Trajectoires spatiales - Rendez-vous orbital

Un rendez-vous spatial consiste à rejoindre des conditions de position et/ou de vitesse à une date déterminée. Ce type de problème se pose pour une grande variété de missions : transport d’équipage vers une station orbitale, approvisionnement en ergols ou maintenance de satellites opérationnels, mise à poste géostationnaire, héliosynchrone ou de constellations de satellites, capture de débris spatiaux, interception de menaces balistiques…

Le scénario de mission comporte un lancement vers une orbite stable, un phasage avec la position de la cible, un transfert propulsé vers l’orbite finale, puis le rendez-vous proprement dit. Le contrôle de ces opérations nécessite de respecter des conditions d’éclairement et de visibilité à partir de stations sol.

Lorsque la cible est en orbite circulaire, ce qui est le cas le plus fréquent, la dynamique relative est décrite par les équations de Hill-Clohessy-Wiltshire. Les solutions analytiques associées permettent de préparer de manière simple un scénario préliminaire et de définir la séquence de manœuvres à réaliser.

L’objectif prioritaire d’un rendez-vous est d’atteindre la cible avec une précision suffisante, en dépit des perturbations rencontrées en vol. Cet objectif requiert des commandes simplifiées compatibles avec un guidage embarqué. La formulation linéaire quadratique du problème de rendez-vous permet d’obtenir un compromis entre optimalité en consommation et simplicité de résolution.

Cet article présente les phases d’un scénario de rendez-vous avec leurs contraintes, la modélisation du rendez-vous dans le cas circulaire et les principales lois de commande utilisées de manière opérationnelle.