Systém řízení polohy je složkou kosmické lodi ( umělá družice , kosmická loď , vesmírná stanice nebo odpalovací zařízení ), jejímž úkolem je kontrolovat polohu kosmické lodi (tj. Její orientaci v prostoru ), přístrojů a solárních panelů, aby splňovaly potřeby mise. Systém řízení polohy se skládá z několika senzorů (k určení jeho polohy), akčních členů (k úpravě orientace) a softwaru (k ovládání sestavy). Používají se různé technologie. Na umělém satelitu je řízení polohy součástí platformy .
Systémem řízení polohy se rozumí veškeré vybavení a algoritmy implementované nezávisle na kosmické lodi : umělá družice , kosmická loď , vesmírná stanice nebo vozidlo s posádkou, aby mohla přesně ovládat svůj postoj, tj. „Tj. Svou orientaci v prostoru kolem svého těžiště“ .
Řízení polohy se odlišuje od řízení oběžné dráhy, které spočívá v řízení polohy (a jejích derivátů) těžiště kosmické lodi v prostoru. Ovládání polohy a oběžné dráhy však často úzce souvisí a umělá družice je obvykle vybavena „ systémem kontroly polohy a oběžné dráhy “ (SCAO).
Řízení postoje se díky rozmanitosti a složitosti inženýrských oborů, které implementuje, stalo samostatnou disciplínou, kterou praktikuje několik specialistů pracujících s významnými hráči v kosmickém sektoru nebo v akademických kruzích. Toto pole zahrnuje mechaniku, fyziku, automatiku a matematiku (zejména algebru).
Ovládání postoje vykonává dvě základní funkce:
Systém řízení polohy ( ACS ) zajišťuje zaměření:
Kromě kontroly orientace je SCA vyžadována k orientaci odnímatelných prvků (solární panely, platforma přístrojů atd.).
Existují dvě kategorie řízení polohy: aktivní kontrola a pasivní kontrola. Pasivní ovládání má tu výhodu, že je robustní, levné, jednoduché a nespotřebovává žádnou energii. To však má omezenou přesnost zaměřování a neumožňuje získat všechny polohy. U většiny velkých satelitů se proto používá aktivní zaměřování.
Pokud jde o pasivní řízení, existují dva typy pasivní kontroly: stabilizace gravitačním gradientem a magnetická stabilizace. Gravitační gradient využívá asymetrii satelitu a gravitační pole, zatímco magnetická stabilizace využívá magnet k vyrovnání satelitu se zemským magnetickým polem.
Pokud jde o aktivní řízení, existují dvě hlavní metody řízení:
Existují také vozidla s dvojitým otáčením, která míchají poslední dva koncepty, které se skládají z těla stabilizovaného v poloze a dalšího otočeného (jako vesmírná sonda Galileo ).
Aby se satelit otočil kolem osy, používá se princip akce a reakce ve dvou možných formách.
Mohou být zmíněny také magneto-vazební členy , které používají pozemské magnetické pole k aplikaci vnějšího točivého momentu na satelit a tím ke změně globálního momentu hybnosti satelitu.
Systém řízení polohy a oběžné dráhy (SCAO) je rozdělen do tří hlavních podsestav:
Poloha vesmírného vozidla (obnova oběžné dráhy) se obecně určuje z měření provedených pozemskými stanicemi . Většina senzorů nalezených v SCAO se proto používá k měření postoje.
Optické senzoryJediný bod na nebeské sféře (hvězda, slunce) nestačí k určení polohy vesmírného vozidla. Ve skutečnosti je bod na nebeské sféře definován jeho pravým vzestupem a jeho deklinací, zatímco k jedinečnému definování postoje vesmírného vozidla jsou zapotřebí tři nezávislé úhly (precese, nutice, správná rotace).
Zachytávač hvězdJedná se o kameru (obvykle obrazový snímač CCD , ale v budoucnu systém Advanced Photo System (en) ) (APS), který pořizuje snímky oblasti oblohy. Analýzou zobrazeného hvězdného pole a použitím palubního hvězdného katalogu lze určit polohu vesmírného vozidla. Lze jej také použít jednodušeji ke sledování pohybu hvězd v poli za účelem stanovení změny polohy: tento provozní režim se obecně používá k zastavení rotace kosmické lodi vzhledem k setrvačnému referenčnímu rámci (ve skutečnosti spojenému s hvězdy); tyto senzory umožňují dosáhnout nejvyšší přesnosti v měření polohy. U vesmírných dalekohledů se přístroj často používá jako sledovač hvězd. Rozlišení kamery, které je v důsledku difrakce (v prostoru nedochází k atmosférické turbulenci), v zásadě souvisí s průměrem optického zařízení, které sbírá světlo (zrcadlo nebo primární čočka), použití hlavního nástroje jako Senzor polohy umožňuje dosáhnout přesnosti pod druhou obloukem , což je často nutné pro pozorování.
Zemní senzorInfračervený senzor s mechanismem skenování paprsků (nebo namontovaný na rotujícím vesmírném vozidle), který je citlivý na infračervené vyzařování ze zemského disku; dokáže detekovat zemský horizont s přesností několika obloukových minut .
Solární únosceSun , s průměrem půl studia od Země , je reference jednoduchý přístup; některé sluneční kolektory určují polohu Slunce s rozlišením lepším než minuta oblouku, jiné jednoduše naznačují jeho přítomnost v zorném poli.
Setrvačné senzory GyrometrExistují různé technologie gyrometrů : jedno nebo dvouosý mechanický gyrometr, laserový gyrometr, optický (laserový) gyrometr, rezonanční gyrometr. Všechny tyto přístroje umožňují kdykoli určit změnu polohy (složky vektoru rychlosti otáčení v inerciálním referenčním rámci podél osy gyrometru); měření musí být integrováno, aby se získal postoj kosmické lodi. Takže nejistota ohledně postoje na výstupu gyrometru se časem zhoršuje.
AkcelerometrAkcelerometr se používá k určení zrychlení prostoru vozidla v důsledku styku akce (to znamená, že s výjimkou gravitační účinky). Při integraci jednou můžeme zjistit rychlost, při integraci dvakrát pozici.
Ostatní senzory Indukční magnetometrIndukční magnetometr (nebo fluxmeter ) je nástroj, který měří variace, v průběhu času, tavidla magnetického pole přes pevné plochy vzhledem k prostoru vozidla. Používá se hlavně na rotujících vesmírných vozidlech na nízké oběžné dráze Země .
Magnetometr FluxgateFeromagnetické magnetometr je nástroj, který měří projekci magnetického pole v okolí sondy na ose. Pomocí mapy magnetického pole Země a tří magnetometrů (teoreticky stačí dva, pokud přesně známe modul magnetického pole Země v daném bodě a v uvažovaném čase), můžeme znát polohu na oběžné dráze a získat ( neúplné) informace o postoji kosmické lodi. Tyto přístroje jsou citlivé na elektromagnetické rušení generované zařízením kosmického vozidla (zejména magnetickými pohony točivého momentu), a jsou proto často daleko od rušivých zařízení (například jejich umístěním na konec sloupu připevněného k tělu kosmického vozidla). Magnetometry v SCAO lze také použít k přesnému určení magnetického pole Země za účelem výpočtu pohonu na magnetických aktuátorech točivého momentu ( magnetocouplers ). Vzhledem k tomu, že síla magnetického pole s výškou rychle klesá, je použití magnetometrů pro určování polohy vyhrazeno pro satelity na nízké oběžné dráze.
GPS přijímačDružice na nízké oběžné dráze Země mohou k určení své polohy použít informace ze satelitních pozičních systémů ( GPS , GLONASS , EGNOS atd.).
Rádiový interferometrInterferometrické měření fázového posunu mezi signály několika přijímačů (antény umístěné na kosmickém vozidle) poslouchajících rádiové vlny (vyzařované například satelitem GPS) umožňuje získat informace o poloze kosmického vozidla, pokud je směr dopadu znám v referenčním rámci.