Brevet FR2001130A1 — publié le 19690926

L'invention, relative aux détecteurs d'attitude en général, concerne plus précisément un détecteur d'attitude destiné å déterminer, avec un degré élevé de précision, l'angle entre le vecteur soleil et l'axe de rotation du véhicule spatial. Dans le domaine de l'astronautique, de nombreux dispositifs ont été utilisés pour déterminer l'attitude, c'est-à-dire l'angle d'exposition du soleil par rapport aux axes de rotation du véhicule spatial. En particulier, on a expérimenté à cette fin des sondes solaires avec un certain degré de succès. La plupart des systèmes de sondage solaire utilisés pour déterminer l'attitude du véhicule spatial sont très complexes et doivent avoir une capacité considérable de traitement des données, ce qui entrain un volume, un poids et un coût élevés. Un modèle de détecteur d'attitude pour véhicules spatiaux, faisant partie de l'état actuel de la technique, est décrit dans la demande de brevet France nO PV 143 410 déposée le 12 mars1968 au même nom. Dans cette demande de brevet, il est décrit un dispositif pour déterminer l'attitude d'un objet tel qu'un véhicule spatial par rapport à un faisceau de rayonnement électromagnétique en fixant plusieurs sondes à rayonnement électromagnétique à distance angulaire les unes des autre autour d'un axe de l'objet, de telle sorte qu'à chaque instant. moins de la totalité des sondes à rayonnement se trouvent dans la trajectoire du faisceau. La sortie des sondes de rayonnement indique celles des sondes qui ont été atteintes par le faisceau, ce qui fournit une indication relative de l'attitude de l'axe de rotation de l'objet par rapport au faisceau. Le dispositif décrit dans cette demande de brevet a un faible degré de précision. Il ne peut servir qu'à déterminer la position relative du vecteur soleil par rapport au véhicule spatial et ne saurait être employé pour aligner avec précision les axes de rotation du véhicule par rapport à ia terre ou au soleil. Un autre dispositif intéressant est celui décrit dans le brevet américain nO 3 180 587, dispositif dans lequel un élément détecteur sensible au rayonnement est monté au foyer d'un télescope. Le véhicule étant stabilisé, le télescope et l'élément détecteur constituent ensemble un dispositif d'exploration qui, à chaque rotation du véhicule, balaye ou parcourt la surface d'un cône imaginaire de l'espace. L'angle entre l'axe du véhicule et l'axe du télescope est choisi de telle sorte que, dans l'attitude à laquelle le système fonctionne, l'angle au sommet du cône spatial imaginaire soit tel que la surface de ce dernier soit dans l'ensemble tangente à un corps de référence tel qU'une planète, mais légèrement à distance de l'horizon local de ce corps.Le dispositif est encore agencé de telle sorte que, toutes les fois que la ligne de visée du télescope coupe l'horizon d'une planète, un signal électrique détermine une décharge de gaz à partir d'une tuyère pour réorienter le véhicule spatial dans une attitude perpendiculaire à l'horizon local. Le dispositif en question ne délivre pas de sortie indiquant la position angulaire d'une source lumineuse telle que le soleil ou une autre source d'énergie électromagnétique collimatée par rapport aux axes de rotation du véhicule spatial. Un autre dispositif antérieurement connu est décrit dans le brevet E.U.A. nO 3 294 344, dispositif selon lequel un jeu de photodétecteurs sont montés dans un satellite à rotation stabilisée et reçoivent l'image du soleil à travers des fentes placées sur des côtés opposés du véhicule spatial, ces fentes étant perpendiculaires entre elles, de sorte que chaque fente ait un champ de visée mince en éventail. La sortie de ces photodétecteurs commande un jeu de petits moteurs de poussée du satellite, lesquels règlent à leur tour l'orientation de l'axe de rotation du satellite par rapport à la position du soleil, telle qu'elle est vue à travers la fente.Dans ce dispositif particulier, si le soleil ne se trouve pas dans le champ de visée de la fente, son orientation n'est pas connue, et la position du soleil par rapport à l'axe de rotation n'est pas connue avec précision lorsque le soleil se trouve dans le champ de visée de la sonde. Un autre dispositif antérieurement connu est constitué par un véhicule spatial à rotation stabilisée, exécuté sous la forme d'une sphère, qui comporte une ouverture ajourée dont la forme est définie par l'intersection d'un cylindre circulaire droit avec la surface de la sphère, de sorte que l'axe qui définit le cylindre circulaire droit coupe l'axe de rotation du véhicule selon un angle droit ; le diamètre du cylindre est égal au rayon de la sphère, le centre de cette dernière étant tangent à la surface du cylindre. Des moyens détecteurs électromagnétiques sont disposés au centre de la sphère et des moyens électroniques y sont couplés pour délivrer une sortie indiquant l'incidence du rayonnement électromagnétique à la surface du photodétecteur.Etant donné la forme de l'ouverture ainsi définie, une source de rayonnement électromagnétique trace un arc à travers l'ouverture de l'évide- ment, illuminant à son tour les moyens photodétecteurs pendant une période de temps qui est directement proportionnelle à l'angleen- tre la source de rayonnement électromagnétique et les axes de rotation du véhicule spatial. Dans ce dispositif, ltouverture de l'évidement a une forme géométrique compliquée qui oblige à donner la forme d'une sphère à un quart d'hémisphère du véhicule spatial. Selon un mode préféré de réalisation de la présente invention, il est monté,sur un véhicule spatial à rotation stabilisée, un unique détecteur électromagnétique comportant un masque qui détermine le champ de visée du détecteur. Le masque contient deux fentes étroites à travers lesquelles le rayonnement électromagnétique peut frapper le détecteur. Les deux fentes sont séparées en direction angulaire, l'écart angulaire - vu du détecteur électromagnétique - variant avec l'angle d'exposition du véhicule spatial. Des moyens électroniques sont connectés au détecteur électromagnétique pour détecter l'incidence des faisceaux d'énergie électromagnétique sur l'élément détecteur, le temps de séparation entre l'incidence par les deux fentes étant fonction de l'angle d'exposition du véhicule spatial à la source de rayonnement électromaqnétique. Le but de l'invention est donc de fournir un détecteur amélioré d' attitude de rotation. Un autre but de l'invention est de fournir un détecteur d'attitude simple utilisable sur un véhicule spatial à rotation stabilisée. Un autre but de 1' invention est de fournir un détecteur d'attitude dont le signal de sortie soit proportionnel à 1' attitude du véhicule spatial Par rapport à une source de rayonnement électromaqnétiaue. Ces buts de l'invention ressortiront plus nettement, ainsi que d'autres, de la description suivante et des dessins annexés, dans lesquels les mêmes caractères désignent des éléments semblables. La fig. 1 illustre, sous forme schématique, l'orientation de la sonde solaire par rapport à une source de rayonnement électromagnétique la fig. 2 est une vue projetée, partiellement en coupe, de la forme préférée d'exécution de l'invention la fig. 3 est un schéma-bloc du système électronique qui peut être associé à la sonde selon l'invention ; et les fig. 4a et 4b représentent des formes d'onde de la sortie du détecteur d'attitude de l'invention. Dans la fig. 1, le véhicule spatial 10 correspondant à une forme d'exécution de l'invention est placé dans une position dans l'espace telle qu'il est illuminé par un rayonnement électromagnétique 12 en provenance du soleil 14 ou d'une autre source semi- collimatée. Le véhicule spatial 10 est agencé de façon à pouvoir tourner autour de l'axe de rotation désigné par SA. L'angle entre l'axe de rotation du véhicule spatial et le rayonnement électromagnétique 12 est désigné par e. Le masque de la sonde est constitué par une plaque plane 16 dont la surface plane est parallèle à l'axe de rotation SA du véhicule 10. Deux fentes 18 et 20 sont placées symétriquement et à distance angulaire l'une de l'autre dans la surface du masque autour de l'axe de rotation SA.En arrière du masque 16, une plaque détectrice 22, fixée au bâti 10 du véhicule spatial, comporte un détecteur 24 de rayonnement électromagnétique qui est dans l'alignement central de l'axe passant par le centre imaginaire entre les fentes 18 et 20. Comme on peut le voir dans la fig. 3, la sortie du détecteur 24 de rayonnement électromagnétique peut être délivrée à un amplificateur 30 et, de là, à un émetteur 40. L'émetteur 40 fournit à l'antenne 42 un signal destiné à être renvoyé à une station basée sur la terre. La sortie du détecteur de rayonnement électromagnétique peut également servir de signal de commande pour activer un jeu de moteurs de poussée sur le satellite afin de positionner ou de réorienter l'axe de rotation du satellite par rapport au rayonnement électromagnétique 12. L'équipement nécessaire pour réaliser cet objectif particulier est connu dans l'état actuel de la technique et ne fait pas partie de l'invention. Comme on peut le voir en se référant à la fig. 4a et à la fig. 2, le trajet du rayonnement 12 désigné par B produit, à la sortie du détecteur de rayonnement 24, deux impulsions à allure positive qui sont séparées dans le temps par une distance qui correspond à la distance physique entre les fentes 18 et 20 parcourues par la ligne de trajectoire B. Pour chaque trajectoire entre le point de jonction inférieur des fentes 18 et 20 et le point de jonction supérieur, les impulsions seront séparées par un intervalle différent. L'intervalle des impulsions dépendra de la position angulaire de l'axe de rotation SA par rapport au faisceau électromagnétique 12.Dans.la fig. 4b le faisceau électromagnétique 12 s'est déplacé vers le haut pour suivre la trajectoire A, laquelle correspond à une séparation plus grande entre les deux fentes, de sorte qu'il se produit une augmentation correspondante de l'intervalle de temps entre les impulsions. La sortie du détecteur de-rayonnement 24 est donc proportionnelle à l'angle entre l'axe de rotation et le faisceau électromagnétique. Différentes formes de lecture du détecteur peuvent être utilisées dans le cadre de l'invention, ainsi que des détecteurs de forme et de dimensions variées. Les ouvertures en fente peuvent être également courbes, de façon à établir toute proportionnalité voulue entre l'exposition au rayonnement et la séparation des impulsions. I1 est du reste bien entendu que le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur d'attitude, caractérisé par le fait qu'il comprend: un corps en rotation dont l'attitude par rapport à un faisceau de rayonnement électronique doit être déterminée ; une plaque sensiblement plane fixée à ce corps, cette plaque délimitant une paire de fentes qui la traversent ; et une sonde électromagnétique placée en arrière de cette plaque et destinée à recevoir le rayonnement électromagnétique qui passe à travers les fentes, ces fentes étant situées à distance angulaire l'une de l'autre de telle sorte que le temps nécessaire,pour qu'un faisceau de rayonnement passe d'une fente à l'autre,soit proportionnel à l' angle entre ce faisceau et l'axe de rotation du corps rotatif. 2. Détecteur d'attitude pour déterminer l'angle entre un faisceau de rayonnement électromagnétique et l'axe de rotation d'un véhicule spatial, caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde électromagnétique fixée au véhicule spatial rotatif ; et des moyens pour masquer le champ de visée de cette sonde, ces moyens définissant deux fentes en position angulaire telle que le temps nécessaire pour qu'un faisceau de rayonnement passe d' une fente à l'autre soit proportionnel à l'angle entre l'axe de rotation du véhicule spatial et le faisceau. 3. Détecteur d'attitude selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les fentes sont également en position symétrique dans le masque par rapport à la sonde. 4. Détecteur d'attitude selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens connectés à la sonde pour produire des signaux indiquant le rayonnement détecté. 5. Détecteur d'attitude selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens de masquage sont constitués par une plaque courbe. 6. Détecteur d'attitude, caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde électromagnétique, agencée de façon à tourner autour d' un axe de' rotation; et des moyens,qui masquent le champ de visée de la sonde, ces moyens délimitant deux fentes en position angulaire telle que le temps nécessaire pour que lla sonde reçoive le rayonnement par soit roportlonner chacune des fentestà l'angle entre l'axe de rotation et le faisceau. 7. Détecteur d'attitude selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le masque est une plaque sensiblement plane. 8. Détecteur d'attitude selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens connectés à la sonde pour produire des signaux qui indiquent le rayonnement détecté. 9. Détecteur d'attitude selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de masquage sont constitués par une plaque courbe. 10. Détecteur d'attitude selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les fentes sont placées symétriquement dans le masque par rapport à l'axe de rotation. 11. Détecteur d'attitude caractérisé par le fait qu'il comprend une sonde électromagnétique et des moyens qui masquent le champ de visée de cette sonde, ces moyens tournant autour d'un axe de rotation et délimitant également deux fentes qui sont dans une position angulaire telle que le temps nécessaire pour que la sonde reçoive le rayonnement par chacune des fentes soit proportionnel à l'angle entre l'axe de rotation et le faisceau. 12. Détecteur d'attitude selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le masque est une plaque sensiblement plane. 13. Détecteur d'attitude selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens connectés à la sonde pour produire des signaux indiquant le rayonnement détecté. 14. Détecteur d'attitude selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les moyens de masquage sont constitués par une plaque courbe. 15. Détecteur d'attitude selon la revendication 11, caractérisé par le fait que les fentes sont placées symétriquement dans le masque par rapport à l'axe de rotation.