Système de Contrôle d'Attitude

Auteur: Gary Quinsac

Boucle SCA

Boucle de contrôle d'attitude.

Crédit : Gary Quinsac

Le sous-système en charge de l'attitude du satellite se nomme le système de détermination et de contrôle d'attitude (SCA). Il a différents rôles en fonction des modes du satellite. Il doit :

fournir un contrôle du spin et un pointage pour la charge utile, l'énergie, la communication et les systèmes de régulation thermique dans les modes nominal et de survie,
fournir un contrôle de l'attitude et de son taux de variation pour le transfert orbital et le maintien à poste,
fournir une connaissance de l'attitude suffisamment précise pour mener à bien les objectifs de la mission.

La détermination et le contrôle d'attitude nécessitent plusieurs outils qui seront développés dans la suite du cours.

Représentation d'attitude

L'attitude du satellite est exprimée par l'orientation de son repère par rapport à un référentiel standard (inertiel, orbital, fixé par rapport à un objet...), comme détaillé dans le chapitre sur la représentation d'attitude. Plusieurs outils existent, de la matrice du cosinus directeur aux quaternions, en passant par les angles d'Euler.

Détermination d'attitude

La détermination ou estimation d'attitude fait le liant entre les mesures fournies par les différents capteurs présents à bord du satellite et la connaissance de l'attitude. La détermination d'attitude nécessite au moins deux mesures de directions bien séparées. Il faut ici différencier les techniques de détermination directe d'attitude des techniques d'estimation :

les approches directes calculent la matrice de transformation directement à partir des vecteurs de mesure,
les techniques d'estimation nécessitent une connaissance initiale grossière de l'attitude et une estimation des sources d'erreur de mesure. Les techniques d'estimation peuvent incorporer plusieurs types de capteurs, prendre en compte des statistiques d'erreur et sont généralement plus précises que les méthodes dites "directes".

Contrôle d'attitude

Le contrôle d'attitude rentre dans le domaine de la théorie du contrôle. Des lois de contrôle doivent être implémentées afin d'amener le système d'un état initial donné à un état final souhaité, tout en respectant certains temps de réponse. Les asservissements mis en oeuvre doivent être les moins sensibles possible vis-à-vis des perturbations, qu'elles soient internes ou externes. Des actionneurs sont enfin chargés d'appliquer les corrections d'attitude ainsi déterminées.

Une distinction importante doit être effectuée entre les contrôles d'attitude passif et actif.

Le contrôle d'attitude passif se base sur l'utilisation des propriétés physiques du satellite et de son environnement pour contrôler l'attitude du véhicule. Cette technique exige un matériel moins complexe et généralement moins coûteux. Nous ne rentrerons pas dans le détail de ces techniques, mais l'on peut tout de même citer le contrôle d'attitude par gradient de gravité
le contrôle d'attitude actif, en revanche, est plus sophistiqué. Il permet d'obtenir des performances supérieures, c'est-à-dire des pointages beaucoup plus précis et des manœuvres plus rapides.