Brevet FR2043790A1 — publié le 19710219

-19754 1 2043790 La présente invention concerne un dispositif pour mesurer, les , angles de position d'un satellite artificier et ceci au sol et en particulier un dispositif de ce type permettant de mesurer les angles de position sans contact avec le satellite 5 réel. Pour contrôler et commander la position de vol d'un satellite artificiel dans l'espace;, l*é vol' du satellite est simulé au sol et la position de vol est mesurée avec précision sur le simulateur. 10 L'invention a pour objet de concevoir un tel simulateur de vol. Le dispositif selon l'invention comprend un support vertical, un élément sphérique ou partiellement sphérique monté rotatif sur l'extrémité supérieure dudit support et qui supporte un modèle du satellite artificiel dont les positions de vol doivent être mesurées, de manière que le centre de gravité dudit modèle coïncide sensiblement avec le centre de la partie sphérique dudit élément sphérique rotatif, un élément de repère solidaire dudit modèle ou fixé sur celui-ci et qui entoure le centre de ladite surface sphérique dudit élément sphérique en formant un grand cercle autour de ce centre, une paire de dispositifs de mesure électro-optiques pour mesurer par des moyens optiques les déviations verticales de deux points prédéterminés situés dans différentes positions sur la circonférence dudit grand cercle par rapport à un plan de référence horizontal dans lequel est situé le centre de ladite surface sphérique, et des moyens de calcul reliés aux sorties desdits dispositifs de mesure électro-optiques et qui servent à calculer l'inclinaison du plan dudit grand cercle par rapport audit plan de référence. D'autres réalisations et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels î Fig. 1 est une vue en élévation du modèle de satellite monté au sol et du dispositif de mesure de position de vol selon l'invention, Fig. 2 est une vue en plan de l'ensemble représenté à XcL figure 1, Fig. 3 montre une autre configuration d'un satellite artificiel, et Fig. 4 montre l'inclinaison du grand cercle du satelli 70 19754 2043790 te artificiel® ... ... Aux figures 1 et 2,-on voit un support vertical 10 supportant, par son extrémité supérieure, dans une partie concave partiellement sphérique non -représentée, une sphère .11 .dont la 5 courbure correspond sensiblement à celle .de ladite surface concave. Le support 10 comprend, dans ladite surface concave., : un ensemble de billes d'acier non représentées assurant un guidage avec une très faible friction de la sphère 11. Un satellite artificiel, c'est-à-dire un modèle du sa-10 tellite dont les positions de vol doivent être mesurées, est représenté en 12 et monté sur la sphère 11. Trois poids 13, 14 et 15 sont fixés respectivement sur l'extrémité inférieure de trois tiges inclinées 16, 17, 18 s'étendant vers le bas à partir du bord inférieur du satellite 12 et qui sont espacées entre elles 15 de 120° dans un plan horizontal (figure 2). Le montage du satellite 12 et la disposition des poids 13, 14, 15 sont arrangées d'une manière telle que le centre de gravité du satellite coïncide avec le centre de la sphère 11. Le satellite 12 comprend, de plus, une chemise 19 dont le bord périphérique inférieur for-20 me un grand cercle autour de la sphère, de sorte que le centre de celle—ci est situé dans le plan de ce grand cercle. On sait que le satellite artificiel 12 comprend une paire de valves électromagnétiques en forme de croix 20 et 21 montées sur des côtés opposés de la paroi sylindrique du satel-25 lite et qui servent à contrôler les angles de position de vol du satellite et à entraîner celui-ci en rotation. Pour entraîner le satellite en rotation autour de son axe central 22, l'une ou l'autre des tuyères latérales desdites valves 20, 21 est actionnée pour obtenir une décharge momentanée de gaz de nitrogène f our-30 ni sous pression par un réservoir logé dans le satellite, pour ainsi donner une poussée rotative au satellite. Lesdites valves électromagnétiques sont commandées par des moyens radio reliant le satellite au sol. De la même manière, l'inclinaison de l'axe central 22 du satellite par rapport à l'axe vertical est contrô-35 lée par une projection de gaz à partir d'autres tuyères verticales des valves 20 et 21. Les figures 1 et 2 montrent deux axes, orthogonaux O-X et 0—Y définissant un plan horizontal de référence et dont le point d'intersection 0 coïncide avec le centré de la.sphère 11. 40 Un autre axe 0-2 s'étend- perpendiculairement; par rapport aux 70 19754 3 2043790 axes X et Y et en direction verticale vers le haut. Les angles de position de vol du satellite 12 sont déterminés en mesurant 1*inclinaison du grand cercle défini par le bord inférieur de la chemise cylindrique 19 et peuvent être 5 contrôlés par une commande sélective du fonctionnement desdites valves électromagnétiques. Pour pouvoir mesurer ces angles, il est nécessaire de mesurer la position de trois points situés dans différentes position prédéterminées sur ledit grand cercle. Mais l'un desdits 10 points peut être constitué par le centre de ladite sphère. Il est ainsi seulement nécessaire de mesurer, les coordonnées de deux autres points pour déterminer' l'inclinaison dudit grand cercle et ainsi l'orientation du satellite. La figure 4 montre un grand cercle 23 défini par le 15 bord inférieur de ladite chemise cylindrique 19. Le grand cercle 23 est incliné par rapport à un plan de référence horizontal défini par les axes Q-X et O-Y. L'axe vertical ou central 22 est incliné par rapport à l'axe vertical O-Z d'un angle & appelé normalement angle d'élévation. Lorsque l'axe 22 est projeté sur 20 le plan de référence horizontal X-Y, l'angle entre la projection 32 et l'axe O-X constitue l'angle d'azimut s» Il est bien entendu important de connaître 1'orientation du satellite artificiel et ceci peut être réalisé par une mesure de 1'élévation C? et de l'azimut ^ s« De plus, l'élévation 25 et l'azimut peuvent facilement être déterminés en mesurant l'inclinaison du grand cercle 23. Comme on l'a déjà dit, l'inclinaison du grand cercle peut être déterminée à partir des connaissances sur la position de trois points différents situés dans la surface dudit grand cercle et dont l'un est constitué par le 30 centre O de ia sphère 11,. Il est donc seulement nécessaire de connaître les coordonnées de deux autres points dudit grand cercle. Comme on le voit clairement à la figure 4, les- points sur le grand cercle qui s-'étendent en 24,- 25 sur les axes Y et X, 35 lorsque le grand cercle s'étend dans le plan X-O-Y, se déplaceront dans de nouvelles positions 34 et 35 lorsque le grand cercle est incliné. En conséquence, lorsque les coordonnées, des projections •des points 24, 25 sur le grand cercle sont mesurées, on obtient 40 l'inclinaison du plan dans lequel s'étend le grand cercle incli 70 19754 4 2043790 né et il est possible de calculer l'azimut et l'élévation pour déterminer l'orientation du satellite. Pour mesurer les déviations verticales des coordonnées desdits points du grand cercle, le dispositif selon 15invention 5 comprend une paire de dispositifs de mesure optiques 26, 27 située dans les prolongements des axes X et Y, comme représenté aux figures 1 et 2. Comme on le voit en particulier à la figure 1, les images des points à observer sont envoyées à partir du bord inférieur de la chemise 19 vers les dispositifs de mesure 10 optiques 26, 27 situés à un niveau plus bas, au moyen de paires de miroirs réfléchissants 28 et 29. Mais, sfil est possible, les-dits miroirs peuvent être supprimés et les dispositifs 26 et 27 sont situés à des niveaux plus élevés. On peut utiliser un dispositif de mesure optique, tel qu'un suiveur électro-optique, 15 pour observer les déviations verticales des deux dijts points du grand cercle. Comme on le voit à la-figure 2, le dispositif selon l'invention comprend deux dispositifs ou circuits de calcul 30 et 31 dont chacun reçoit des signaux électriques représentant les dé-20 viations verticales des deux points situés sur la circonférence dudit grand cercle et qui sont fournis par lesdits dispositifs de mesure optiques 26 et 27. Les circuits 30 et 31 reçoivent également un signal électrique constant de référence correspondant aux coordonnées du centre O dudit grand cercle. L'un des 25 circuits de calcul 30 produit un signal électrique correspondant à l'angle d'élévation du satellite et 1 * autre circuit 31 fournit, à sa sortie, un signal électrique correspondant à l'azimut du satellite. XI est ainsi possible de mesurer, au moyen des amplitu— 30 des des signaux de sortie des calculateurs 30 et 31, 1•orientation c'est-à-dire la position- de vol du satellite artificiel. La figure 3 montre une autre configuration d'un satellite artificiel et, à cette figure, les éléments correspondants portent les mêmes références numériques qu'aux figures 1 et 2. 35 Le satellite 12 comprend, dans sa paroi inférieure, une ouverture concave profonde 32 s'étendant vers le haut et est monté sur une sphère 11 par la partie supérieure de ladite ouverture concave. Dans ce cas, le centre de gravité du satellite coïncide avec le centre de la sphère 11. Un grand cercle 37 est délimité par le 40 bord extérieur inférieur de la paroi latérale du satellite 12 70 19754 5 2043790 et les déviations de deux points situés sur ce cercle sont détectées à l'aide de moyens similaires à ceux représentés aux figures 1 et 2. Il est clair que la position de vol d'un satellite ar-5 tificiel dans l'espace peut être simulée par l'orientation du satellite ou modèle 12 au sol. De plus, on peut facilement déterminer l'élévation et l'azimut du satellite 12 en mesurant les déviations verticales de seulement deux points situés sur la circonférence du grand cercle de la sphère sur laquelle est mon-10 té le satellite. Ce grand cercle qui est défini, dans le mode de réalisation représenté à la figure 1, par le bord inférieur de la chemise 19 peut être indiqué par un repère porté ou gravé sur la surface périphérique de la sphère 11 et ce repère peut être ob-15 servé .par des moyens optiques convenables. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés? on peut y apporter de nombreuses modifications de détails, sans sortir3 pour cela, du cadre de l'invention. 70 19754 2043790 :LSLÏJLLL2„:L£JL3LÏ_2_!L:* ' " 1° - Dispositif pour mesurer au sol les angles de position de vol ou de 1•orièntation d'un satellite artificiel, caractérisé en ce qu'il comprend un support vertical, un élément 5 sphérique ou partiellement sphérique monté rotatif sur l'extrémité supérieure dudit support et qui supporte un modèle du satellite artificiel dont les positions de vol doivent être mesurées, de manière que le centre de gravité dudit modèle coïncide sensiblement avec le centre de la partie sphérique dudit élément 10 sphérique rotatif, un élément de repère solidaire dudit modèle de satellite ou fixé sur celui-ci et qui entoure ladite surface sphérique. dudit élément rotatif en formant un grand cercle autour de ce centrev une paire de dispositifs de mesure électrooptiques pour mesurer par des moyens optiques les déviations 15 verticales de deux points prédéterminés situés dans différentes positions sur la circonférence dudit grand cercle par rapport à un plan de référence horizontal dans lequel est situé le centre de ladite surface sphérique dudit élément rotatif, et des moyens de calcul reliés aux sorties desdits dispositifs de mesure élec-20 tr o-op ti que s et qui servent à calculer l'inclinaison du plan dudit grand cercle par rapport audit plan de référence. 2° =. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul reçoivent, de plus, un signal électrique dé référence correspondant aux coordonnées du centre 25 de ladite surface sphérique dudit élément rotatif. 3® - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens définissant ledit grand cercle sont constitués par une chemise cylindrique montée sur le fond dudit modèle de satellitef de manière que l'axe de ladite chemise soit 30 aligné sur l'axe central dudit modèle et que le bord inférieur de ladite chemise délimite la circonférence dudit grand cercle. 4e Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul comprennent une paire de calculateurs séparés pour calculer les valeurs de l'angle d'azimut 35 et de 14 angle d'élévation du satellite artificiel. 5e - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit modèle de satellite comprend plusieurs poids s'étendant à partir de la périphérie du fond du modèle vers le bas et qui sont montés sur des tiges de support et espacés entre 40 eux, dans un mêrae plar% d° angles égaux» 70 19754 7 2043790 6° - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit modèle de satellite comprend, dans son fond, une ouverture concave profonde s'étendant vers le haut du satellite jusqu'à un niveau intermédiaire de celui-ci et par laquelle le 5 satellite coopère avec ledit élément sphérique rotatif, la partie du modèle entourant l'extrémité inférieure de ladite ouverture constituant ledit élément de repère. 7° - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi du modèle de satellite comprend des repères ÎO définissant ledit grand cercle et qui sont observés par ladite paire de dispositifs de mesure électro-optiques.