La Visée Stellaire est une technique de recalage d'attitude des véhicules spatiaux.
Orbite et attitude
La détermination analytique de la position dans l’espace d’un solide est un besoin qui a été exprimé de longue date. Ces données sont nécessaires en entrée des lois de guidage et de pilotage dès qu’un contrôle de navigation est envisagé pour une application automatique. Les études menées par le passé ont d’ailleurs lancé les bases théoriques très visionnaires qui font toujours partie des champs d’application.
Dans le cadre de la navigation spatiale, on distingue deux notions complémentaires : l'orbite et l'attitude d’un véhicule. L'orbite est la donnée qui permet de connaître la position relative d'un véhicule en rotation autour d'un corps céleste en fonction du temps. Il s'agit de connaître les coordonnées du point S exprimées dans le référentiel RRéf (repère de référence) lié au corps céleste (exemple : la Terre). L'attitude caractérise la rotation qui permet de passer d'un trièdre lié au corps céleste (Réf à un trièdre lié au véhicule RS (repère lié au satellite). Cette rotation est illustrée sur la Figure suivante :
Un viseur stellaire est un système capable de délivrer à une centrale de navigation une information d'attitude absolue à partir de la mesure de la position des étoiles à un instant donné.
Star tracker est le nom anglais utilisé pour désigner un viseur stellaire (ou senseur stellaire). Le Système de Contrôle d'Attitude et d'Orbite (SCAO) est le système équipant un véhicule spatial est permettant la navigation de ce dernier. Il utilise pour ce faire les informations provenant des centrales de navigation, des viseurs d’étoiles et des autres capteurs embarqués. Après calculs, il envoie les commandes aux actuateurs (roue d'inertie, propulseurs..). Il est donc en grande partie garant de l’exécution de la mission. En général, et en particulier dans le cadre de notre étude, l'attitude est déterminée dans un repère inertiel de référence appelé J2000. C'est dans ce repère que l'on peut parler d'attitude absolue. Ce repère est défini par l'axe du Nord de la terre le premier janvier 2000 à 12H00, le vecteur porté par le centre de la terre et le point vernal, et le vecteur complémentaire aux deux premiers et formant un repère orthonormé avec ces derniers. L'attitude fournie par le viseur stellaire au système de navigation peut atteindre une très grande précision. Cette dernière varie de plusieurs centaines de secondes d'arc pour les systèmes à faible performance à une fraction de seconde d'arc pour des systèmes basés sur des dispositifs particuliers (observatoires spatiaux). La fréquence de fourniture de quaternion actuelle est de l’ordre de 10 Hertz pour une tête optique. L’augmentation de cette fréquence et l’amélioration de la robustesse du viseur permettraient le développement de concepts de navigation sans gyromètres.
Techniques utilisées
Le principe retenu consiste à utiliser la position des étoiles captée par une matrice photosensible (caméra) pour déterminer l'attitude du véhicule. On distingues trois étapes majeures :
- détection des étoiles,
- reconnaissance des motifs
- restitution d’attitude.