21549 research outputs found
Sort by
Seismic constraints from a Mars impact experiment using InSight and Perseverance
Get PDFNASA’s InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) mission has operated a sophisticated suite of seismology and geophysics instruments on the surface of Mars since its arrival in 2018. On 18 February 2021, we attempted to detect the seismic and acoustic waves produced by the entry, descent and landing of the Perseverance rover using the sensors onboard the InSight lander. Similar observations have been made on Earth using data from both crewed1,2 and uncrewed3,4 spacecraft, and on the Moon during the Apollo era5, but never before on Mars or another planet. This was the only seismic event to occur on Mars since InSight began operations that had an a priori known and independently constrained timing and location. It therefore had the potential to be used as a calibration for other marsquakes recorded by InSight. Here we report that no signal from Perseverance’s entry, descent and landing is identifiable in the InSight data. Nonetheless, measurements made during the landing window enable us to place constraints on the distance–amplitude relationships used to predict the amplitude of seismic waves produced by planetary impacts and place in situ constraints on Martian impact seismic efficiency (the fraction of the impactor kinetic energy converted into seismic energy)
Analysis of Lunar Impacts for Orbital Debris Mitigation
Get PDFRecently, orbits in cislunar space have become the focus of attention for upcoming missions. This will increase the activity around the Moon, leading to some repercussions that have to do with the generation of orbital debris and contamination in the lunar environment. Thus, this paper studies the feasibility and sustainability in the long term of a disposal method based on a commanded impact on the lunar surface. One of the objectives is to find disposal trajectories from the Gateway’s orbit to the lunar surface, also taking into account the possibility of targeting a specific location. The work also focuses on modelling the artificial impact itself, providing an estimation of the effect that such events have on the surface characteristics and the surrounding environment, also evaluating the possibility of ejecta re-entering orbit or re-impacting the Moon. A study of the Moon surface has been carried out in order to determine the least interesting and useful areas from the scientific and future missions’ point of view. As follows, a so-called lunar landfill has been chosen on the south part of the far side, where the risk of damage due to an impact is lower. Research towards the future Moon missions showed that the Gateway’s orbit, a Near Rectilinear Halo Orbit around the L2 point, is likely to become one of the major sources of potential orbital debris. Thus, a family of trajectories induced by impulsive manoeuvres along the mentioned orbit has been studied in the Circular Restricted Three-Body Problem. For the impact cratering process the main method being used is the implementation of scaling laws and the point-source concept
Body tilt impacts operators’ perception of remote object’s orientation
Get PDFRobotics and teleoperation are at the heart of space exploration and inhabited missions. Yet the current literature does not fully explain how the body tilt of human operators interacts with their perception of remote objects’ orientation. In such extreme environments, human factors analysis is paramount for the safety of daily operations as the tilted body of the operator may modulate their situational awareness of the remote-controlled robot. The objective of this study is to evaluate the effect of an operator’s body tilt on their perception of remote object orientation in virtual reality. We hypothesize that incongruencies between two reference frames generate inter-sensory conflicts leading to degraded performance. Seventeen participants performed the experiment while seated on a motion platform and equipped with a virtual reality headset. Their body was roll-tilted at 3 possible angles (0°; ±20°) while they were presented with a remote object, oriented at 3 possible angles (0°; ±20°). They performed the subjective visual vertical (SVV) test to estimate the room’s vertical and then estimated the orientation of a monitored remote object. We compared the accuracy of their visual perception, response confidence levels, and motor response accuracy and reaction times. Results show significant effects of both body tilt and object orientation. Body tilt decreased participants’ confidence levels in their vertical perception and increased their response times (SVV). Moreover, body tilt and object orientation both decreased subjects ‘confidence in their response of object orientation perception; the confidence was further decreased when both operator and object were tilted. Independently of their orientation, subjects had lower motor response accuracy and increased reaction times when the object was tilted to the right. When the object was centered (0°), we did not observe any decrease in motor response accuracy. Overall, our results suggest that body’s and remote object’s orientations both impact response times and confidence concerning their own orientation and that of the monitored object. Hence, due to inter-sensory conflicts, body tilt impacts operators’ confidence in their visual and somatosensorial perceptions, which, we believe, can affect their overall situational awareness during teleoperation. While further investigation is required, this study paves the way towards new research on the interaction between body orientation and teleoperation performance for safer space applications
A Hybrid Non-Linear Unsteady Vortex Lattice-Vortex Particle Method for Rotor Blades Aerodynamic Simulations
Get PDFThis study presents a hybrid non-linear unsteady vortex lattice method-vortex particle method (NL UVLM-VPM) to investigate the aerodynamics of rotor blades hovering in and out of ground effect. The method is of interest for the fast aerodynamic prediction of helicopter and smaller rotor blades. UVLM models the vorticity along the rotor blades and near field wakes with panels that are then converted into their equivalent vortex particle representations. The standard Vreman subgrid scale model is incorporated in the context of a large eddy simulation for mesh-free VPM to stabilize the wake development via particle strength exchange (PSE). The computation of the pairwise interactions in the VPM are accelerated using the fast-multipole method. Non-linear UVLM is achieved with a low computational cost viscous-inviscid alpha coupling algorithm through a stripwise 2D Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) or empirical database. The aerodynamics of the scaled S76 rotor blades in and out of ground effect from the hover prediction workshop is investigated with the proposed algorithm. The results are validated with experimental data and various high-fidelity codes
Caractérisation et modélisation en régimes statique et dynamique d'un stack pile à combustible à oxyde solide de température intermédiaire (IT-SOFC)
Get PDFLes travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du projet SOFAERO (Piles à combustible hautes températures SOFC pour applications aéronautiques), porté par le laboratoire LAPLACE en partenariat avec Safran Power Units. Ce projet porte sur l’étude des composants de technologie SO et l’évaluation de leurs potentialités dans un environnement aéronautique. Au cours de ces travaux de thèse, nous nous sommes concentrés sur le fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide de température intermédiaire 650°C (IT-SOFC, Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cell). La première partie du manuscrit retranscrit la culture que nous avons acquise sur les composants SO allant des matériaux composant une cellule jusqu’à l’intégration de cette technologie dans des systèmes. La seconde partie expose les moyens d’essais utilisés et les premières campagnes d’essais réalisées. Dans la troisième partie, nous proposons un modèle quasi-statique de la cellule moyenne équivalente d’un stack IT-SOFC, modèle adapté des travaux menés au sein du laboratoire LAPLACE sur les technologies à membranes échangeuses de protons (PEM, Proton Exchange Membrane) basse température et plus récemment haute température. Une des hypothèses fortes pour cette modélisation est que nous avons considéré une température interne constante et homogène au sein du stack lors du tracé des courbes de polarisation. Dans une quatrième partie, nous discutons de cette hypothèse en proposant une modélisation tenant compte cette fois-ci de la variation de température lors du tracé des courbes de polarisation. Dans ce contexte, nous exposons une méthode originale que nous avons développée afin d’estimer la température interne du stack sans avoir recours à des mesures de température internes (inexistantes sur le composant testé). Cette quatrième partie se poursuit en exposant nos premiers travaux sur la modélisation dynamique d’un stack IT-SOFC, via la modélisation des spectres d’impédance mesurés conjointement avec les courbes de polarisation
Introduction de la norme Lp pour la prise en compte de propriétés de parcimonie en assimilation de données.
Get PDFCette thèse s’intéresse à l’utilisation de la norme Lp, avec 1 < p < 2, comme terme de régularisation sur la fonctionnelle du 4DVar intervenant en assimilation de données variationnelle. Cette régularisation est motivée par la volonté, d’une part, d’effectuer un compromis entre les régularisations en norme L1 et L2 qui, respectivement, tendent `à s´sélectionner une solution parcimonieuse/creuse (i.e. avec un nombre important de coefficients nuls) et une solution plus lisse. En effet, de nombreux signaux physiques possèdent une structure intermédiaire que l’on qualifie de quasi-creuse. D’autre part, l’utilisation de ce terme de pénalisation est ´également motivée, dans un cadre statistique bayésien, par les distributions que suivent certaines variables rencontrées en assimilation de données. Nous proposons notamment un algorithme de minimisation adaptée `a cette fonctionnelle ainsi pénalisée, basée sur l’algorithme du gradient conjugué non-linéaire et sur les algorithmes de descente dans les espaces de Banach et étudions sa convergence théoriques. Les algorithmes proposés et la pénalisation sont testés sur une expérience d’assimilation de données basée sur les équations de Barré de Saint-Venant en deux dimensions.
This thesis studies the use of the Lp-norm, with 1 < p < 2, as a regularization term on the 4DVar arising in variational data assimilation. This regularization is motivated by the will of, on the one hand, doing a compromise between the regularization in L1 and L2-norms, which respectively select a sparse solution (i.e. with a important number of null coefficients) and a smoother solution. Indeed, a lot of physical signals have an intermediary structure that we call quasi-sparse. On the other hand, this penalization term is also motivated, in a Bayesian statistical framework, by the distributions that some variables encountered in data assimilation follow. We propose in particular a minimization algorithm adapted to this penalized functional based on both the nonlinear conjugate gradient and descent algorithms in Banach spaces and study its theoretical convergence. The proposed algorithm and the penalization are tested on a data assimilation setup based on the shallow-water equations
Détection de mutations homozygotes létales chez les petits ruminants
Get PDFLes anomalies génétiques, définies comme des phénotypes plus ou moins délétères et déviant par rapport à une population, résultent de mutations naturelles uniques dans l’ADN, rares et héréditaires. On estime que chaque individu est porteur de 1 à 5 mutations hautement délétères dans son génome. Pour identifier une anomalie génétique, l’approche classique repose sur l’étude des phénotypes délétères et de l’ADN des individus atteints. Les différents outils de génotypage, l’analyse d’association et le séquençage de génomes complets permettent de mettre en évidence les mutations causales associées. Cependant, lorsque la mutation est létale, notamment au stade embryonnaire, les échantillons d’ADN ne sont pas disponibles. Ainsi pour les animaux d’élevage, d’autres approches dites de génétique inverse, permettent de tirer parti des nombreux génotypages obtenus dans le cadre de la sélection génomique. Des analyses statistiques dédiées de ces génotypes permettent de rechercher des régions du génome en déficit d’animaux homozygotes, supposées porter des mutations récessives létales. En effet, le déficit d’homozygotes s’expliquerait par la mort précoce des animaux avant leur génotypage.
Le premier objectif de cette thèse a été d’étudier la faisabilité d’une telle approche dans les populations de petits ruminants engagées dans un programme de sélection génomique. Cette méthode a permis de mettre en évidence 13 régions (ou haplotypes) indépendantes uniquement en races ovines Lacaune (LDHH) et Manech Tête Rousse (MTRDHH), mais pas dans les autres races laitières ovines ou caprines. Le deuxième objectif a été d’étudier leurs effets sur les caractères de reproduction et de production. L’analyse des caractères de fertilité et de mortinatalité permet de confirmer que certains des haplotypes détectés sont associés à de la létalité au cours du développement embryonnaire (LDHH1, 2 et 9 ; MTRDHH2), ou autour de la naissance (LDHH3 et 6, et MTRDHH1). Les autres haplotypes sont supposés conduire à de la mortalité plus tardive (MTRDHH3) ou être associés à des défauts morphologiques contre-sélectionnés. Avec des fréquences de porteurs variant de 3% à 16%, certains haplotypes offrent un potentiel avantage sélectif des béliers porteurs hétérozygotes, notamment pour la production laitière augmentée de leurs filles (LDHH, 3, 9 et 11 ; MTRDHH2). Le troisième objectif consistait à identifier les mutations causales sous-jacentes de ces régions en déficit par l’analyse des séquences de génomes entiers des hétérozygotes. Parmi les 13 haplotypes, des mutations candidates "perte de fonction" ont été identifiées dans 9 gènes, ORC5 pour LDHH1, IDI1 pour LDHH2, PREB et GPN1 pour LDHH3, CCDC65 pour LDHH6, EDC3 pour LDHH9, MMUT pour MTRDHH1, SLC33A1 pour MTRDHH2 et FCGR1A pour MTRDHH3. De façon à prouver le caractère récessif létal, des accouplements à risque ont été réalisés entre animaux hétérozygotes pour générer des individus homozygotes. La mortalité chez le jeune agneau homozygote de quelques jours a pu être prouvée pour les mutations dans CCDC65 et MMUT. Quant à la mutation dans SLC33A1, elle entraînerait une perte embryonnaire dans le premier mois de gestation. Par ailleurs, trois haplotypes semblent être associés à des mutations de gènes déjà connus chez les ovins en lien avec la sensibilité aux mammites (SOCS2 dans LDHH11), la couleur de toison noire (ASIP dans MTRDHH5) et l’absence de cornes elle-même liée à de la cryptorchidie (RXFP2 dans MTRDHH4).
L’ensemble de ce travail de thèse apporte de nouvelles connaissances sur les anomalies génétiques existantes dans les populations ovines. La gestion de ces anomalies par la connaissance des phénotypes affectés et le génotypage systématique des mutations causales permettra d’améliorer la fertilité globale, de limiter la mortalité des agneaux, et plus généralement d’améliorer la santé et le bien-être des animaux de ces populations
Integrated modelling of microvibrations induced by Solar Array Drive Mechanism for worst-case end-to-end analysis and robust disturbance estimation
Get PDFModern and future observation Space missions face increasingly more demanding pointing performance requirements.
This is accompanied with the development of larger lightweight flexible structures. This paper outlines a methodology
for modeling a generic multi-body flexible spacecraft in an end-to-end fashion within the Two-Inputs Two-Outputs
Port framework: from disturbance all the way to pointing performance by tacking into account all the uncertainties
of each sub-system. A particular focus is dedicated to a novel generic model for Solar Drive Array Mechanisms and
its harmonic disturbances produced by the micro-stepping driver and the gearbox imperfections. The proposed model
is validated with the on-board telemetries of a European spacecraft. Moreover this paper shows how the proposed
model-based approach can be easily used for control design and closed-loop robust performance analysis. Worst-case
scenarios of mechanical parameters combination are investigated to provide robust performance certificate of the reference study case. A Linear Parameter-Varying observer, scheduled by the solar array rotor angle, is finally proposed
in order to estimate the disturbance torques induced by the gearbox imperfections just using the measurements coming
from a classical attitude control system: a star tracker and a gyrometer
Evaluation of pore size distribution via fluid-fluid displacement porosimetry: the viscous bias
Get PDFFluid-fluid displacement porosimetry (FFDP) is a method for determining the pore size distribution of a porous medium from viscous fluid-fluid immiscible displacement (drainage) results, using a simplistic representation of the pore structure by cylindrical parallel tubes. The method leads to unambiguous estimates when the porous medium microstructure is strongly anisotropic and reasonably akin to this representation. The information obtained from this technique is however less straightforward to interpret for more complex microstructures. On the basis of synthetic data obtained from pore network simulations, it is evidenced, in particular, that this method leads to a shift in the distribution toward unrealistic small pore sizes. The shift, that may be very significant, is due to the viscous pressure drop in the displacing fluid. It is shown that significant improvement is achieved when the characterization of the pore size distribution is considered as an inverse optimization problem. The latter is solved using an optimization method presented in a previous work that was restricted to situations where viscous effects are unimportant
Dual Passive Reactive Brain-Computer Interface: A Novel Approach to Human-Machine Symbiosis
Get PDFThe present study proposes a novel concept of neuroadaptive technology, namely a dual passive-reactive Brain-Computer Interface (BCI), that enables bi-directional interaction between humans and machines. We have implemented such a system in a realistic flight simulator using the NextMind classification algorithms and framework to decode pilots' intention (reactive BCI) and to infer their level of attention (passive BCI). Twelve pilots used the reactive BCI to perform checklists along with an anti-collision radar monitoring task that was supervised by the passive BCI. The latter simulated an automatic avoidance maneuver when it detected that pilots missed an incoming collision. The reactive BCI reached 100% classification accuracy with a mean reaction time of 1.6 s when exclusively performing the checklist task. Accuracy was up to 98.5% with a mean reaction time of 2.5 s when pilots also had to fly the aircraft and monitor the anti-collision radar. The passive BCI achieved a F1−score of 0.94. This first demonstration shows the potential of a dual BCI to improve human-machine teaming which could be applied to a variety of applications