Guidage et pilotage d’un remorqueur magnétique spatial

Guidance and Control of Magnetic Space Tug

• Auteur / Autrice : Emilien Fabacher
• Direction : Daniel Alazard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe d'accueil doctoral Commande des systèmes et dynamique du vol (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département conception et conduite des véhicules aéronautiques et spatiaux
• Jury : Président / Présidente : David Henry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Finn Ankersen, Denis Arzelier, Fred Y. Hadaegh, Stéphanie Lizy-Destrez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giovanni B. Palmerini, Houria Siguerdidjane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de guidage (vol)

Débris spatiaux

Commande automatique

Mots clés libres

Remorqueur magnétique spatial

Vol en formation

Débris spatiaux

Guidage

Pilotage

Magnetic Space Tug

Electromagnetic Formation Flying

Space debris

Guidace

Control

Résumé

Remorquer des satellites peut être utiles pour de nombreuses raisons : les désorbiter ou ré-orbiter, nécessaire dans le cas des satellites en fin de vie, ou pour finaliser les lancements par exemple. Dans ce cas, cette manœuvre augmenterait la capacité des étages supérieurs de lanceurs. Plusieurs moyens peuvent être envisagés pour modifier l’orbite d’un satellite cible grâce à un autre satellite. Parmi eux, les concepts sans contact sont intéressants, car ils fournissent un moyen d’éviter le besoin d’interfaces normalisées. Ils permettent ausside ne pas réaliser d’amarrages non coopératifs, qui représentent une grande difficulté. Enfin, ils contribuent à réduire le risque de créer de nouveaux débris par collision. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser les forces magnétiques pour remorquer le satellite cible. En effet, de nombreux satellites, en particulier en orbite terrestre basse, sont équipés de magnéto-coupleur, utilisés pour le contrôle d’attitude. Un satellite chasseur équipé d’un dipôle magnétique puissant pourrait donc générer des forces sur la cible. Cependant, la création d’une force entre deux dipôles magnétiques génère automatiquement des couples sur les deux dipôles. Par conséquent, la viabilité d’un remorqueur magnétique spatial n’est a priori pas assurée, étant donné qu’appliquer en permanence des couples sur les deux satellites ne serait pas acceptable.

Satellite tugging can be undertaken for various reasons: de-orbiting or reorbiting,necessary in the case of satellites at the end-of-life, or for instance to finalise launches,in which case this manoeuvre would increase the capacity of launchers’ upper stages. Severalmeans can be considered to modify the orbit of a target satellite by tugging it with anothersatellite. Contact-less concepts are interesting, as they provide a way to avoid standardisedinterfaces and hazardous docking phases. They also help to prevent the creation of new debrisby reducing the risk of collision. In this thesis, we suggest using magnetic forces to tug the target. Indeed many satellites, especially in Low Earth Orbit, are equipped with Magnetic Torque Bars used for attitudecontrol. A chaser satellite equipped with a powerful magnetic dipole could hence generateforces on the target. However, creating a force between two magnetic dipoles automaticallycreates torque on both of them. Therefore, the feasibility of magnetic tugging is a priori notassured, considering that applying constant torques on both satellites would not be acceptable.