Définition (DJD)" le DJD regroupe l'ensemble des pièces justificatives de la définition.

Un Dossier Justificatif d'Utilisation (DJU) est une de ces pièces justificatives qui adresse un point particulier de la définition et qui justifie de façon synthétique la robustesse du design sur ce point.

La taille du DJU ne devrait pas excéder deux pages.

Dans le cas précis du choix des composants EEE, cette notion de DJU correspond à l'abréviation Justification Document (document incluant les data collectées, l'analyse de risque, les dispositions de réduction de risque et les résultats) mentionné dans le formulaire « FAP-4 Liste des composants EEE ».

Concernant l'utilisation des composants EEE, un DJU peut couvrir des sujets comme la tenue aux radiations (SEL, SEU, SET, TID), le respect des taux de charge, la tenue aux contraintes de cyclage ON/OFF).

Concernant l'utilisation de matériaux, un DJU peut couvrir la tenue aux environnements attendus comme la tenue à l'environnement ATOX oxygène monoatomique.

Au-delà des domaines Assurance Produit (SdF, AQ composants, AQ matériaux et procédés, AQ logiciel, sécurité) le format de DJU peut servir à détailler un point particulier relevant de la conception satellite ou système.

B. Principes d'élaboration

Le DJU est élaboré en phase B à partir de la définition du produit. Il doit être actualisé si la définition ou lorsque les éléments de justification sont remis en cause.

C. Contenu type

1. Objet

Informations définissant le produit et la problématique concernés par le DJU.

2. Documentation

Bibliographie sur laquelle repose la justification incluant les documents applicables à la définition du produit lorsque pertinents pour la problématique du DJU.

3. Justification

La justification résulte d'analyse et/ou d'essais expliquant comment la définition du produit et son utilisation satisfont aux besoins et exigences exprimés.

Les limites de validité de la justification sont à préciser (incertitudes, tâches ouvertes, hypothèses.).

Exemples

Pages suivantes :

  • TAR-DJU-S-7-MB-6593-LATMOS sur ON/OFF
  • TAR-DJU-S-7-MB-6560-LATMOS effet de l'oxygène atomique
  • TAR-DJU-S-7-MB-6594-LATMOS sur SEL

 

 

DJU ON/OFF NOMBRE DE ON/OFF

IME-BF sera mis ON/OFF un grand nombre de fois (10000/an). Ce document décrit la justification du nombre de ON/OFF en accord avec les règles ON/OFF usuelles.

  • Référence Demeter : Satellite Demeter lancé en mai 2004
    • EEE parts : COTS except FPGAs and connectors
    • Temperature min / max for night / day : -10°C to +55°C
    • Radiation TID : 5 to 10 Krads for 4 years
    • CETP instruments : IAP (Ion analyzers) and ICE (Electric field measurement)
    • Other instruments : Langmuir probe, high energy electrons, magnetic instrument
    • All instruments are working perfectly after 4 years and 1 month
    • Number of orbits per day : 14
    • Number of ON/OFF for all instruments : 2 per orbit (OFF above poles)
    • Number of ON/OFF per year : 10000
    • Number of ON/OFF today : 55000
  • Référence CNES
    • Article "Prise en compte de la problématique ON/OFF sur PLEIADES" in CCT n°27.
  • IME-BF capteurs et analyseur
    • Composants EEE : COTS et High Rel
    • Composants particuliers : voir remarque ci-dessous
  • Justification
    • En tenant compte du retour d'expérience Demeter, de l'article CCT du CNES et des types de composants utilisés aussi bien dans les capteurs (totalement identiques à ceux de Demeter) que dans l'analyseur, le nombre de ON/OFF prévisibles pour IME-BF (10000/an) n'est pas critique.
  • Remarque
    • Nous ne disposons pas d'expert composant dans les labos scientifiques. En conséquence nous ne pouvons faire qu'une analyse telle que montrée ci-dessus.
    • S'il s'avère qu'un type particulier de composant peut être potentiellement critique, seul un expert du CNES peut nous le signaler sachant que le CNES dispose de notre liste de composants EEE

 

Exemple DJU : TAR-DJU-S-7-MB-6560-LATMOS effet de l'oxygène atomique

Les atomes d'oxygène atomique O qui frappent les capteurs IME peuvent se recombiner avec les atomes de carbone contenus dans la couche de résine DAG213 qui recouvre les capteurs. La réactivité de l'oxygène atomique et l'affinité du carbone pour l'oxygène sont telles que l'efficacité de la réaction est certainement grande et qu'elle représente un processus de dégradation non négligeable de la couche de résine. Les calculs qui suivent ont pour but d'évaluer le temps au bout duquel la couche de DAG213 aura disparu.

1. Densité n(O) de l'oxygène atomique sur l'orbite TARANIS

n(O) dépend fortement de l'activité solaire. La prédiction de l'activité solaire au cours d'un cycle est F10.7. D'après la prédiction de NOAA Space Weather Prediction Center dans la période 2014- 20016 F10.7 va décroître de ~140 à ~ 70 (fig. 1), soit une moyenne de 110 (identique à Demeter)

GNS_FR_AP12.jpg

 

2. Variation de n(O) et T(O) sur l'orbite TARANIS en fonction de F10.7

On prend pour l'orbite de TARANIS une altitude de 700 km. D'après le modèle utilisé (J. Lilenstein, communication privée) on a les densités et températures suivantes

GNS_FR_AP12-0.jpg

 

On prend les lois de variation des valeurs moyennes de la forme :

Log n(O) = 5.146 + (6.255-5.146) * (F10.7-80)/70
T = 850 + (1100-850) * (F10.7-80)/70

Pour F10.7 = 100 on obtient alors à 700 km : n(O) = 2.9 105 cm-3 et T(O) = 920°K
Pour F10.7 = 140 on obtient alors à 700 km : n(O) = 1.2 106 cm-3 et T(O) = 1060°K
Pour F10.7 = 70 on obtient alors à 700 km : n(O) = 105 cm-3 et T(O) = 810°K

3. Calcul du flux d'atomes O sur 1cm2

La vitesse thermique de O étant faible par rapport à la vitesse du satellite, on peut écrire :

F = n(O) Vsat (avec Vsat = 7.5 km/s) F = 2.2 1011 cm-2 s-1

4. Caractéristique de la couche DAG213

A l'état non polymérisé la densité est 0.84 et le contenu en grains de carbone de 30%. La densité équivalente en carbone est donc : 0.84 * 0.3 = 0.25 g cm-3.

L'épaisseur de la couche déposée est comprise entre 1 et 3 mil (réf. GSFC) soit 25 à 75 ?m. On prend l'épaisseur minimum de 25 ?m.

Le poids de carbone sur 1 cm2 est donc : 0.25 g cm-3 *1 cm2* 25 10-4 cm= 6.25 10-4 g

Le nombre d'atomes de carbone par cm2 est donc : (6 1023 * 6.25 10-4) / 12 = 3 1019

5. Calcul du temps de dégradation

On ne tient pas compte de l'interaction des atomes O avec la résine et on fait l'hypothèse que chaque atome O incident interagit avec un C et le supprime. Ceci maximise très largement la vitesse de dégradation puisqu'il y a probablement au moins autant de résine que de carbone. Le temps nécessaire pour enlever tous les atomes d'1 cm2 est donc :

3 1019 / 2.2 1011 s-1 = 1.36 108 s = 1570 jours = 4.3 années

Le temps nécessaire à l'érosion de la couche est donc de l'ordre de 4.3 ans. Compte tenu des approximations faites, ce temps est certainement plusieurs fois supérieur.

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