Systemet med holdningskontrol er en komponent i et rumfartøj ( kunstig satellit , rumfartøj , rumstation eller løfteraket ), hvis rolle er at kontrollere rumfartøjets holdning (det vil sige dets orientering i rummet ), instrumenter og solpaneler for at imødekomme missionens behov. Holdningskontrolsystemet består af flere sensorer (for at bestemme dets position), aktuatorer (for at ændre orienteringen) og software (til at styre enheden). Der anvendes forskellige teknologier. På en kunstig satellit er holdningskontrol en del af platformen .
Holdningskontrolsystemet betyder alt udstyr og algoritmer, der er implementeret uafhængigt af et rumfartøj : kunstig satellit , rumfartøj , rumstation eller bemandet køretøj, så det nøjagtigt kan kontrollere dets holdning, dvs. 'dets orientering i rummet omkring tyngdepunktet .
Holdningskontrol skelnes fra kredsløbskontrol, som består i at kontrollere positionen (og dens derivater) af rumfartøjets tyngdepunkt i rummet. Imidlertid er holdnings- og kredsløbskontrol ofte tæt forbundet, og en kunstig satellit er normalt udstyret med et ” holdnings- og kredsløbskontrolsystem ” (SCAO).
Holdningskontrol gennem mangfoldigheden og kompleksiteten af de tekniske discipliner, den implementerer, er blevet en disciplin i sig selv, praktiseret af et par specialister, der arbejder med store aktører i rumsektoren eller i akademiske kredse. Dette felt involverer mekanik, fysik, automatik og matematik (hovedsagelig algebra).
Holdningskontrol udfører to vigtige funktioner:
Holdningskontrolsystemet ( ACS ) sikrer målretningen:
Ud over at kontrollere orientering er SCA forpligtet til at orientere aftagelige elementer (solpaneler, instrumentplatform osv.).
Der er to kategorier af holdningskontrol: aktiv kontrol og passiv kontrol. Passiv kontrol har fordelene ved at være robust, billig, enkel og ikke forbruge strøm. Dette har dog begrænset pegerøjagtighed og tillader ikke, at alle stillinger opnås. Aktiv peger bruges derfor i de fleste store satellitter.
Med hensyn til passiv kontrol er der to typer passiv kontrol: tyngdekraftsgradientstabilisering og magnetisk stabilisering. Gravitationsgradient bruger asymmetrien af satellitten og tyngdekraftsfeltet, mens magnetisk stabilisering bruger en magnet til at justere satellitten med jordens magnetfelt.
Med hensyn til aktiv kontrol er der to hovedkontrolmetoder:
Der er også dual-spin køretøjer, der blander de sidste to koncepter, som består af en krop stabiliseret i holdning og en anden roteret (som Galileo- rumsonde ).
For at få satellitten til at dreje rundt om en akse anvendes handlingsreaktionsprincippet i to mulige former.
Vi kan også nævne magnetomaskiner koblinger , som bruger det jordbaserede magnetfelt til at anvende en ekstern drejningsmoment til satellitten og dermed ændre den globale impulsmoment af satellitten.
Et holdnings- og kredsløbskontrolsystem (SCAO) er opdelt i tre hovedundersamlinger:
Placeringen af et rumfartøj (orbit restaurering) bestemmes generelt ud fra målinger foretaget af jordstationer . De fleste sensorer, der findes i SCAO'er, bruges derfor til at måle holdning.
Optiske sensorerEt enkelt punkt på himmelkuglen (stjerne, sol) er ikke tilstrækkelig til at definere et rumfartøjs holdning. Faktisk er et punkt på den himmelske sfære defineret af dets højre opstigning og dens deklination, mens det tager tre uafhængige vinkler (præession, nutation, korrekt rotation) for entydigt at definere et rumfartøjs holdning.
StjernefangerDette er et kamera (normalt en billedsensor CCD , men i fremtiden systemet Advanced Photo System (en) ) (APS), der tager billeder af et område af himlen. Ved at analysere det afbildede stjernefelt og bruge et indbygget stjernekatalog kan placeringen af et rumfartøj bestemmes. Det kan også bruges mere simpelt til at følge stjernernes bevægelse i marken for at bestemme variationen i holdning: denne driftsform bruges generelt til at stoppe rumfartøjets rotation i forhold til en inerti referenceramme (faktisk knyttet til stjerner); disse sensorer gør det muligt at opnå den bedste præcision i holdningsmålinger. Til rumteleskoper bruges instrumentet ofte som en stjernespor. Faktisk er opløsningen af et kamera på grund af diffraktion (der er ingen atmosfærisk turbulens i rummet), i det væsentlige knyttet til diameteren af den optiske enhed, der samler lyset (spejl eller primær linse), brugen af hovedinstrumentet som et holdningssensor gør det muligt at opnå en præcision under det andet lysbue , ofte nødvendigt for observationer.
JordfølerEn infrarød sensor med en strålescanningsmekanisme (eller monteret på et roterende rumkøretøj), der er følsom over for infrarød emission fra jordens disk; den kan registrere jordens horisont med en nøjagtighed på nogle få bueminutter .
SolfangereDen Sun , med dens diameter halv grad fra Jorden , er en simpel holdning henvisning; nogle solfangere bestemmer solens position med en opløsning, der er bedre end bueminut, andre angiver simpelthen dens tilstedeværelse i et synsfelt.
Træghedsfølere GyrometerDer er forskellige gyrometerteknologier : en eller to akse mekanisk gyrometer, laser gyrometer, fiberoptisk (laser) gyrometer, resonant gyrometer. Alle disse instrumenter gør det muligt at bestemme variationen i holdning til enhver tid (komponenterne i rotationshastighedsvektoren i en inerti referenceramme langs gyrometerets akse); målingen skal integreres for at opnå rumfartøjets holdning. Så usikkerheden om holdningen ved udgangen af et gyrometer forværres over tid.
AccelerometerEt accelerometer bruges til at bestemme accelerationen af rumkøretøjet på grund af kontakthandlinger (dvs. eksklusive tyngdekraftseffekter). Ved at integrere en gang kan vi finde hastigheden ved at integrere to gange positionen.
Andre sensorer InduktionsmagnetometerDen induktion magnetometer (eller fluxmeter ) er et instrument, som måler variationen over tid af fluxen af magnetfeltet gennem en fast overflade i forhold til rummet køretøjet. Det bruges hovedsageligt på roterende rumfartøjer i kredsløb med lav jord .
Fluxgate magnetometerDen fluxgate magnetometer er et instrument, der måler projektionen af magnetfeltet i nærheden af rumfartøjer på en akse. Ved hjælp af kortet over jordens magnetfelt og tre magnetometre (i teorien er to nok, hvis vi kender nøjagtigt modulet for jordens magnetfelt på det tidspunkt og på det overvejede tidspunkt), ved at kende positionen i kredsløb, kan vi opnå ( ufuldstændige) oplysninger om rumfartøjets holdning. Disse instrumenter er følsomme over for elektromagnetiske forstyrrelser frembragt af rumfartøj udstyr (navnlig magnetiske moment aktuatorer ) og er derfor ofte langt fra forstyrrende enheder (for eksempel ved at placere dem i slutningen af en stang fastgjort til kroppen af rummet køretøj). Magnetometre i SCAOs kan også bruges til præcist at bestemme jordens magnetfelt for at beregne drevet på magnetiske moment aktuatorer ( magnetocouplers ). Da magnetfeltets styrke falder hurtigt med højden, er brugen af magnetometre til bestemmelse af holdning forbeholdt satellitter i lav jordbane.
GPS-modtagerSatellitter i kredsløb med lav jord kan bruge oplysninger fra satellitpositioneringssystemer ( GPS , GLONASS , EGNOS osv.) Til at bestemme deres position.
RadiointerferometerDen interferometriske måling af faseforskydningen mellem signalerne fra flere modtagere (antenner placeret på rumkøretøjet), der lytter til en radiobølge (udsendt for eksempel af en GPS-satellit), gør det muligt at få oplysninger om rumkøretøjets holdning, hvis hændelsesretningen er kendt i en referenceramme.