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Highly accurate, flexible, robust and scalable multicamera system for spacecraft autonomous attitude determination through low cost cameras

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La qualité d’un grand satellite au prix d’un petit satellite est écrite dans les étoiles

Comme les anciens marins dressaient des trajectoires en se basant sur le ciel nocturne, les suiveurs d’étoiles disposés sur les satellites déterminent l’orientation du satellite dans l’espace en s’appuyant sur quelques étoiles et des catalogues d’étoiles embarqués. La recherche financée par l’UE rend les suiveurs d’étoiles ultra-précis accessibles aux opérateurs de petits satellites pour des missions et services plus larges et plus efficaces.

Espace

Il y a plus de 60 ans, les Russes ont lancé avec succès Sputnik 1, le premier satellite artificiel à graviter autour de la Terre. Depuis lors, les satellites sont devenus indispensables aux télécommunications, à l’observation de la Terre, au positionnement mondial, à la sécurité et bien d’autres. Il existe actuellement environ 2 000 satellites en orbite autour de la Terre, et ce nombre pourrait quintupler au cours des dix prochaines années, essentiellement en raison de l’essor des petits satellites (SmallSats, dont la masse est inférieure à 500 kg) et des constellations de SmallSats. Les SmallSats permettent de considérablement réduire les coûts de mission et d’accélérer les délais de développement et de déploiement par rapport aux plus grands. Le projet ARGO, financé par l’UE, a mis au point une technologie essentielle à la mission pour ce marché avec un niveau de performance et de robustesse équivalent à celui des grands satellites, à un prix qui sera apprécié par les opérateurs de SmallSats.

Des applications de haute technologie de méthodes non technologiques

Déterminer l’orientation d’un satellite dans l’espace (détermination de l’attitude) est essentiel pour le contrôle et l’exécution réussie de toute mission. Elle est utilisée pour tourner les panneaux solaires vers le soleil, guider les télescopes pour l’observation de la Terre et diriger les antennes vers les stations au sol ou d’autres satellites en orbite. Gabriella Caporaletti, coordinatrice du projet, d’EICAS Automazione SpA explique: «Les suiveurs d’étoiles sont de loin la solution la plus précise, presque deux ordres de grandeur plus précis que la deuxième meilleure solution. Les caméras numériques installées à bord du satellite emploient la plus ancienne technique pour connaître leur orientation: comme les anciens marins, elles observent les constellations et reconnaissent leurs configurations, établissant l’orientation du satellite par rapport à la voûte céleste.»

De grandes choses proposées dans un petit format

Avant ARGO, il existait deux catégories de suiveurs d’étoiles: ceux très chers et ultra-précis pour les intégrateurs de grands vaisseaux spatiaux coûtant environ 1 million d’euros, et les solutions à la performance relativement faible et à bas coût d’environ 100 à 150 000 euros. ARGO 1.0 le premier produit développé dans le cadre du projet ARGO, est un suiveur d’étoiles multicaméra ciblant les SmallSats. «Comparé aux autres suiveurs d’étoiles, ARGO améliore la précision de la mesure d’attitude, les conditions de travail admissibles, ainsi que la robustesse et l’autonomie du système. Il simplifie également les exigences en matière de matériel et ouvre la voie aux concepts de systèmes de contrôle orbital automatique à capteur unique et sans gyromètre, au prix du marché des SmallSats», poursuit Mme Caporaletti. Les caméras multiples peuvent être installées n’importe où sur le véhicule pour obtenir une couverture optimale du ciel. La caméra principale est la seule installée de manière solide sur la charge utile; l’attitude des autres caméras est mesurée par rapport à elle et est constamment mise à jour, selon la fusion intelligente des données de mesures des étoiles. La fusion intelligente des mesures de données brutes issues des différentes caméras et le calibrage automatique en vol améliorent considérablement la précision et la robustesse.

Tout est possible

ARGO 1.0 a été testé jusqu’au TRL9 et a été sélectionné comme l’une des sept charges utiles pour la mission inaugurale de démonstration en orbite STRIVING, un service commercial permettant aux autres de tester et valider des technologies. La seconde architecture d’ARGO, plus légère et plus compacte ciblant des constellations de satellites, volera sur la mission de démonstration en orbite GOMX-5 gérée par GomSpace et l’Agence spatiale européenne (ESA). Plus de 16 000 SmallSats pourraient être lancés entre 2018 et 2030. ARGO se prépare à répondre à cette demande avec une installation de production pour la commercialisation du suiveur d’étoiles d’ARGO au niveau mondial.

Mots‑clés

ARGO, satellite, étoile, SmallSats, mission, suiveur d’étoiles, caméra, orientation, constellation, orbite, détermination de l’attitude, démonstration en orbite, observation de la Terre, charge utile, multicaméra, autonomie, capteur

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