La dernière décennie a vu une réduction progressive de la taille et du poids de presque tous les types d’équipements électroniques commerciaux. Nombre d’appareils, jadis fixes, sont désormais développés au format portable. Cette évolution a stimulé le développement de solutions novatrices d’interconnexion et l’introduction de connecteurs au format miniature.
Même le marché militaire, avec ses strictes exigences environnementales, ses cycles de développement étendus et ses produits d’une durée de vie de plusieurs décennies, n’a pas échappé à cette tendance. Cet article s’intéresse tout particulièrement à certains des facteurs à l’origine de la réduction du format et du poids des connecteurs utilisés dans les applications militaires. Nous verrons que ce contexte ne s’est pas mis en place au détriment des performances, et découvrirons comment il a permis de satisfaire de nouveaux objectifs opérationnels.
L’équipement lourd des soldats favorise le développement de connecteurs plus petits, plus légers
Depuis toujours, les soldats de l’infanterie sont contraints de transporter un paquetage encombrant. Même le légionnaire romain portait, selon les estimations, environ 40 kilos (80 livres) sur son dos durant les progressions territoriales. Bien que les composantes des équipements aient considérablement évolué depuis cette époque, les soldats d’aujourd’hui transportent entre 40 et 60 kilos sur les patrouilles terrestres de longue haleine. Selon le Département de la Défense des États-Unis, ce fardeau, bien réel pour le coup, a augmenté la fréquence des blessures musculo-squelettiques. Tout allégement de l’équipement est de nature à réduire la fatigue et à accélérer le temps de réaction du soldat. En temps de guerre, ces détails synonymes de vie ou de mort. En conséquence, la réduction du poids imposé au personnel, sans bien entendu compromettre en rien les objectifs, est une priorité.
Les connecteurs microminiatures et nanominiatures font partie de la solution. De tels connecteurs miniatures présentent un volume et un poids respectivement 10 et 90 % inférieurs à ceux des connecteurs militaires traditionnels. De nombreux connecteurs nanominiatures fonctionnent dans des plages de température élargies, comprises entre -200° C et 200° C.
Guerre en réseau et programme Nett Warrior
La doctrine militaire de la guerre en réseau consiste à traduire un atout en matière de renseignement, en partie octroyé par les technologies de l’information, en avantage de terrain par le biais d’un partage à grande échelle des données et une solide mise en réseau informatique de l’ensemble des unités de combat, à tous les niveaux. La guerre en réseau nécessite l’utilisation de connecteurs offrant des performances à haut débit dans une conception durable, robuste résistant à des chocs rudes, puissants et à des environnements à hautes vibrations.
Au niveau de l’individu, du soldat donc, le programme Nett Warrior (avec le programme antérieur Land-Warrior) s’applique. Ils intègrent de multiples modules et technologies de différents fabricants. L’objectif est de fournir des solutions d’équipements modulaires adaptables en fonction de la mission entreprise. Pour permettre une réduction du poids, il est impératif que l’ensemble des équipements utilisent une source commune d’alimentation (batterie), ce qui nécessite une refonte des stratégies de multiples fournisseurs.
Figure 2 : Une gamme élargie de nouveaux types de connecteurs doit équiper le soldat connecté d’aujourd’hui. (Source : SoldierMod)
La généralisation de l’adoption des composants pris sur étagère
Dans l’intention de valoriser le meilleur équipement commercial disponible à ce jour, l’industrie militaire s’intéresse de plus en plus à la technologie des composants pris sur étagère. Dans de nombreux cas (les communications, par exemple), le rythme du développement au sein du secteur commercial est bien plus important que dans le monde militaire. Dès lors, les acteurs militaires profitent de fonctionnalités plus puissantes à des coûts considérablement réduits.
Par exemple, après que les prix ont grimpé en flèche pour atteindre le chiffre de 85 000 $ par soldat, le système Land Warrior, sur le point d’être abandonné, a été maintenu à la fin des années 1990 uniquement grâce au remplacement d’équipements militaires par des technologies commerciales, notamment de pièces acquises auprès de Fry’s Electronics.
Le programme actuel Nett Warrior valorise également des composants pris sur étagère. L’appareil de l’utilisateur final est un Samsung Galaxy Note II. Les appareils sont achetés au prix du commerce, avant que le logiciel ne soit modifié pour une utilisation militaire. Ils interagissent via une connexion USB avec une radio fixée à la ceinture, qui prend en charge la connectivité réseau. Cette utilisation des appareils standard commerciaux entraîne le recours à des connecteurs de classe militaire dédiés aux interfaces commerciales standard comme USB ou Ethernet.
Figure 2 : Connecteur Ethernet militaire (Source : Amphenol Socapex)
Les nouveaux drones, plus petits et plus légers, présentent des exigences spécifiques
Tout comme l’équipement des soldats de l’infanterie, les drones présentent de nouvelles contraintes de taille et de poids. Le modèle Reaper, avec ses 20 mètres (66 pieds) et sa charge utile de 1 720 kilogrammes est enterré au cimetière des drones. De nos jours, l’intérêt est porté sur des plus petits formats de drones pouvant être transportés et lancés par un soldat isolé. Le micro-drone Black Hornet Nano, par exemple, présente des dimensions de 10 cm sur 2,5 cm et pèse à peine moins de 15 g avec les batteries !
Toutefois, les micro-drones présentent des défis aux concepteurs sur 2 plans. Premièrement, dans la mesure où le temps de vol procuré par une batterie est proportionnel au poids total de l’équipement, il est nécessaire d’adopter des connecteurs aussi petits et légers que possible. Compte tenu de la tendance qu’ont les micro-drones à atterrir lourdement, ces solutions doivent également satisfaire de strictes exigences antichocs et antivibrations. Ensuite, pour accomplir leur mission, les micro-drones doivent comporter un package complet de composants électroniques sophistiqués. L’appareil Black Hornet Nano présente une caméra avec détecteur de mouvements, un GPS et une liaison de données numérique. Ces connecteurs doivent également être protégés contre les menaces d’interférences électroniques et d’impulsions électromagnétiques. Dans les drones de taille standard, il est possible de protéger les connecteurs et les câblages en les confinant dans un conduit conducteur. Un micro-drone ne peut prendre en charge ce type de surcharge. La solution alternative, des protections en métal tressé, oblige les concepteurs de connecteurs miniatures à imaginer une gamme élargie de configurations de boîtiers abritant les dispositifs de protection contre les menaces d’interférences électroniques et d’impulsions électromagnétiques.
Normes militaires applicables
Comme chacun peut s’y attendre, l’US Army a développé un ensemble de normes encadrant l’utilisation de la nouvelle génération de connecteurs.
MIL-DTL-38999
Connecteurs circulaires miniatures à haute densité utilisant des contacts de soudure à vague ou fixes, pouvant fonctionner à une température comprise entre -65° C et 200° C.MIL-DTL-83513
Les connecteurs électriques rectangulaires miniatures, souvent appelés connecteurs Micro-D. Ils sont adaptés à une multitude de systèmes comme les missiles et les systèmes de guidage associés, l’aérospatiale, l’avionique, les radars, les armes d’épaule, les systèmes technologiques avancés du soldat et les GPS militaires.MIL-DTL-32139
Les connecteurs nanominiatures fixés sur des circuits imprimés ou sur des câbles. Les contacts des connecteurs sont conditionnés dans un espace réduit, un écart de 0,64 mm (0,025 pouce) seulement séparant 2 éléments d’une même rangée. Cette mise en œuvre est conçue pour les interconnexions sur circuit imprimé, configuration circuit imprimé à câble, câble à panneau ou câble à câble sur des équipements miniaturisés présentant de faibles exigences de puissance.
Le secteur de l’électronique continue à développer des systèmes toujours plus compacts, plus rapides et plus efficaces, la tendance ne se dément pas au fil des années. Le marché militaire n’échappe pas à la règle. Cette approche en faveur du développement de systèmes plus petits et plus légers contraint les concepteurs de connecteurs à générer des solutions de plus petit format, permettant d’accroître les performances tout en présentant la robustesse des connecteurs existants de classe militaire.