Brevet FR2605427A1 — publié le 19880422

POINTAGE D'UNE ANTENNE DE SONDE SPATIALE VERS LA TERRE DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif de pointage d'une antenne de sonde spatiaLe vers la terre. Le maintien des radiocommunications entre La Terre et Les sondes spatiales évoLuant dans Le système solaire impose qu'une antenne de La sonde soit pointée vers La Terre avec une précision qui dépend de son Lobe de rayonnement. Actuellement, on emploie un dispositif permettant de pointer un capteur de la sonde vers Le Soleil et un autre vers une étoile. Comme d'autre part on connait La position de la sonde et de La Terre par rapport au Soleil, on peut en déduire La direction de la Terre par rapport à La sonde. Une autre solution consiste à utiliser un dispositif radiofréquence pour pointer l'antenne vers la Terre. On peut ainsi orienter correctement une antenne montée sur la sonde à l'aide d'un mécanisme à rotule. Ces opérations comprennent un pointage de la sonde vers le Soleil et de l'antenne vers la Terre qui implique une complication du dispositif à mettre en oeuvre. La présente invention remédie à ce désavantage en supprimant le pointage préliminaire vers Le Soleil et le mécanisme à rotule. A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'orientation vers la Terre d'une antenne fixée rigidement à une sonde spatiale évoluant dans le système solaire et comprenant: - au moins un capteur sensible au rayonnement solaire; - au moins un capteur sensible au rayonnement d'une étoile; - un calculateur apte à connaître à tout moment dans un repère fixe la position du Soleil, la position de la Terre et La position de la sonde, et à calculer dans un repère lié à la sonde la direction du Soleil et la direction de la Terre; ainsi que Les rotations à imprimer à La sonde pour pointer l'antenne vers la Terre; 2 2605427 - au moins deux ensembles aptes à exercer des couples sur la sonde autour d'axes non parallèles entre eux et non parallèles à la direction de l'antenne. L'invention sera mieux comprise d'après le commentaire des figures données en annexe à titre illustratif et non limitatif, d'après lesquelles: - la figure 1 représente la disposition des corps célestes impliqués dans l'opération de pointage; - la figure 2 représente la sonde spatiale équipée d'après l'invention. D'après la figure 1, la sonde spatiale I parcourt une orbite 0. La Terre est indiquée par T, le Soleil par S et une étoile de référence par E. Avec pour origine la sonde 1, on définit un repère R dont l'axe X est dirigé vers le Soleil S et l'axe Z vers l'étoile E. De façon commode, on peut choisir l'étoile E de telle sorte que l'angle entre les axes X et Z soit droit; ce choix n'est cependant pas nécessaire. L'axe Z une fois obtenu, on se fixe un axe Y tel que le repère R composé des axes X, Y et Z soit direct. Deux autres repères directs, ayant également pour origine la sonde 1, sont R et R qui possèdent les axes X1, Y1, i s Z et X, Y et Z respectivement. Le repère R est déduit du i s s s 1 repère R par une rotation R autour de l'axe Y, puis par une t rotation T autour de l'axe Z telles que l'axe X soit pointé t 1 vers la Terre T. Le repère R représenté figure 2 est lié à la s sonde 1 et choisi tel que l'axe X soit parallèle à l'antenne 2 s de télécommunication à pointer vers la Terre T; l'orientation des autres axes est quelconque. Il s'agit donc d'orienter La sonde 1 de telle façon que l'axe X reste pointé vers la Terre T. Les équipements s nécessaires ont été représentés figure 2. Ils comprennent tout d'abord un ou plusieurs capteurs de rayonnement solaire 3 de type ordinaire dont le nombre et La répartition dépendent de l'angle solide vu de la sonde 1 o Le Soleil S peut se trouver. Cet angle peut Itre assez petit dans te cas d'une sonde 1 explorant la périphérie du système solaire, car l'angle H de la figure 1 entre la Terre T, la sonde 1 et le soleil S reste alors petit, et l'orientation qu'il faut conférer aux capteurs de rayonnement solaire 3 est alors peu différente de celle de l'antenne 2. Le nombre des capteurs 3 dépend encore de leurs champs de vue et de leur montage sur la sonde 1: il est généralement plus élevé si les capteurs 3 sont montés fixes, plus réduit si les capteurs 3 sont orientables. Ici, on suppose que la sonde 1 est de forme générale cubique et possède un capteur 3 sur la face portant également l'antenne 2, ainsi que deux capteurs de rayonnement stellaire 4 de l'étoile E sur les faces orthogonales à Z. Pour ces capteurs 4 on pourra également adopter diverses s dispositions selon leur constitution, la position de l'étoile E et l'orbite de la sonde 1. Chacun de ces capteurs de rayonnement solaire 3 et stellaire 4 est relié par un câble (respectivement 5 et 6) à un calculateur embarqué 9 qui est apte à déterminer la position du Soleil S et de l'étoile E, donc du repère R, par rapport à la sonde 1, donc au repère R. Le calculateur 9 contient les s informations (éphémérides ou modèle mathématique) qui lui permettent de connaître la position de la sonde 1, de la Terre T et du Soleil S dans un repère fixe. Ces informations peuvent également lui être fournies directement par la station de pilotage située sur la Terre par l'intermédiaire de l'antenne 2 et d'une connexion 10. Le calculateur 9 est également apte à calculer les valeurs de rotation R et T autour de Y et Z pour passer du t t repère R au repère R1, et les rotations R, T et L autour de Y, s s s Z et X pour passer du repère R au repère R. Il est alors aisé de s déterminer quelles sont les valeurs des rotations de roulis autour de l'axe Y et de tangage autour de l'axe Z qu'il faut s s imprimer à la sonde 1 pour faire coïncider les axes X et X et s 1 ainsi réaliser la pointage souhaité. Ces rotations sont réalisées par des moyens classiques à bord des véhicules spatiaux tels que des roues d'inertie ou à réaction ou des propulseurs que l'on représente ici. Deux propulseurs 8 sont actionnés par le calculateur 9 par l'intermédiaire de connexions 7 et soumettent la sonde 1 à un couple qui opère la rotation de roulis nécessaire; deux propulseurs 12 reliés au calculateur 9 par des connexions 11 jouent le mime rôle pour la rotation de tangage. On constate donc que, par rapport au dispositif de l'art antérieur qui consistait à pointer d'abord la sonde vers le Soleil, puis l'antenne vers la Terre, le dispositif ici proposé est éventuellement plus lourd au niveau de l'instrumentation en capteurs de rayonnement solaire et stellaire, mais permet par contre de se passer d'un mécanisme encombrant et délicat d'orientation de l'antenne par rapport à la sonde. Bienentendu, le pointage de l'antenne selon l'invention peut aussi être effectué vers d'autres corps célestes que la Terre et notamment vers d'autres vaisseaux spatiaux. 2605427 REVENDICATION Dispositif d'orientation vers la Terre (T) d'une antenne (2) fixée rigidement à une sonde spatiale (1) évoluant dans le système solaire, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un capteur (3) sensible au rayonnement solaire; - au moins un capteur (4) sensible au rayonnement d'une étoile (E); - un calculateur (9) relié aux capteurs (3 et 4) et apte à connaître à tout moment dans un repère fixe la position du Soleil (S), la position de la Terre, la position de la sonde, et à calculer dans un repère lié à la sonde (1) la direction du Soleil, de l'étoile et de la Terre; ainsi que les rotations à imprimer à la sonde pour pointer l'antenne (2) vers la Terre (T); - au moins deux ensembles (8, 12) aptes à exercer des couples sur la sonde autour d'axes non parallèles entre eux et non parallèles à la direction de l'antenne.