12 Avril 2023

Le contrôle d'attitude et d'accélération

Comme tous les satellites et véhicules spatiaux, Microscope dispose d'une fonction lui permettant d'acquérir puis de conserver dans le temps l'orientation angulaire souhaitée. Cette orientation angulaire est appelée attitude et la fonction s'appelle le SCA : Système de Contrôle de l'Attitude.

L'originalité de Microscope est la présence d'un contrôle continu des accélérations linéaires :

  • sur un satellite normal, le mouvement linéaire (l'orbite) est corrigé de temps à autre par des jets de gaz ; mais la majeure partie du temps le mouvement est libre, soumis à la gravitation mais aussi aux forces de surface (comme les forces aérodynamique dues à l'atmosphère résiduelle et les forces de pression solaire dues à l'impact des photons) et à d'autres forces à distance (électromagnétiques),
  • sur Microscope c'est différent. Le mouvement linéaire du satellite est contrôlé en permanence ; les forces perturbatrices sont contrées par la poussée de propulseurs à jets d'azote de façon à tendre vers un mouvement purement gravitationnel. Ce contrôle est assuré sur les 3 axes linéaires, c'est pourquoi le vocable 'satellite avec compensation de traînée' n'évoque qu'une partie de la réalité. Ce contrôle linéaire va de pair avec le contrôle de l'attitude et on parle de SCAA, où le dernier A désigne le contrôle des Accélérations. Un contrôle linéaire 3 axes d'une aussi grande finesse sera une première mondiale.

Comment marche le drag-free ?

A chaque instant, les mesures linéaires de l'un des accéléromètres sont traitées dans le calculateur embarqué du satellite pour en déduire les forces à commander aux micro-propulseurs. Les commandes sont envoyées aux huit micro-propulseurs qui modifient leur poussée en conséquence. Un quart de seconde plus tard ce processus est réactivé et ainsi de suite pendant des mois.

L'instrument est utilisé comme senseur principal de la boucle SCAA, un senseur stellaire est aussi utilisé pour estimer l'attitude sur le long terme et corriger de possibles dérives du système.

En régime permanent, le système propulsif équilibre juste les forces non gravitationnelles et les masses d'épreuve flottent presque librement dans leurs cages. Tout se passe comme si le satellite volait autour d'une masse d'épreuve utilisée comme guide et corrigeait ses accélérations pour que la masse reste au centre de sa cage.

Les performances demandées au SCAA sont extraordinaires : le résidu d'accélération demandé est de 30 pico g par racine d'Hertz ; sous cette accélération une masse d'épreuve laissée libre mettrait plus de 2 heures pour parcourir un seul centimètre !