avec l'aide de F6AGR
Comment se représenter l'orientation d'un satellite dans l'espace ?
La connaissance de son attitude est particulièrement importante pour un satellite tel que AO-40 qui comporte des antennes directives sur une face et des antennes omnidirectionnelles sur l'autre.
Ceux qui se sont essayés à traquer les signaux transmis jusqu'à présent sur 145 MHz et sur 2,4 GHz ont pu se rendre compte que l'amplitude des signaux reçus ne dépendait pas uniquement de l'éloignement du satellite.
La raison en est simple: pendant toute la phase d'installation du satellite sur son orbite définitive, celui-ci ne pointe pas systématiquement ses antennes directives vers la Terre.
En fait au tout début les satellites étaient injectés sur orbite "en vrac"..
Etant alimentés par batterie, et ayant des antennes omnidirectionnelles, le problème de l'attitude ne se posait pas trop.
Exemple : SPOUTNIK 1.
Mais avec le besoin d'antennes directives á gain, et un espoir de durée de vie plus importante du satellite, il est donc apparu nécessaire d'une part d'orienter les panneaux solaires vers le soleil, et d'autre part d'orienter les antennes vers la terre.
Il a donc bien fallu stabiliser les satellites.
De plus, pour pouvoir obtenir une orbite elliptique, il faut actionner un moteur dit "d'apogèe" ce qui implique un satellite stable.
Pour maîtriser les actions du moteur d'apogée, on est amené tout d'abord à imprimer un mouvement de rotation au satellite, ce qui crée une "stabilisation 1 axe".
Animé de ce mouvement de rotation ( SPIN ), le satellite se comporte alors comme un gyroscope qui pointe toujours dans la même direction (l'axe de rotation correspond à celui de l'axe de poussée du moteur).
La vitesse de SPIN est typiquement de 25 tours/mn.
Donc un observateur situé au sol verra le satellite (et donc ses antennes) sous des angles variables en fonction du temps.
Ceci n'est pas encore très satisfaisant comme le montre la figure ci-dessous.
En effet le satellite est stabilisé sur son orbite mais le lobe de ses antennes ne pointe
que rarement vers son correspondant ( la Terre ).
Durant cette phase, ce sont les antennes omnidirectionnelles qui seront sollicitées..
Le but d'un satellite elliptique étant de fournir des durées importantes de liaisons radio (vers l'apogée où le satellite semble fixe durant plusieurs heures), on peut dans un premier pas corriger l'attitude de facon à ce que les antennes du satellite pointent vers la terre à l'apogée (fig 3 ).
La réorientation d'un satellite d'un axe de spin sur un autre est réalisé à l'aide de magnetorquers qui ont pour référence le champ magnétique terrestre.
A juste titre ces orientations ont lieu au moment du périgèe, au moment où le satellite est proche de la terre.
Bien entendu, les antennes directives ne pourront être utilisées qu'autour de l'apogèe.
En dehors de cette situation, on sera obligé de commuter les antennes omnidirectionnelles.
Les axes de référence :
Pour repérer la position d'un satellite, il faut disposer de références par rapport aux axes caractéristiques de ce dernier.
Un satellite est référencé par 3 axes : X, Y et Z.
Pour l'instant seul l'axe Z nous intéresse :
En effet c'est l'axe de spin.
AO-40 tourne autour de son axe Z passant par la tuyère du moteur d'apogèe 400 newtons.
* toutes les antennes directives et la tuyère du moteur 400N sont du côté +Z
* les antennes omnidirectionnelles et le moteur arcjet sont à l'opposé, côté -Z.
Le SQUINT est l'angle constitué par l'axe de rotation du satellite ( axe Z ) et la ligne joignant le satellite à l'observateur terrestre (O).
L'attitude du satellite est calculée à l'aide de capteurs magnetiques ( 2 ) détectant d'une part la position de la terre, et de capteurs ( 2 ) pouvant situer la position du soleil.
Le SQUINT est donc calculé à partir de deux angles particuliers qui quantifient l'orientation (l'attitude) d'un satellite.
On utilise traditionnellement une longitude et une latitude dont la référence est constituée par le plan contenant l'orbite.
On les appelle ALONG et ALAT (ou encore BLONG et BLAT).
ALAT ou BLAT : est l'angle compris entre l'axe + Z du satellite et sa projection sur le plan de l'orbite.
Le plan de l'orbite passe par le centre de la terre.
Quand ALAT=0º, l'axe Z du satellite est situé dans le plan de l'orbite.
ALAT est positif (+) quand l'axe +Z est pointé vers l'hémisphère NORD de la terre.
ALAT est négatif (-) quand l'axe +Z est pointé vers l'hémisphère SUD.
ALONG ou BLONG ou ALON :Il s'agit de l'angle formé d' une part par la ligne -Z +Z (dans le sens +Z) passant par le centre du satellite, d'autre part par la paralèlle à l'axe des apsides (grand-axe) prise au centre du satellite dans la direction du périgée .
Quand ALON = 0º, le satellite est pointé vers la terre à l'apogée.
ou bien son axe + Z est parallèle à l'axe des apsides en direction du périgée.
Quand ALON = 180º , le satellite est pointé vers la terre au périgèe ou bien il a son axe + Z parallèle a l'axe des apsides en direction de l'apogée.
Un exemple concret :
La figure ci-dessous représente l'attitude de AO-40 début janvier 2001, avec ALONG= 290º et ALAT= Oº.
Elle doit s'interpréter comme suit :
* Elle représente ce que verrait un observateur situé dans l'espace au dessus du pôle Nord de la Terre,
* la Terre et AO-40 tournent tous les deux dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
A partir de cette représentation, on comprend mieux pourquoi la télémétrie transmise sur 2,4 GHz par une antenne hélice directive n'était exploitable que lorsque le satellite se trouve dans la zone B:
cet endroit le plus favorable entre MA30 et MA60 environ correspond au moment où l'antenne est efficacement orientée vers la Terre.
En C, il est encore possible aux stations bien équipées de recevoir les signaux mais il sont faibles et entachés d'un fort QSB scintillant .
En A, seuls les extraterrestres éventuellement à l'écoute sont en mesure de recevoir quelque chose.
Lorsque le satellite aura été placé sur son orbite définitive, il passera du mode SPIN en mode de "stabilisation 3 axes" et il pointera à tout moment ses antennes vers la terre, pour permettre les communications avec le maximum de confort.
A ce moment ALAT restera pratiquement égal à 0º.
Il est cependant encore nécessaire de souligner que plusieurs autres facteurs sont à prendre en compte.
En effet , l'une des préoccupations majeures est de conserver les batteries en charge, sinon aucun transpondeur ne peut fonctionner.
En effet, les panneaux se trouvent sur la tranche du satellite, le soleil devrait donc idéalement se trouver dans le plan formé par les axes X et Y .
Ceci nécessite donc avant tout la bonne orientation des panneaux solaires tout en assurant la liaison avec l'usager... pas facile !!
l'orientation des antennes doit donc être conjuguée avec l'illumination des panneaux ( fig 5 ).
Rappel sur l'Anomalie Moyenne (MA) : L'orbite est découpée en 256 tronçons. MA O et MA 255 correspondent au périgée, MA 128 à l'apogée.
A terme l'orbite devrait être celle exposée dans le shéma ci-dessous.
Remarquer qu'à tout moment, les antennes directives sont pointées vers la terre (ALAT sera idéalement égal á 0, ALON variera tout au long de l'orbite ).
