Trajectoires spatiales - Transfert orbital

Les satellites artificiels sont utilisés pour de nombreuses missions : télécommunications, navigation, observation de la Terre et de l’espace... Pour réaliser sa mission, le satellite doit être placé sur une orbite spécifique choisie en fonction des objectifs et des équipements du satellite (antennes, panneaux solaires, instruments optiques...). Il doit ensuite se maintenir de manière précise sur cette orbite tout au long de sa vie opérationnelle. Les manœuvres à réaliser se formulent comme des problèmes de transfert orbital. L’objectif est, à partir d’une orbite initiale, d’atteindre l’orbite visée tout en minimisant la consommation d’ergols. Un problème de transfert peut être abordé de deux manières différentes, en fonction du type de moteur utilisé.

La modélisation impulsionnelle suppose que les changements de vitesse sont réalisés de manière instantanée. Cette hypothèse est adaptée aux forts niveaux de poussée produits par la propulsion chimique. Le problème de transfert consiste alors à trouver quand et dans quelle direction les impulsions doivent être délivrées. Des solutions analytiques existent dans les cas les plus simples, comme le transfert de Hohmann entre orbites circulaires.

La modélisation en poussée continue devient nécessaire dès lors que les durées de phases propulsées (ou boosts) deviennent significatives par rapport à la période orbitale. Il faut alors résoudre un problème de commande optimale pour déterminer les instants d’allumage et d’extinction du moteur, ainsi que l’orientation de la poussée durant chaque phase propulsée. Ces problèmes n’ont en général pas de solution analytique, à l’exception du transfert d’Edelbaum entre orbites circulaires. Ils doivent être résolus par des méthodes numériques d’optimisation, directes ou indirectes.

Cet article présente les modélisations impulsionnelles et continues du transfert orbital, les solutions analytiques élémentaires, et les méthodes numériques de résolution utilisées pour les applications spatiales.