Brevet FR2840416A1 — publié le 20031205

B 13981 JL TELESCOPE SPATIAL DOMAINE GENERAL DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine technique general des satellites d'observation. Plus particulierement, elle concerne le domaine technique des satellites d'observation comportant un telescope. ETAT DE LA TECHNIQUE Un telescope spatial d'observation comporte au moins deux elements. Le premier element est une lentille ou un miroir permettant de recevoir, ou de diriger de facon voulue, les rayons lumineux issus d'un objet ou d'une cible a observer (sur la terre ou dans l'espace). Le deuxieme element est un recepteur qui recoit les rayons lumineux issus de ce miroir ou de cette lentille, afin de les traiter ou de les retransmettre vers la terre pour un traitement ulterieur. Les telescopes d'observation qui n'observent pas que les etoiles peuvent comporter un troisieme element. Cet element est un emetteur de rayons lumineux permettant d'eclairer la cible a observer. Cet eclairage de la cible est effectue lorsque celle-ci n'est pas directement observable par le systeme de lentille ou miroir et le recepteur. Pour un certain nombre d'observations, le deuxieme element est avantageusement une lentille de Fresnel. Une telle lentille, bien que peu epaisse, est capable de focaliser la lumiere. A cet effet, elle comporte une membrane dont la surface est alternativement transparente et opaque. Plus precisement, si l'on souhaite focaliser une once plane monochromatique de longueur d'onde (c'est le cas notamment avec un faisceau lumineux issu d'un laser) sur un foyer situe a une distance f derriere la membrane, on ne doit laisser passer a travers la lentille que les rayons -.;.:.. 2 1. ',:.:. :.: . : =;. ' -:!i.''. ' '..: '''. '-t2'::. : __... J - _ _:1 lumineux $usceptibles de s'additionner en phase au foyer. Ainsi les parties transparentes laissent passer les rayons qui vont s'additionr!er en phase au foyer. Les parties sombres les arretent. On note que la membrane a un rayon R et est placee perpendiculairement a la direction de ltonde plane incidente. Si p est le rayon courant (0 en phase au foyer. On ne les laisse done pas passer la lentille de Fresnel. Pour les valeurs de p comprises entre les series p(k) et P2(k), la membrane est plus ou moins transparente. Plusieurs lois de transparence vent possibles pour ces valeurs de p, selon la forme de la fonction souhaitee au foyer. Par exemple, on peut decider que pour un p donne, on calcule K tel que: K\=: -f .... -, :,::, ,''-:,,: .__,::] et si frac (k) est la partie fractionnaire de k, Qn decide que la transmission T de la lumiere, T etant comprise entre 0 et 1, vaudra: T = 0,5 x t1 +cos(2 x frac (K))) La transmission T vaut aussi 1 si K est un entier. D'autres lois de transmissions vent possibles, la seule condition etant qutelles respectent les zones opaques et transparentes en fonction de p. La loi quadratique decrite pour les valeurs de la transparence correspondrait, en optique catadioptrique, a des miroirs paraboliques. L'emulation par une lentille de Fresnel pour d'autres formes de miroirs peut se traduire par des lois differentes. On peut souhaiter pour des observations spatiales obtenir des lentilles de Fresnel de grandes dimensions. II faut cependant que la lentille, qui est destinee a etre mise en orbite, soit de petites dimensions pour pouvoir etre placee dans une navette spatiale. Le document US 5,886,837 decrit une methode d'assemblage d'elements constitutifs d'une lentille de Fresnel pour obtenir une lentille de Fresnel de grandes dimensions. Selon cette methode, on assemble sur un cadre et a ['aide de fixations, des panneaux constitutifs d'une lentille de Fresnel afin d'obtenir une lentille de Fresnel resultante de tres grandes dimensions. La lentille obtenue par le procede precedent n'apporte cependant pas toute satisfaction. Wile n'est pas prevue pour etre placee sur orbite et les dimensions de la lentille que l'on peut assembler vent relativement falbles pour certaines applications ou l'on souhaite des diametres de lentilles de l'ordre de la centaine de metres ou du kilometre. PRESENTATION DE L'INVENTION. Un but de ['invention est done d'obtenir une lentille de Fresnel de tres grandes dimensions, facile a assembler. :. _:.' '.,.,!,:',,, _::':',,.;4t,,i,-.:.: __ _ _ __ Un autre but de ['invention est de proposer un systeme d'observation spatiale dans lequel la lentille d'observation se situe dans l'espace, et notamment en orbite autour d'un objet a observer. A cet effet, I'invention propose un ensemble d'observation spatiale comportant des moyens formant lentille de convergence de rayons lumineux issus d'un objet a observer, des moyens apses a recevoir les rayons lumineux issus de la lentille de convergence, caracterise en ce que la lentille est une lentille de Fresnel en orbite autour d'un corps dans l'espace, les moyens de reception etant eux-aussi en orbite autour d'un corps dans l'espace. L'invention est avantageusement completee par les caracteristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque combinaison techniquement possible: - les moyens de reception vent en orbite autour de la lentille; - la lentille est en orbite autour de la Terre; - la lentille est en orbite geostationnaire; - les moyens de reception vent en orbite forcee autour de la lentille; - I'orbite est une trajectoire en equilibre autour de la lentille; - I'orbite est une trajectoire en hors-equilibre autour de la lentille; - il comporte des moyens d'emission d'un signal lumineux pour eclairer ['objet a observer, les moyens d'emission etant eux aussi en orbite autour d'un objet dans l'espace; - les orbites des moyens d'emission et de la lentille s'effectuent autour du meme objet et vent synchrones; - la lentille comporte un film plastique de grande dimension en position deployee et comportant des zones transparentes en alternance avec des zones d'opacite plus importante; - la lentille est maintenue en position deployee et est stabilisee par sa rotation autour de son axe; la lentille comporte des moyens de maintien en position deployee; - les moyens de maintien comportent des armatures metalliques; - -- - if F 7.:. ';. - f. S.:!.: ' ' '-4' ':':::: s - les moyens de maintien comportent des moyens apses a etre gonfles par un fluide et qui vent situes a la peripherie de la lentille; - les moyens de reception comportent des dispositifs a transfert de charges; - chaque recepteur comporte des moyens de filtrage de signaux lumineux eVou des moyens d'amplification de signaux lumineux; - les moyens d'emission comportent au moins une source laser monochromatique. L'invention concerne egalement la lentille de Fresnel qui est mise en orbite. Wile comporte avantageusement des moyens formant emetteur de signal lumineux, ces moyens eta nt solidaires de la lentille afin de ne former qu'un seul element avec elle. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caracteristiques, but et avantages de ['invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative et qui doit etre lue en regard des dessins annexes sur lesquels: - La figure 1 represente un mode de realisation possible d'une lentille de Fresnel selon ['invention; - La figure 2 represente schematiquement un ensemble d'observation spatiale comportant une lentille, un emetteur et un recepteur, par exemple en orbite autour de la Terre; - La figure 3 represente schematiquement une lentille de Fresnel selon ['invention, maintenue en position deployee par l'effet d'une rotation; - La figure 4 represente schematiquement une lentille de Fresnel selon ['invention, maintenue en position deployee par un systeme de bras mecaniques; - La figure 5 represente schematiquement une lentille de Fresnel selon ['invention, maintenue en position deployee gr3ce a un systeme de pourtour gonflable; - La figure 6 represente schematiquement une structure de recepteur ou une fonction de filtrage est combinee avec une fonction d'amplification; . 7Rr - -:-: J - La figure 7 represente schematiquement un systeme d'observation comprenant une lentille autour de laquelle tourne un recepteur dans une situation de position orbitale en equilibre, des rayons lumineux etant emis par un systeme d'emetteurs sur la meme orbite que la lentille; - La figure 8 represente schematiquement un systeme selon la figure 7, les positions du recepteurs etant hors equilibre; - La figure 9 represente schematiquement une position de recepteur hors axe, c'est-a-dire que le plan d'orbite du recepteur est decale par rapport au plan d'orbite de l'emetteur; - La figure 10 represente un exemple d'utilisation de la lentille pour un dispositif d'observation astronomique. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 represente schematiquement le premier element d'un mode de realisation possible d'un systeme d'observation selon ['invention. Ce premier element est une lentille de Fresnel 1, preferentiellement de forme circulaire. La figure 2 montre schematiquement la position de la lentille 1 dans le systeme d'observation spatiale. Le systeme possible represente a la figure 2 comporte, outre la lentille de Fresnel 1, un emetteur 2 de rayons lumineux permettant d'illuminer ['objet a observer (la Terre T par exemple sur la figure 2), ainsi qu'un recepteur 3 des rayons lumineux une fois que ceux-ci ont ete reflechis sur la surface la Terre T et ont traverse la lentille 1. La lentille 1 et l'emetteur 2 vent en orbite 16 autour de ['objet a observer. Le recepteur 3 est en orbite autour de la lentille 1. Selon ['invention, la lentille peut avoir un diametre de 100 metres, voire plus. Le systeme d'observation est essentiellement monochromatique car la distance focale de la lentille 1 de Fresnel depend de la longueur d'onde qui la traverse. La figure 2 ne represente qu'un seul couple emetteur 2/recepteur 3. On pourra cependant prevoir plusieurs couples emetteur/recepteur de longueurs d'onde identiques ou differentes autour d'une meme lentille 1. ,, _.:....,.,. ,. _ _, _.... ... :,-.:: -.;. -l..,.:, .., En reference a la figure 1, la lentille 1 comporte une serie de motifs opaques 10 en alternance avec une serie de motifs plus ou moins transparents 11. L'alternance ainsi formee constitue un reseau optique circulaire. L'epaisseur radiale des zones transparentes 11 est relativement S importante au centre du dispositif, pour diminuer de plus en plus. Ainsi la finesse du reseau optique constitue par la lentille 1 augmente avec le rayon courant. La fleche 12 represente schematiquement la zone a partir de laquelle le reseau est relativement serre. La frequence de l'altemances des zones sombres 10 et des zones plus ou moins transparentes 11 est calculee par les formules citees plus haut. La lentille 1 est avantageusement realisee comme un film transparent dont certaines parties vent opacrfiees. L'interet majeur du systeme selon ['invention est sa quasi-insensibilite aux defauts de planeite de la lentille 1. II permet par consequent un 1S deplolement de la lentille 1 peu exigent. En effet, le systeme d'observation travaille avec une distance focale f tres longue. Wile est parfois superieure a 1 km. Un defaut d de planeite agit avec un facteur a d'attenuation egal au pire a: a = d x (1- cos2 (a)) ou a est egal au rayon de la lentille R divise par la longueur focale f (a=Rlfl. Ainsi, pour un rayon de 50 m et une longueur focale 5 km, I'angle a vaut 0,01. Un defaut de planeite de 1 cm ne cree que 0,5,um de difference de marche en bordure de lentille dans le pire des cast Ceci reste acceptable avec une longueur d'onde de faisceaux lumineux traversant la lentille de 2,um par exemple. Ainsi, le niveau de qualite planaire a realiser est inferieur a celui des antennes radar a grande longueur d'ondes, par exemple en bande L. Le fait que la lentille puisse travailler avec des defauts de planeite relativement importants permet son maintien en position deployee par plusieurs dispositifs. Ils vent decrits plus en detail dans la suite de la presente description. = t __::.: On rappel le q ue la lentille 1 est avantage usement co nstruite a partir d'un film plastique opacifie par endroit. Ainsi, la masse de la lentille peut rester tres falble. La masse d'un tel film plastique au m2 est de 5 g, pour un film de 6,um d'epaisseur. La lentille de 50 metres de diametre a done une masse de 10 kg, celle de 1 km de diametre n'a une masse que de 4 tonnes. Co m pte-te nu de la legerete d 'une lentille meme de gra nd e tail le, on peut envisager de la stabiliser en orbite par un gradient de gravite, a ['aide d'une masse au bout d'un fil de falble diametre par exemple. Avantageusement, si le fil atteint la distance focale souhaitee, la masse pourra comporter un recepteur des rayons lumineux focalises apres la traversee de la lentille. La figure 3 montre que la lentille 1 peut etre maintenue en position deployee par l'effet de la force centrifuge lorsque la lentille est mise en rotation selon un sens 14 par exemple autour d'un axe 13 passant par le centre de la lentille. Un autre mode de realisation de maintien en position deployee de la lentille est represente a la figure 4. Selon cette figure, la lentille 1 est maintenue en position deployee grace a des griffes d'extension 19. Ces griffes d'extension forma nt bras meca n iq ues de so utien maintiennent le bord ci rculai re de la lentil le 1 par des moyens quelconques et se regroupent en un moyeu 18 de maintien. Le moyeu 18 comporte, si la longueurdes bras mecaniques 19 de maintien est suffisante, les moyens recepteur 3 des rayons lumineux focalises par la lentille 1. La figure 5 represente egalement un autre moyen de maintien en position deployee de la lentille 1. Selon ce mode de realisation, le bord de la lentille 1 comporte une structure gonflable qui peut etre remplie d'un fluide quelconque. Ce flux gonfle la structure et maintien la lentille en position deployee. Preferentiellement, la lentille est realisee selon une structure plate. Cependant, pour certaines applications, on peut souhaiter realiser une lentille qui n'est pas plate. C'est le cas notamment de structures gonflables. On - - -.-.:. _...... I modifie alors la loi d'alternance transparence/opacite pour tenir compte du caractere non planaire de la lentille 1. La condition a respecter est que les differences de marche des rayons de la lentille jusqu'au foyer obeissent a une loi definie par l'utilisateur. La finesse des motifs a imprimer sur la lentille est la s plus grande en bord de la lentille. Wile est egale a r tel que: = (/f2+(R+r)2-f/( J:-fl soit,sif>RetR>r: r f x \/R. Avec une longueur d'onde des rayons lumineux de 1,um, une focale f de 5 km et un rayon de lentille R de 50 metres, les alternances opacite/transparence vent done separees de 0,1 mm en bordure de lentille. On peut decider de placer l'emetteur sur la lentille de fac,on a ce que l'emetteur et la lentille ne forme qu'un seul element. L'emetteur peut etre place en peripherie de la lentille. On peut egalement fixer l'emetteur sur la partie 1S centrale de la lentille. On choisit alors de fixer une partie opaque au centre de la lentille, et y fixer ltemetteur. Ce dernier emet vers la Terre ou vers la cible a eclairer. En reference a la figure 2, on note que ltemetteur 2 est avantageusement en orbite 16 synchrone avec la lentille de Fresnel 1. L'axe perpendiculaire de la lentille est referencee par 13. L'angle 15 represente ['angle de depointage de la lentille pour une observation de toute la surface de la Terre lorsque la lentille est en orbite geostationnaire. Cet angle est au pire de 0,5 . Co m me on ['au ra com pris, les developpements q ui vo nt suivre s'appliquent avantageusement a un systeme d'observation situe sur une orbite geostationnaire. Un tel systeme perrnet ['observation de ntimporte quel point de la surface de la Terre situe en dessous avec une resolution de l'ordre du metre. Wile permet une observation spatiale permanente a haute resolution. Cependant, d'autres orbites vent envisageables pour la lentille et l'emetteur, autour de la Terre, ou d'un autre objet situe dans l'espace. ....... . Toujours en reference a la figure 2, le deuxieme element du systeme d'observation est un emetteur 2, qui sera avantageusement un laser de puissance. II permet d'illuminer la cible a observer. Par exemple, la puissance lumineuse du laser 2 est de 1 kW. On veut observer un disque de 1 km de diametre a la surface de la Terre. Le laser envoie par consequent une puissance de l'ordre de 1 mW par m2 dans une long ueur d 'onde bie n precise. Le rayon nement emis par le laser 2 correspond sensiblement a 1 millionieme de la puissance d'eclairage du soleil, toutes longueurs d'onde confondues. Si l'on prend un laser emetteur 2 dont la purete spectrale est de l'ordre de 10 - par rapport au soleil, alors le laser 2 a l'avantage sur le rayonnement solaire dans sa propre band e d'em ission. Ceci est d 'a uta nt plus vra i q ue le laser n'emet pas sur les frequences preferees du soleil. II emet en effet de preference vers des longueurs d'onde de 1 ou 2,um. 1S L'emetteur 2 tire done parti du caractere ordonne de sa lumiere et emet successivement et avantageusement sur des polarisations orthogonales. On peut done jouer sur plusieurs parametres pour former une image a plusieurs canaux, bien que situee dans la meme longueur d'onde, imitant ainsi les possibilites plutot typiques de l'imagerie par radar. Le troisieme element du systeme d'observation est un recepteur 3. II comporte des moyens formant boftier de detection et de gestion de ['information rec,ue. Le recepteur 3 recueille la lumiere issue de la lentille 1 en se maintenant au foyer de la lentille. La distance par rapport au foyer de la lentille est fonction de la longueur d'onde d'observation. Le signal utile re,cu par le recepteur 3 est en competition avec deux sources parasites. La premiere source parasite est le bruit thermique. La deuxieme source parasite est le rayonnement solaire reflechi par la Terre. Pour evaluer l'effet du bruit thermique, il suffit de comparer le bilan de liaison du dispositif avec celui d'un satellite optique classique. À fi, - . . . I -.. __= Si l'on considere un satellite optique classique dote d'une ouverture de cm, on peut realiser une image correcte a la resolution du metre en ayant recours a une integration en ligne de ltordre d'un facteur 10. L'integration se fait par transfert de charge sur les lignes electroniques du detecteur du satellite. Le temps d'observation est alors de l'ordre du millieme de seconde. Pendant ce temps d'integration, le satellite parcourt a 6 metres. Par ailleurs, le satellite optique travaille sur 113 de la puissance spectrale du soleil. II est de plus situe a 600 km d'altitude. En comparaison, le recepteur 3 est situe sur une orbite geostationnaire, soit 60 fois plus loin de la surface de la Terre. Cependant, la lentille fait environ metres de diametre soit 100 fois l'ouverture du satellite optique. Le systeme d'observation selon ['invention gagne done un facteur 10 000 sur l'ouverture et perd un facteur 3 600 sur ['altitude. Par compensation, il y a done un facteur 3 environ en faveur du recepteur 3 du systeme selon ['invention. En revanche, le satellite optique > observe sur une bande spectrale 300 000 fois plus large que le recepteur 3. En effet, on rappelle que l'emetteur 2 a une finesse spectrale de 10 par rapport au soleil et le satellite > travaille a une largeur egale a 1/3 de la largeur du spectre du soleil. A tem ps d 'integ ration ega l et en prenant en com pte to us les para metres, le satellite teas est done avantage d'un facteur 100 000. Le recepteur 3 selon ['invention ne parvient a egaler le rapport signallbruit du satellite optique teas qu'en observant ['objet 100 000 fois plus longtemps. II faut par consequent qu'il regarde sa cible pendant 100 secondes (100 000 x 1 millieme de seconde). La cible doit done etre illuminee par l'emetteur 2 pendant 100 secondes. Si le recepteur opere de jour, il faut tenir compte de la deuxieme source de concurrence parasite qui est le rayonnement solaire reflechi par la Terre. Cette concurrence est insensible au temps d'integration. Le laser peut avoir _ _ =- -- -- - ==, -:.,,: ,- ..... _. I'avantage sur le soleil si ia zone observee reste de taille raisonnable et si la longueur d'onde de travail n'est pas la zone d'emission preferee du soleil. Un autre avantage provient de ce que la lentille de Fresnel 1 ne focalise pas la lumiere du soleil. En effet, la difference de marche introduite par la lentille plate ou quasiment plate est tres superieure a la longueur de coherence de la lumiere solaire, y compris dans la longueur d'onde de travail. On rappelle qu'avantageusement, le recepteur 3 travaille sur des polarisations differentes de la lumiere et creee deux images simultanement. Si le laser fait deux seances d'illumination successives dans des polarisations differentes, on obtient alors un total de quatre images qui permettent une analyse nouvelle du paysage dans cette gamme de longueur d'onde, cette methode etant jusqu'ici reservee au radar. Ainsi, le recepteur 3 ecoute, avec une grande purete spectrale, la bande de frequence emise par le laser 2, avantageusement dans deux polarisations orthogonales. Le recepteur doit evidemment etre dote d'un filtre spectral en entree qui ne laisse passer que la frequence emise par le laser 2. La figure 6 montre que le recepteur 3 peut combiner une fonction de filtrage spectral 30 avec une fonction d'amplification 30. Le recepteur 3 comporte avantageusement une cavite laser de forme adequate a son entree pour accorder sa frequence de travail. On a ainsi un accord d'amplification entre l'emetteur 2 et le recepteur 3. Ce dispositif cavite/laser permet de reduire les temps d'exposition evoques. Si des elements du paysage vent mobiles, ils creent un decalage spectral de l'ordre du rapport entre leur vitesse de rapprochement du recepteur 3 et la vitesse de la lumiere. Ce rapport etant inferieur a 10-6, ce decalage spectral ne sera pas elimine par le recepteur. En revanche, les cibles mobiles ne vent pas vues par les systemes car elles vent insuffisamment integrees. En effet, elles se deplacent pendant le temps dtintegration du recepteur 3. Le recepteur 3 doit generalement gerer la retransmission des images rec, ues vers le sol. II comporte done des moyens apses a effectuer cette ; .... = -..,. -....=....... - -.,.... - --! transmission. II peut egalement compQrter des moyens apses a effectuer le traitement des images. Le recepteur 3 doit rester a proximite de la lentille 1 afin de pouvoir recuperer les rayons issus de la lentille. Le recepteur 3 est situe sur une position orbitale forcee. Par consequent, il est maintenu en orbite a ['aide d'une propulsion. II existe plusieurs positions orbitales pour le recepteur 3. Certaines vent des positions orbitales en equilibre et d'autres vent des positions orbitales hors equilibre. Les positions orbitales en equilibre vent proches de celles utilisees pour rester a proxi m ite d' un satellite don ne. Ces solutions ont ete en pa rticulier utilisees dans des dispositifs de roues interferometriques. La figure 7 represente une situation selon laquelle une lentille 1 en orbite 16 autour de la Terre par exemple. Les emetteurs 2 qui vent en orbite synchrone 16 avec la lentille 1 emettent des rayons 40. Les rayons 40 vent reflechis par la surface de la Terre pour devenir les rayons 41. Le recepteur 3 est en orbite autour de la lentille 1. Cette trajectoire autour de la lentille 1 represente une trajectoire en equilibre. Le recepteur 3 re,coit les rayons 41. En notant Z la position du recepteur sur un axe vertical par rapport a la trajectoire du recepteur (positif vers le haut), X la position du recepteur sur l'axe de la vitesse de deplacement du recepteur, et Y la position du recepteur sur l'axe horizontal perpendiculaire a la trace, les equations de l'orbite relative du recepteur vent donnees par: X = 2R sin (o t +q>) Y=Acos(cet+) Z=Rcos(cot+q) avec d) et des phases donnees. II s'agit d'une ellipse, et R est le rayon vertical obtenu par un changement d'excentricite a demi-grand axe constant, et A est un terrne correspondent a un ::: __ _=...,, _ _ _ _. -,.. = : ' {, ',, _ _. .,.,! leger changement de plan orbital (changement de longitude du naeud ascendant de la trajectoire par exemple). Si A = 0, le mouvement relatif s'effectue entierement dans le plan vertical contenant la vitesse. Ces solutions conduisent a un mouvement orbital relatif effectue avec la periodicite orbitale. Cette periodicite orbitale est egale a un jour dans le cas de l'orbite geostationnaire. On peut estimer que le recepteur 3 suit le plan focal de la lentille 1 si celle-ci est en rotation lente. L'eventuel changement de distance focale est compense par une adaptation de la frequence d'emission de l'emetteur 2. On obtient alors un mode defilant au sol de la zone illuminee qui doit etre suivi par l'emetteur. Ce mode doit cependant etre compatible avec la d u ree d' i ll umi nation req uise par le rapport signal/bruit minimal. Le recepteur 3 peut egalement etre situe a proximite de la lentille 1 en orbite hors equilibre. On donne ici deux exemples principaux qui donnent des ordres de grandeur de positionnement orbital hors equilibre. Dans un premier exemple, on souhaite voler en permanence plus haut qu'un objet en orbite, en restart dans la meme position relative, c'est-a-dire en synchronisme. La figure 8 represente un exemple de cette situation hors equilibre. Une lentille 1 est en orbite 16 autour de la Terre. Plusieurs emetteurs 2 emettent des rayons lumineux 40 afin d'eclairer un objet a observer sur la surface de la Terre. Les rayons 40 vent reflechis par la surface de la Terre et vent references apres reflexion par 41. Des recepteurs 3 et 33 vent en orbite hors equilibre 21 par rapport a ltorbite 16 autour de la Terre de la lentille 1 et de l'emetteur 2. Les recepteurs 33 vent situes a proximite du recepteur 3, le recepteur 3 etant situe sur l'axe 13 de la lentille 1. Les recepteurs 33 permettent une observation hors axe de ['objet. ....: === =....... .. =. s ==. =.... i '.-.-!-: _. ___,,. L'objet suivi obeit a la loi: 03 2 X R = GM/R2 ou est la vitesse angulaire de ['objet sur l'orbite, R son rayon, M la masse de la Terre et G la constante de gravitation universelle. Pour voler a une altitude h superieure avec la meme vitesse angulaire, il faut fournir une acceleration d'amplitude, dirigee vers le haut: o32x(R+h) = GM/(R+h)2 r soit F 3co2h Dans le cas geostationnaire, la vitesse angulaire ? de l'orbite est celle de la rotation de la Terre. On a done co = 2/86164. En notant T. la duree du jour (soit 86164 secondes) et en calculant la contrainte par l'accroissement de la vitesse Av a realiser chaque jour pour rester hors equilibre, nous avons: Av 122 h/ T Pour rester cinq kilometres au-dessus de la position d'equilibre, il faut ainsi creer 7 metres par seconde par jour. A titre de comparaison, les satellitesgeostationnai res do lvent creer environ 1 metre par second e pa r semaine pour resister aux perturbations orbitales naturelles dont ils vent ['objet. Pour une duree de vie du systeme d'observation de trots ens, il faudra creer 7 km/s. Un tel increment de vitesse est fourni par propulsion electrique embarquee sur le recepteur. Si l'on souhaite un ecart d'increment moindre ou une duree de vie d'utilisation du recepteur moindre, on peut alors prevoir une propulsion chimique. Dans un deuxieme exemple de position hors equilibre, on souhaite que le recepteur 3 vole dans un plan qui ne contient pas le centre de masse de la Terre. ':.__.,!.: ,,.!,,, ,.:, _,: _: i. _.. _. _ J - - -. - i Cette situation est representee a la figure 9. Par exemple, on vole dans un plan situe a une distance d du plan parallele qui passe par le centre de la Terre. Dans ce cas, il faut compenser la force de rappel de ce plan par une acceleration egale a la projection 20 de la pesanteur dans la direction perpendiculaire au plan de l'orbite, I'acceleration compensatrice etant dirigee vers l'exterieur de ce plan. Soit: r = (GM)/ R2 x (d/ R) r=2d La encore on peut exprimer la condition a realiser par ['increment de vitesse Avquotidien: Av 472 d/ T On volt alors que les exigences en accroissement de vitesse Av vent trots fois plus faibles que dans le premier exemple, pour des ecarts d ou h de meme amplitude. Naturellement on peut combiner ces differents effets pour obtenir n'importe queue position hors equilibre. Dans le cas ou l'on souhaite utiliser plusieurs couples d'emetteurs/recepteurs, on peut souhaiter utiliser la lentille 1 hors de son axe 13. Cependant, les fommules des lentilles de Fresnel ne vent valables rigo ureusement que sur l 'axe de la lentil le. Comme le montre la figure 2, il suffit de pouvoir observer a quelques degree de l'axe 13 pour etre en mesure de voir, grace a 1'angle de depointage , toute la surface de la Terre. On nta pas besoin de changer ltorientation la lentille 1. Comme cela est illustre a la figure 8, dans ces conditions, une seule lentille 1 peut servir a plusieurs couples emetteur 2-recepteur 3, meme dans la meme longueur d'onde. :; = _ _ ::.-.;.,,i,...... --! - L'utilisation hors axe 13 introduit une difference entre les longueurs focales, radiales et orthoradiales. Pour travailler hors axe 13, les recepteurs 33 dolvent done comporter une optique de correction de la focale f sur l'un des axes de ['image. On peut egalement effectuer une focalisation de ['image observee par changement de longueur d'onde. En effet, un changement de longueur d'onde change proportionnellement la distance focale de la lentille 1. Plutot que de deplacer le recepteur 3, on peut done changer la longueur d'onde si elle est reglable en emission comme en reception. Pour changer la longueur d'onde a I'emission, il suffit de changer la longueur d'onde du laser emetteur 2. Pour changer la longueur d'onde en reception, il suffit d'adapter les filtres 30 en entree du recepteur 3. Le systeme selon ['invention est difficilement brouillable depuis le sol. En effet, pour realiser un tel brouillage, il faut utiliser une lumiere laser, sinon elle n'est pas focalisee par la lentille. De plus, elle doit etre emise exactement dans la bande spectrale selectionnee par l'emetteur 2 et le recepteur 3. II faut ensuite viser exactement la lentille 1 en orbite geostationnaire. En outre, il faut que le brouilleur soit situe exactement dans la zone observee par la lentille 1. Une emission d'autre origine ne serait pas vue par le recepteur 3. On comprend done que ces conditions vent diffficiles a remplir. Au surplus, I'emetteur 2 et le recepteur 3 peuvent convenir de faire varier la longueur d'onde de travail afin de tromper un eventuel brouilleur. Si on utilise le systeme d'observation en telescope astronomique, il n'y a plus d'emetteur. La lentille focalise la lumiere naturelle emise par le corps a observer. C'est cette situation qui est representee figure 10. Dans le cas d'une source naturelle, I'interaction entre deux faisceaux lumineux doit se faire avec une difference de marche inferieure a la longueur de coherence de la lumiere L, au-dela de laquelle les rayons n'ont plus la meme _.,. À.., _ = . t;,1.;.::.. -j., relation de phase et ne peuvent done plus interferer. La difference de marche pour une ouverture de rayon R et une distance focale f est egale a: = -f R2/2f On doit done avoir: S R2/2f 12500 km. La realisation de cette condition pour l'orbite hors equilibre est facile a realiser. Dans une direction radiale au soleil, elle est realisable avec un increment de vitesse de 0,15 m/s par jour, au niveau de l'orbite terrestre (m = 1 tour/an), mais en dehors du champ de gravite terrestre). En revanche, il est plus difficile de changer de direction d'observation car le recepteur 3 doit alors beaucoup changer sa position. Avec un tel rapport entre le rayon de la lentille et la focale, la finesse des gravures reste tres raisonnable meme en bordure de lentille. Cette finesse sera par exemple de 25 mm pour une longueur d'onde du rayon lumineux d'un micron. Les telescopes astronomiques compris dans un systeme d'observation selon ['invention ne peuvent fonctionner que sur un nombre limite de bandes spectrales etroites. On considerera, par exemple, la raie Ha de l'hydrogene ou de ses avatars decales vers le rouge. On peut encore observer les rates de ['ozone sur des planetes extra-solaires. Une condition necessaire d'utilisation du telescope en astronomic est de disposer d'une certaine coherence de la lumiere recueillie. En ['absence d'emetteur, et queue que soit cette longueur de coherence, on peut esperer realiser une relation rayon/distance focale qui permette ltobservation astronomique. Le telescope est alors un veritable detecteur de lumiere coherente. II ne focalise que la lumiere dont la coherence satisfait le critere geometrique ci-dessus. = i,;,=, =; * -. _ - -= -, --:. > -: .. .,:,V,i.,=:.. ......... _ = -.. -.4... -. S' les miss de lone ou de tout ouch compose chlmique lssu du pcessus du want psente une cedaine hAmnce, le tape est par so solu110n un outil pdvllAgi6. De mAme, si des gag intentellalms Amen1 de anon coh4mnte, on pour les analyzer hautes soluDons. l c .... -. _ _. Ha. s. 284041 6 REVENDICATIONS. 1. Ensemble d'observation spatiale comportant des moyens (1) formant lentille de convergence de rayons lumineux issus d'un objet a observer, des moyens (3) apses a recevoir les rayons lumineux issus de la lentille de convergence, caracterise en ce que la lentille (1) est une lentille de Fresnel en orbite autour d'un corps dans l'espace, les moyens (3) de reception etant eux-aussi en orbite autour d'un corps dans l'espace. 2. Ensemble selon la revendication 1, caracterise en ce que les moyens de reception (3) vent en orbite autour de la lentille (1). 3. Ensemble selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterise en ce que la lentille (1) est en orbite autour de la Terre. 4. Ensemble selon l'une des revendications 1 a 3, caracterise en ce que la lentille (1) est en orbite geostationnaire. 5. Ensemble selon l'une des revendications 1 a 4, caracterise en ce que les moyens de reception (3) vent en orbite forcee autour de la lentille. 6. Ensemble selon la revendication 5, caracterise en ce que l'orbite est une trajectoire en equilibre autour de la lentille. 7. Ensemble selon la revendication 5, caracterise en ce que l'orbite est une trajectoire en hors-equilibre autour de la lentille. 8. Ensemble selon l'une des revendications 1 a 7, caracterise en ce qu'il comporte des moyens (23 d'emission d'un signal lumineux pour eclairer I'objet a observer, les moyens d'emission etant eux aussi en orbite autour d'un objet dans l'espace. 9. Ensemble selon la revendication 8, caracterise en ce que les orbites des moyens d'emission (2) et de la lentille (1) s'effectuent autour du meme objet et vent synchrones. 10.Ensemble selon l'une des revendications 1 a 9, caracterise en ce que la lentille (1) comporte un film plastique de grande dimension en position deployee et comportant des zones transparentes en alternance avec des zones d'opacite plus importante. 1 1. Ensemble selon l'une des revendications 1 a 10, caracterise en ce que la lentille (1) est maintenue en position deployee et est stabilisee par sa rotation autourde son axe (13). 12. Ensemble selon l'une des revendications 1 a 10, caracterise en ce que la lentille comporte des moyens (19) de maintien en position deployee. 13.Ensemble selon la revendication 12, caracterise en ce que les moyens de maintien comportent des armatures metalliques (19). 14.Ensemble selon la revendication 12, caracterise en ce que les moyens de maintien comportent des moyens (17) apses a etre gonfles par un fluide et qui vent situes a la peripherie de la lentille. 15.Ensemble selon l'une des revendications 1 a 14, caracterise en ce que les moyens de reception comportent des dispositifs a transfert de charges. 1G.Enseme salon l'une des -ndlcadons 1 14, camNsA en ce qua chaque ceeuF compose des moyens de hkmge (30) de snaux mineux ^ den fins dmn Q1) de snaux l_ 17.Enseme sewn rune des mvendadons 1 ou 2, cams en ce qua lea moyens d'6mslon (2) component flu mains One source laser