Systemet for holdningskontroll er en komponent av et romfartøy ( kunstig satellitt , romfartøy , romstasjon eller bærerakett ) hvis rolle er å kontrollere holdningen til romfartøyet (det vil si sin orientering i rommet ), instrumenter og solpaneler for å møte oppdragets behov. Holdningskontrollsystemet består av flere sensorer (for å bestemme posisjonen), aktuatorer (for å endre orienteringen) og programvare (for å kontrollere enheten). Ulike teknologier brukes. På en kunstig satellitt er holdningskontroll en del av plattformen .
Holdningskontrollsystemet betyr alt utstyret og algoritmene som er implementert uavhengig av et romfartøy : kunstig satellitt , romfartøy , romstasjon eller bemannet kjøretøy, for å gjøre det i stand til å nøyaktig kontrollere holdningen, dvs. 'det vil si orienteringen i rommet rundt tyngdepunktet .
Holdningskontroll skilles fra banekontroll, som består i å kontrollere posisjonen (og dens derivater) til romfartøyets tyngdepunkt i rommet. Imidlertid er holdnings- og bane-kontroller ofte nært beslektede, og en kunstig satellitt er vanligvis utstyrt med et " holdnings- og bane-kontrollsystem " (SCAO).
Holdningskontroll, gjennom mangfoldet og kompleksiteten i ingeniørfagene den implementerer, har blitt en disiplin i seg selv, praktisert av noen få spesialister som jobber med store aktører i romfartssektoren eller i den akademiske verden. Dette feltet involverer mekanikk, fysikk, automatikk og matematikk (hovedsakelig algebra).
Holdningskontroll utfører to viktige funksjoner:
Holdningskontrollsystemet ( ACS ) sørger for siktingen:
I tillegg til å kontrollere orientering, er SCA pålagt å orientere flyttbare elementer (solcellepaneler, instrumentplattform, etc.).
Det er to kategorier holdningskontroll: aktiv kontroll og passiv kontroll. Passiv kontroll har fordelene ved å være robust, billig, enkel og ikke bruker strøm. Dette har imidlertid begrenset peke nøyaktighet og tillater ikke at alle stillinger oppnås. Aktiv peking brukes derfor i de fleste store satellitter.
Når det gjelder passiv kontroll, er det to typer passiv kontroll: tyngdekraftsgradientstabilisering og magnetisk stabilisering. Gravitasjonsgradient bruker asymmetrien til satellitten og tyngdekraftsfeltet, mens magnetisk stabilisering bruker en magnet for å justere satellitten med jordens magnetfelt.
Når det gjelder aktiv kontroll, er det to hovedkontrollmetoder:
Det er også dual-spin kjøretøy som blander de to siste konseptene, som består av en kropp stabilisert i holdning og en annen rotert (som Galileo romføler ).
For å få satellitten til å snu seg rundt en akse, brukes handlingsreaksjonsprinsippet , i to mulige former.
Det kan også nevnes magneto-koblinger , som bruker det jordbaserte magnetfeltet til å påføre et eksternt dreiemoment på satellitten og dermed modifisere satellittens globale vinkelmoment.
Et holdnings- og bane-kontrollsystem (SCAO) er delt inn i tre hovedundersamlinger:
Plasseringen til et romkjøretøy (bane-restaurering) bestemmes vanligvis ut fra målinger gjort av jordstasjoner . De fleste sensorene som finnes i SCAO-er, brukes derfor til å måle holdning.
Optiske sensorerEt enkelt punkt på himmelsfæren (stjerne, sol) er ikke tilstrekkelig til å definere holdningen til et romfartøy. Faktisk er et punkt på himmelsfæren definert av sin høyre oppstigning og avvisning, mens det tar tre uavhengige vinkler (presesjon, nutasjon, riktig rotasjon) for å definere en romfarts innretning på en unik måte.
StjernefangerDette er et kamera (vanligvis en bildesensor CCD , men i fremtiden systemet Advanced Photo System (en) ) (APS), som tar bilder av et område av himmelen. Ved å analysere det avbildede stjernefeltet og bruke en innebygd stjernekatalog, kan posisjonen til et romfartøy bestemmes. Den kan også brukes enklere for å følge bevegelsen til stjerner i marken for å bestemme variasjonen i holdning: denne driftsmodus brukes vanligvis til å stoppe rotasjonen av romfartøyet i forhold til en treghetsreferanseramme (faktisk knyttet til stjerner) ; disse sensorene gjør det mulig å oppnå best presisjon i holdningsmålinger. For romteleskoper brukes instrumentet ofte som stjernesporing. Faktisk er oppløsningen til et kamera på grunn av diffraksjon (det er ingen atmosfærisk turbulens i rommet), hovedsakelig knyttet til diameteren på den optiske enheten som samler lyset (speil eller primær linse), bruk av hovedinstrumentet som et holdningssensor gjør det mulig å oppnå en nøyaktighet under den andre lysbuen , ofte nødvendig for observasjoner.
JordfølerEn infrarød sensor med en stråleskanningsmekanisme (eller montert på et roterende romkjøretøy) som er følsom for infrarød utslipp fra jordens disk; den kan oppdage jordens horisont med en nøyaktighet på noen få bueminutter .
SolfangereThe Sun , med dens diameter halv grad fra jorden , er en enkel orienteringsreferanse; noen solfangere bestemmer solens posisjon med en oppløsning bedre enn lysbuen, andre indikerer ganske enkelt dens tilstedeværelse i et synsfelt.
Treghetssensorer GyrometerDet finnes forskjellige gyrometerteknologier : en eller to akser mekanisk gyrometer, lasergyrometer, fiberoptisk (laser) gyrometer, resonansgyrometer. Alle disse instrumentene gjør det mulig å bestemme variasjonen i holdning når som helst (komponentene i rotasjonshastighetsvektoren i en inertial referanseramme langs gyrometerets akse); målingen må integreres for å oppnå romfartøyets holdning. Så usikkerheten om holdningen ved utgangen av et gyrometer forverres over tid.
AkselerometerEt akselerometer gjør det mulig å bestemme akselerasjonen til romfartøyet på grunn av kontakthandlinger (det vil si eksklusiv gravitasjonseffekter). Ved å integrere en gang kan vi finne hastigheten, ved å integrere to ganger, posisjonen.
Andre sensorer InduksjonsmagnetometerDen induksjonsmagnetometer (eller fluxmeter ) er et instrument som måler variasjonen over tid av fluksen til det magnetiske feltet gjennom en fast overflate i forhold til den plass kjøretøyet. Den brukes hovedsakelig på roterende romkjøretøyer i bane med lav jord .
Fluxgate magnetometerDen fluxgate magnetometer er et instrument som måler projeksjonen av det magnetiske felt i nærheten av sonden på en akse. Ved å bruke kartet over jordens magnetfelt og tre magnetometre (i teorien er to nok, hvis vi vet nøyaktig modulen til jordens magnetfelt på det punktet og på det tidspunktet vi vurderer), når vi vet posisjonen i bane, kan vi oppnå ( ufullstendig) informasjon om romfartøyets holdning. Disse instrumentene er følsomme for elektromagnetiske forstyrrelser generert av romfartsutstyr (særlig magnetiske momentaktivatorer Magnetometre i SCAO kan også brukes til å bestemme jordens magnetfelt nøyaktig for å beregne stasjonen på magnetiske dreiemomentaktuatorer ( magnetkoblinger ). Ettersom styrken til magnetfeltet avtar raskt med høyde, er bruken av magnetometre for å bestemme holdning reservert for satellitter i lav jordbane.
GPS-mottakerSatellitter i lav jordbane kan bruke informasjon fra satellittposisjoneringssystemer ( GPS , GLONASS , EGNOS, etc.) for å bestemme deres posisjon.
Radio interferometerDen interferometriske målingen av faseforskyvningen mellom signalene til flere mottakere (antenner plassert på romkjøretøyet) som lytter til en radiobølge (emitteres for eksempel av en GPS-satellitt), gjør det mulig å få informasjon om romkjøretøyets holdning, hvis hendelsesretningen er kjent i en referanseramme.