Brevet FR2539102A1 — publié le 19840713

La présente invention concerne des satellites fonctionnant en coopération Des satellites fonctionnant en coopération sont une alternative aux très gros satel- lites qui nécessitent de très grands véhicules de lance- ment dont on ne dispose pas actuellement, tout au moins sur le plan industriel, et aux très grandes structures de satellite (parfois appelées stations spatiales), qui peuvent être montées dans l'espace à partir de petits com- posants lancés plus facilement. De tels satellites fonctionnant en coopération sont agencés, lorsqu'ils sont utilisés en orbite, comme un groupe de satellites individuels placés à une telle proximité qu'en général ils ne peuvent être individuelle- ment résolus par une station au sol de télécommunications. De façon que les satellites individuels restent co-placés, certains critères doivent être satisfaits en ayant présent à l'esprit que chaque satellite dans le groupe entoure la terre sur sa propre orbite individuelle comme si les au- tres satellites du groupe étaient absents Les critères 2 o sont les suivants: 2. (a) les axes semi-principaux de chaque orbite individuelle doivent être égauxet (b) les longitudes moyennes de chaque satelli- te doivent être approximativement égales. Ainsi, les satellites individuels sont-co-pla- cés et les périodes en orbite de chacun d'entre eux sont égales de façon que le groupe ne se disperse pas dans le temps. Comme les satellites individuels remplacent de fait un ensemble unitaire (c'est-à-dire un gros satellite ou une station spatiale), la charge utile par ailleurs unique sera répartie entre eux Cela nécessite un réseau de télécommunications inter-sallite entre les membres du groupe; cela est commodément obtenu en désignant un satel- lite du groupe comme centre d'échange de télécommunica- tions inter-satellite ou centre de réseau, par l'intermé- diaire duquel les communications inter-satellite peuvent être acheminées Naturellement l'un des critères est que le satellite de télécommunications inter-satellite soit toujours dans la ligne de visée de chacun des satellites individuels du groupe de façon que les communications inter- satellite soient maintenues sans interruption. Les satellites individuels d'un groupe suivent leurs orbites individuelles, lesquelles bien que similai- res ne sont pas identiques et, en outre, comme chaque sa- tellite est dirigé à tout instant vers la station de té- lécommunication basée au sol, on trouve que la ligne de visée entre deux éléments quelconques du groupe tourne suivant un angle total de 3600 pendant une période d'orbi- te Cela s'applique aux satellites ayant la même longitu- de moyenne Cela à son tour nécessite que, de manière à maintenir une communication continue entre les satellites individuels et le satellite de télécommunication inter- satellite, chaque satellite du groupe transporte un récep- teur (par exemple,-une antenne) capable d'un mouvement de 3. balayage de 3600 Cette nécessité est des plus désavantageu- se sur le plan mécanique pour un satellite qui comporte un équipement très tassé en son intérieur et de nombreu- ses saillies essentielles à l'extérieur. Selon l'un des aspects de la présente invention, un agencement tournant en orbite de satellitescomprendun groupe en orbite de satellites coopérants dans lequel la télécommunication inter-sallite doit être maintenue d'une manière sensiblement constante, l'agencement comportant en outre un satellite de télécommunication inter-sallite positionné à distance du groupe dans une orbite choisie de manière à maintenir d'une manière au moins appproximative la station avec le groupe et permettre le maintien d'une manière sensiblement constante des communications avec chaque satellite du groupe. Selon un autre aspect de la présente invention, un appareil satellite pour placement en orbite comprend une pluralité de satellites coopérants qui, en marchesont en orbite comme un groupe et nécessitent le maintien d'une manière sensiblement constante des communications inter- satellite, et comportant d'autre part un satellite de télécommunications inter-sallite qui, en marche, est placé à distance du groupe dans une orbite choisie de manière à maintenir d'une manière au moins approximative la sta- tion avec le groupe et permettre le maintien d'une manière sensiblement constante des communications avec chaque sa- tellite du groupe. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les des- sins suivants dans lesquels:- La figure 1 représente, schématiquement et non à l'échelleune vue du pâle nord de la terre dans la direction du pôle sud avec un groupe de satellites indi- viduels en orbite dans un plan équatorial; le groupe est représenté quatre fois dans des positions diverses; 4. Les figures 2 A, 2 B et 2 C sont des vues diffé- rentes du mouvement des satellites dans un cadre fixé par rapport à la terre lorsque les satellites sont dans un groupe ayant une géométrie elliptique équatoriale, c'est-à-dire qu'ils sont toujours situés dans un plan équa- torial et se suivent les uns les autres autour d'un trajet elliptique plan dans un cadre fixe par rapport à la terre; et Les figures 3 A, 3 B et 3 C sont des vues sembla- bles à celles des figures 2 A, 2 B et 2 C, mais représentant les satellites dans un groupe de géométrie de circulation bas- culée, c'est-à-dire qu'ils sont écartés du plan équato- rial et se suivent les uns les autres autour d'un tra- jet circulaire plan dans un cadre fixe par rapport à la terre. En liaison tout d'abord avec la figure 1, un groupe 10 de satellites est représenté en orbite géo- stationnaire nominale autour de la terre Il Pour cela, le rayon de l'orbite d groupe est approximativement de 42 000 kilomètres dans un plan équatorial, de sorte que le groupe a une période de 24 heures, la même que celle de la terre; le groupe apparaît ainsi comme sensiblement sta- tionnaire au-dessus d'un point de l'équateur de la terre à l'intérieur du champ de visée dans lequel est située une station 14 de télécommunications Le cône 15 d* "illu- mination" de la station de télécommunications comprend tous les satellites du groupe. Pour simplifier, la figure représente seulement deux satellites 12, 13 du groupe On a représenté le satellite 12, à titre d'exemple, dans une orbite parfaite- ment circulaire 16 alors que le satellite 13 est représenté légèrement décalé par rapport à cette orbite parfaite com- me cela serait le cas dans toute géométrie de groupe; il suit par conséquent une orbite elliptique 17 On se rappel- lera que dans un groupe chaque satellite suit sa propre 5. orbite, cette orbite précise dépendant de la position réelle du satellite par rapport à l'orbite véritablement géo-stationnaire. Le qroupe est représenté dans quatre positions différentes 10, 10 ', 10 " et 10 '''; à partir de là on peut voir que si les satellites sont toujours dirigés vers la station au sol 14, comme cela est nécessaire pour eux pour qu'ils assurent leur fonction de télécommunications in- ternationales, tout réseau de télécommunications inter- satellite nécessitera des antennes à réflecteur parabo- loide 19 qui se déplacent angulairement suivant un an- gle total de 360 par rapport au corps du satellite sur lequel cette antenne est montée au cours de chaque période orbitale pour donner une ligne de visée claire à tout instant Comme discuté précédemment, ce balayage de 3600 est gênant sur le plan mécanique car il est diffici- le à obtenir. Ce mouvement relatif est d'autre part représen- té en figures 2 et 3. Dans ces figures, +Z est pointé vers le centre de la terre, +Y vers le sud perpendiculairement au plan équatorial de la terre, et +X vers l'est le long de l'orbite géo-stationnaire (c'est-à-dire tangentiellement). Dans tous les cas, le cadre de référence est fixe par rapport à la terre Les coordonnées XYZ sont également marquées en figure 1 afin de faciliter les références. Dans ces figures, quatre satellites 1, 2, 3 et 4 sont représentés dans le groupe Ils sont semblables à ceux ayant pour références 12 et 13 Chaque satellite 1, 2, 3, 4 est représenté trois fois à 0, 0,02 et 0,04 P o P est la période orbitale de 24 heures. Les figures 2 représentent une géométrie d'el- lipse équatoriale dans laquelle le mouvement relatif des éléments du groupe dans le cadre fixe par rapport à la terre est elliptique, le plan de l'ellipse étant situé 6. dans le plan équatorial de la terre comme cela est plus particulièrement représenté en figure 2 B Ces figures 2 représentent les mouvements relatifs des satellites dans les orbites similaires à celles de la figure 1. Les figures 3 représentent une géométrie circulai- re basculée (une alternative pourrait être une ellipse basculée, par exemple), dans laquelle les satellites sont non seulement déplacés dans le plan équatorial, mais également suivant une certaine inclinaison, le plan du cercle (ou de l'ellipse) se trouve ainsi basculé par rapport au plan équatorial comme cela est particulière- ment représenté en figure 3 B. Quelle que soit la géométrie du groupe, il est commode de désigner un satellite comme constituant une partie, ou en station avec le groupe à des fins de réseau de télécommunications inter-satellite Cela sera un satel- lite de centre de réseau ou d'échange, ayant une fonction de commutation et de relais, de sorte que les satellites individuels d'un groupe pourront acheminer leurs communi- cations inter-satellite par son intermédiaire Cet agence- ment nécessite encore des mouvements de balayage fâcheu- sement importants des récepteurs/antennes Afin de rédui- re ce mouvement, le satellite de télécommunications in- ter-satellite est placé à distance du groupe. Cela est représenté en figure 1, o un tel sa- tellite est représenté schématiquement dans quatre posi- tions 18, 18 ', 18 " et 18 ''' Bien que son orbite ne soit pas identique à celle de tous (ou nécessairement à l'un quelconque) les membres du groupe, il est évident que les angles de balayage des antennes 19 de télécommunications inter-satellite sont réduits à des valeurs entrant davan- tage dans des solutions mécaniques. Le satellite 18 peut ou non se trouver à l'inté- rieur du cône d "illumination" 15 de la station au sol. Le satellite 18 peut être placé dans une orbite 7. géo-stationnaire semblable à celle représentée pour le satellite 12, selon les orbites choisies pour les autres membres du groupe et en ayant présent à l'esprit la nécessité d'une ligne de visée claire à tous les ins- tants En variante, il peut être placé dans une orbite tel- le qu'il suit une géométrie circulaire ou elliptique équa- toriale comme cela est indiqué par les satellites 1, 2, 3 et 4 desfigures 2 ou une géométrie circulaire ou ellipti- que basculée comme cela est représenté par les satellites 1, 2, 3 et 4 de la figure 3 Toutes ces options peuvent être choisies pour fournir une ligne de visée claire entre le satellite 18 et les éléments du groupe 10, tout en maintenant un angle de balayage relativement petit pour les antennes 19. A cet égard, il peut être avantageux que le plan de l'éllipse ou du cercle du mouvement relatif du satelli- te 18 soit incliné par rapport au groupe 10 Un exemple d'un tel agencement est représenté en étant superposé aux figures 2 B et 3 B, Comme le satellite 18 avec un trajet relatif elliptique lorsqu'on regarde suivant l'axe X et à la droite des figures 2 C et 3 C. Il est possible d'inclure un satellite de télé- communications inter-satellite de rechange 18 dans une orbite à étroit te proximité du satellite-d'origine 18 En outre, le satel- lite 18 pourrait fournir des télécommunications inter-sa- tellite pour unautre groupe (non représenté) s'ajoutant au groupe ayant pour référence 10, ou pour fournir des télécommunications avec d'autres groupes, satellites ou stations spatiales. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVEND ICATIONS 1 Agencement circelant en orbite de satellites comprenant un groupe en orbite de satellites coopérants dans lequel des communications intersatellite doivent être maintenues de manière sensiblement constante, l'agen- cement comportant d'autre part un satellite de télécommu- nicationsinter-satellite placé à distance du groupe dans une orbite choisie de façon à maintenir au moins de maniè- re approximative une station avec le groupe et permettre le maintien d'une manière sensiblement constante des commu- nications avec chaque satellite du groupe. 2 Agencement selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que le groupe et le satellite de télécommunica- tionsse trouvent tous deux dans une orbite sensiblement géo-stationnaire. 3 Agencement selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que les orbites sont choisies de façon que les satellites individuels du groupe se suivent les uns les autres autour d'un trajet situé généralement dans un seul plan par rapport à un cadre fixe vis-à-vis de la ter- re. 4 Agencement selon la revendication 3, caractéri- sé en ce que l'orbite du satellite de télécommunication est choisie de façon qu'il suive un trajet situé générale- ment dans un plan qui, par rapport au cadre fixe vis-à-vis de la terre,est différent de celui du groupe. Appareil satellite pour placement en orbite, comportant une pluralité de satellites coopérants qui, en utilisation, sont en orbite comme un groupe et doivent avoir leuiscoîmunicationsintersatellite maintenuesde maniè- re sensiblement constante, et comportant d'autre part un satellite de télécommunication inter-satellite qui, en mar- che, est placé à distance du groupe dans une orbite choisie de manière à maintenir au moins de manière approximative la station avec le groupe et permet le maintien d'une fa- 9. çon sensiblement constante des communications avec cha- que satellite du groupe.