Trajec:Procédure de validation
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Procédure de validation logicielle de l’outil Trajec
19 octobre 2007, Jérôme Hamm
Introduction
Dans le cadre de leurs lancements de fusées (minifusées et fusées expérimentales), le Secteur Espace de Planète Sciences et le CNES doivent garantir la sécurité des personnes et des biens présents sur la zone des opérations. L’un des outils permettant de garantir cette sécurité est le logiciel Trajec, qui peut modéliser le comportement aérodynamique, ainsi que la trajectoire d’une fusée. L’algorithme au cœur de ce logiciel se base sur des formules de mécanique des fluides et de dynamique du point bien connues. Le logiciel tel qu’il se présente aujourd’hui est entièrement satisfaisant du point de vue des résultats qu’il nous fournit pour garantir la sécurité. Son IHM, à l’inverse est obsolète et n’est pas un outil pédagogique très efficace. De plus, le binaire tel qu’il existe aujourd’hui ne fonctionnera peut-être plus sur les matériels ou systèmes d’opération à venir. Toutes ces raisons nous poussent à vouloir porter le code dans un langage plus moderne, plus portable et plus pérenne.
Cas d’utilisations
Campagnes/ Festiciels
Lors des campagnes de lancement de fusées, Trajec est devra rester le juge de paix déterminant si une fusée sera autorisée à voler. On lui demandera d’estimer la portée balistique du vecteur, afin de garantir qu’il ne sortira du gabarit de sécurité autorisé et qu’il aura une vitesse suffisante en sortie de rampe de lancement pour que son vent propre puisse assurer sa stabilité aérodynamique. Il devra également permettre de déterminer que la fusée sera stable au sens aérodynamique durant tout sont vol propulsé (fourchettes autorisées de Marge Statique, de Portance, se conférer à Annexe : liste des critères de sécurité donnés par Trajec, pour une liste exhaustive de ces paramètres). Une partie de ces informations doit également être synthétisée et fournie aux membres du plan d’opération assurant la mise en œuvre des fusées.
Clubs
Les clubs aérospatiaux qui construisent des fusées (cette opération peut aller de quelques semaines à plusieurs années) doivent pouvoir en déterminer la sécurité et ajuster différents facteurs (position du centre de gravité, taille des ailerons), afin de satisfaire aux différents critères de trajectoire et de stabilité qui seront exigés d’eux pour obtenir une autorisation de lancement. Ces clubs utilisent également le module de trajectographie afin de déterminer le temps de culmination pour régler le séquenceur qui commandera le déploiement de leur ralentisseur pour la descente.
Ecoles
L’opération Une Fusée A l’Ecole (UFAE) d’adresse à des écoliers, des collégiens et des lycéens et leur propose de réaliser et de lancer une minifusée. Aujourd’hui Trajec n’est pas un outil pédagogique permettant de leur enseigner les principes entourant le vol de la fusée (trajectoire et vol balistique), une nouvelle version pourrait le devenir.
Développeurs
Certains clubs participant aux campagnes ont des projets très spéciaux qui ne sont pas modélisables par Trajec tel qu’il existe aujourd’hui, mais nous accordons une grande importance à la créativité et les nouveaux codes de calcul développés pour modéliser ces fusées pourra éventuellement être intégré à Trajec, selon cette procédure.
Découpage en sous-ensembles du logiciel
De par les nombreux cas d’utilisation du logiciel, il semble clair qu’il nécessite plusieurs IHM, pour mieux répondre aux besoins de finesse de réglage, de simplicité, de pédagogie ou d’efficacité de chacun. Le logiciel sera ainsi divisé en deux sous-ensembles, l’un concentrera les codes de calculs et ne possédera que des interfaces purement informatiques ; l’autre sera l’IHM, adaptée à l’utilisateur et lui de tirer le meilleur parti de l’outil.
Noyau de calcul
Le noyau de calcul sera écrit en C99 et ne devra faire appel à aucun code, ni bibliothèque GPL. Sa validation sera automatisée et sera composée d’un vecteur d’entrée de 200 fusées, et d’un vecteur de sortie d’autant de paramètres calculés. Les algorithmes mis en œuvre dans le logiciel devront être présentés dans une note technique, disposant de références bibliographiques qui justifieront leur provenance et leur pertinence. Afin de présenter l’interface informatique la plus standard possible, la version Windows© du noyau de calcul possédera une interface ActiveX. Les autres versions (Linux par exemple), disposeront d’une interface C classique.
IHM
Il semble nécessaire de disposer d’au moins deux IHM, pour couvrir tous nos cas d’utilisation. L’IHM sera disponible sous licence GPL, et pourra être codée en tout langage et sur toute architecture.
Campagne et Clubs
Les clubs, lors de la conception et de la réalisation de leurs fusées, nécessiteront un outil pratique et efficace pour leur permettre de vérifier les critères de sécurité. Les contrôles lors des campagnes de lancement pourront utiliser le même outil. Le plan d’opération devra disposer de sorties sur papier des informations importantes, sélectionnées suivant le rôle de la personne (localisation, poste de contrôle météo, sauvegarde vol, …).
Ecoles
Les écoles nécessiteront un outil pédagogique, ludique et le plus simple possible.
Développeurs
Le noyau de calcul disposant d’une interface ouverte et interopérable, les développeurs pourront mettre au point toute surcouche de calculs ou IHM.
Procédure de validation logicielle
Noyau de calcul
Le noyau de calcul devra être validable automatiquement sur un grand nombre de fusées afin de garantir la pertinence des résultats qu’il fournira et d’en faire une référence. Pour réaliser cette validation, un petit outillage sera nécessaire afin de fournir les donnés d’entrée et de récupérer les données de sortie du noyau de calculs. Cet outillage sera le plus simple possible. Le déroulement du test sera consigné dans un rapport. Parmi le lot de fusées traitées, on devra trouver des cas limites. A chaque découverte d’un bug, on ajoutera au lot de fusées de référence la fusée ayant permis de mettre à jour le dysfonctionnement du logiciel. Chaque différence entre un résultat produit par le logiciel et le résultat de référence devra être justifiée. Il en découlera, suivant le cas, d’une dérogation temporaire, ou d’une modification permanente du vecteur de résultats. Ces décisions seront prises en concertation avec le CNES et il en sortira un binaire validé par le CNES et utilisable en tant que référence, la référence précédente devenant nulle et obsolète.
IHM
Afin de garantir la bonne liaison entre l’IHM et le noyau de calcul, un test de saisie manuelle d’un certain nombre de fusées (au moins 20), parmi lesquelles des cas limites, sera effectué et consigné dans un rapport d’essais. Le test consistera à saisir manuellement des fusées, de les enregistrer dans des fichiers, d’effectuer les calculs des paramètres, eux aussi enregistrés dans des fichiers et de produire les sorties papier si l’option est disponible. Le test sera un succès si les fichiers produits sont identiques aux fichiers de référence (1), que les affichages à l’écran sont identiques aux affichages de référence (2) et que les sorties papier sont identiques aux sorties papier de référence (3). Tous les écarts seront passés en revue en concertation avec le CNES. En cas de conformité, il en sortira un binaire validé par le CNES et utilisable en tant que référence, la référence précédente devenant nulle et obsolète.
Annexe : liste des critères de sécurité donnés par Trajec
Vitesse en sortie de rampe Temps de culmination Vitesse à culmination Porté balistique Portance Marge statique (faire une liste exhaustive)
Echanges mails 2006 sur la Procédure de validation
De : Léo COME [mailto:lcome_ArObAsE_free.fr]
Envoyé : samedi 7 janvier 2006 21:36
A : REGNAULT, Laurent (ENCELADE)
Objet : Re: trajec
Par contre, j'aimerai bien faire valider un nouveau logiciel courant 2006.
Le premier problème est : il n'y a pas de logiciel alternatif tout prêt à être qualifié.
Le second problème est : qui doit faire les tests (comparaison avec trajec...) ? (le CNES, ou bien il valide les résultats des tests fait par Pla-Sci).
@+ Léo.
Date: Wed, 25 Jan 2006 10:05:51 +0100
From: "REGNAULT, Laurent (ENCELADE)" <laurent.regnault_ArObAsE_airbus.com>
Subject: RE: trajec
To: Léo COME <lcome_ArObAsE_free.fr>
Pour les tests c'est très flou. A priori c'est au CNES de valider mais il ne feront jamais les tests.
Donc c'est à PS je pense de préparer tous les tests, de les réaliser puis de montrer au CNES.
Laurent, A+
Léo Côme a écrit (à Laurent Costy) :
Concernant une nouvelle version de Trajec, disons que l'étape de définition du Cahier Des Charges est déjà commencé,
le développement du code devrait pouvoir se faire soit bénévolement, soit stagiaire CNES (ça fait 5 ans...),
mais le plus dur reste à définir : comment sera-t-il validé ?
Il est très important que le CNES statue rapidement sur la façon dont le logiciel devra être validé : par qui, comment ... ?
@+ Léo.
From:Laurent Costy <laurent.costy_ArObAsE_planete-sciences.org>
Date:Tue, 20 Jun 2006 16:27:11 +0200
To:Léo Côme <lcome_ArObAsE_free.fr>
CC:"courronneau.nicolas" <nicolas.couronneau_ArObAsE_free.fr>, David Van-Pevenacge <david.van-pevenacge_ArObAsE_planete-sciences.org>, trajec_ArObAsE_planete-sciences.org
Bonjour Léo,
Concernant ton inquiétude, je suis complètement d'accord avec toi : la problématique est bien la procédure de validation.
Hélas, les discussions au CNES hier sur ce sujet ne m'ont pas rassurées.
La dynamique lancée au CNES l'année dernière à cause de la SSRJ et les quelques personnes qui s'étaient mobilisées sont en train de se désengager doucement et il va être de plus en plus difficile d'obtenir des ressources humaines et des compétences spécifiques.
J'ai acquis la conviction qu'il ne faut pas attendre du CNES le développement du nouveau code : soyons d'accord, le logiciel sera développé au sein du réseau.
Lorsque l'on regarde ce qui a déjà été produit, on se rend compte que nous avons bien les compétences.
Côté CNES, la durée des stages étant ce qu'elle est, on ne peut vraiment pas compter dessus. D'autres solutions que des stagiaires là-bas me semblent trop hypothétique.
Ce qui a manqué jusqu'à maintenant aux versions qui ont été développées au sein du réseau, c'est, d'une part,
- le cahier des charges, j'en suis convaincu. On est en train d'avancer sur la question.
- d'autre part, comme tu le dis, il manque la procédure de validation.
Sur ce point, je crains que nous devions aussi mâcher le travail pour espérer avancer.
"Nous n'avons pas les compétences, nous n'avons plus d'aérodynamiciens au CNES..." a exprimé Bruno Lazare hier.
C'est sans doute vrai mais ce qu'il faut lire derrière c'est bien l'impuissance de Bruno à pouvoir mobiliser du temps homme et des compétences au sein du CNES pour cela.
Il faut donc, dans un premier temps à mon avis, travailler par similarité et obtenir un logiciel qui sort des valeurs très proches de Trajec.
Une base de données de fusées doit être constituées pour permettre de "faire tourner" de nouvelles versions de logiciel et une règle doit être proposéepour la valider ou pas.
Dans un deuxième temps, il faudra peut-être regarder plus en détail la pertinence des résultats fournis par Trajec actuellement.
Ceci est un début de procédure de validation qui va falloir étoffer, discuter et finaliser (Nicolas, peux-tu peut-être préparer une page wiki pour une procédure de validation d'un logiciel de trajectographie ? C'est peut-être tout simple, je n'ai pas cherché) mais faisons avancer ce point et, lorsqu'il aura abouti, on le soumettra au CNES pour approbation.
Voilà mon avis sur la question et surtout mon ressenti suite à hier.
Merci à toi pour tes retours et à très bientôt.
Date: Tue, 20 Jun 2006 16:43:17 +0200
From: Vincent Riche <vincent.riche_ArObAsE_planete-sciences.org>
Cela fait 3 ans (au moins) que Carina Millénium tourne chaque année (avec un soutien d'un stagiaire CNES) pour valider le logiciel. Cela fait 3 ans également qu'aucune conclusion n'est écrite. Quand je parle de conclusion j'entends par une véritable apposition d'un tampon "VALIDE" ou "NON VALIDE". Pour l'instan nous savons juste que trajec et Carina M, propose des résultats tres proche mais avec quelques variations et c'est tout.
Je n'ai pas en tete les écarts de valeur, mais peut etre que Fred pourra nous dire si elles sont supérieurs aux erreurs due à l'apposition d'un Cx purrement arbitraire. Bref, nous voila devant un ABC de la trajectographie...
Date: Tue, 20 Jun 2006 21:01:45 +0200
From: laurent <laurent.regnault_ArObAsE_ecl2002.ec-lyon.fr>
Salut,
Pour ma part je trouve Carinna très attirant et plutot sympa.
Concernant la validation : on peut effectivement essayer de comparer les résultats à Trajec. Mais dans ce cas on ne peut pas améliorer les calculs (puisqu'il faudrait faire les même "erreurs"). Un peu embetant non?
La base de données de relevés de fusex est interessant mais cela fait des années que l'on essait sans vraiment avoir quelque chose de concluant.
A mon sens la validation ne pourra venir que d'une combinaison (difficile) des 2.
LE CNES n'a plu d'aérodyn ? Parfait, nous avons des bénévoles plus que callés et on aura le dernier mot (j'suis naif parfois lol).
Laurent, A+
From: =Nicolas Chaléroux <nicolas.chaleroux_ArObAsE_sdbdc.org>
To: <bureau_espace_ArObAsE_planete-sciences.org>
Date: Mon, 26 Jun 2006 22:37:40 +0200
« Plan directeur pour l’évolution de Trajec »1 – Passer Trajec sous licence GPL (accord de principe de Arnaud Colmon) - refusé par le bureau
2 – Un bénévole se propose de réaliser une version avec interface graphique pour que ce soit plus pédagogique
- Cette version ne sera pas valide pour les festiciels et les campagnes mais servira au plus grand nombre
- Cette version devra comprendre 1 librairie de calcul et 1 interface bien séparée
3 – Rédaction en parallèle d’un document « Formules appliquées pour la qualification d’un Fusex et plan de validation d’un logiciel »
- MAJ du Doc de stab d’une fusée
- Intégration du document de stabilité dynamique dans les critères
- Ecriture d’une procédure de validation
- Ecriture d’une procédure de MAJ logiciel pour les release
- Réalisation d’un échantillon représentatifs de fusée de test (~1000) pour valider les softs.
4 – Validation de ce document
5 – Validation du noyau de calcul de l’étape « 2 » par la procédure du document
6 – Il s’en suit automatiquement la validation du soft pédagogique ou de tout autre basé sur le même noyau
Je sais que ça semble long et fastidieux mais cela semble être le seul moyen de faire évoluer les choses. Je pense que le wiki sera mis à contribution pour la rédaction du document de validation.
Merci à Jérôme, Laurent Regnault, Etienne, Laurent Costy pour les bonnes idées sur ce planning.
Nico
Date: Thu, 20 Jul 2006 12:16:56 +0200
From: Laurent Costy <laurent.costy_ArObAsE_planete-sciences.org>
D'une manière plus général, ce qui a fait avorter systématiquement depuis 15 ans les tentative de nouveaux logiciels sont les deux choses suivantes :
- tout d'abord l'absence d'un cahier des charges
- et surtout, un procédure CNES/Planète Sciences de validation des nouveaux logiciels.
Ce seront des passages obligés si l'on souhaite que la question avance. Il me semble que le bureau espace prend les choses en main sur ces deux points.
Idées de Léo pour la validation :
- définir une dizaine de fusées types, incluant celles pour lesquelles on a des résulats expérimentaux (souffleries ONERA, NARAM, ...)
- passer ces 10 fusées sur tous les algo/logiciels disponibles, y compris le code missile Onera
- comparer les résultats
Message de Frédéric Bouchar sur la validation de Carina (janvier 2007) :
J'ai demandé en 2003 lors de la campagne de Sissonne, à Denis Dilan qu'elle était la procédure pour qualifier un logiciel de trajecto pour les minifs et les fusex (précision : c'était avant l'incident-dont-on-ne prononce-pas-le-nom).
Il m'a répondu que ce n'était pas possible, que le CNES n'allait pas dépenser d'argent pour qualifier un nouveau logiciel.
Il fallait en fait le qualifier en l'utilisant en parralèle avec Trajec et comparer les différences.
Après plusieurs lancement on pourrait se prononcer sur sa validité...
C'est donc ce qui a été fait l'année suivante avec le filleul de Danielle de Staerke qui était en stage avec Bruno lazare à Toulouse.
J'ai pu lire son document : il a basé son étude sur deux ou trois vols et ses conclusions ne sont pas exploitable pour une quelconque validation.
Depuis plus rien.
