NGC Aérospatiale fait progresser la commande autonome des engins spatiaux en orbite terrestre très basse (VLEO)

NGC Aérospatiale fait progresser la commande autonome des engins spatiaux en orbite terrestre très basse (VLEO).

NGC Aérospatiale a conclu avec succès l’étude RAVELO (Robust Attitude and Orbit Control System for Very Low Earth Orbit) pour le compte de l’Agence spatiale européenne (ESA), démontrant ainsi une nouvelle génération de capacités autonomes de guidage, de navigation et de commande spécialement adaptées à une exploitation en orbite terrestre très basse.

Libérer le potentiel de l’orbite terrestre très basse (VLEO)

L’orbite terrestre très basse (VLEO) s’impose comme un régime opérationnel à forte valeur ajoutée tant pour les missions de télécommunications que pour celles d’observation de la Terre. Son altitude relativement basse par rapport aux satellites conventionnels permet d’améliorer la qualité des signaux de communication, de réduire la latence, d’augmenter la résolution d’imagerie et de diminuer considérablement la masse de la charge utile ainsi que les besoins en énergie. De plus, la forte traînée atmosphérique permet une désorbitation rapide après la mission, contribuant ainsi à des opérations spatiales plus durables.

Bien qu’avantageuses en fin de vie, l’impact de ces fortes perturbations aérodynamiques doivent être atténuées pendant la durée de vie opérationnelle des engins spatiaux, ce qui pose de nouveaux défis techniques.

Fig. 1 – Concept de vaisseau spatial VLEO (Redwire Space)

Transformer une perturbation en ressource de commande

L’une des innovations majeures du programme RAVELO réside dans le passage d’une approche consistant à résister aux effets atmosphériques vers une approche visant à les exploiter activement. Le système développé tire parti des forces aérodynamiques dans le cadre de la stratégie de commande, ouvrant la voie à de nouveaux concepts opérationnels:

• Commande aérodynamique de l’orientation à l’aide de surfaces de commande, permettant une commande complète sur trois axes sans recourir à des actionneurs de commande d’orientation conventionnels (par exemple, des roues à réaction) pour les missions à basse altitude
• Gestion aérodynamique du moment cinétique du satellite, permettant de désaturer les roues à réaction en utilisant le couple atmosphérique plutôt que du matériel dédié (par exemple, des magnétorqueurs)
• Intégration d’une propulsion électrique aérobie (ABET), qui exploite la faible densité atmosphérique en orbite VLEO en utilisant les particules atmosphériques comme propergol dans un propulseur électrique afin de contrebalancer la traînée aérodynamique

Ces innovations redéfinissent l’architecture des systèmes de commande des engins spatiaux en orbite VLEO et introduisent de nouveaux compromis de conception entre actionneurs conventionnels et non conventionnels.

Logiciel SCAO autonome avancé

La nouvelle version du logiciel du système de commande d’attitude et d’orbite (SCAO) s’appuie sur l’expérience en vol acquise par NGC tout en intégrant de nouvelles fonctionnalités spécifiques aux orbites VLEO :

• De nouvelles lois de guidage d’attitude, notamment le vol par rapport au vent, le pilotage en roulis par rapport au Soleil et le pilotage en roulis par rapport à une cible au sol, toutes conçues pour réduire la traînée aérodynamique tout en atteignant les objectifs de la mission
• Commande d’orbite autonome, surveillant en continu l’état orbital actuel et ordonnant des corrections de propulsion sans intervention au sol
• Algorithmes de commande aérodynamique adaptatifs et basés sur des modèles, convertissant les couples souhaités en actionnement des surfaces de commande afin de réaliser une commande aérodynamique d’attitude
• Modélisation atmosphérique embarquée, permettant une estimation en temps réel de la densité et du vent relatif

Ces capacités permettent des opérations entièrement autonomes du vaisseau spatial sur toute la gamme des altitudes VLEO.

Résultats techniques démontrés

L’étude RAVELO a abouti à des résultats clés, notamment :

• Une commande d’attitude fiable dans des conditions VLEO, utilisant à la fois des actionneurs conventionnels et aérodynamiques
• Une commande d’attitude entièrement aérodynamique
• L’utilisation réussie du couple aérodynamique pour désaturer les roues à réaction sans actionneurs magnétiques
• Le maintien autonome de l’orbite avec une propulsion électrique à la fois conventionnelle et aérobie

Ces résultats confirment la faisabilité d’une exploitation durable des engins spatiaux en orbite VLEO grâce à des stratégies avancées de commande autonome.

Fig. 2 – Concept de vaisseau spatial VLEO à actionnement aérodynamique

Parcours vers le déploiement opérationnel

L’étude se conclut par une feuille de route de développement claire, axée sur :

• La mise au point des configurations de commande aérodynamique et des algorithmes de commande adaptatifs
• L’amélioration de la modélisation et de l’intégration de la propulsion électrique aérobie
• Le perfectionnement de la gestion du moment cinétique du satellite basée sur l’aérodynamisme
• L’évaluation de différentes solutions pour les futures applications de constellations

Ces prochaines étapes permettront de passer de concepts validés à des systèmes prêts pour le vol et soutiendront l’industrialisation des plateformes VLEO.

Le programme RAVELO de NGC Aérospatiale démontre que l’orbite VLEO est non seulement accessible mais aussi avantageuse sur le plan opérationnel lorsqu’elle est associée à des technologies de commande innovantes, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle catégorie de missions spatiales efficaces et autonomes.