Vers le nanosatellite

I Considérations générales

Vous êtes dans une sous rubrique du site de Mécanique spatiale qui existe et évolue depuis presque 20 ans.

Le sujet des pages qui suivent, à savoir le SCAO d'un nanosatellite, peut intéresser des étudiants des techniques spatiales ou des ingénieurs en astronautique ou des enseignants en mécanique classique.

Avertissement : Ce travail est essentiellement destiné à l'enseignement des bases d'un SCAO très particulier. Il ne faut pas s'attendre à y trouver des développements exhaustifs, avec des mathématiques de haut niveau, pour traiter les problèmes d'erreurs, de filtrage...Pour ces questions, il faut chercher les thèses ou les dépôts de brevets ou les cours spécialisés.

C'est après avoir été associé à une étude de contrôle d'attitude sur un nanosatellite, que l'idée m'est venue de présenter le résultat de mon travail.

Vous constaterez au fil des pages, que je ne masque pas les difficultés que j'ai rencontrées dans ce travail passionnant. Le but : stabiliser un nanosatellite (un objet de 3 kg maximum pour mon cas ), lancé dans l'espace, un peu comme une pierre.

On voit donc très clairement que cette boîte est très petite, qu'elle va tourner dans tous les sens, avec des vitesses angulaires totalement imprévisibles.

Mission: Au départ l'amener  dans une position de travail précise à 5° près. Ensuite, le maintenir dans cette configuration.

Pourquoi contrôler le satellite?

2 ou 3 raisons au moins:

1 - Pour passer d'une dynamique aléatoire et turbulente en début de vol, à une attitude de travail.

2 - Maintenir cette attitude de travail pour la durée de vie du satellite, en luttant contre les couples perturbateurs qui déstabilisent l'attitude.

3 - Eventuellement changer d'attitude de travail, pour des tâches particulières.

NB : Le niveau des couples perturbateurs est de l'ordre de 10^-7 à 10^-9 mN. C'est vraiment très petit !

Quels sont les moyens à disposition?

Dans un volume aussi petit, quand on a fait le tour des " actuateurs " possibles, il ne reste pas grand chose à utiliser:

- Des roues pour créer un moment cinétique de référence ou des couples réactifs

- Des magnétocoupleurs interagissant avec le champ magnétique terrestre, pour créer des couples actifs sur le satellite.

- Comme un couple magnétique ne peut pas " contrer " un couple porté par la direction du champ, il faut envisager d'emporter au moins une roue de réaction.

Vous verrez que c'est, à faible coût, la solution retenue.

NB : Le niveau des couples à créer est au moins de l'ordre de 10^-6 à 10^-5 mN. C'est aussi très petit !

II Quelques indications sur le travail effectué

On trouvera sur ce mini site :

- Des développements théoriques, ne demandant pas un bagage mathématique important.

- Des simulations, nombreuses, montrant mes tâtonnements. Ces simulations mécaniques ont été réalisées avec Matlab et sont illustrées de nombreux graphes.

- Des documents de référence, notamment les demandes de brevet de Mrs Damilano ou Laurens et des notices techniques des actuateurs.

- Des sujets de problèmes en mécanique classique avec les mises en équations par le TMC ou la méthode lagrangienne. Des simulations simples ont permis de vérifier la validité du corps principal de l'intégration.

- L'occasion de la mise en oeuvre et de l'exploitation du quaternion d'attitude, précieux en présence de positions angulaires aléatoires, en parallèle avec le TMC.

- La fourniture de nombreuses fonctions Matlab utiles aux simulations.

- Enfin, le site fournit une adaptation du champ magnétique de référence ( IGRF ). En effet le champ est doublement utilisé, par sa dérivée en phase initiale de Tumbling et ensuite en régulation fine.

Bien évidement, l'auteur accueillera avec intérêt toute remarque lui signalant un point de vue nouveau ou d'éventuelles erreurs, car nul n'est à l'abri d'une faute de calcul ou de raisonnement.

L'auteur répondra aussi favorablement à toute demande de renseignement ou de pack compressé de simulations.

Enfin, pour l'auteur ce résumé constitue l'essentiel à partir duquel, il peut repartir pour de nouvelles simulations ou de nouvelles idées que le lecteur jugera plusq ou moins valides. 

Guiziou Robert Juillet 2014