Le repère orbital local
Les modes plate-forme

Le contrôle d'attitude

Contrairement à un avion qui se sert de son attitude pour maîtriser sa trajectoire (il se cabre pour monter, se penche sur le côté pour virer...), le mouvement angulaire du satellite, qui évolue dans le vide, n'a quasiment pas de conséquence sur sa trajectoire (orbite).

L'orbite du satellite est définie par la vitesse initiale que lui communique le lanceur Ariane, puis par les petites corrections effectuées régulièrement à l'aide de micropropulseurs.

Le contrôle d'attitude (orientation angulaire) est important pour que le système optique reste pointé vers la zone au sol dont on veut obtenir l'image. Or le satellite a tendance à se dépointer sous l'action de couples produits par l'environnement (aérodynamique de l'atmosphère résiduelle sur le générateur solaire, pression de radiation solaire ...) ou produits en son sein (par le mouvement d'une pièce mécanique...). Il faut donc contrôler activement l'orientation angulaire mais aussi assurer une stabilité de cette orientation pour éviter l'effet de "bougé" sur les images.

Le contrôle est assuré en permanence par une boucle d'asservissement : des capteurs mesurent l'orientation du satellite, le calculateur de bord traite ces mesures et établit les commandes qui, exécutées par les actuateurs, doivent maintenir un pointage parfait.

SPOT 4 est stabilisé "trois axes", ce qui veut dire qu'il est asservi sur une orientation donnée pour chacune des trois directions de l'espace. L'une d'elles correspond à la direction satellite / centre Terre, appelée aussi "direction géocentrique" ; une autre est perpendiculaire à cette géocentrique et dans la direction de la vitesse du satellite ; la troisième est perpendiculaire aux deux premières. Toutes trois définissent le repère orbital local.

Le repère orbital local est défini en chaque point de l'orbite par les trois vecteurs unitaires. Ces vecteurs sont construits à partir du vecteur position et du vecteur vitesse du satellite :

• Le vecteur L est colinéaire au vecteur position P (sur l'axe centre Terre, satellite). Il définit l’axe de lacet.
• Le vecteur T est perpendiculaire au plan de l’orbite (vecteur L, vecteur V). Il définit l’axe de tangage.
• Le vecteur R complète le trièdre. Il appartient au plan (vecteur L, vecteur V) et définit l’axe de roulis. Il ne coïncide pas exactement avec le vecteur vitesse à cause de l'excentricité de l'orbite.
  

axes satellite

Les axes (Xs, Ys, Zs) représentent un trièdre de référence lié au satellite (axes satellite). En nominal, le pointage en attitude consiste à aligner au mieux ce trièdre sur le repère orbital local (tout en garantissant également une stabilité et une limitation des vitesses angulaires autour de cette position).

En pointage géocentrique parfait, nous avons :

Xs = -T
Ys = -R
Zs =  L

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Afin d'assurer le pointage, on utilise les équipements suivants :

• Des capteurs :
  - une centrale inertielle composée de quatre gyromètres ; ces gyromètres étant des gyromètres deux axes, deux d'entre eux suffisent à délivrer des mesures de vitesse angulaire sur les trois axes du trièdre satellite. Les deux autres sont donc utilisés en secours,
  - deux senseurs terrestres digitaux (STD), un nominal et un redondant, permettent de mesurer les écarts angulaires autour des axes de tangage et de roulis,
  - deux senseurs solaires digitaux (SSD), un nominal et un redondant, permettent de mesurer les écarts angulaires autour de l'axe de lacet (une fois par orbite).

• Des actuateurs :
  - Trois roues à réaction à palier magnétique (RRPM) permettent d'appliquer un couple au satellite et ainsi, de provoquer une rotation autour de l'un des axes Xs, Ys ou Zs.
  - Deux magnéto-coupleurs (MAC) qui, par interaction avec le champ magnétique terrestre, entraînent la création de couples ayant pour but de permettre le contrôle de la vitesse de rotation des roues à réaction.
  - Des propulseurs (tuyères fonctionnant par combustion d'hydrazine) de deux types produisent chacun soit une force de 3.5 Newton, soit une force de 15 Newton ; leur direction par rapport au centre de gravité du satellite induit une rotation autour de l'un des axes Xs, Ys ou Zs.

Par ailleurs, au sous-ensemble SCAO (Système de Contrôle d'Attitude et d'Orbite), est rattaché le mécanisme d'entraînement du générateur solaire (GS). Il permet de contrôler la position du GS de façon à l'orienter au mieux vers le Soleil en fonction du mouvement du satellite sur son orbite. L'éclairement recueilli par le générateur solaire sur la portion éclairée de l'orbite est converti en énergie électrique pour assurer l'alimentation du satellite et la charge des batteries utilisées pour la portion en éclipse.

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 Les modes plate-forme

Un mode plate-forme correspond à une configuration particulière des équipements et à une mise en œuvre de certains processus du logiciel de vol.
Pour le satellite SPOT 4, ces modes ainsi que les transitions possibles de l'un à l'autre peuvent se représenter de la façon suivante :

MLT : Mode lancement

• Configuration initiale des équipements et du logiciel de vol. Ce mode n'est utilisé qu'au moment du tir. En particulier, les gyromètres ne sont mis sous tension qu'à la séparation du satellite et du lanceur et les roues à réaction sont maintenues bloquées. (retour au graphe des modes)

MRV : Mode réduction vitesse

• Ce mode est utilisé initialement pour réduire les vitesses de rotation (par activation des tuyères) sur chaque axe satellite après la séparation lanceur et le déploiement primaire du Générateur Solaire. Il peut être réutilisé ensuite, au cours de la vie du satellite, en cas d'anomalie ; la transition est commandée soit par le logiciel de vol, soit par le centre de contrôle. Lorsque les vitesses sont suffisamment réduites, le mode MAG est enclenché automatiquement. (retour au graphe des modes)

MAG : Mode acquisition "grossière"

• Ce mode permet d'acquérir le pointage du satellite sur la direction géocentrique en utilisant les informations du senseur terrestre STD et des gyromètres et par activation des tuyères. A l'issue de cette acquisition, la précision de pointage autour des axes de tangage et de roulis est de l'ordre de 5 degrés. Lorsque cette précision est atteinte, le mode MAF1 est enclenché automatiquement. (retour au graphe des modes)

MAF1 : Modes acquisition fine 1

• L'objectif de ce mode est l'acquisition du pointage autour de l'axe de lacet. Il s'effectue également par activation des tuyères et utilise principalement les informations des gyromètres. Lorsque l'acquisition du lacet est réalisée, le mode MAF2 est enclenché automatiquement. (retour au graphe des modes)

MAF2 : Modes acquisition fine 2

• MAF2 est un mode stable qui maintient le satellite orienté sur les trois axes par utilisation des tuyères. (retour au graphe des modes)

MDG : Mode déploiement du générateur solaire

• Ce mode est utilisé pendant que le générateur solaire est déployé. Les perturbations induites par ce mouvement nécessitent ensuite de repasser par une séquence de réduction des vitesses et d'acquisition du pointage (MRV -> MAG -> MAF1 -> MAF2). A l'issue de cette opération (si elle s'est correctement déroulée), le générateur solaire est mis en rotation et les roues à réaction sont débloquées. (retour au graphe des modes)

MPF : Mode pointage fin

• Ce mode est le mode de pointage nominal du satellite ; il assure la stabilité et le pointage nécessaires pour effectuer les prises de vue. Le contrôle d'attitude est effectué à l'aide des roues à réaction et des magnéto-coupleurs (la précision d'orientation obtenue est ainsi bien meilleure qu'en utilisant les tuyères) ;  il se base sur les informations des gyromètres recalées par les mesures des senseurs STD et SSD. Ainsi, les performances obtenues conduisent à un pointage meilleur que 0.15 degré autour de chaque axe avec une stabilité en vitesse angulaire de 8. 10^-4 degrés par seconde.
  La transition vers ce mode est toujours commandée par le sol, après que le satellite ait atteint le mode MAF2. Ce mode termine l'acquisition d'attitude ; le satellite fonctionne alors de manière opérationnelle pour sa mission. (retour au graphe des modes)

MCC : Mode contrôle d'orbite court

• Ce mode permet d'effectuer des corrections de la trajectoire du satellite dans le plan de son orbite ; leur amplitude est suffisamment faible pour maintenir un contrôle d'attitude à l'aide des roues à réaction. Les poussées sont réalisées par activation couplée de certaines tuyères produisant ainsi une force d'ensemble (et, non plus seulement un couple) permettant d'augmenter ou de diminuer la vitesse du satellite. Les impulsions des tuyères à réaliser pour ce mode sont calculées par le Centre de Mise et Maintien à Poste et téléchargées dans le logiciel de vol qui les exécute ensuite. Ce type de manœuvre est réalisé à une fréquence qui dépend de l'activité solaire (de 2 semaines à 2 mois). (retour au graphe des modes)

MCO : Mode contrôle d'orbite gros

• Ce mode est utilisé pour réaliser des corrections de la trajectoire du satellite dans le plan ou hors du plan de son orbite et d'amplitude importante. Le contrôle d'attitude est maintenu par les tuyères en combinant les activations produisant la poussée programmée et celles corrigeant l'attitude. Pour les poussées hors du plan (principalement, pour corriger l'inclinaison de l'orbite), le satellite effectue une rotation préliminaire autour de l'axe de lacet pour orienter les platines des tuyères dans la direction souhaitée. Les impulsions des tuyères à réaliser pour ce mode sont calculées par le Centre de Mise et Maintien à Poste et téléchargées dans le logiciel de vol qui les exécute ensuite. Ce type de manœuvres est réalisé environ tous les 6 mois. (retour au graphe des modes)

MSU : Mode survie

• En cas d'anomalie grave ne pouvant pas être traitée et corrigée automatiquement à bord, le satellite peut passer en mode survie sur ordre du logiciel de vol ou sur alarme matérielle. Ce mode a pour objectif de garantir les fonctions vitales du satellite (énergie électrique, régulation thermique) tout en permettant la recherche de panne (fonctions de communications avec le sol). Pour cela, le satellite est géré par un logiciel de vol autonome, spécifique à la survie. Le contrôle d'attitude utilise les tuyères pour maintenir la face +Z du satellite pointée vers le Soleil, le générateur solaire étant fixe. Ce pointage utilise les mesures de deux senseurs d'acquisition solaires (SAS) spécifiques à la survie.
  Sur ordre du segment sol, le satellite revient en mode nominal en exécutant une séquence MRV -> MAG -> MAF1 -> MAF2. (retour au graphe des modes)

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page mise à jour le 06 June 2000