Brevet FR2562262A1 — publié le 19851004

Capteur d'étoiles et de soleil pour un système de contrôle d'orientation. L'invention se rapporte à un capteur d'étoiles et de soleil pour un système de contrôle d'orientation d'un engin spatial. Pour déterminer l'orientation d'un satellite dans l'espace, on connaît des détecteurs optiques qui repèrent la position du soleil ou d'étoiles claires et fournissent des données correspondantes de position pour le contrôle de l'orientation du satellite. Comme le soleil en cas d'une reproduction par un système optique, apparaît sous forme de disque, mais que les étoiles, comparées au diamètre d'un élément détecteur, apparaissent sous forme de simples sources lumineuses ponctuelles, des méthodes d'interprétation et des cir- cuits électroniques différents sont nécessaires pour les capteurs d'étoiles et les capteurs de soleil (par exemple "Development Studies for a Polaris Sensor", Sira Institue Ltd., Juin 1979 et "Technical Description Sun Sensor", MBB/ERNO, 28.11.83). Pour un système de contrôle d'orientation d'un engin spatial, l'objet de l'invention est de mettre au point un capteur d'étoiles et de soleil qui nécessite la mise en oeuvre de moyens électroniques beaucoup moins importants. Ce résultat est atteint selon l'invention par la combinaison des caractéristiques suivantes: a) Le capteur d'étoiles comprend un premier objectif dans le plan d'image duquel est disposée une première barrette de détecteurs, b) l'objectif du capteur d'étoiles, sous l'effet d'une aberration volontaire produit dans la plan dimlage à partir de sources lumineuses ponctuelles (étoiles) des taches lumineuses dont le diamètre est plus grand due le diamètre d'un élément détecteur, c) le capteur de soleil comprend un second objectif dans le plan d'image duquel est installée une secondebarrette de détecteurs présentant le même nombre et la même disposition d'éléments détecteurs que la première barrette citée, d) la première et la seconde barrette de détec- teurs sont alternativement raccordées par un dispositif de commutation à une électronique d'interprétation uniaue. Grâce à l'introduction volontaire d'une aber- ration dans l'objectif du capteur d'étoiles, les étoiles presque ponctuelles apparaissent aussi sur la barrette de détecteurs sous forme de taches lumineuses de sorte qu'il est possible d'utiliser une barrette de détecteurs identique, quant au nombre et à la disposition des élé- ments détecteurs, à celle du capteur de -soleil; cela permet à son tour un traitement des barrettes de détec- teurs au moyen d'une seule électronique d'interprétation qui est alternativement raccordée aux barrettes de détecteurs. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le premier objectif peut comporter une cor- rection de l'aberration chromatique sur une zone spec- trale de 0,3 à 1,2,m et le second objectif une aberration sphérique volontaire ou apodisation. L'agrandissement de sources lumineuses ponc- tuelles en taches lumineuses dans le capteur d'étoiles présente par ailleurs l'avantage qu'elle offre la possi- bilité d'exécuter une détermination plus exacte de l'anode d'une étoile aue cela ne parait possible en raison du diamètre d'un élément détecteur. Ainsi, le diamètre d'un élément détecteur est normalement de 28um, ce oui, pour un champ d'image de -l'ensemble de la barrette de détecteurs comprenant 256 x 256 éléments détecteurs de normalement 5 x 5 , correspond à un angle de 70 -secondes d'arc. Comme maintenant du fait de l'agrandis- sement des sources lumineuses ponctuelles constamment plusieurs éléments détecteurs sont éclairés avec une intensité différente, on peut obtenir par interpolation une précision d'environ 2 secondes d'arc. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur leauel: la figure 1 représente un engin spatial avec un capteur d'étoiles et de soleil combiné; la figure 2 représente la structure de prin- cipe du capteur d'étoiles et de soleil combiné. Sur la surface d'un engin spatial 1 sont ins- tallés les dispositifs de réception 2 et 3 d'un capteur de soleil et d'un capteur d'étoiles. Les axes optiques des dispositifs de réception 2 et 3 sont dirigés de manière qu'en cas d'une orientation définie de l'engin spatial dans l'espace, ils soient directement pointés sur le soleil 4 ou sur un champ d'étoiles prédéterminé 5. Les dispositifs de réception 2 et 3 sont raccordés par des lignes électriques 6 et 7 à-une électronique d'in- terprétation commune 8. La strucrure du capteur d'étoiles et de soleil combiné est représentée plus en détail à la figure 2. Les dispositifs de réception 2 et 3 comportent respectivement un objectif d'entrée 2.1, 3.1 ainsi qu'une barrette de détecteurs 2.2, 3.2 placée dans leurs plans d'image respectifs. Comme barrette de détecteurs, on peut utiliser des dispositifs à transfert de charge (CCD) ou des dis- positifs à injection de charge (CID). Les distances - - focales des objectifs d'entrée 2.1, 3.1 sont choisies, pour une même dimension des barrettes de détecteurs 2.2, 3.2, de manière qu'avec le dispositif de réception 2 pointé sur le soleil 4, on puisse couvrir un champ d'image d'environ 60 x 60 et, avec le dispositif de réception 3 pointbsur le champ d'étoiles, un champ d'image d'environ 5 x 5 . L'objectif d'entrée 3,1 du capteur d'étoiles 3 est par exemple du type Petzval ou du type Gauss et présente une aberration volontaire pour que les étoiles sur la barrette de détecteurs soient reprdduites sous forme de tache lumineuse d'un diamètre équivalent à environ 2 diamètres de l'élément détecteur. Par suite de cet agrandissement des sources lumineuses presque ponctuelles en taches lumineuses, on peut interpréter les images du soleil et des étoiles de la même façon et déterminer la position de chaque centre respectif. Cela est effectué alternativement dans l'électronique d'interprétation commune 8. L'.électronique d'interprétation 8 commune aux dispositifs de réception 2 et 3 se compose d'une commande d'interrogation 8.1, d'interrupteurs électroniques 8.2 et 8.3, du processeur 8.4, des sorties de données 8.5 et 8.6 ainsi que de l'entrée d'ordres 8.7. Le processeur 8.4 surveille le trafic des données entre le satallite et les dispositifs de réception 2 et 3, reçoit les ordres du satellite, contrôle la commande d'interroga- tion et exécute l'interprétation des données qui sont fournies par le dispositif de réception à chaque fois en circuit. Pendant le fonctionnement, le satellite,par l'intermédiaire de l'entrée 8.7 peut commander au préa- lable au processeur 8.4 des modes opérationnels déter- minés. Si, par exemple, il s'agit d'exciter simultanément le capteur d'étoiles et le capteur de soleil, le proces- seur 8.4 donne l'ordre à la commande d'interrogation 8.1 de lui envoyer alternativement par les commutateurs électriques 8.2 et 8.3 les données du capteur solaire et du capteur d'étoiles qui sont établies sous forme numérique. Selon les données qui y apparaissent et par des algorithmes d'interpolation et de compensation qui ne font pas directement partie de l'invention, on déter- mine la position des centres des taches lumineuses et cette information est mise sous forne numérique à la disposition du satellite par les sorties 8.5, 8,6. De cette façon, on peut interroger les capteurs d'étoiles et de soleil quasi parallèlement ou individuellement suivant des fréquences d'interrogation différentes pouvant être commandées à l'avance. REVENDICATIONS 1. Capteur d'étoiles et de soleil pour un système de contrôle d'orientation d'un engin spatial caractérisé par la combinaison des caractéristiques suivantes a) le capteur d'étoiles (3) comprend un premier objectif (3.1) dans le plan d'image duquel est disposée une première barrette de détecteurs (3.2), b) l'objectif (3.1) du capteur d'étoiles (3),sous l'effet d'une aberration volontaire, produit dans le plan d'image à partir de sources lumineuses ponctuelles (étoiles 5) des taches lumineuses dont le diamètre est plus grand que le diamètre d'un élément détecteur, c) le capteur de soleil (2) comprend un second objectif (2.1) dans le plan d'image duquel est placée une seconde barrette de détecteurs (2.2) présentant le même nombre et la même disposition d'éléments détecteurs que la première barrette de détecteurs (3.2), d) la première et la seconde barrette de détec- teurs (3.2, 2.2) sont alternativement raccordées par un dispositif de commutation (8.2; 8.3) à une électro- nique d'interprétation unique. 2. Capteur d'étoiles et de soleil selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le premier objectif (3.1) comporte une correction de l'aberration chromatique sur une zone spectrale de 0,3 à 1,2/am. 3. Capteur d'étoiles et de soleil selon la revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que le second objectif (2.1) comporte une aberration sphérique volontaire ou apodisation. 4. Capteur d'étoiles et de soleil selon l'une quelconque des revendications I à 3 caractérisé par le fait que l'électronique d'interprétation (8) détermine le centre de la tache lumineuse par interpolation au moyen des éléments détecteurs éclairés par une tache lumineuse.