Brevet FR2589232A1 — publié le 19870430

- 1 - DISPOSITIF DE DETECTION D'ETOILE POUR UN SATELLITE La présente invention concerne un dispositif de détection d'étoile pour un satellite dont une partie au moins, lorsque le satellite est sur son orbite et/ou en cours de transfert sur son orbite, tourne autour d'un axe de rotation fixe par rapport au satellite, et qui est équipé d'un détecteur d'étoile orienté suivant l'axe de rotation et tournant également autour de cet axe. Un tel dispositif de détection d'étoile apparait dans la demande de brevet DE 34 28 741.8. Dans ce docu- ment, il s'agit d'un satellite terrestre présentant un corps de satellite orienté vers le soleil ainsi qu'une partie fonctionnelle reliée avec possibilité de rota- tion à ce corps de satellite. La partie fonctionnelle comporte des éléments fonctionnels orientés vers la terre, par exemple des antennes ou des caméras. Au cours d'une trajectoire orbitale, cette partie fonctionnelle effectue une rotation presque complète dans le sens de la trajectoire orbitale autour d'un axe de rotation fixe par rapport au satellite et perpendiculaire au plan de la trajectoire. Un détecteur d'étoile placé suivant cet axe de rotation est fixé à la partie fonc- tionnelle, ainsi qu'un second détecteur d'étoile présen- tant cependant une direction d'orientation qui s'écarte - 2 - de l'axe de rotation et qui, par suite de la rotation de la partie fonctionnelle, décrit pratiquement une enveloppe de cÈne ayant l'axe de rotation pour axe de symétrie. A l'aide des deux détecteurs d'étoile prévus sur la partie fonctionnelle en rotation de ce disposi- tif de mesure connu, il est possible de déterminer avec une grande précision la position de la partie fonction- nelle dont l'orientation précise est primordiale. Mais le fait de devoir utiliser deux détecteurs d'étoile présente un inconvénient. Ces composants sont relati- vement coûteux et il convient de réduire au maximum leur nombre. Des satellites stabilisés par rotation et dont l'ensemble tourne relativement vite autour d'un axe de rotation généralement fixe dans l'espace, peuvent être également équipés d'un ou de plusieurs détecteurs d'étoile dont l'un au moins a une direction d'orienta- tion suivant l'axe de rotation. S'il n'y a qu'un seul détecteur d'étoile de ce type, on peut alors - dans le cas d'un satellite de ce type et, par exemple, lors de la phase de transfert qui précède le moment o l'orbite désirée est atteinte - se trouver face à certaines dif- ficultés du fait que l'un des détecteurs d'étoile, orienté généralement selon la direction de poussée, n'a de temps en temps aucune étoile brillante dans son champ de vision. De ce fait, un réglage de position, même grossier, pendant la phase de transfert, s'avère pour le moins difficile. La présente invention a pour but de concevoir un dispositif de détection d'étoile du type indiqué précédemment qui fonctionne avec aussi peu de détec- teurs d'étoile que possible et permette, durant le transfert et/ou une fois l'orbite atteinte, un réglage de position aussi précis que possible. - 3 - Conformément à la présente invention, ce but est atteint en ce que, dans la direction d'orientation du détecteur d'étoile, est disposé un miroir partici- pant à la rotation et placé obliquement par rapport à cette direction. Ainsi, il suffit d'un seul détecteur d'étoile, à savoir celui qui est orienté suivant l'axe de rotation. La direction d'orientation de ce détec- teur d'étoile est déviée, de préférence à l'angle aigu par rapport à l'axe de rotation, par le miroir se trou- vant également en rotation, et décrit ainsi une enve- loppe de cône. Suffisamment d'étoiles brillantes ap- paraissent alors de façon renouvelée et périodique dans le champ visuel du détecteur d'étoile, ce qui fournit la base d'un réglage de position précis. Si l'on parvient à maintenir l'orientation désirée pour le satellite et si l'on connait la vitesse de rotation de ce dernier, il est possible de calculer à l'avance le moment o une étoile déterminée surgira dans le champ visuel du détecteur d'étoile, et quelle trajec- toire son point image devrait décrire dans le plan ima- ge du détecteur d'étoile. De préférence, un agencement matriciel de photoéléments à haute résolution (réseaux de DTC) se trouve dans le plan image du détecteur d'étoile. A partir des déviations du point image cité plus haut par rapport à la trajectoire, calculée au préalable, dans le plan image, il est possible de dé- terminer par calcul l'erreur d'orientation du satelli- te. Les signaux d'erreur de position qui peuvent être ainsi déterminés sont ensuite convertis par le système de régulation de position du satellite-en ordres de correction correspondants. Conformément à un mode de réalisation avanta- geux de la présente invention, il est prévu d'utiliser un miroir semitransparent. On obtient ainsi, de façon presque simultanée, deux directions d'orientation du - 4 - détecteur d'étoile, à savoir: lune, orientée suivant l'axe de rotation, et la seconde, qui décrit une tra- jectoire conique. Les images superposées qui en résul- tent peuvent facilement être séparées l'une de l'autre au cours de l'évaluation, étant donné qu'elles sont modulées de façon différente en raison du mouvement de rotation du satellite ou de sa partie en rotation qui supporte le détecteur d'étoile. Dans ce cas, il est possible d'évaluer en particulier le trajet optique orienté selon l'axe de rotation, et ceci aussi long- temps qu'une étoile suffisamment brillante se trouve dans le champ de vision de ce trajet. Si ce n'est pas le cas, il est possible de se reporter alors au trajet optique dévié par le miroir en rotation. Le principe selon lequel on dévie, par rapport à la direction de l'axe de rotation, la direction d'orientation du détecteur d'étoile à l'aide d'un mi- roir en rotation disposé obliquement peut également être applique dans le cas de satellites de télécommuni- cations dont le réflecteur d'antenne pivotant est ra- battu, durant la phase de transfert en position basse, sur le détecteur d'étoile et dont, de ce fait, la di- rection d'orientation serait complètement masquée. Dans ce cas, le réflecteur d'antenne rabattu comprend, juste au-dessus du détecteur d'étoile, une ouverture libérant le champ de vision du détecteur d'étoile, ainsi qu'un miroir disposé au-dessus de l'ouverture et fixé au ré- flecteur d'antenne, obliquement selon la direction d'orientation du détecteur d'étoile. Le miroir n'entre en fonction qu'au cours de la phase de transfert, pen- dant que le satellite, ou du moins la partie fonction- nelle supportant l'antenne, tourne autour d'un axe de rotation orienté selon la direction de poussée, cet axe de rotation coincidant avec la direction d'orientation du détecteur d'étoile. Après la mise en orbite, le ré- - 5 - flecteur d'antenne et le miroir qui lui est attenant sont relevés, si bien que le détecteur d'étoile est alors uniquement orienté selon la direction de l'axe. Des imprécisions éventuelles occasionnées par le fait que le miroir est fixé au réflecteur d'antenne pivotant ne sont pas gênantes, car aucune précision extrême de mesure de position n'est indispensable durant la phase de transfert. Par suite, la présente invention est applicable aussi bien aux satellites stabilisés par rotation ("spin") qu'à ceux du type "dual spin" qui se composent d'un corps de satellite non tournant et d'une partie fonctionnelle en rotation, le corps de satellite non tournant pouvant être stabilisé suivant trois axes. La mise en place du miroir oblique en rotation dans le tra- jet optique du détecteur d'étoile peut avoir lieu, soit uniquement pendant la phase de transfert, soit unique- ment après la mise en orbite, mais également pendant les deux phases, lors d'une mission unique. Les caractéristiques de l'invention seront main- tenant détaillées dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées, qui représentent: - la figure 1: un satellite stabilisé par rota- tion et doté d'un dispositif de détection d'étoile con- forme à la présente invention; - la figure 2: un satellite avec corps de sa- tellite non tournant, ainsi qu'une partie fonctionnelle en rotation supportant un réflecteur d'antenne pivotant et un dispositif de détection d'étoile conforme à la présente invention. La figure 1 représente, de façon très simplifiée et schématique, un satellite 1 stabilisé par rotation, tournant autour d'un axe de rotation 3. Le satellite se présente, en coupe transversale, sous une forme octogo- - 6 - nale et comporte sur ses huit faces externes des cel- lules solaires 9 destinées à l'alimentation en énergie. Un détecteur d'étoile 4 est fixé au satellite 1 de ma- nière à ce que sa direction d'orientation 10 soit orien- tée tout d'abord selon l'axe de rotation 3. Dans ce trajet optique du détecteur d'étoile 4, est disposé un miroir 5 placé obliquement et relié de façon fixe au satellite 1, ce miroir étant semi-transparent. Il s'en- suit, pour le détecteur d'étoile 4, une nouvelle direc- tion d'orientation 11 qui, par suite de la rotation du satellite 1 autour de son axe de rotation 3, décrit une enveloppe de cône. Pendant une telle révolution, un grand nombre d'étoiles à luminosité variée apparaît dans le champ de vision, situé selon la direction d'o- rientation 11, du détecteur d'étoile 4. Ce dernier se compose essentiellement d'une partie optique et d'un agencement de photo-éléments répartis sous forme de ma- trice, dans le plan focal, côté image, de la partie optique, photoéléments pour lesquels des réseaux DTC sont utilisés à des fins pratiques. La lecture de tels réseaux photo-éléments relè- ve en principe de l'état actuel de la technique et ne fait pas partie de la présente invention. Dans le cas du miroir semi-transparent 5 de la figure 1, deux ima- ges superposées apparaissent dans le plan image du dé- tecteur d'étoile 4. L'image correspondant à la direc- tion d'orientation 10 comporte des trajectoires circu- laires et concentriques appartenant aux étoiles qui se trouvent dans le champ de vision attribué. En revanche, l'image affectée à la direction d'orientation 11 compor- -te-des-trajectoires d'étoiles parallèles, légèrement incurvées, formant presque des lignes droites. Cette différence de structure de l'image peut être utilisée au cours de l'évaluation dans le but de séparer les deux images. - 7 - La figure 2 représente de façon schématique et très simplifiée un satellite 1 de type "dual spin" qui se compose d'un corps de satellite 12 non tournant ainsi que d'une partie fonctionnelle 2 fixée à ce corps de satellite au moyen d'un dispositif d'accouplement rotatif 13. Sur la partie fonctionnelle 2 servant de plateforme-support, est fixé un réflecteur d'antenne 6 pivotant qui est représenté sur la figure 2 en posi- tion basse, dans laquelle il masquerait le champ de vi- sion du détecteut d'étoile 4 fixé également à la partie fonctionnelle. Le réflecteur d'antenne 6 présente ce- pendant une ouverture 8 dans la partie qui, lorsqu'il se trouve en position basse, est située au-dessus du détecteur d'étoile 4, cette ouverture libérant le champ visuel du détecteur d'étoile 4. Au-dessus de cette ouverture 8, est fixé un miroir 7 placé oblique- ment sur le réflecteur d'antenne 6, ce miroir condui- sant à une direction d'orientation 14 modifiée par rap- port à la direction d'orientation initiale du détec- teur d'étoile 4, qui coincide avec l'axe de rotation 3 de la partie fonctionnelle 2. Cette direction d'orien- tation 14 décrit ici aussi, en raison de la rotation de la partie fonctionnelle 2 autour de son axe de ro- tation 3, une enveloppe de cône. Le détecteur d'étoile 4 peut avoir la même structure que sur la figure 1. Le réflecteur d'antenne 6 ne se trouve dans la position basse représentée sur la figure 2 que durant la phase de transfert de la mission du satellite. Après la mise en orbite, le réflecteur d'antenne 6 pivote vers le haut selon la direction de la flèche 15, entraînant ainsi la disparition du miroir 7 du trajet optique du détecteur d'étoile 4, dont la direction d'orientation coincide alors avec l'axe de rotation 3 de la partie donctionnelle 2 en rotation. Dans le cas du satellite 1 de la figure 2, le réglage de position au cours de - 8 - la phase de transfert peut être contr8lé de façon gros- sière par le seul détecteur d'étoile 4. Après la mise en orbite, par exemple en orbite géostationnaire avec un détecteur d'étoile 4 dont la direction d'orientation indique le nord, il faut généralement installer d'au- tres détecteurs (détecteurs solaires ou terrestres par exemple) pour assurer le réglage de position. L'excita- teur appartenant au réflecteur d'antenne 6 n'est pas représenté sur la figure 2, à l'instar d'autres parties du satellite qui ne sont pas déterminantes pour l'in- vention. Cette dernière remarque vaut également pour la figure 1. L'angle selon lequel sont inclinés les miroirs ou 7 par rapport à la direction d'orientation 10 de la figure 1 ou par rapport à l'axe de rotation 3 de la figure 2, dépend des données spécifiques de la mission du satellite. Cet angle sera déterminé chaque fois de telle façon que le plus grand nombre possible d'étoiles particulièrement brillantes et facilement identifiables apparaissent pendant une révolution dans le champ vi- suel en rotation du détecteur d'étoile 4. Il convient de veiller à ce que le soleil, avec son intensité lumi- neuse particulièrement élevée, n'apparaisse si possible pas dans le champ visuel du détecteur d'étoile 4, car ceci pourrait s'avérer néfaste pour les photo-éléments. -9- REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'étoile pour un satellite dont une partie au moins, lorsque le satel- lite est sur son orbite et/ou en cours de transfert sur son orbite, tourne autour d'un axe de rotation fixe par rapport au satellite, et qui est équipé d'un détec- teur d'étoile orienté suivant l'axe de rotation et tournant également autour de cet axe, caractérisé en ce que, dans la direction d'orientation du détecteur d'étoile (4), est disposé un miroir (5) participant à la rotation et placé obliquement par rapport à cette direction. 2. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le miroir (5) est semi-transparent. 3. Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le miroir (7) est installé sur un ré- flecteur d'antenne (6) pivotant situé, lorsqu'il est en position basse, au-dessus du détecteur d'étoile (4), le miroir se trouvant au-dessus d'une ouverture (8) ménagée dans le réflecteur d'antenne (6) et libérant, dans cette position, la direction d'orientation du dé- tecteur d'étoile (4).