Subventions et contributions gouvernementales

Le projet vise à créer un environnement approprié pour intégrer des liaisons par fibre et par satellite dans un réseau de distribution quantique de clés (DQC) combiné. Cet environnement permettra de développer des logiciels adaptés à un déploiement dans une charge utile de satellite et de valider les principaux protocoles de routage nécessaires à un réseau DQC mixte par fibre et par satellite. La cryptographie est un pilier de la communication sécurisée, qui permet de nombreuses interactions sociales et financières en réseau, au cœur de la société et de l’économie modernes. Les systèmes cryptographiques sont basés sur le partage de clés cryptographiques entre les parties communicantes et nécessitent des technologies pour établir ces clés. Il s’agit d’un défi particulièrement difficile à relever pour le Canada, en raison de son étendue géographique. La distribution quantique de clés (DQC) vise à créer des clés cryptographiques partagées en exploitant les lois fondamentales de la physique quantique. Les réseaux DQC par satellite fonctionnent de concert avec les réseaux DQC terrestres et étendent la couverture limitée inhérente aux réseaux DQC terrestres.

Le champ magnétique terrestre est la clé d’une navigation fiable, car il fournit le cap et l’orientation comme le ferait une boussole. Nous utilisons déjà un modèle magnétique mondial (WMM) pour savoir dans quelle direction nous nous dirigeons dans la rue. Cependant, le pôle magnétique se déplace, ce qui nécessite des mises à jour constantes du WMM.

L’objectif de MagQSpace est de préparer un magnétomètre vectoriel à diamant de haute précision pour son déploiement dans l’espace sur un CubeSat, afin de générer des données de champ magnétique de haute qualité pour le WMM. SBQuantum a réalisé un prototype de la technologie au sol, mais son fonctionnement dans un environnement spatial doit encore être démontré. Ce projet permettra de tester le magnétomètre quantique par rapport au rayonnement, à la chaleur, aux vibrations et au vide en vue de son déploiement dans l’espace. En plus de fournir la carte de base pour les mesures de cap de tous les systèmes de navigation, le magnétomètre robuste améliorera également l’interprétation géologique des mines pour la découverte de minerais pour batteries. Il permettra également une navigation par exploitation du champ magnétique sur les planètes où les réseaux de positionnement sont absents.

L’innovation dans le domaine des communications par satellite et de l’observation de la Terre par satellite s’est accélérée au cours de la dernière décennie. Les progrès des instruments scientifiques hébergés à bord des charges utiles, ainsi que les satellites de communication à haut débit, ont permis aux stations terrestres du Canada et du monde entier de traiter une grande quantité d’informations. L’évolution de la technologie des engins spatiaux a nécessité des progrès dans l’infrastructure terrestre des satellites.

L’une des nouvelles technologies clés des stations terrestres consiste à utiliser la transmission numérique des signaux de communication par satellite, plutôt que les approches analogiques conventionnelles. C’est ce que l’on appelle communément la RF sur IP. Toutefois, les produits actuels de ce type ne fonctionnent pas de manière fiable sur le terrain en raison des conditions et des déficiences réelles. Ce projet envisage la recherche et le développement d’un dispositif RF sur IP à haute performance qui corrige ces déficiences réelles en utilisant la correction d’erreurs par paquets, l’égalisation de la large bande, ainsi que la mise en mémoire tampon et la compression des paquets pour fournir des transferts de données robustes. Parmi les avantages, citons l’accès facile aux données scientifiques d’observation de la Terre et des communications par satellite fiables à un coût réduit pour les opérateurs de satellites, deux éléments favorables pour un grand pays comme le Canada.

Lors du développement d’un engin spatial, un modèle thermique informatique est mis au point pour prévoir les températures et s’assurer que les composants de l’engin spatial fonctionneront dans une plage de température acceptable pendant toutes les phases de la mission. Ce modèle est utilisé à la fois pendant la conception et après le lancement pour garantir la sécurité de l’engin spatial durant les scénarios opérationnels possibles.

Un élément clé de ces modèles thermiques est la détermination des charges thermiques environnementales sur l’engin spatial. Les charges thermiques environnementales prises en compte sont généralement le rayonnement solaire direct et l’albédo, ainsi que le rayonnement infrarouge émis par les planètes et les lunes. L’objectif principal de ce projet est de développer des méthodes numériques avancées utilisant les technologies GPU de pointe pour la détermination très rapide et précise de ces charges environnementales.

Le déploiement de ces méthodes offrira des avantages pour la population canadienne, en permettant aux entreprises participant aux programmes spatiaux de concevoir leurs engins spatiaux de manière encore plus fiable avec un cycle de vie de produit plus court.

Les systèmes d’amarrage actuels des engins spatiaux sont volumineux et consomment beaucoup d’énergie en raison des capteurs utilisés. Ce projet développe des algorithmes modernes de vision artificielle monoculaire utilisant une combinaison de méthodes classiques et d’intelligence artificielle qui permet l’emploi de capteurs optiques légers, peu coûteux et moins gourmands en énergie par rapport aux capteurs lidar et radar utilisés dans les systèmes d’amarrage traditionnels des engins spatiaux. L’éclairage accentué de l’environnement spatial réduit la fiabilité des systèmes de vision. De nouveaux algorithmes et des techniques d’apprentissage automatiques appliquées sont utilisés pour relever les défis majeurs des systèmes de navigation visuelle des engins spatiaux. La mise au point d’un tel système s’appuie sur le vaste héritage du Canada en matière de systèmes d’amarrage d’engins spatiaux et peut avoir des retombées terrestres pour les drones autonomes, la fabrication, la robotique agricole et bien d’autres choses encore. Ce projet créera des emplois pour trois personnes hautement qualifiées et contribuera à faire du Canada un leader de l’autonomie dans le secteur spatial.

Les manœuvres de rendez-vous, les opérations de rapprochement et les systèmes d’amarrage actuels des engins spatiaux reposent généralement sur des systèmes de guidage, de navigation et de pilotage (GNP) surveillés ou contrôlés par l’homme. Ce projet se concentre sur la recherche et le développement de logiciels GNP autonomes spécifiquement destinés aux applications de rendez-vous, de rapprochement et d’amarrage des engins spatiaux. Les systèmes autonomes offrent l’avantage de pouvoir fonctionner sans intervention humaine, de ne pas dépendre de fenêtres de communication intermittentes, de fonctionner dans des environnements très difficiles (c’est-à-dire autour de la Lune ou de Mars) et d’être très évolutifs. Ce projet propose le développement d’un système GNC autonome permettant un amarrage entièrement autonome des engins spatiaux. Ce projet crée des emplois pour quatre personnes hautement qualifiées et constitue un élément important pour l’utilisation durable de l’espace en permettant des services par satellite tels que le ravitaillement en carburant et l’élimination des débris spatiaux, tout en ayant des retombées terrestres, notamment en améliorant la sécurité de la robotique.

Les débuts d'infrastructures d'une future base lunaire permanente et durable seront déployés au courant des prochaines années. Les technologies de transformation de ressources de façon autonome et in-situ sont une priorité pour la future économie lunaire, dont la fabrication de pièces par dépôt et transformation de couches de poudres. Un futur client lunaire a déjà été identifié et supporte formellement ce projet.

Afin de répondre à ces besoins, ce projet développera un système complet de transformation de poudres en objets et produits transformés, ainsi que des tests pour démontrer la fabrication de composantes d'intérêt pour l'industrie spatiales, telles que des tuiles de protection thermique, afin de répondre à un besoin de la NASA.

Des applications immédiates dans l'économie canadienne seront développées en parallèle du projet, en particulier dans le traitement des matières résiduelles de procédés industriels (tels que la production d'aluminium et l'impression 3D par laser).

Ce projet fait évoluer le niveau de maturité technologique (NMT) d’un réseau d’énergie sans fil pour soutenir à terme les missions lunaires de survie et les opérations dans les régions en permanence à l’ombre. Le projet porte sur des domaines clés de la recherche et du développement technique et programmatique en vue d’une démonstration spatiale, essentielle pour soutenir la première vague d’exploration lunaire conformément aux objectifs du Programme d’accélération de l’exploration lunaire (PAEL) de l’Agence spatiale canadienne (ASC).

Les images infrarouges thermiques prises par les satellites ont des applications de plus en plus importantes à mesure que le climat mondial change, notamment la détection de l’utilisation de l’eau et de la santé des cultures en milieu agricole, la surveillance de l’environnement et la détection des incendies de forêt. L’imagerie précise dans ces longueurs d’onde est beaucoup plus difficile que l’imagerie de la lumière visible; le satellite et l’objectif brillent sous l’effet du rayonnement du corps noir, ce qui entraîne dans le produit des erreurs qui doivent être soigneusement éliminées. Les missions coûteuses de grands satellites y parviennent grâce à des systèmes d’étalonnage complexes installés sur le satellite. En raison des coûts de construction, ces satellites sont peu nombreux et leur couverture n’est pas idéale pour une surveillance à grande cadence. Plusieurs petits satellites moins coûteux peuvent assurer une excellente couverture, mais ils ne peuvent pas inclure d’étalonnage significatif à bord en raison des compromis de masse et de budget.

Ce travail permettra de développer un traitement sophistiqué des images thermiques au sol en utilisant une modélisation avancée, une comparaison avec les stations de surveillance au sol et d’autres satellites. Cette technologie de pointe sera proposée dans le cadre du logiciel EarthPipeline en tant que service, offrant à une nouvelle génération d’exploitants de petits satellites un flux de données critiques de bien meilleure qualité.

Les satellites sont des infrastructures essentielles dans notre monde en pleine évolution technologique. Chaque jour, nous utilisons des satellites pour naviguer, prévoir le temps et communiquer. Une cyberattaque réussie contre l’infrastructure spatiale pourrait être dévastatrice. Pour éviter ce type d’attaque, les satellites cryptent leurs communications à l’aide de clés chargées avant le lancement. Si ces clés sont compromises après le lancement dans l’espace, il n’y a aucun moyen d’en charger de nouvelles.

QEYnet développe une solution à ce problème en utilisant une technologie appelée distribution quantique de clés (DQC). Dans le cas de la DQC, les clés sont envoyées au satellite à l’aide de photons. En raison des lois de la mécanique quantique, toute tentative d’écoute d’un système DQC peut être détectée, ce qui rend les clés hautement sécurisées.

Bien que la DQC soit incroyablement prometteuse, les imperfections du matériel DQC peuvent entraîner des failles de sécurité involontaires. Ce projet permettra à QEYnet de poursuivre les essais de nouvelles contremesures pour ces vulnérabilités et de faire progresser la technologie DQC de QEYnet vers la maturité commerciale.