Comment la sonde emmenant Curiosity a été guidée vers Mars?

[evrardo]

Bonjour et bonnes fêtes à tous,

La sonde emmenant Curiosity vers Mars a parcouru près de 560 millions de km.
Savez vous comment est ce qu'elle a été guidée jusqu'à là bas?

Merci pour vos explications.
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[Moinsdewatt]

Bonjour et bonnes fêtes à tous,

La sonde emmenant Curiosity vers Mars a parcouru près de 560 millions de km.
Savez vous comment est ce qu'elle a été guidée jusqu'à là bas?

Merci pour vos explications.

Par transmission radio, bien entendu. (pour les corrections de trajectoire)
Mais l'essentiel de la trajectoire était détermine dés le lancement.

[vanos]

Bonjour et bonne année,

Les sondes (ou plutôt les modules qui les portent) se guident aussi elles-mêmes grâce à un programme de navigation et un ordinateur. Des pointeurs (au moins trois) visent le centre du Soleil et deux étoiles brillantes caractéristiques (Sirius, par exemple). Cela permet de garder la trajectoire calculée en permanence par l'ordinateur de bord, régulièrement de légère corrections sont assurées de puis le Terre.

Amicalement.

[evrardo]

Bonjour tout le monde, bonne année.

Bonjour et bonne année,
Les sondes (ou plutôt les modules qui les portent) se guident aussi elles-mêmes grâce à un programme de navigation et un ordinateur. Des pointeurs (au moins trois) visent le centre du Soleil et deux étoiles brillantes caractéristiques (Sirius, par exemple). Cela permet de garder la trajectoire calculée en permanence par l'ordinateur de bord, régulièrement de légère corrections sont assurées de puis le Terre.
Amicalement.

Bonjour Vanos.
Non, le pointage vers deux étoiles ne permet pas de définir la position d'une sonde interplanétaire, parce qu'elles sont trop éloignées pour cela. Un déplacement de 1 million de kms n'amènerait une différence d'angle que de quelques dixièmes de seconde. Or il faut un telescope de plus d'un mètre d'ouverture pour faire un tel pouvoir de séparation.

Mais je me suis renseigné entre temps.
En fait les sondes interplanétaire sont guidées depuis la Terre, par 3 radiotelescopes du Deep Space Project, situés en Australie, Californie, Espagne. Eloignés de 120° chacun, ils suivent la sonde depuis son départ de la Terre et les ingénieurs font les corrections de trajectoire nécessaire.

A plus.

[A voir en vidéo sur Futura]

[vanos]

Non, le pointage vers deux étoiles ne permet pas de définir la position d'une sonde interplanétaire, parce qu'elles sont trop éloignées pour cela. Un déplacement de 1 million de kms n'amènerait une différence d'angle que de quelques dixièmes de seconde. Or il faut un telescope de plus d'un mètre d'ouverture pour faire un tel pouvoir de séparation.

Mais si, deux étoiles et le centre du Soleil ce qui font trois points de repère et alors cela devient précis, les "Voyager" ont navigué comme cela et ça a très bien fonctionné, pour "Curiostity" je ne sais pas, en fait, je ne pas vérifié

[evrardo]

Mais si, deux étoiles et le centre du Soleil ce qui font trois points de repère et alors cela devient précis, les "Voyager" ont navigué comme cela et ça a très bien fonctionné, pour "Curiostity" je ne sais pas, en fait, je ne pas vérifié

Tu seras précis sur deux axes, mais totalement imprécis sur le troisième.
C'est simple, même pour les étoiles les plus proches, un déplacement de 15 milllions de kms n'amène qu'une variation d'angle de 0,03"! Il faut un télescope de 5 m de diamètre pour avoir un tel pouvoir de séparation.

[vanos]

Les étoiles ne sont pas ici observées mais pointées, ce sont, en quelque sorte, des points fixes (du moins à notre échelle de temps), le centre du Soleil doit aussi être pris comme point fixe, ce système de navigation est extrêmement précis dans les trois axes. En se déplaçant dans le système solaire, les angles et le plan qui sont formés avec la sondes ne varient pas d'un poil mais les angles sonde-Soleil (angle Soleil-trajectoire et angle-plan) varient beaucoup, il suffit de les mesurer pour connaître sa position avec exactitude. Un oeil humain exercé peut mesuré une variation d'angle de 0,1 sans problème.
Pour rappel le diamètre apparent du Soleil ne fait que 0° 0' 30"

[vanos]

Zut, j'ai laissé passer une faute d'orthographe : l'oeil peut mesurer et pas mesuré comme j'ai bêtement écrit.

[bb98]

et le diamètre apparent du Soleil est d'environ 30' , soit 1/2° environ

trop de Champomi nuit Bonne année !

[evrardo]

Les étoiles ne sont pas ici observées mais pointées, ce sont, en quelque sorte, des points fixes (du moins à notre échelle de temps), le centre du Soleil doit aussi être pris comme point fixe, ce système de navigation est extrêmement précis dans les trois axes. En se déplaçant dans le système solaire, les angles et le plan qui sont formés avec la sondes ne varient pas d'un poil mais les angles sonde-Soleil (angle Soleil-trajectoire et angle-plan) varient beaucoup, il suffit de les mesurer pour connaître sa position avec exactitude. Un oeil humain exercé peut mesuré une variation d'angle de 0,1 sans problème.
Pour rappel le diamètre apparent du Soleil ne fait que 0° 0' 30"

Bon, chépa.
Voici le lien Wiki vers le Deep Space Network, qui dirige les sondes vers les autres planètes.

[ansset]

@Vanos:
je n'ai jamais entendu parler de ton système de guidage, et en plus je ne comprend pas du tout comment il fonctionne.

[Carcharodon]

Salut,

Quelques précisions qui me semblent importantes.
Au cours d'une injection vers une autre planète interne (jusqu’à Jupiter, donc, ensuite c'est différent car on utilise des frondes gravitationnelles), quel qu’il soit (dans le système solaire, bien entendu), répond toujours a la même procédure :

Le tir d'injection lui même peut être soit direct, soit passer par une orbite de transfert (cas plus confortable au point de vue technique et sécuritaire, mais moins économique envers la quantité d'ergols employés), cad une orbite parking qui permet de préparer l'injection : c'est le cas des missions Apollo par exemple, qui faisaient 2 tours de la terre en orbite basse (185 km exactement) avant de procéder au tir d'injection lunaire.
En fait, une injection lunaire et martienne se ressemblent beaucoup, a un détail près : on peut partir deux fois par jour vers la lune alors qu'on ne peut partir qu'un mois particulier sur ~30 mois pour un tir vers mars, car la lune orbite dans un référentiel terrestre alors que mars orbite dans un référentiel solaire.

Donc la phase 1, c'est l'injection, qu'on calcule avec une très très grande précision (tir au 1/10 de seconde, qui dure un temps précis a 1/10 de seconde, ça ne rigole pas)
Cependant, la gravitation est une force très sensible au conditions initiales (le fameux effet papillon) et à l'interaction hyper complexe des corps planétaire entre eux, même si cette interaction est vraiment très faible, elle fait dévier l'engin tiré pendant son trajet.
En conséquence, on doit procéder régulièrement a des MCC (middle course correction) qui permettent de "re"-viser a nouveau le point prévu.
D'ailleurs qu'est-ce qu'on vise en tirant vers mars ?
Un Périastre, cad une distance de rapprochement maximum avec la cible considérée.
On tire pour passer a X kilomètres de sa surface (150 km minimum, l'atmosphère martienne est très peu dense mais assez épaisse quand même).
Et quand on arrive a ce périastre, on procède a une accélération de circularisation, ou bien on procède a une aérocapture suivie de plusieurs (a chaque tour) aerofreinages.

Après l'étape 1, le tir d'injection, l'étape 2 est donc celle des MCC qui ne sont PAS fréquentes.
Il y en a une ou deux pour un vol lunaire et généralement 3 pour un vol vers mars.
Ces MCC sont très faibles et n'injectent que quelques ms, ou dizaines de ms, pour corriger la trajectoire (a comparer a plusieurs dizaines milliers de ms de vitesse propre dans le référentiel solaire -en fait a comparer au 30 km/s de vitesse de la terre dans ce référentiel-, qui est celui valable pendant 98% du vol).
Puis après ce vol de transfert ponctué par les MCC, vient donc le tir de mise en orbite a l'arrivée.

Pour réaliser les MCC, les opérateurs des sondes martiennes reçoivent les informations de positionnement provenant de la sonde et qui peuvent être de différentes natures, et de types de capteurs différents.
Ensuite, ça leur permet de réactualiser la trajectoire réelle et donc de calculer le périastre (ainsi que de préparer l’inclinaison d'injection voulue, si nécessaire).
Et les corrections ne sont faites que si les valeurs réelles s'éloignent trop des valeurs recherchées.
Ce qui signifie qu'on ne sait pas, avant un vol, ni ou ni quand il sera nécessaire d'opérer ces MCC.
Chaque vol a des des MCC très particulières et complètement différentes d'un vol qui serait son vol jumeaux sous tout les autres aspects.
exemple : pour les missions Apollo, les procédures ont été partout identiques sauf pour les MCC.

Mais si on fait le bilan, 99.99% de la précision sont obtenus dès le tir d'injection initial, et il ne faudra que quelques misérables (mais indispensables) pets, en comparaison, pour remettre l'engin sur les bons rails pendant le trajet.
On peut donc dire que le guidage est principalement le fait du tir initial, pour répondre a la question du topic : dès le départ, on vise un chas d'aiguille de l'autre coté de l'atlantique, pour donner une image a notre échelle, et ensuite, on "souffle" deux a trois fois dessus pendant le trajet pour être sur que la trajectoire passera bien dans le chas a l'arrivée.
C'est d'une précision comparable à ça, un tir d'injection planétaire.

[evrardo]

Bonsoir Carcharodon, grand requin blanc mangeur d'hommes.
Merci pour ton explication passionnante.
Mais je ne comprends pas: tu dis

Mais si on fait le bilan, 99.99% de la précision sont obtenus dès le tir d'injection initial, et il ne faudra que quelques misérables (mais indispensables) pets, en comparaison, pour remettre l'engin sur les bons rails pendant le trajet.
On peut donc dire que le guidage est principalement le fait du tir initial, pour répondre a la question du topic : dès le départ, on vise un chas d'aiguille de l'autre coté de l'atlantique, pour donner une image a notre échelle, et ensuite, on "souffle" deux a trois fois dessus pendant le trajet pour être sur que la trajectoire passera bien dans le chas a l'arrivée.
C'est d'une précision comparable à ça, un tir d'injection planétaire.

Alors que ce lien explique bien que la fusée est guidée par le Deep Space Network

Ah non, j'ai compris en écrivant. Les 99,99% de la précision sont obtenus dès le tir d'injection initiale, donc depuis l'orbite de Hohmann. Ensuite les ingénieurs effectuent deux ou trois corrections de trajectoire, grace aux infos recueillies par le Deep Space Network.
C'est ça?

[Carcharodon]

Exactement.
Lorsqu'ils constatent un décalage trop important entre la trajectoire prévisionnelle et celle constatée (par différents moyens dont DSN), alors ils procèdent a une correction.
La tolérance au décalage dépend de la nature de la mission.

[vanos]

Bonjour,

Pour naviguer dans le système solaire, il faut pouvoir faire le point tout comme pour naviguer sur l'océan. Le marin fait le point grâce aux étoiles et au Soleil, c'est pareil dans le système solaire.
On se base sur le centre du Soleil (le centre seulement pour la précision) et deux étoiles brillantes ( pas trop proches [Sirius et Canopus par exemple], ce qui exclu centauri trop proche). Les deux étoiles et la sonde forme un plan fixe et précis, la sonde et le centre solaire forment une droite. Cette droite et le plan font deux angles (en se basant sur deux ordonnées, par exemple horizontale et verticale) qui varient constamment avec la position. L'ordinateur de bord calcule cela en permanence, ce qui permet, entre autres d'orienter l'antenne pour les communications avec la Terre et d'ajuster automatiquement la trajectoire.

les sondes interplanétaire sont guidées depuis la Terre, par 3 radiotelescopes du Deep Space Project, situés en Australie, Californie, Espagne. Eloignés de 120° chacun, ils suivent la sonde depuis son départ de la Terre et les ingénieurs font les corrections de trajectoire nécessaire.

Téléguider la sonde directement est trop difficile à cause du temps de plusieurs minutes(> 10') pour la transmission et du risque de l'objectif de se trouver sous l'horizon d'au moins deux radiotélescopes.
En fait les données transmises à l'engin spatial sont des reprogrammations de l'ordinateur de bord pour calculer la trajectoire pour les heures, voire les jours à venir.

Amicalement

[evrardo]

salut Vanos;

On se base sur le centre du Soleil (le centre seulement pour la précision) et deux étoiles brillantes ( pas trop proches [Sirius et Canopus par exemple], ce qui exclu centauri trop proche)..

Mais non Vanos: fais le calcul: à une distance de 50 000 000 de kms, donc en approche de Mars, même un écart de trajectoire de 10 million de kms (ce qui est énorme) calculé sur les étoiles les plus proches correspond à un angle de 0,02". Seul un télescope de 5 mètres d'ouverture a un tel pouvoir de séparation.
De plus l'étage de croisière tourne de 2 tours/minutes: comment veux tu pointer une étoile avec un engin en rotation?

Téléguider la sonde directement est trop difficile à cause du temps de plusieurs minutes(> 10') pour la transmission et du risque de l'objectif de se trouver sous l'horizon d'au moins deux radiotélescopes.

Il n'y que deux ou trois corrections de ttrajectoires qui sont prévues, pas plus. De plus les techniciens connaissent ce temps de transmission et l'intègre dans les ordres qu'ils envoient.

En fait les données transmises à l'engin spatial sont des reprogrammations de l'ordinateur de bord pour calculer la trajectoire pour les heures, voire les jours à venir. Amicalement

J'ai refait quelques calculs: on ne peut pas programmer la sonde au décollage sur Terre pour aller sur Mars, parce qu'un écart de 15 cm/sec dans la vitesse de l'étage de croisière, amène un écart de plus de 3000 km à l'arrivée sur Mars.
Il suffit que la fusée au décollage traverse un nuage un peu épais, ou qu'un des moteurs fusées ait une poussée légèrement différente pour que cela change la vitesse initialement prévue.

Pour terminer, c'est surtout le VLBI (Very Large Base Interferometre) qui est utilisé pour déterminer la position des sondes interplanétaires. Expliqué sur Wiki.

Bonne soirée à tous

[Carcharodon]

Les MCC (middle course correction, les corrections en cours de trajet pour un vol interplanétaire) : c'est une procédure lourde et compliquée qui n'est pas faite a la légère et n'importe quand.
Car il faut mettre en œuvre les moteurs, consommer du coco et faire tourner les gyroscopes, donc user le matos.
C'est uniquement les opérateurs sur terre qui décident quand et où elles vont avoir lieu.
Comme je le disais plus haut, en fait, ils surveillent la trajectoire réelle par rapport a celle escomptée, avec un seuil de dérive maximal autorisé.
Si celui-ci est franchi (si le dV d'écart passe la limite permise) alors est programmé une correction.
En fait, c'estplus compliqué que ça, car le dV d'écart ne varie pas uniformément et peu même diminuer au bout d'un certain temps !
Ici, les conjonctions planétaires ont une vraie influence, pas comme en astrologie ... elles restent néanmoins misérablement faibles.
Ce qui fait qu'il ne faut pas être trop préssé de faire ces MCC et attendre d'avoir significativement passé la valeur limite.
Sinon, on passe le trajet entier a en faire, alors qu'il faut se contenter de ~3, plus communément 2 pour se rendre sur mars.
Et encore...tout dépend du type d'injection (source plane / target plane / directe / 2 plans ...)
C'est le mode d'injection qui va déterminer l'endroit et l'ampleur des corrections, généralement.
Par exemple en mode source plane, on part dans l'axe de révolution terrestre autour du soleil (pour profiter au maximum de sa vélocité), et on change d'inclinaison au moment exact ou on franchi l'orbite martienne pour s'y aligner (ce qui est une assez grosse correction, parfois quelques centaines de ms)
Ici, la première MCC ne se fait qu'au nœud de jonction et pas avant.
En résumé, avant de faire un tir interplanétaire, on étudie le meilleur type d'injection (en fonction de la date de départ), et on obtient alors un profil type de MCC spécifique.
On choisi le mode d'injection en fonction de ce qui coute le moins de coco :
Source plane est souvent l'idéal en partant de la terre vers mars, target plane pour une orbite interne (genre vénus).
Mais il peut arriver que le mode direct soit plus économe (ce qui est très rare en fait, uniquement si la correction au noeud est trop chère, configuration peu commune).

Pour faire la correction, les opérateurs envoient alors la programmation de cette MCC a la sonde qui l’exécutera en temps voulu.
Il faut savoir qu'une MCC est très peu contrainte par le timing (sauf tir en target ou source plane), contrairement a une injection (le tir de départ pour une autre planète a partir d'une orbite de parking autour de la planète de départ, ou en tir direct), pour une raison : la trajectoire est quasiment une ligne droite au cours des MCC alors qu'elle est très courbée en injection.
Donc il faut faire l'injection exactement au bon moment (seconde près au minimum pour faire du propre) alors que la MCC, on s'en fout un peu d'avoir passé le point prévu, même de plusieurs minutes (en cas de trajectoire directe).
Les MCC d'injection directe sont un des rares cas en navigation spatiale ou le timing n'a guère d'importance.
C'est pour cette raison que ce qui compte, c'est la dérive du dV et non le moment ou l'on va faire la correction.