Système de guidage/positionnement 'low-cost' autonome d'un vaisseau spatial

[migyonne]

Bonjour à tous,
j'ai imaginé un système simple dont je vous expose le principe, mais peut-être (sûrement) existe t'il déjà :
Il s'agit d'un demi cylindre dont la hauteur est très étroite.
L'intérieur de ce demi cylindre est tapissé d'un chapelet de photo capteurs.
La face ouverte est fermée et est percée d'un petit trou en son centre qui constitue le sténopé.( donc sans lentilles ou autre artifice).
L'ensemble constituerait donc une sorte de 'chambre noire' rudimentaire.
Cette 'chambre noire' est fixée 'debout', sur un axe mobile, entrainé par un moteur pas à pas, qui tourne de façon régulière et dont on connait à chaque instant la position.
Le tout est fixé sur le vaisseau spatial.
Les signatures spectrales lumineuses des différents astres (Terre, Lune, Soleil) seront donc susceptible de se dessiner sur le fond de cette bande de demi cylindre quand ceux-ci passent dans le 'champs' étroit du bidule.
Suivant le photo capteur le plus illuminé, on peut déterminer la latitude de l'astre passant dans le champ et
suivant la position du moteur, on peut en déterminer la longitude (ou angle, relatif au mobile)...qui seraient comparées avec la position des 2 autres astres. (du moins, pourrait t'on en tirer un principe de triangulation?)

Un calculateur définirait la position probable du mobile suivant des éphémérides embarquées comparée au données relevées du capteur (je ne sais pas comment appeler ce truc).
Le calculateur devrait être capable de différencier de quel astre il s'agit suivant l'intensité lumineuse reçue ainsi que le temps d'exposition (signatures spectrales/trace)
Ces signatures spectrales (principalement Terre & Lune) seront modifiée selon l'éloignement ou le rapprochement du mobile de l'astre...
Est ce que ce système serait susceptible de fonctionner et a t'il un équivalent?

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[antek]

Cela se pratique manuellement depuis des siècles, avec une analyse des objets beaucoup plus rustique.
Mais garde ta maquette de côté, pour quand Musk voudra coloniser Andromède.

[Gwinver]

Le coût est à évaluer en fonction de la résolution et de la sensibilité recherchées.
La résolution en élévation est liée au nombre de diodes, pour un degré, il faut 180 diodes, le câblage associé et le traitement de ces signaux.
Il serait aussi possible d'imaginer une seule diode déplacée sur le demi cercle par un moteur pas à pas.
La résolution en azimuth est réglée par le nombre de pas du système, il doit être équivalent à la résolution en élévation.
La sensibilité est liée à la quantité de lumière qui atteint chaque diode.
Le sténopé a une résolution qui est aussi fonction du diamètre du trou, il faut arriver à ce que l'image d'un objet n'éclaire qu'une diode.
A noter qu'il existe des barres de photodiodes, un exemple.
https://www.osioptoelectronics.com/m...eed-arrays.pdf

[antek]

Il existe aussi les règles optiques destinées aux automatismes, droites et circulaires.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MissJenny]

si le demi-cylindre tourne sur lui-même, le reste du vaisseau va tourner dans l'autre sens, il faudra en tenir compte pour calculer la position.

[WizardOfLinn]

C'est pour cela, entre autres raisons, qu'on n'aime pas beaucoup les systèmes avec des pièces mobiles sur les engins spatiaux, ça entraine toutes sortes de complications. Et des moteurs, ce sont des vibrations qui se propagent un peu partout. Pas fameux pour les délicates expériences scientifiques.

[GBo]

Comme le dit antek des solutions existent depuis des siècles, voici la version moderne (depuis l'ére spatiale):

"Star tracker"
https://en.wikipedia.org/wiki/Star_tracker

A star tracker is an optical device that measures the positions of stars using photocells or a camera. As the positions of many stars have been measured by astronomers to a high degree of accuracy, a star tracker on a satellite or spacecraft may be used to determine the orientation (or attitude) of the spacecraft with respect to the stars. In order to do this, the star tracker must obtain an image of the stars, measure their apparent position in the reference frame of the spacecraft, and identify the stars so their position can be compared with their known absolute position from a star catalog. A star tracker may include a processor to identify stars by comparing the pattern of observed stars with the known pattern of stars in the sky.

Un viseur stellaire est un dispositif optique qui mesure la position des étoiles à l'aide de cellules photoélectriques ou d'une caméra. Comme les astronomes ont mesuré la position de nombreuses étoiles avec une grande précision, un viseur stellaire installé sur un satellite ou un engin spatial peut être utilisé pour déterminer l'orientation (ou l'attitude) de l'engin spatial par rapport aux étoiles. Pour ce faire, le viseur stellaire doit obtenir une image des étoiles, mesurer leur position apparente dans le référentiel du vaisseau spatial et identifier les étoiles afin que leur position puisse être comparée à leur position absolue connue à partir d'un catalogue d'étoiles. Un suiveur stellaire peut comprendre un processeur permettant d'identifier les étoiles en comparant la configuration des étoiles observées avec la configuration connue des étoiles dans le ciel.

Traduit avec l'aide de DeepL.com (version gratuite)

[coussin]

N'est-ce pas un peu un sextant ?

[MissJenny]

un peu. Mais le sextant mesure un angle entre l'horizon et une étoile, là il n'y a pas d'horizon.

[KrtekLaTaupe]

Merci pour le lien vers la page Wikipedia en anglais. La page en français - viseur stellaire ou viseur d'étoiles - n'est pas très développée... : https://fr.wikipedia.org/wiki/Viseur_d%27%C3%A9toiles

Sinon, concrètement, en vrai, depuis plusieurs années déjà, la méthode, c'est d'avoir un bon imageur (un super appareil photographique numérique), et de faire des calculs avec. En se basant sur un bon catalogue d'étoiles (en anglais : star catalogue), bien précis.

Ces données sont comparées aux éphémérides des étoiles enregistrés dans une bibliothèque de l'instrument

Et évidemment, comme ces 2 articles l'indiquent *, c'est employé par les militaires pour guider un missile.

* c'est intéressant de voir que l'article en anglais est assez développé pour avoir même cette section intitulée Current technology
https://en.wikipedia.org/wiki/Star_t...ent_technology

[Gwinver]

un peu. Mais le sextant mesure un angle entre l'horizon et une étoile, là il n'y a pas d'horizon.

Le sextant, bien que principalement utilisé pour relever une hauteur au dessus de l'horizon, peut aussi être utilisé pour mesurer un angle entre deux objets dans le plan horizontal, par exemple deux amers.

[KrtekLaTaupe]

Autre chose :

je ne vois pas du tout l’intérêt d’envoyer un vaisseau spatial qui coûte très cher, mais de l’équiper avec un instrument de mesure low-cost / cheap / bon marché / pas cher.

Et mieux vaut avoir un instrument simple mais fiable. Evidemment robuste. Et avec plusieurs redondances et pièces de rechange.

[migyonne]

Bonjour et merci pour vos nombreux commentaires.
C'est en fait pour un chalenge Arduino et donc en utilisant une petite carte à microcontrôleur très pratique mais qui a ces limitations.
Les calculs en nombres flottants ne sont pas son domaine de prédilection (pour le calcul des angles)...
Donc, a quoi bon le surcharger en sub-systèmes et préférer aller 'au plus pratique'.
Hors de question aussi de lui faire calculer la position de la cinquantaine d'étoiles référencées...sa mémoire n'est pas extensible, à moins de lui en ajouter.
Le composant ne dispose 'que' de 8 entrées analogiques qui seront donc couplées à 8 capteur...
(En post 3#, Gwinver peut supposer un nombre de seulement 2 photo capteur...Oui, je peux en activer 8 et ils devront être en 'comparateurs'...
Je pense que, comme dit Antek, le système devrait s'en sortir aussi efficacement que comme dans 'l'antiquité', à peine amélioré.

Apparemment, un module récepteur GPS (du commerce) ne doit plus fournir de données de navigation au-delà d'un maximum de vitesse ou d'altitude. Historiquement, ces limites étaient fixées à une vitesse maximale de 515 m/s (1 000 nœuds) et une altitude maximale de 18 000 m (60 000 pieds)... ' ref Google'
(Donc un simple petit ballon ou dirigeable risquerait d'être hors de contrôle)
De toute façon, en ce moment, il me semble qu'il n'est pas de bon gout de faire des expérimentations aéronautiques, basses ou hautes altitudes...
Merci encore!

[antek]

Les calculs en nombres flottants ne sont pas son domaine de prédilection . . .

- il existe des arduino munis de µC arm 32 bit, ça ne devrait pas être un problème
- sur un 8 bit en assembleur c'est faisable

[Gwinver]

Apparemment, un module récepteur GPS (du commerce) ne doit plus fournir de données de navigation au-delà d'un maximum de vitesse ou d'altitude. Historiquement, ces limites étaient fixées à une vitesse maximale de 515 m/s (1 000 nœuds) et une altitude maximale de 18 000 m (60 000 pieds)... ' ref Google'
(Donc un simple petit ballon ou dirigeable risquerait d'être hors de contrôle)

1000 noeuds à 18000 m est largement inatteignable pour un petit dirigeable.
Les ballons sonde météo utilisent le GNSS pour connaître leurs positions.
Il existe des modules pour Aruino.

[Gwinver]

Voici un module GNSS :

https://content.u-blox.com/sites/def...X-15031086.pdf

En section 1.3 :

Operational limits 1 Dynamics ≤ 4 g
Altitude 50,000 m
Velocity 500 m/s