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PROJET : RENDEZ-VOUS SPATIAL |
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A :DONNEES DE BASE
Avec l'existence de stations spatiales et la construction de nouvelles dans le futur, devant servir de laboratoires ou de base de départ vers la Lune ou Mars, le nombre de missions de rendez-vous orbital ne fera que croître.
Le projet propose d'étudier un rendez-vous spatial et d'aborder les principaux problèmes qu'une telle opération soulève.
Dans un premier temps, les calculs seront exécutés sur la base de mouvements képlériens, dans un champ de gravitation newtonien. Ensuite, une meilleure approche des conditions réelles prendra en compte les perturbations gravitationnelles avec le terme principal J2. Puis une simulation de la traînée atmosphérique montrera l'impact sur la mission. Enfin, une dernière étude se préoccupera de l'influence et du surcoût des erreurs à l'injection.
Documents, renseignements ou logiciels éventuellement nécessaires :
Heure sidérale de Greenwich de la date : Exécuter heur_sid.exe . Allez consulter les Routines. Ou alors consultez le BDL.
Coordonnées géographiques de Kourou.
Cours sur le rendez-vous : soit à lire sur le site soit dans le cours de mécanique spatiale du CNES
Cours sur les calculs de trigonométrie sphérique.
Performances ARIANE 5 pour les tirs ( LEO ), en orbite base: auprès d'ARIANESPACE.
Dispersions sur le tir ARIANE 5 effectué.
I.PRESENTATION :
1°) LA CIBLE :
C'est une STATION ORBITALE en orbite CIRCULAIRE à 450 km d'altitude
a) L'orbite :
Les caractéristiques orbitales essentielles sont :
Inclinaison i = 28°
Survol du nœud ascendant : le 22/12/2000 à 18 h TU
Longitude vernale de la ligne des nœuds :
W = 280° à la date ci-dessus.b) Horaires :
Quand on parlera d'équipage, il s'agira de celui de la station "cible" ou de celui du véhicule "chasseur". Ces équipages seront synchronisés et soumis à des contraintes d'horaires. Ils ont en effet droit à des périodes de repos durant lesquelles aucune manœuvre n'est autorisée.
Les temps équipages sont calés sur une valeur initiale to = 16 h 00 mn 00 s qui commence à l'instant même où le véhicule chasseur est injecté sur son orbite initiale Co, ( Il est 16 h du jour Jo ). On a ainsi des horaires normaux pour les périodes de repos
Voici le détail de la journée équipage :
Jour Jo |
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De 16 h à 20 h |
manœuvres moteurs autorisées |
De 20 h à 8 h |
repos nocturne |
De 8 h à 12 h |
manœuvres moteurs autorisées |
De 12 h à 16 h |
manœuvres d'approche autorisées |
Jour J1=Jo+1 |
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De 16 h à 20 h |
manœuvres d'approche autorisées |
De 20 h à 8 h |
repos nocturne |
De 8 h à 12 h |
manœuvres moteurs autorisées |
De 12 h à 16 h |
manœuvres d'approche autorisées |
Jour J2=Jo+2 |
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De 16 h à 20 h |
manœuvres d'approche autorisées |
20 h |
Limite extrême pour l'arrimage |
Au total la mission de rendez-vous ne doit pas dépasser 48 h ( avec un bonus exceptionnel de sécurité de 4 h pour l'approche final ).
2°) LE CHASSEUR :
a) Conditions de tir :
Le lancement est supposé effectué à partir de Kourou en Guyane, avec le lanceur Ariane 5 ES. On appelle H en temps universel TU, l'heure du décollage.
La durée du vol est classiquement de 600 secondes environ( valeur à confirmer).
Le plan du tir chasseur doit coïncider exactement avec celui de la cible.
Injection au périgée d'une orbite elliptique Co, de périgée Zp = 150 km( pour limiter le frottement atmosphérique) et d'apogée Za = 320 km.
Ses caractéristiques sont déterminées par le profil de vol supposé plan, avec une portée sol de 2800 km
b) Bilan ergols du chasseur :
Le chasseur n'utilisera qu'un seul moteur pour toutes les manœuvres. Les caractéristiques essentielles sont :
Impulsion spécifique Isp =310 s
Masse initiale, pour indication typique, Mo = 24 tonnes ( valeur à confirmer en fonction de la mission retenue )
c) Réduction du phasage :
Le chasseur passe No ( ou No+0.5 ) orbites sur Co, réalise une manœuvre périgée-apogée (ou apogée-périgée) pour rejoindre l'orbite C de dérive à l'altitude R, à déterminer conformément aux notations du cours sur le rendez-vous. Le lecteur adaptera éventuellement les équations au cas considéré. Le chasseur se retrouvera 25 km en arrière et 5 km en dessous de la cible.
B :RESULTATS A FOURNIR ET PRESENTER
MK = Mission képlérienne
MP2 = Mission perturbée par J2
MR = Mission réelle avec toutes les perturbations
MD = Mission avec uniquement les dispersions de tir.
MRD = Mission réelle avec toutes perturbations et dispersions
Jo= jour de l'injection du chasseur
Ho= to = 16 h équipage = heure de l'injection du chasseur
I TIR CHASSEUR :
1°) Heure TU et locale du tir en HK
2°) Heure TU et locale de tir en MP2
3°) Heure TU et locale de tir en MP2 du lendemain et du surlendemain, à Jo+1 et Jo+2.
4°) Calculer les paramètres orbitaux du chasseur en HK.
II PHASAGE CHASSEUR-CIBLE :
1°) Calculer le phasage au moment de l'injection chasseur, à Jo et Ho
III REDUCTION DU PHASAGE :
Calculer No et R assurant la réduction du phasage et le respect des horaires de travail. Présenter toutes les solutions et leur bilan énergétique.
