L'étonnant parcours de James MacKinnon jusqu'à la NASA

 

Judy Warner : James, pouvez-vous partager avec nous un peu de votre parcours académique et comment vous avez appris à réaliser des circuits imprimés.

 

James MacKinnon : Dans ma première et ma dernière année à l'Université de Floride, j'avais quelques cours pour lesquels nous devions faire de la conception de PCB relativement simple. En gros, si vous ne réussissez pas ces cours, vous n'avez pas votre diplôme. Du fait que ce soit un cours d'ingénierie électronique, ils veulent que vous réalisez un circuit imprimé. C'était des circuits simples pour une conception de première année. Cependant, pour la dernière année, ils veulent que vous créez quelque chose d'assez compliqué. Et c'est comme ça que j'ai commencé à me familiariser avec la conception de circuits imprimés et Altium Designer.

 

Judy Warner : On dirait qu'ils vous ont en fait appris les bases en matière de conception de cartes dans votre université. C'est plutôt rare.

 

James MacKinnon : Oui, en effet. Je suppose que le terme « bases » est le mot juste.  Dans ce cours de première année, nous devions réaliser le routage d'un circuit très simple. Il avait un microprocesseur simple, et peut-être quelques lignes d'entrée/sortie. Dans mon cas, c'était un contrôleur de moteur donc il y avait seulement quelques lignes PWM. Ils nous ont appris comment utiliser le programme et comment mettre en place une simple carte à double couche et réaliser un routage de base. Pour la conception de dernière année, nous nous sommes attelés à des choses beaucoup plus compliquées telles que du routage à haute vitesse, des conceptions analogues complexes, de l'adaptation d'impédances, des choses comme ça. Ils ont passé plusieurs heures de cours à parcourir les différents aspects d'une conception de carte, et j'ai beaucoup appris pendant ces cours. Cependant, ce ne fut qu'après avoir obtenu mon Master que j'ai vraiment beaucoup appris sur la conception de cartes, la vraie, et la portée plus large des outils que propose Altium Designer.

Puisqu'ils enseignaient Altium Designer au niveau licence, je pense que c'est la raison pour laquelle on l'utilisait aussi en Master. J'ai passé ma licence et mon Master à l'Université de Floride donc je pouvais réutiliser beaucoup de ce que j'avais déjà appris. Le département de génie électrique avait des licences donc c'est ce que tout le monde utilisait. Pour mon programme de Master, j'ai travaillé dans un labo qui s'appelait le CHREC, c'est le Center for High-Performance Reconfigurable Computing, et une partie du labo était en fait chargée de créer un ordinateur à carte unique pour la mise en orbite de charges utiles —quelque chose que vous verriez sur un CubeSat ou un petit satellite en fait.

 

Judy Warner : Oh, ça m'a l'air plutôt excitant comme sujet.

 

James MacKinnon : Oui, ça l'était. L'équipe dont je faisais partie a développé une carte qui avait une puce Xilinx dessus. C'était une conception assez complexe avec des routages à haute vitesse, une mémoire DDR, des paires différentielles, une adaptation d'impédances, toutes ces choses sympathiques. J'ai donc eu l'occasion de travailler avec un type qui a réalisé la première ébauche de cette carte, et il m'a énormément appris sur les rouages de ce logiciel. Du fait qu'Altium Designer possède autant de fonctionnalités avancées, il est très utile parfois d'avoir quelqu'un qui vous montre comment faire différentes choses, plutôt que d'avoir à apprendre « à la dure ».

 

Judy Warner : Oui, absolument.

 

James MacKinnon : C'était un étudiant en doctorat et il m'a appris à utiliser quasiment toutes les fonctionnalités d'Altium Designer. J'étais ensuite capable de mettre en pratique toutes ces compétences au fur et à mesure que je progressais dans mon programme de Master. J'ai commencé par modifier les conceptions des autres et je suis arrivé à créer les miennes. Nous voulions que l'ordinateur à carte unique que nous développions soit plus fiable, alors j'ai fini par refaire l'intégralité du sous-système d'alimentation afin qu'il soit plus résistant aux radiations. vous pouvez rencontrer un tas de problèmes lorsque vous essayez de concevoir des dispositifs électroniques pour l'espace. En particulier, il y a les effets de radiation qui peuvent affecter vos composants de différentes manières. Vous pouvez acheter des composants qui sont résistants aux radiations et ils peuvent protéger contre ces effets, mais ce que nous essayions d'accomplir était de concevoir et de fabriquer une carte qui aurait été super cher autrement, et nous voulions qu'elle reste dans le cadre d'un budget d'une université qui essaie de construire son propre petit satellite.

 

Judy Warner : Et les parties résistantes aux radiations sont extrêmement chères...

 

James MacKinnon : Tout à fait, elles sont horriblement chères. Non seulement elles sont chères mais si vous achetez un processeur qui est résistant aux radiations par exemple, sa performance sera très faible. Vous ne pouvez pas vraiment faire beaucoup de traitement donc vous avez tendance à en avoir beaucoup. Ils sont éparpillés un peu partout lorsqu'il s'agit d'un gros satellite et ils consomment énormément de courant. Tout cela est un vrai cauchemar lorsque vous essayez de concevoir un CubeSat—quelque chose qui tient dans la main, en fait.

Alors nous voulions réaliser une carte que les gens pourraient utiliser dans un CubeSat qui serait aussi fiable que quelque chose que vous achèteriez chez Lockheed-Martin par exemple, mais qui serait beaucoup plus performant pour que vous puissiez faire des choses sympa dans l'espace. Dans notre cas, nous nous trouvions dans une situation où nous devions recueillir des données d'image à partir d'un capteur photographique et les traiter à bord. Et du fait que nous les traitions à bord, nous étions en mesure d'envoyer des résultats de données plus intéressants vers la terre. Avec CubeSats, vous êtes limité par votre radio et vous ne pouvez envoyer qu'un certain nombre de données vers la terre. Alors que si vous effectuez votre traitement à bord, vous pouvez réduire le nombre de données que vous devez envoyer, que vous soyez en train de générer des résultats de données en orbit, en train de compresser des données, ou autre.

C'est pourquoi nous avons pensé que cette carte serait un excellent ajout à cela, particulièrement au niveau universitaire. Sur la première coupe de cette carte, nous avons donc utilisé une puce Xilinx à haute performance en tant que processeur principal, non-résistant aux radiations, et nous l'avons entourée de composants résistants aux radiations. C'est ce que nous appelons un design hybride. De cette manière, vous investissez dans les composants résistants aux radiations, ceux dont vous avez impérativement besoin, tout en conservant les composants clients (COTS) à leur place pour obtenir la performance désirée. En les combinant intelligemment dans une seule carte, vous pouvez obtenir une carte de traitement à très haute performance tout en conservant la fiabilité d'une carte résistante aux radiations.

C'était ma mission principale lorsque j'étais là-bas. Pendant la première découpe de la carte, certains éléments du système d'alimentation n'étaient pas aussi résistants aux radiations qu'ils auraient pu l'être, mais j'ai pu redessiner la carte afin d'utiliser de meilleurs composants pour l'alimentation. Nous avons fini par emmener la carte au Brookhaven National Labs, qui abrite le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC), et nous avons pu vraiment passer du temps dans le labo de la NASA et exposer notre carte aux radiations pour la tester.

 

Judy Warner : Oh, c'est super !

 

James MacKinnon: C'était vraiment super. Donc on a pris cette carte, on l'a testée, et ça s'est plutôt bien passé. Après avoir conçu cette carte, nous voulions en concevoir une encore plus petite, alors j'ai crée une carte de traitement de la taille d'une carte de crédit, avec des aptitudes très similaires à la plus grande carte, mais en plus petit et avec une consommation plus faible, alors j'ai commencé. À ce moment précis, Altium Designer nous a énormément aidé—nous utilisions des micro vias, nous avions beaucoup plus de couches, tout était très serré, l'agencement des composants était un gros problème, alors pouvoir regarder le modèle 3D de la carte pendant son élaboration était extrêmement utile. Nous utilisions un émetteur-récepteur gigabit à haute vitesse, donc pouvoir se servir des calculateurs d'impédance et des routeurs de paires différentielles était crucial.

 J'ai conçu d'autres cartes qui étaient des cartes d'évaluation mineures, des cartes de débogage, ce genre de choses. Mais ces deux ordinateurs à carte unique furent les projets les plus importants sur lesquels j'ai travaillé à l'université.

 

Judy : On dirait que ce fut une expérience très enrichissante. Qu'est-il advenu de la carte ?

 

James MacKinnon: Cette carte est désormais sous licence de la société Space Micro, basée à San Diego. Donc ils ont vendu la carte que nous avions conçue. Ils ont la première génération de cette carte. Je crois que Space Micro est encours d'obtention de la licence pour la version plus petite, que j'ai construite il y a environ un an et demi. Elle est toujours en phase de test pour les radiations et ce genre de choses.

Enfin je suppose qu'il serait logique que je vous en dise un peu plus sur le labo. Il s'agit d'un centre de recherche financé par la « National Science Foundation » (Fondation nationale pour la science) où les partenaires de l'industrie peuvent acheter des adhésions pour accéder au labo. Ces adhésions servent à financer des étudiants diplômés, et ce que vous obtenez contre paiement de cette adhésion est n'importe quelle recherche effectuée dans le labo ; il devient un lieu que vous pouvez utiliser au sein de votre entreprise. Admettons que Space Micro soit membre par exemple. Ils subventionnent des projets particuliers. Une conférence se déroule chaque année pendant laquelle nous montrons ce sur quoi nous avons travaillé l'année précédente. Nous proposons ensuite des projets, les membres de l'industrie se rassemblent, ils parlent au corps enseignant, et décident des projets sur lesquels ils veulent travailler, projets qui pourraient aider l'entreprise ou l'agence. C'est assez amusant d'y avoir passé autant de temps lorsque j'étais étudiant et maintenant c'est moi qui fait partie de cette industrie.

 

Judy Warner : Est-ce de cette manière que vous avez établi une connexion avec la NASA ?

 

James MacKinnon : Oui, c'est un peu là où je voulais en venir. Afin que cette carte puisse être véritablement apte à aller dans l'espace, nous avons dû travailler en étroite collaboration avec la NASA. La division pour laquelle je travaille aujourd'hui s'appelle la « Science Data Processing Branch » et nous développons quelque chose qui porte le nom de Space Cube. Un Space Cube est probablement une fois plus large que ce que vous voudriez avoir dans un CubeSat. C'est petit, consomme peu, mais ce n'est pas quelque chose qui va tenir sur un CubeSat. Donc la NASA, elle-même membre du labo, a dit, « Il y a un créneau à prendre sur le marché pour quelque chose qui soit très performant, très fiable, mais plus petit que ce que cette division de la NASA fournit. » Ils ont donc réussi à convaincre le labo de développer cette carte. Pendant tout le temps où cette carte fut en voie de développement, nous avons pu obtenir des commentaires de haute qualité sur notre conception de la part des ingénieurs NASA, et pendant tout ce processus, nous avons établi une très bonne relation avec le labo et la NASA, ce qui m'a finalement amené à travailler ici.

 

Judy Warner : Oh, c'est formidable. J'adore entendre ce genre de choses. Il y a tellement de concepteurs aguerris qui s'inquiètent de ne pas être remplacés lorsqu'ils vont partir en retraite. Votre histoire est vraiment encourageante.

 

J. MacKinnon : Oui, je pense que ce problème est encore plus présent dans l'industrie aérospatiale car elle est relativement petite. Vous avez tendance à rencontrer tout le monde dans le milieu assez rapidement après avoir été à quelques conférences seulement. La NASA en particulier se rend compte de cela, je pense, et c'est pourquoi ils essaient d'attirer un grand nombre d'étudiants pour répondre à ce problème.

 

Judy Warner : Vous semblez avoir eu une expérience extraordinaire mais plutôt rare, surtout dans votre programme de Master, où vous avez eu l'opportunité de travailler sur des conceptions complexes. Mais tout le monde n'a pas cette chance donc la question que je me pose est la suivante. D'où va venir la prochaine génération de concepteurs à votre avis ? Il semble que la NASA se rende compte du problème puisqu'elle se met en partenariat avec des organismes tels que le CHREC par exemple.

 

James MacKinnon : Je pense que c'est définitivement une solution—et j'ai remarqué que dans le cas du labo, il y a des entreprises qui obtiennent d'excellentes recherches grâce à ce labo—mais en fait tout le monde finit par obtenir un emploi chez l'un de ces partenaires du secteur. Un des types avec lesquels j'ai travaillé a fini par obtenir un poste à Space Micro. Ils utilisent donc ce système pour recruter. Cependant, un tout petit pourcentage d'étudiants auront la chance de travailler dans un labo comme celui-ci. J'ai remarqué une chose ici à Baltimore, une recrudescence des amateurs en électronique, et j'ai d'ailleurs essayé de m'impliquer. À vingt ou trente minutes de chez moi se trouvent trois Hackerspaces. J'en ai visité un à plusieurs reprises et ils sont toujours en train de présenter des petits circuits imprimés de débogage pour nos boucliers Arduino ou nos cartes adaptateurs Raspberry Pi. Je connais quelqu'un qui construit des cartes à mettre sur son drone. Je pense donc qu'il existe un mouvement « clandestin » plutôt cool qui prend de l'ampleur dans le milieu des concepteurs électroniques. Il est important d'impliquer les jeunes très tôt.

Quelque chose qui aurait pu aider est d'être davantage impliqué au niveau secondaire. Je n'ai jamais travaillé avec de l'électronique au niveau secondaire. Il aurait été bénéfique de pouvoir faire découvrir les Hackerspaces aux étudiants, ou même d'avoir des Hackerspaces au sein des établissements secondaires, ou un endroit où les étudiants peuvent trouver du matériel avec lequel ils peuvent se familiariser et éveiller leur curiosité. Ils vont finir par atteindre un stade où ils auront besoin de quelque chose qu'ils n'ont pas encore, et ils vont commencer à se dire « Laisse-moi essayer de faire ça moi-même, et donne-moi les produits chimiques pour la gravure et je vais voir ce que je peux faire ». Ils arriveront au final à concevoir des petites cartes sympas qu'ils auront fabriquées eux-mêmes. Surtout maintenant, c'est tellement abordable de faire fabriquer des cartes. Ce concept de hackerspace est vraiment très bénéfique pour ces amateurs.

 

Judy Warner : Nous nous en rendons compte également, James. En fait, l'un de mes rôles ici est d'aider à sponsoriser des équipes, des universités et même des hackerspaces—et ils font un travail incroyable dans ces endroits.

 

James MacKinnon : Je pense que c'est le meilleur moyen d'avancer. Je veux dire, la raison principale pour laquelle j'utilise Altium Designer est parce qu'il était présent dans mon université. Comme j'ai appris sur Altium Designer en premier lieu, j'ai continué à devenir plus performant. Il faut du temps pour concevoir des circuits imprimés et certains sont si compliqués que vous devez vraiment utiliser les fonctionnalités les plus complexes d'Altium Designer. Je suis très content d'avoir appris à utiliser Altium Designer car maintenant je ne peux plus utiliser la licence gratuite à l'université, j'ai utilisé Kicad à plusieurs reprises sur des projets à la maison mais il est loin d'être aussi efficace. [rires]

 

Judy Warner : C'est un luxe d'avoir une licence Altium Designer à la maison, c'est sûr ! Lorsque vous étiez enfant, quand vous regardez en arrière, vous pensez que vous aviez des aptitudes techniques ?

 

James MacKinnon : Oui, heureusement j'avais un père qui était très doué pour les mettre en avant. Il m'a appris à souder à un très jeune âge et il m'a toujours donné des trucs à démonter. Je m'amusais aussi beaucoup avec des circuits. Même de pouvoir faire marcher des diodes en tant que gamin était assez cool. Donc je pense que cela m'a aidé dans ma décision et mon orientation. J'ai toujours été fasciné par l'électronique mais j'ai eu un parcours assez atypique avant d'aller à l'université. Juste après le secondaire, j'ai mis cinq ans avant d'aller à l'université. Je ne savais pas ce que je voulais faire de ma vie. Je savais plus ou moins que j'étais attiré par tout ce qui touchait à l'électronique mais j'ai travaillé chez Sears pendant cinq ans en fait.

 

Judy Warner : C'est drôle, je connais quelqu'un qui a fait exactement la même chose, il a travaillé chez Sears et a atterri dans cette industrie.

 

James MacKinnon : J'ai travaillé là-bas pendant un moment, et puis un jour je me suis rendu à l'évidence et je me suis dit, « Il faut que je fasse quelque chose de ma vie ! ». J'ai toujours été dans l'électronique et je m'étais un peu amusé avec Arduino et ce genre de choses. Rien de bien sérieux mais assez pour faire le grand saut. Alors quand je me suis finalement décidé à retourner à l'école j'ai pensé, « Tu sais quoi, j'ai toujours aimé l'électronique, alors je vais tenter le génie électrique. » J'avais un penchant pour la robotique alors je suis retourné à l'université publique d'abord mais j'ai toujours voulu aller à l'université de Floride. Je suis originaire de Jacksonville donc l'université de Floride a toujours été l'endroit où je souhaitais aller.

J'ai obtenu mon « associate's degree » (diplôme d'enseignement technique) et j'ai pu être transféré à l'université de Floride. C'est là que l'opportunité et la chance se sont rencontrées. Je me suis retrouvé à être orienté vers le bon professeur puis vers le responsable du labo du CHREC. Je suis tellement heureux d'avoir eu l'opportunité de faire tout cela, et maintenant je travaille pour la NASA.

 

Judy Warner : C'est une très belle histoire. Puisque vous avez été élevé en Floride, avez-vous été inspiré par l'espace quand vous étiez enfant ?

 

James MacKinnon : Absolument. De Jacksonville, on pouvait voir le lancement de la fusée.

 

Judy Warner : Waouh, je suis jalouse !

 

James MacKinnon : Je me souviens qu'on m'avait emmené dans le jardin et j'étais là, « Oh, regarde ça. » Vous pouvez la voir car les propulseurs sur la fusée laissent de longues traînées derrière eux. Donc même si vous êtes loin, vous pouvez les voir très clairement. La base de lancement de Cap Canaveral est à trois heures de chez moi mais vous pouvez les voir à cause de la quantité de débris que ces fusées laissent derrière elles.

 

Judy Warner : C'est une sacrée expérience pour un jeune garçon attiré par la technologie.

 

James MacKinnon : Oui, et c'est pourquoi j'ai grandi avec l'envie de travailler à la NASA. Je ne savais pas vraiment comment y arriver, et ça m'est un peu tombé dessus, donc je suis réellement reconnaissant.

 

Judy Warner : Je suis sûre qu'une fois que l'opportunité s'est présentée, vous avez travaillé d'arrache-pied et vous avez exploité ces opportunités au maximum.

 

James MacKinnon : Vous avez raison. Je pense que c'est un peu un mélange des deux, n'est-ce pas ? Beaucoup de travail et de la chance.

 

Judy Warner : James, vous avez mentionné que vous êtes en ce moment en train de travailler sur un CubeSat de taille moyenne, et que c'est pour cela que vous concevez des cartes. Est-ce l'application bizarre sur laquelle vous travaillez en ce moment même ?

 

James MacKinnon : Non, je travaille sur énormément de choses. Voilà ce qu'est la vie en tant qu'employé à la NASA, vous partagez votre temps entre de nombreux projets différents. La division pour laquelle je travaille se spécialise dans le traitement des données. Ceci peut inclure beaucoup de choses, telles que la création de cartes de traitement afin de procéder au traitement avant toute chose—que vous construisiez des pipelines de traitement de données dans un FPGA (circuit logique programmable) ou quoi que ce soit de ce genre. Généralement le travail que j'effectue sur les cartes est soit en tant qu'examinateur pour d'autres cartes ou bien je construis des cartes de débogage—ou même des cartes qui sont suspendues à du matériel de vol afin de faciliter le débogage. Admettons que vous vouliez établir un réseau SSH dans votre machine, vous allez avoir besoin de construire une sorte de branchement pour cela, qui inclut la création d'une petite carte de circuit imprimé de débogage possédant une connexion ethernet-fi, et qui se rattache aux connecteurs assignés au vol, auxquels nous avons accès et que nous pouvons brancher sur un routeur afin de communiquer.

En ce qui concerne la conception du matériel de vol, je ne m'y suis pas encore frotté. Je ne pense pas être assez haut placé dans la hiérarchie pour qu'il me laisse m'en occuper, du moins pas encore. Pour l'instant, les cartes que je conçois sont principalement des cartes d'aide. Elles peuvent inclure quelques notions de haute vitesse, car le routage d'une connexion internet-fi et ethernet-fi peut être délicat, particulièrement une gigabit-fi. J'ai donc pu utiliser mon expérience numérique sur la haute vitesse pour obtenir ce travail.

 

Judy Warner : Depuis combien de temps travaillez-vous pour la NASA ?

 

James MacKinnon : Environ un an et demi.

 

Judy Warner : C'est donc assez récent. Je suppose que c'est la raison pour laquelle vous commencez sur des conceptions moins exigeantes.

 

James MacKinnon : Oui, c'est très récent, je suis diplômé depuis peu. C'est pourquoi l'ordinateur à carte unique (celui que j'ai modifié et celui que j'ai conçu) est encore très frais dans ma mémoire. Deux des cartes que j'ai conçues à l'époque sont en orbite en ce moment même. Et l'année prochaine un autre vol est prévu. Vous avez tendance à concevoir le produit et ensuite vous attendez un moment avant qu'il ne soit lancé.

 

Judy Warner : Et bien, on dirait que vous êtes bien parti pour avoir une carrière passionnante ! Avez-vous des héros dans la technologie ?

 

James MacKinnon : Je pense que je vais dire mon père. Parce que c'est un ingénieur lui aussi et que je me suis toujours efforcé de devenir meilleur que lui. [rires] C'est pour ça que j'essaie de faire de mon mieux. Ce que je veux dire par là c'est qu'il est ingénieur concepteur et je lui dois beaucoup en termes de compétences. Sans lui, je ne serais pas dans le domaine dans lequel je suis aujourd'hui et je serais probablement toujours en train de vendre des tracteurs chez Sears. [rires]

 

Judy Warner : Quel genre d'ingénieur est-il ?

 

James MacKinnon : C'est un ingénieur électricien.

 

Judy Warner : Et quel type de travail fait-il ?

 

James MacKinnon : Alors, il a travaillé pour différentes entreprises mais en ce moment il travaille pour une entreprise qui fait de l'automatisation industrielle. Il conçoit des machines pour automatiser la construction de raccords et valves de tuyaux, entre autres, pour la Marine nationale. Il y a beaucoup de grosses machines qui s'occupent de cela et il essaie de les automatiser le plus possible.

 

Judy Warner : On dirait qu'il a été le père et le mentor parfait.

 

James MacKinnon : Oui, absolument.

 

Judy : Merci beaucoup James d'avoir pris le temps de partager votre parcours jusqu'à la NASA avec nous. Ce fut un plaisir d'écouter votre histoire.

 

James : De rien et merci à vous.