Normes relatives à l'équipement embarqué

Le Département de la Défense des États-Unis tient à jour une liste exhaustive de normes relatives aux équipements déployés dans le cadre d'applications militaires. En optant pour des équipements répondant à ces normes, les concepteurs sont assurés que les solutions COTS (prêtes à l'emploi) sont conformes aux exigences minimales de protection des systèmes critiques. Plusieurs normes permettent de faire face aux défis rencontrés dans les applications d'électronique embarquée et sont souvent appliquées lors de la conception d'armoires destinées aux navires :

• MIL-DTL-901E : cette norme remplace la norme MIL-S-901D imposée par le Département de la Défense pour les tests de chocs mécaniques de 1989 à 2017. La nouvelle norme 901E spécifie les critères des tests de chocs à fort impact afin de s'assurer que les armoires puissent résister à des environnements d'opérations et de combats navals difficiles, et ainsi garantir la protection des équipements stratégiques. L'un des principaux apports de la norme 901E est l'ajout d'un nouveau « Test de simulation de chocs sur pont » en plus des tests de chocs mécaniques et d'impacts en conditions réelles spécifiés dans la norme 901D.
• MIL-STD-167-1A : les tests de vibrations mécaniques de l'équipement embarqué garantissent la fiabilité des armoires et des composants électroniques, même lorsqu'ils sont soumis aux vibrations courantes dans de tels environnements, telles que celles provenant des moteurs, sur une large gamme de fréquences.
• MIL-STD-461G : les tests de compatibilité électromagnétique (CEM) garantissent que les armoires protègent les composants contre les interférences électromagnétiques externes et assurent un confinement efficace des émissions générées à l'intérieur même des armoires. Les émissions rayonnées et les émissions de ligne peuvent impliquer la transmission de données susceptibles d'être interceptées et exploitées par des adversaires. C'est pourquoi il est indispensable de prévoir un blindage électrique efficace des équipements de communication sensibles. Dans certaines applications, une protection supérieure à la norme MIL-STD-461G est requise, pouvant aller jusqu'à la protection des signaux de niveau TEMPEST (spécification du gouvernement américain pour la protection contre le vol de données par l'interception du rayonnement électromagnétique).

MIL-STD-810E : l'essai au brouillard salin permet de s'assurer que l'équipement installé à l'intérieur de l'armoire sera protégé contre la corrosion potentiellement dangereuse causée par l'exposition à de l'air salin pendant les longs déploiements en mer. Bien que les armoires situées sur les ponts supérieurs soient les plus exposées aux embruns et à la pluie (ce qui explique pourquoi elles doivent être parfaitement étanches), les composants électroniques situés sous le pont peuvent également être compromis par l'exposition au sel présent dans l'air. Les spécifications des armoires installées sous le pont testées conformément aux exigences de la norme 810E relative au brouillard salin garantissent que les composants électroniques essentiels ne seront pas exposés à la salinité présente dans l'air ambiant du navire.

En plus des normes répertoriées ci-dessus, le Département de la Défense publie des dizaines de normes applicables aux conditions environnementales spécifiques dans les applications navales. Chaque application étant différente, il est essentiel de spécifier la conformité à une gamme complète de normes répondant aux exigences uniques d'une installation donnée.

Chaque application est unique

Les tests standard permettent de s'assurer que les risques courants ont été pris en compte pendant la conception d'une armoire électronique. Cependant, les applications embarquées étant très diverses, les normes ne suffisent pas à s'assurer que l'équipement sera conforme à toutes les conditions susceptibles d'être rencontrées sur un navire. En plus de la spécification des armoires conformément aux tests susmentionnés, les concepteurs peuvent compter sur des solutions modulaires, évolutives et personnalisables, basées sur une architecture de plateforme commune. Cela leur garantit la disponibilité immédiate des composants COTS tout en leur permettant de modifier les armoires afin de les adapter aux besoins spécifiques de l'application. Voici quelques modifications courantes des armoires électroniques :

• Amortissement et isolation des vibrations
• Panneaux d'entrée de câble et d'E/S modifiés
• Solutions de refroidissement actif et passif
• Distribution d'alimentation renforcée
• Systèmes de contrôle d'accès physiques et électroniques
• Certification TEMPEST pour les communications sensibles
• Blindage CEM
• Systèmes anti-incendie
• Gestion et organisation du câblage

La plupart de ces exigences d'application uniques requièrent une ingénierie spécialisée pendant le processus de conception afin de garantir la fiabilité de l'électronique dans des conditions difficiles. Une analyse par éléments finis doit être appliquée à toutes les armoires montées sur des dispositifs d'isolation des vibrations afin de garantir des performances fiables et une résistance appropriée aux contraintes.

La modélisation thermique avancée s'avère de plus en plus indispensable pour assurer un refroidissement optimal des composants électroniques à mesure que la puissance de calcul augmente dans des applications disposant d'un espace limité. Même les considérations les plus simples, telles que le rayon de courbure requis pour les câbles situés à l'intérieur de l'armoire, peuvent entraîner des problèmes d'installation importants si elles sont négligées pendant le processus de conception.

Chaque application est unique. Aussi, le fait de se reposer sur une plateforme d'armoires COTS facilement modifiables permet de réduire le temps dédié aux refontes et d'améliorer la résilience de la chaîne d'approvisionnement, tout en assurant l'adéquation de l'installation à l'ensemble des conditions auxquelles elle sera confrontée une fois en mer.

Gestion thermique fiable

En plus d'être conformes aux exigences physiques et environnementales spécifiées dans les normes MIL, les armoires électroniques modernes nécessitent des systèmes de gestion thermique fiables. La mise en œuvre de systèmes de vision et de ciblage avancés, de plateformes autonomes, de l'intelligence artificielle (IA) et de systèmes de guerre électronique avancés dans le secteur de la défense nécessite un matériel informatique ultra-rapide et disponible. Cela génère une chaleur considérable, souvent à des densités plus élevées qu'auparavant.

Les méthodes de refroidissement classiques telles que la convection et l'air forcé ne suffisent généralement plus face à une telle charge thermique. Les concepteurs doivent de plus en plus avoir recours à divers systèmes de refroidissement, de la convection au refroidissement par liquide, pour assurer le bon fonctionnement des installations électroniques navales modernes :

• Convection : pour un refroidissement allant jusqu'à 800 W par rack, en fonction de la température ambiante. Nécessite des fentes d'aération ou des perforations pour permettre la circulation de l'air à l'intérieur et à l'extérieur de l'armoire. L'air chaud doit être évacué de la salle ou soumis à un refroidissement actif. Fonctionne mieux en combinaison avec un système de climatisation de la salle pour refroidir l'air ambiant et surveiller les conditions environnementales.
• Air forcé : pour un refroidissement allant jusqu'à 2 000 W par rack, en fonction de la température ambiante. Nécessite des fentes d'aération ou des perforations pour permettre la circulation de l'air à l'intérieur et à l'extérieur de l'armoire. L'air chaud doit être évacué de la salle ou soumis à un refroidissement actif. Fonctionne mieux en combinaison avec un système de climatisation de la salle pour refroidir l'air ambiant et surveiller les conditions environnementales.
• Climatiseurs : pour un refroidissement allant jusqu'à 2 600 W par rack. Solution idéale dans les applications où l'air ambiant n'est pas soumis à un refroidissement actif ou en cas de variations de température. L'air chaud sortant du climatiseur doit être évacué de la salle/du rack.
• Refroidissement par liquide : pour un refroidissement allant jusqu'à 45 000 W (45 kW) par rack. Le refroidissement par liquide permet d'augmenter énormément la densité des racks, et ainsi d'optimiser l'espace dans la salle et de limiter le nombre de racks requis sur le navire. Le refroidissement de l'air ambiant n'est pas nécessaire, et le système peut fonctionner en boucle fermée dans une armoire étanche. Le refroidissement est assuré par l'échangeur thermique air/eau, qui est alimenté en eau froide provenant du navire.

Qualité et conformité

Il est également essentiel de garantir la conformité aux exigences en matière d'approvisionnement et de transfert de projets du DFARS ; la conformité au DFARS (Defense Federal Acquisition Regulation Supplement, ou Complément au Règlement fédéral d'acquisition de la Défense) est un ensemble de réglementations en matière de cybersécurité que les sous-traitants et les fournisseurs du secteur de la défense doivent respecter pour obtenir de nouveaux contrats auprès du Département de la Défense. Lors du choix d'un fournisseur partenaire pour l'infrastructure électronique navale, il est essentiel de s'assurer que toutes les exigences pertinentes en matière de qualité et d'approvisionnement seront respectées. Les considérations courantes relatives aux fournisseurs sur le marché de l'électronique navale incluent :

• Conformité aux exigences de traçabilité des matériaux du DFARS
• Certification ITAR (International Traffic in Arms Regulation, ou Réglementation sur le trafic d'armes au niveau international)
• Certifications de qualité ISO et AS9100
• Solide programme de prévention des pièces contrefaites
• Procédures d'inspection du premier article
• Programme de gestion du cycle de vie garantissant que l'équipement restera disponible et compatible pendant toute la durée de vie d'un programme

Et ensuite ?

Garantir la fiabilité et la disponibilité des systèmes électroniques embarqués est essentiel pour les futures missions navales. Bien que chaque application soit unique, les concepteurs ont à leur disposition de nombreux moyens de relever les défis mécaniques, électriques/électromagnétiques et environnementaux les plus courants lors de la création d'armoires électroniques destinées aux navires. S'assurer que les racks d'équipement sont conformes aux spécifications militaires et gouvernementales pertinentes, que leurs performances physiques et thermiques ont été soigneusement analysées, qu'ils respectent les exigences uniques de l'application et qu'ils sont fournis par un professionnel qui applique des contrôles qualité robustes et justifie d'une solide expérience dans le domaine des solutions électroniques à usage militaire, tout cela permet de garantir que les équipements électroniques stratégiques seront capables de résister aux applications navales les plus difficiles.