Il sistema di controllo dell'assetto è un componente di un veicolo spaziale ( satellite artificiale , veicolo spaziale , stazione spaziale o lanciatore ) il cui ruolo è controllare l' assetto del veicolo spaziale (vale a dire il suo orientamento nello spazio ), strumenti e pannelli solari per incontrare il esigenze della missione. Il sistema di controllo dell'assetto è composto da più sensori (per determinarne la posizione), attuatori (per modificare l'orientamento) e software (per controllare l'assemblaggio). Vengono utilizzate diverse tecnologie. Su un satellite artificiale, il controllo dell'assetto fa parte della piattaforma .
Per sistema di controllo dell'assetto si intendono tutte le apparecchiature e gli algoritmi implementati indipendentemente su un veicolo spaziale : satellite artificiale , veicolo spaziale , stazione spaziale o veicolo con equipaggio, per consentirgli di controllare con precisione il suo assetto, cioè il suo orientamento nello spazio attorno al suo centro di gravità .
Il controllo dell'atteggiamento si distingue dal controllo dell'orbita, che consiste nel controllare la posizione (e le sue derivate) del centro di gravità del veicolo spaziale nello spazio. Tuttavia, i controlli di assetto e orbita sono spesso strettamente correlati e un satellite artificiale è solitamente dotato di un " sistema di controllo dell'assetto e dell'orbita " (SCAO).
Il controllo dell'atteggiamento, attraverso la diversità e la complessità delle discipline ingegneristiche che implementa, è diventato una disciplina a sé stante, praticata da pochi specialisti che lavorano con i principali attori del settore spaziale o in ambienti accademici. Questo campo coinvolge meccanica, fisica, automatica e matematica (principalmente algebra).
Il controllo dell'atteggiamento svolge due funzioni essenziali:
Il sistema di controllo dell'assetto ( ACS ) garantisce il puntamento:
Oltre a controllare l'orientamento, la SCA deve orientare gli elementi rimovibili (pannelli solari, piattaforma dello strumento, ecc.).
Esistono due categorie di controllo dell'assetto: controllo attivo e controllo passivo. Il controllo passivo ha i vantaggi di essere robusto, economico, semplice e non consumare energia. Tuttavia, questo ha una precisione di puntamento limitata e non consente di ottenere tutte le posture. Il puntamento attivo viene quindi utilizzato nella maggior parte dei satelliti di grandi dimensioni.
Per quanto riguarda il controllo passivo, esistono due tipi di controllo passivo: stabilizzazione del gradiente di gravità e stabilizzazione magnetica. Il gradiente di gravità utilizza l'asimmetria del satellite e il campo di gravità mentre la stabilizzazione magnetica utilizza un magnete per allineare il satellite con il campo magnetico terrestre.
Per quanto riguarda il controllo attivo, ci sono due metodi di controllo principali:
Ci sono anche veicoli a doppia rotazione che mescolano gli ultimi due concetti, che consistono in un corpo stabilizzato in assetto e un altro ruotato (come la sonda spaziale Galileo ).
Per ruotare il satellite attorno a un asse, viene utilizzato il principio azione-reazione , in due possibili forme.
Si possono anche menzionare i magneto-accoppiatori , che utilizzano il campo magnetico terrestre per applicare una coppia esterna al satellite e quindi modificare il momento angolare globale del satellite.
Un sistema di controllo dell'assetto e dell'orbita (SCAO) è suddiviso in tre sottounità principali:
La posizione di un veicolo spaziale (ripristino dell'orbita) è generalmente determinata dalle misurazioni effettuate dalle stazioni terrestri . La maggior parte dei sensori trovati negli SCAO vengono quindi utilizzati per misurare l'assetto.
Sensori otticiUn singolo punto sulla sfera celeste (stella, Sole) non è sufficiente per definire l'assetto di un veicolo spaziale. Infatti, un punto sulla sfera celeste è definito dalla sua ascensione retta e dalla sua declinazione, mentre occorrono tre angoli indipendenti (precessione, nutazione, rotazione propria) per definire in modo univoco l'assetto di un veicolo spaziale.
Star catcherQuesta è una fotocamera (di solito un sensore di immagine CCD , ma in futuro il sistema Advanced Photo System (en) ) (APS), che acquisisce immagini di un'area del cielo. Analizzando il campo stellare ripreso e utilizzando un catalogo stellare a bordo, è possibile determinare la posizione di un veicolo spaziale. Può essere utilizzato anche più semplicemente per seguire il movimento delle stelle nel campo al fine di determinare la variazione di assetto: questa modalità di funzionamento è generalmente utilizzata per arrestare la rotazione della navicella rispetto ad un sistema di riferimento inerziale (legato appunto a stelle) ; questi sensori consentono di ottenere la massima precisione nelle misure di assetto. Per i telescopi spaziali, lo strumento viene spesso utilizzato come localizzatore di stelle. Infatti, la risoluzione di una telecamera essendo, dovuta alla diffrazione (non c'è turbolenza atmosferica nello spazio), essenzialmente legata al diametro del dispositivo ottico che raccoglie la luce (specchio o lente primaria), l'utilizzo dello strumento principale come il sensore di assetto permette di ottenere una precisione sotto il secondo d'arco , spesso necessaria per le osservazioni.
Sensore di terraUn sensore a infrarossi con un meccanismo di scansione del raggio (o montato su un veicolo spaziale rotante) sensibile all'emissione di infrarossi dal disco terrestre; può rilevare l'orizzonte terrestre con una precisione di pochi minuti d'arco .
Captor solareIl Sole , con il suo diametro di mezzo grado dalla Terra , è un semplice riferimento di assetto; alcuni collettori solari determinano la posizione del Sole con una risoluzione migliore del minuto d'arco, altri ne indicano semplicemente la presenza in un campo visivo.
Sensori inerziali GirometroEsistono varie tecnologie girometriche : girometro meccanico a uno o due assi, girometro laser, girometro a fibra ottica (laser), girometro risonante. Tutti questi strumenti consentono di determinare in qualsiasi momento la variazione di assetto (le componenti del vettore di velocità di rotazione in un sistema di riferimento inerziale lungo l'asse / i del girometro); la misura deve essere integrata per ottenere l'assetto della navicella. Quindi l'incertezza sull'atteggiamento all'uscita di un girometro si deteriora nel tempo.
AccelerometroUn accelerometro viene utilizzato per determinare l'accelerazione del veicolo spaziale dovuta alle azioni di contatto (ovvero escludendo gli effetti gravitazionali). Integrando una volta, possiamo trovare la velocità, integrando due volte, la posizione.
Altri sensori Magnetometro a induzioneIl magnetometro ad induzione (o flussometro ) è uno strumento che misura la variazione, nel tempo, del flusso del campo magnetico attraverso una superficie fissa rispetto al veicolo spaziale. Viene utilizzato principalmente su veicoli spaziali rotanti in orbita terrestre bassa .
Magnetometro FluxgateIl magnetometro fluxgate è uno strumento che misura la proiezione del campo magnetico in prossimità della navicella su un asse. Utilizzando la mappa del campo magnetico terrestre e tre magnetometri (in teoria ne bastano due, se conosciamo con precisione il modulo del campo magnetico terrestre nel punto e nel momento considerato), conoscendo la posizione in orbita, possiamo ottenere ( incomplete) informazioni sull'assetto della navicella. Questi strumenti sono sensibili ai disturbi elettromagnetici generati dalle apparecchiature dei veicoli spaziali (in particolare gli attuatori magnetici di coppia) e sono quindi spesso lontani da dispositivi di disturbo (ad esempio posizionandoli all'estremità di un palo fissato alla carrozzeria del veicolo spaziale). I magnetometri negli SCAO possono essere utilizzati anche per determinare con precisione il campo magnetico terrestre al fine di calcolare l'azionamento su attuatori a coppia magnetica ( magnetocouplers ). Poiché la forza del campo magnetico diminuisce rapidamente con l'altitudine, l'uso dei magnetometri per determinare l'assetto è riservato ai satelliti in orbita terrestre bassa.
Ricevitore GPSI satelliti in orbita terrestre bassa possono utilizzare le informazioni dei sistemi di posizionamento satellitare ( GPS , GLONASS , EGNOS, ecc.) Per determinare la loro posizione.
Interferometro radioLa misura interferometrica dello sfasamento tra i segnali di più ricevitori (antenne poste sul veicolo spaziale) in ascolto di un'onda radio (emessa ad esempio da un satellite GPS), permette di ottenere informazioni sull'assetto del veicolo spaziale, se la direzione dell'incidente è nota in un sistema di riferimento.