BE877989A - Systeme de controle d'attitude d'un engin spatial - Google Patents

Systeme de controle d'attitude d'un engin spatial

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BE877989A
BE877989A BE0/196533A BE877989DA BE877989A BE 877989 A BE877989 A BE 877989A BE 0/196533 A BE0/196533 A BE 0/196533A BE 877989D A BE877989D A BE 877989DA BE 877989 A BE877989 A BE 877989A
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BE
Belgium
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spacecraft
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attitude
beacon signals
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BE0/196533A
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Inventor
Udo Renner
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Organisation Europ De Rech S S
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/36Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1007Communications satellites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
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Description


  La présente invention concerne un système

  
de contrôle d'attitude d'un engin spatial sur orbite.

  
Le contrôle d'attitude d'un engin spatial

  
est couramment effectué au moyen d'informations

  
d'attitude par rapport à deux axes, fournies par un instrument de mesure appelé senseur monté sur l'engin spatial en sorte de recevoir des signaux d'une cible

  
et au moyen d'une roue à moment d'inertie ayant une rigidité suffisante par rapport à un troisième axe habituellement perpendiculaire aux deux premiers. Les informations d'attitude par rapport à trois axes comprennent usuellement les informations de roulis,

  
de pente et de lacet.

  
En général, c'est la terre ou une balise terrestre qui sert de cible. Dans le premier cas, un senseur infrarouge est monté sur l'engin spatial et

  
fournit les informations d'attitude par rapport à deux

  
axes perpendiculaires à la ligne de visée. Dans le

  
second cas, c'est un senseur à fréquence radioélectrique qui se trouve utilisé pour fournir les mêmes informations. De tels senseurs détectent ainsi tout mouvement

  
de roulis et de pente de l'engin spatial, c'est-à-dire

  
tout mouvement par rapport aux deux axes perpendiculaires à la ligne de visée. Quant aux mouvements de

  
lacet, c'est-à-dire les mouvements de l'engin spatial

  
par rapport à l'axe perpendiculaire aux axes de roulis

  
et de pente, ils peuvent être détectés après six

  
heures de délai sous forme de mouvement de roulis

  
pourvu qu'une roue à moment d'inertie de dimensions suffisantes soit utilisée et pourvu que les couples perturbateurs extérieurs soient raisonnablement faibles. Il résulte de ce délai de détection des mouvements de lacet que la correction de ces mouvements détectés est toujours en retard sur l'erreur réelle et que celle-ci

  
ne peut donc jamais être ramenée à zéro.

  
Si l'on veut que les erreurs de lacet soient maintenues à zéro et donc que les mouvements de lacet soient détectés sans délai aucun, il est nécessaire d'utiliser un équipement supplémentaire (un gyroscope intégrateur servant de dispositif mémoire d'attitude) à moins que l'on n'utilise une seconde cible (par

  
exemple le soleil ou une étoile). Toutefois, vu par un engin spatial, le soleil n'est pas toujours situé dans

  
une direction perpendiculaire à la direction engin spatialterre et il se trouve occulté pendant les éclipses. Les étoiles, elles non plus, ne sont point entièrement satisfaisantes comme cible car elles arrivent à être occultées par les panneaux solaires lorsque ceux-ci sont du type déployé en vol.

  
Les systèmes de contrôle d'attitude connus assurent un contrôle d'attitude raisonnable pour ce qui concerne le roulis et la pente mais un contrôle modéré seulement pour ce qui concerne le lacet. Une telle aptitude modérée pour le contrôle de lacet est cependant acceptable pour.des engins spatiaux pointés vers la

  
terre avec une largeur de faisceau de quelque deux degrés par exemple, mais elle est inacceptable lorsqu'une meilleure précision de pointage est requise. Egalement cette aptitude modérée pour le contrôle de lacet est

  
tout à fait inacceptable pour des communications intersatellites pour lesquelles il est impératif de réaliser une précision de pointage élevée suivant l'axe de pointage d'un satellite à l'autre.

  
Le problème à résoudre est donc de concevoir un système de contrôle d'attitude capable d'assurer un pointage très précis sur une cible quelconque.

  
L'invention résoud ce problème par un système de contrôle d'attitude d'un engin spatial dans lequel la cible de référence est constituée par au moins un second engin spatial ayant une position orbitale connue.

  
Ce système de contrôle d'attitude constitue

  
un progrés marquant dans le domaine du contrôle d'attitude des engins spatiaux, et notamment des satellites

  
de communication, en ce sens qu'il assure un pointage intersatellite précis qui ne se trouve point affecté

  
par les perturbations atmosphériques comme c'est le

  
cas dans les systèmes utilisant la terre comme cible.

  
De plus, lorsque le système comprend au moins trois

  
engins spatiaux,il assure un contrôle d'attitude réellement triaxial, ce qui élimine la nécessité de prévoir

  
une roue à moment d'inertie.

  
L'invention est exposée ci-après avec plus

  
de détails en se référant aux dessins joints qui illustrent schématiquement deux exemples de modes de réalisation.

  
La figure 1 montre schématiquement deux engins spatiaux 100 et 200 placés sur une orbite autour

  
de la terre E. Les deux satellites 100 et 200 sont

  
séparés l'un de l'autre par une distance angulaire À connue. L'axe X désigne l'axe de pointage d'un satellite vers l'autre. Les axes de coordonnées par rapport auxquels sera déterminée et contrôlée la position c'est-àdire l'attitude de chaque satellite sont les axes X, Y

  
et Z, ce dernier axe étant perpendiculaire au plan du dessin.

  
Chaque satellite comporte un dispositif

  
de transmission de signaux de balise dirigé pour envoyer des signaux de balise, par exemple des signaux à fréquence radioélectrique ou des signaux de laser, en direction de l'autre satellite et chaque satellite

  
comporte également un dispositif de réception monté  pour recevoir les signaux de balise de l'autre satellite. Les dispositifs de transmission sont représentés schématiquement et désignés par les références 110 et 210 respectivement. Les dispositifs de réception sont représentés schématiquement par les.paraboloïdes 120

  
et 220, étant entendu qu'à ces antennes sont associés

  
des circuits de contrôle et de réglage, connus en soi, connectés pour répondre aux signaux de balise reçus. Le dispositif de réception 120 reçoit les signaux de balise notés B, le dispositif de réception 220 reçoit les signaux de balise notés C. De ces signaux les circuits

  
de contrôle dérivent, d'une manière connue en soi, des informations d'attitude par rapport aux axes Y et Z perpendiculaires à l'axe de pointage X. Ils assurent ainsi un réglage précis du pointage d'un satellite vers l'autre suivant l'axe X ainsi qu'une correction convenable des erreurs de pente. Quant aux erreurs de roulis, elles peuvent être corrigées au moyen d'une.roue à moment d'inertie.

  
La référence A sur la figure 1 désigne un canal de télécommunication bidirectionnel qui, de façon usuelle, relie les satellites de communication. Ce canal n'a.rien à voir avec le contrôle d'attitude des satellites mais il a été représenté à titre illustratif car

  
la fiabilité d'un tel canal de télécommunication se trouve assurée grâce au contrôle précis des mouvements

  
de lacet, c'est-à-dire.au contrôle précis du pointage intersatellite suivant l'axe X comme le réalise le système selon l'invention.

  
Sur la figure 1 les dispositifs de transmission et de réception sont représentés individuellement mais il est entendu qu'ils peuvent être combinés en un seul dispositif transmission/réception.

  
Dans l'exemple décrit ci-dessus on a supposé que chacun des deux satellites émet des signaux de balise vers l'autre satellite, c'est-à-dire que chaque satellite sert de cible pour le contrôle d'attitude de l'autre satellite. Il est bien entendu cependant qu'un seul des deux satellites peut servir de cible à l'autre, auquel cas il suffit de prévoir un faisceau balise seulement allant de la cible vers l'autre satellite.

  
A la figure 2 est représenté schématiquement un mode de réalisation comprenant trois satellites 100,
200, 300 placés sur une orbite autour de la terre E. Pour chaque satellite sont représentés les axes X, Y, Z par rapport auxquels est déterminée son attitude. 

  
Dans ce mode de réalisation, chaque satellite comporte deux dispositifs de transmission/réception

  
dirigés respectivement vers chacun des deux autres satellites. Ces dispositifs sont désignés par 130 et 140 pour le satellite 100, par 230 et 240 pour le satellite 200;et par 330

  
 <EMI ID=1.1> 

  
ceaux A, B, C de la figure 1.

  
Dans chaque satellite les circuits de contrôle connectés aux dispositifs de réception dérivent

  
du faisceau balise B, les informations d'attitude par rapport aux axes Y et Z respectifs, et du faisceau balise C, ils dérivent les informations d'attitude par rapport aux axes X et Z respectifs. Ce mode de réalisation du système selon l'invention réalise ainsi réellement un contrôle d'attitude triaxial de chaque satellite, ce qui assure un pointage intersatellite précis ainsi d'ailleurs qu'un pointage précis de chaque satellite vers la terre, et cela sans qu'il soit nécessaire de prévoir une roue à moment d'inertie.

  
Il va de soi qu'il est possible aussi de réaliser , suivant l'invention, un contrôle d'attitude triaxial d'un satellite seulement, par exemple le satellite 100, en se servant des deux autres satellites comme cibles seulement, les satellites 200 et 300 ne comportant alors que les dispositifs de transmission

  
de signaux de balise en direction du satellite 100.

  
Il est bien entendu également que le système de contrôle d'attitude selon l'invention peut, d'une façon générale, comprendre un nombre quelconque de satellites sur orbite. 

REVENDICATIONS

  
1. Système de contrôle d'attitude d'un engin spatial sur une orbite,

  
caractérisé en ce qu'il comprend :

  
un second engin spatial ayant une position orbitale connue,

  
un dispositif de transmission de.signaux de balise monté sur le second engin spatial afin de transmettre des signaux de balise en direction du premier engin spatial,

  
un dispositif de réception de signaux de balise monté sur le premier engin spatial afin de recevoir les signaux de balise émis par le second engin spatial, et

  
des circuits de contrôle d'attitude connectés au dispositif de réception de signaux de balise afin de dériver des signaux de balise reçus, des signaux de commande pour le réglage d'attitude du premier engin spatial par rapport à deux axes perpendiculaires à la ligne de visée entre les dispositifs de transmission et de réception des signaux de balise.

Claims (1)

  1. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
    un second dispositif de transmission de signaux de
    balise monté sur le premier engin spatial afin de transmettre des signaux de balise en direction du second engin spatial,
    un second dispositif de réception de signaux de balise monté sur le second engin spatial afin de recevoir les signaux de balise émis par le premier engin spatial ,
    et
    des circuits de contrôle d'attitude connectés au second dispositif de réception de signaux de balise afin de dériver des signaux de balise reçus, des signaux de commande pour le réglage d'attitude du second engin spatial par rapport à deux axes perpendiculaire s à la ligne de visée entre les seconds dispositifs de transmission et de réception de signaux de balise. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, comprenant en outre une roue à moment d'inertie montée sur l'un quelconque des engins spatiaux avec son axe s'étendant suivant la direction de l'axe de pente dudit engin spatial et un circuit de contrôle d'attitude associé à la roue à moment d'inertie pour régler les erreurs de roulis dudit engin spatial.
    4. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend deux seconds engins spatiaux ayant des positions orbitales connues,
    un dispositif de transmission de signaux de balise monté sur chacun des seconds engins spatiaux afin de transmettre des signaux de balise en direction du premier engin spatial,
    deux dispositifs de réception de signaux de balise montés sur le premier engin spatial afin de recevoir chacun les signaux de balise émis par un des seconds engins spatiaux, et
    des circuits de contrôle d'attitude connectés à chaque dispositif de réception de signaux de balise afin de dériver des signaux de balise reçus, des signaux de commande pour le réglage d'attitude du premier engin spatial chaque fois par rapport à deux axes perpendiculaires à une ligne de visée entre un dispositif de transmission et un dispositif de réception de signaux de balise.
    5. Système de contrôle d'attitude de plusieurs engins spatiaux répartis sur une orbite
    avec des positions orbitales connues, caractérisé
    en ce que chaque engin spatial comporte
    deux dispositifs de transmission de signaux de balise montés pour transmettre des signaux de balise en direction de deux des autres engins spatiaux, deux dispositifs de réception de signaux de balise pour recevoir les signaux de balise de deux des autres engins spatiaux, et des circuits de réglage d'attitude connectés à chaque dispositif de réception de signaux de balise afin de dériver des signaux reçus, des signaux de commande pour le réglage d'attitude de l'engin spatial correspondant chaque fois par rapport à deux axes perpendiculaires à la ligne de visée associée au dispositif de réception correspondant.
    VDP
BE0/196533A 1979-07-31 Systeme de controle d'attitude d'un engin spatial BE877989A (fr)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0322349A3 (en) * 1987-12-23 1990-06-13 Hughes Aircraft Company Satellite attitude determination and control system with agile beam sensing
FR2689855A1 (fr) * 1991-12-21 1993-10-15 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Agencement et procédé pour le maintien coordonné en position d'un essaim de satellites géostationnaires.

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EP0322349A3 (en) * 1987-12-23 1990-06-13 Hughes Aircraft Company Satellite attitude determination and control system with agile beam sensing
FR2689855A1 (fr) * 1991-12-21 1993-10-15 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Agencement et procédé pour le maintien coordonné en position d'un essaim de satellites géostationnaires.

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