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Auteur(s)
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Jean‐Pierre KREBS : Ingénieur de l’École centrale de Paris (ECP) - Docteur‐Ingénieur - Ingénieur en Chef des Équipements spatiaux à la Sodern
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Si la connaissance de l’univers a pu faire ces dernières années des avancées significatives, c’est surtout grâce aux progrès récents de l’optronique. L’apparition de nouveaux détecteurs [par exemple les dispositifs à transfert de charges (DTC)] liés à de nouveaux composants électroniques tels que le microprocesseur et les ASICs et à de nouvelles techniques de traitement du signal (compression de données) a permis de réaliser des systèmes optroniques très performants embarquables sur des satellites artificiels de la Terre, sur des sondes interplanétaires et des véhicules spatiaux.
Depuis quelques années, l’homme s’intéresse de plus en plus à la planète Terre et plus particulièrement à son environnement immédiat (évolution des océans, des terres immergées, météorologie, couche d’ozone…). Ceci a nécessité l’emploi d’autres types de détecteurs (infrarouges par exemple) et le développement de nouveaux instruments associant les techniques les plus modernes de l’optique et de l’électronique.
Par ailleurs, les besoins en servitudes de ces plates‐formes satellitaires nécessitent bien souvent des dispositifs de stabilisation et de pointage de plus en plus précis qui requièrent l’utilisation d’éléments optroniques.
Les applications de l’optronique spatiale peuvent être classées en quatre rubriques suivant les applications concernées :
-
les systèmes de contrôle d’attitude ;
-
les dispositifs d’observation et de prise de vue ;
-
l’instrument scientifique embarqué ;
-
les télécommunications par liaisons optiques.
Au cours de cet article nous allons nous limiter plus particulièrement aux deux premières : le contrôle d’attitude et l’observation de la Terre.
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Plans focaux des caméras d’observation
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4. Capteurs de Terre
Les capteurs d’horizon de Terre (EHS Earth Horizon Sensors ) constituent les principaux moyens pour déterminer directement l’orientation du vaisseau spatial par rapport à la Terre. La plupart de ces capteurs sont fréquemment utilisés dans une boucle d’asservissement des systèmes autonomes de contrôle d’attitude à partir de la mesure en temps réel de signaux d’erreur de la mesure de la direction géocentrique avec des exigences de précision angulaire de 0,03o à 0,1o. Les EHS sont généralement des équipements infrarouges dont le fonctionnement est basé sur le contraste de luminance entre l’espace (corps noir à » 4 K) et l’horizon terrestre (corps noir à » 233 K à une longueur d’onde de 15 µ m). Toutefois certains concepts ont privilégié l’amplitude du signal à la stabilité spatiale et temporelle de l’horizon en choisissant de travailler dans l’ultraviolet ou dans le visible.
Pour atteindre les exigences de précision et de stabilité, les EHS nécessitent de fonctionner dans la bande spectrale infrarouge 14-16 µ m qui correspond à la bande d’absorption de la couche de CO2 qui entoure le globe terrestre. Cette bande, centrée autour de 15 µ m, fournit une distribution de luminance plus uniforme que les autres bandes visible ou infrarouge (par exemple celles de H2O) et correspond à une stabilité du profil de l’horizon relativement bonne, quelles que soient la latitude d’observation et les variations journalières (jour‐nuit) et saisonnières (été‐hiver).
Plusieurs types de capteurs infrarouges ont été développés depuis plus de 30 ans par quelques industriels. Le choix de leur principe de fonctionnement dépend à la fois du système de stabilisation du satellite (en rotation ou stabilisé 3 axes) et de la mission [orbite basse (LEO), orbite géostationnaire (GEO), autres], mais aussi du détecteur utilisé. Considérant les aspects de fiabilité et de consommation électrique minimale, les détecteurs thermiques [3] [4] (thermopile, pyroélectrique et bolomètre) sont largement préférés aux détecteurs photoniques qui nécessitent l’adjonction d’un dispositif de refroidissement.
La thermopile peut être utilisée en mode continu : elle conduit aux capteurs statiques, c’est‐à‐dire à des dispositifs de détection qui ne nécessitent ni modulateur optomécanique, ni obturateur de recalage....
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CNES - Techniques et technologies des véhicules spatiaux (cours de technologie spatiale) - . 2 tomes, 1 864 pages, Édit. CEPADUES (1994).
-
(2) - * - Members of the Technical Staff Attitude Systems Operation, Computer Sciences Corporation : Spacecraft attitude determination and control. James R. WERTZ, Microcosm Inc., Torrance, CA (USA) – Kluwer Academic Publishers Group, P.O. Box 322, 3300 AH Dordrecht, The Netherlands, 858 pages (1990).
-
(3) - DESVIGNES (F.) - Détection et détecteurs de rayonnements optiques - . Masson, 346 pages (1987).
-
(4) - MEIJER (G.C.M.), Van HERWAARDEN (S.) - Thermal Sensors - . Institute of Physics Publishing, 304 pages (1994).
-
(5) - VERGER (F.) - Observation de la Terre par les satellites - . Collection « Que sais-je », no 1 989.
-
(6) - CNES - Télédétection...
1 Constructeurs et fournisseurs
Ball Aerospace (USA)
Goodrich (Division of Barnes Engineering and Ithaco) (USA)
Geofizika (Russia)
Jena-Optronik GmbH (Germany)
LMA (Lockheed Martin Astronautics) (USA)
NT Space (Nec Toshiba Space) (Japan)
Galileo Avionica Optics and Space Division (Italy)
EADS-Sodern (France)
HAUT DE PAGE
CNES (Centre National d’Études Spatiales) : Siège (Paris) & Centre de Toulouse
ASE/ESA (Agence Spatiale Européenne/European Space Agency) : Siège (Paris) & ESTEC (Noordwijk – Pays-Bas)
ISRO (Indian Space Research Organization)
NASA (National Aeronautics and Space Administration)
GSFC (Goddard Space Flight Center) (Washington)
JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency)
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